DE3539181A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der siegelkraft bei der heissversiegelung von kunststoffbehaeltern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Siegelkraft bei der Heißversiegelung von Kunststoffbehältern mit Siegelfolie, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Viele Produkte des täglichen Bedarfs, wie z. B. Lebensmittel, chemische oder technische Produkte, können zum besseren Schutz und zur längeren Haltbarkeit in Kunststoffbehälter, wie z. B. Becher, Flaschen oder ähnliche Gefäße, verpackt und anschließend durch Heißversiegelung verschlossen werden. So erfolgt beispielsweise die maschinelle Verpackung von Molkereiprodukten teilweise in Kunststoffbechern, wie z. B. Bechern aus Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polypropylen oder anderen geeigneten Kunststoffen, die in einem der Befüllung nachgeschalteten Arbeitsgang durch Heißversiegelung mit einer geeigneten, an sich bekannten Heißsiegelfolie verschlossen werden. Es werden bevorzugt Aluminiumfolien, die mit einer geeigneten Siegelschicht versehen sind, verwendet.

Bei der Heißversiegelung wird die Heißsiegelfolie in einem Preßvorgang mit dem Rand des Behälters dadurch verschweißt, daß der beheizte Preßstempel des Siegelwerkzeuges auf den am Rand unterstützten Behälter abgesenkt wird, auf dem die Heißsiegelfolie aufliegt. Um eine einwandfreie und dichte Versiegelung zu erreichen, ist es erforderlich, während der Heißversiegelung, außer einem bestimmten, vom Behältermaterial und von der Heißsiegelfolie abhängigen, mehr oder minder engen Temperaturbereich auch ganz bestimmte Werte für Siegelkraft und Siegelzeit einzuhalten. Die Siegelzeit ist meist durch die Maschinengeschwindigkeit bzw. Taktzahl vorgegeben. Zu geringe Siegelkraft führt zu undichten Verschlüssen, zu hohe Siegelkraft zu Öffnungsproblemen bzw. zu mechanischen Schäden in der Siegelzone, wie z. B. Durchschneiden der Heißsiegelfolie, Verpressen bis Abtrennen des Siegelrandes, die ihrerseits wieder im Extremfall Undichtigkeiten bewirken. Da hier insgesamt 5 Parameter (Behältermaterial, Heißsiegelfolie, Siegeltemperatur, Siegelzeit und Siegeldruck) zusammenwirken und an den bestehenden Heißsiegeleinrichtungen der Abfüllmaschinen lediglich die Temperatur gezielt vom Bedienungspersonal eingestellt werden kann, die Zeit, wie erwähnt, von der Taktzahl abhängt und der Druck "nach Gefühl" eingestellt wird, kommt es häufig infolge ungünstiger Druckeinstellung zu Siegelproblemen. Diese treten meist dann akut auf, wenn Behälter oder Heißsiegelfolien verschiedener Hersteller oder Produktionschargen hintereinander verarbeitet werden. Das Problem zeigt sich daran, daß kein Temperaturbereich mehr eingestellt werden kann, der einwandfreie (gut haftende, dichte und dennoch mit zumutbarem Kraftaufwand zu öffnende) Siegelverschlüsse ermöglicht. Dies trifft insbesondere bei Verwendung von Behältern aus Polypropylen zu, die bei ungünstiger Druckeinstellung einen für die übliche Genauigkeit von Temperaturreglern zu engen Toleranzbereich für Siegeltemperaturschwankungen aufweisen.

Ein entscheidender Nachteil bei der Heißversiegelung von Kunststoffbehältern liegt nun darin, daß bis jetzt keine Möglichkeiten zur Messung der Siegelkraft bekannt sind. Ein Einstellung der optimalen Siegelkraft an der Maschine wird derzeit empirisch durchgeführt, solange, bis eine einwandfreie Siegelung erreicht ist. Gelingt dies nicht, müssen Becher- bzw. Siegelfolien gesucht werden, die sich bei ungezielter Variation von Druck und Temperatur als verschließbar erweisen. Durch die rein empirische Druckeinstellung arbeiten die Siegelstationen mehrbahniger Maschinen meist mit erheblich unterschiedlichen Drücken, was nicht nur zu abweichenden Siegelergebnissen mit erhöhtem Ausschuß, sondern auch zu erhöhtem Verschleiß mechanischer Teile durch ungünstige oder einseitige Belastung von Steuerelementen führt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Messung der Siegelkraft bei der Heißversiegelung von Kunststoffbehältern zu finden, um dadurch die derzeit auftretenden Nachteile bei der praktischen Durchführung der Heißversiegelung auszuschalten.

Diese Aufgabe konnte unerwarteterweise dadurch gelöst werden, daß man die Preßkraft des Preßstempels auf ein Meßgerät ähnlicher Form wie der zu versiegelnde Behälter überträgt, wobei die Preßkraft über eine Feder in eine meßbare Weglänge umgesetzt und dann gemessen wird. Besonders unerwartet war diese Erfindung auch deshalb, weil der für die Messung nutzbare Weg während des Aufbringens des Siegeldruckes nur im Bereich von Zehntelmillimetern liegt.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Messung der Siegelkraft eines Preßstempels einer Heißsiegelmaschine für Kunststoffbehälter, die mit Heißsiegelfolie verschlossen werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß anstelle des zu versiegelnden Behälters ein Meßbehälter mit ähnlichen Abmessungen eingesetzt wird, in dem ein federnd gelagerter beweglicher Meßstempel durch den Druck des Preßstempels der Heißsiegelmaschine unter Ausübung einer Kraft auf die Feder nach unten bewegt wird, wobei die Kraft durch die Federbewegung in eine Weglänge umgesetzt wird, die auf einer im Meßbehälter angeordneten Anzeigevorrichtung abgelesen wird.

Bei der Durchführung einer Messung durchläuft das Meßgerät an Stelle eines zu versiegelnden Behälters die Siegelstation, wobei der abgesenkte Preßstempel der Heißsiegelmaschine auf den Meßstempel des Meßgerätes eine Kraft ausübt, die die darin befindliche Feder spannt. Der dabei auftretende Federweg wird von der Meßuhr gemessen und gespeichert. Der abgelesene Federweg ist direkt proportional der einwirkenden Kraft. Der Meßvorgang wird durchgeführt, sobald an der Siegelmaschine die optimale Siegelkraft durch einen einmaligen empirischen Versuch eingestellt ist. Anhand des Meßgerätes kann der optimale Siegeldruck nach empirisch ermittelten Druckkraftwerten auch bei parallel arbeitenden Siegelstationen mehrbahniger Maschinen präzise und reproduzierbar eingestellt werden. Das gleiche gilt auch für die Übertragung der Siegelparameter auf andere Maschinen.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Siegelkraftmessung, die aus einem äußeren Gefäß, das in seiner Form dem zu versiegelnden Behälter entspricht, einem in dessen Inneren axial gleitend angeordneten Meßstempel mit ringförmiger Bodenfläche, der auf einer im Boden des äußeren Gefäßes befindlichen ringförmigen Tellerfeder aufsitzt, sowie einer im Inneren des Meßstempels angeordneten, auf Längenänderungen ansprechende Meßuhr, deren in Axialrichtung beweglicher Meßfühler durch die Ringöffnungen der Tellerfeder und des Bodens des Meßstempels hindurchragt und im Zentrum des Bodens des äußeren Gefäßes aufruht, besteht. Der obere Rand des äußeren Gefäßes, der während der Messung auf der Randunterstützung der Heißsiegelmaschine aufliegt, ist in regelmäßigen Abständen mit mindestens zwei Ausnehmungen versehen, in die die entsprechenden, überstehenden Sektoren des oberen Randes des Meßstempels eingreifen. Der obere Rand des Meßstempels überragt jenen des äußeren Gefäßes geringfügig, sodaß der Meßstempel während des Versiegelungsvorganges durch den Preßstempel der Siegelmaschine, gegen den Widerstand der Tellerfeder, in das äußere Gefäß gedrückt werden kann. Der durch die dabei auftretende elastische Verformung der Tellerfeder zurückgelegte Weg des Meßstempels wird mit einer Meßuhr mechanisch oder elektronisch gemessen. Der Meßwertanzeiger ist mit einer Haltevorrichtung oder einem Maximumspeicher ausgerüstet, sodaß die Meßwerte auch nach Beendigung des Meßvorganges und nach Herausnahme der Meßvorrichtung aus der Siegelstation abgelesen werden können.

Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung, bei der sich am Boden des äußeren Gefäßes eine zylindrische, zentrisch angeordnete Nocke befindet, die durch die Ringöffnung der Tellerfeder und den ringförmigen Boden des Meßstempels hindurchragt und auf der der bewegliche Meßfühler der Meßuhr aufsitzt.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßgerätes ist in Fig. 1 von oben gesehen und in Fig. 2 als Seitenansicht im Schnitt A-A dargestellt. In diesen Figuren bedeuten (1) das äußere Gefäß und (2) den Meßstempel, der paßgenau dem Innenraum des äußeren Gefäßes (1) entspricht und in diesem gleitend angeordnet ist. Mit (3) ist die am Boden des Gefäßes (1), zwischen 2 Stahlscheiben (4), liegende Tellerfeder bezeichnet. Die Tellerfeder (3) wird durch die vom Zentrum des Bodens des Gefäßes (1) aufragende Nocke (5) in ihrer Stellung fixiert. Der Meßstempel (2) ragt so weit in das äußere Gefäß (1) hinein, daß er mit der Tellerfeder Kraftschluß hat.

Der obere Rand des äußeren Gefäßes (1) ist in 6 Kreisringsektoren unterteilt, wobei abwechselnd jeweils 3 hochliegende Sektoren (6) und 3 tiefliegende Sektoren (7) zu liegen kommen, wodurch 3 Ausnehmungen gebildet werden. Der Meßstempel (2) besitzt an seinem oberen Rand 3 entsprechende, überstehende Sektoren (8), die in die durch die tiefliegenden Sektoren (7) des äußeren Gefäßes (1) gebildeten Ausnehmungen eingreifen und die hochliegenden Sektoren (6) des äußeren Gefäßes (1) geringfügig überragen. Dadurch entsteht ein Spalt (9) zwischen den oberen Sektoren (8) des Meßstempels (2) und der kreisförmig ausgenommenen Randunterstützung (10) der Siegelstation, auf der die hochliegenden Sektoren (6) des äußeren Gefäßes (1) aufliegen. Der Spalt (9) stellt den maximal zur Verfügung stehenden Meßweg dar und ist etwa 1 mm breit.

Mit (11) ist eine Meßuhr bezeichnet, deren Meßfühler (12) auf der Bodennocke (5) des äußeren Gefäßes (1) aufsitzt und der innerhalb der Hülse (13) der Meßuhr (11) axial verschiebbar angeordnet ist. Die beim Hineindrücken des Meßfühlers (12) in die Hülse (13) gemessene Weglänge wird von einem Schleppzeiger (14) angezeigt. Die Meßuhr (11) ist mit der Schraube (15) im Meßstempel (2) fixiert, wobei die im äußeren Gefäß (1) angeordnete Gummitülle (16) die axiale Verschiebbarkeit des Meßstempels (2) im äußeren Gefäß (1) gewährleistet.

Während des Meßvorganges wird das erfindungsgemäße Meßgerät anstelle eines zu versiegelnden Behälters in die Heißsiegelmaschine eingesetzt, wobei der Rand des äußeren Gefäßes (1) mit seinen hochliegenden Sektoren (6) auf der Randunterstützung (10) der Heißsiegelmaschine aufruht. Durch den Druck des Preßstempels der Heißsiegelmaschine auf den überstehenden Rand (8) des Meßstempels (2) des Meßgerätes wird der Meßstempel (2) gegen den Widerstand der Tellerfeder (3) in das äußere Gefäß (1) gedrückt, wobei gleichzeitig der Meßfühler (12) der mit dem Meßstempel (2) fest verbundenen Meßuhr (11) in die Hülse (13) gedrückt und der zurückgelegte Weg, der der Preßkraft bzw. Siegelkraft proportional ist, durch den Schleppzeiger (14) angezeigt wird. Die Zeigerstellung wird durch eine Haltevorrichtung fixiert, sodaß eine Ablesung nach Beendigung des Preßvorganges und nach Entnahme des Meßgerätes aus der Maschine möglich ist.

Claims (3)

1. Verfahren zur Messung der Siegelkraft eines Preßstempels einer Heißsiegelmaschine für Kunststoffbehälter, die mit Heißsiegelfolie verschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des zu versiegelnden Behälters ein Meßbehälter mit ähnlichen Abmessungen eingesetzt wird, in den ein federnd gelagerter beweglicher Meßstempel durch den Druck des Preßstempels der Heißsiegelmaschine unter Ausübung einer Kraft auf die Feder nach unten bewegt wird, wobei die Kraft durch die Federbewegung in eine Weglänge umgesetzt wird, die auf einer im Meßbehälter angeordneten Anzeigevorrichtung abgelesen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein äußeres Gefäß (1), das in seiner Form dem zu verschließenden Behälter entspricht, dessen oberer Rand, der auf der Randunterstützung der Heißsiegelmaschine aufliegt, in regelmäßigen Abständen mit mindestens zwei Ausnehmungen versehen ist, einem im Inneren des äußeren Gefäßes (1) gleitend angeordneten Meßstempel (2), dessen Rand in die Ausnehmungen im Rande des äußeren Gefäßes (1) eingreift und dieses geringfügig überragt, eine zwischen dem Boden des äußeren Gefäßes (1) und der ringförmigen Basisfläche des Meßstempels (2) angeordnete Tellerfeder (3), sowie eine im Inneren des Meßstempels (2) angeordnete, auf Längenänderung ansprechende Meßuhr (11), deren beweglicher Meßfühler (12) im Zentrum des Bodens des äußeren Gefäßes (1) in der von der Tellerfeder (3) und dem ringförmigen Boden des Meßstempels (2) umgebenen Öffnung aufruht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Meßfühler (12) der Meßuhr (11) auf einer im Zentrum des Bodens des äußeren Gefäßes (1) befindlichen Nocke (5) aufruht, die sich durch die Ringöffnung der Tellerfeder (3) und den ringförmigen Boden des Meßstempels (2) hindurch erstreckt.