DE3715356C2 - - Google Patents

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DE3715356C2
DE3715356C2 DE19873715356 DE3715356A DE3715356C2 DE 3715356 C2 DE3715356 C2 DE 3715356C2 DE 19873715356 DE19873715356 DE 19873715356 DE 3715356 A DE3715356 A DE 3715356A DE 3715356 C2 DE3715356 C2 DE 3715356C2
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Harald 5600 Wuppertal De Juenkersfeld
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Benz & Hilgers 4000 Duesseldorf De GmbH
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufsiegeln von Deckfolien auf Verpackungsbehälter, insbesondere Kunststoffbecher, mit einem aufheizbaren, ein Formatteil tragenden Siegelkopf, mit einer den Siegelkopf in Richtung zum Verpackungsbehälter bzw. Kunststoffbecher hin- und von diesem weg bewegenden Antriebseinrichtung und einer zwischengeschalteten Ausgleichseinrichtung mit wenigstens einem thermischen Isolierelement.
Siegelvorrichtungen der vorstehend genannten Art werden in der Vepackungsindustrie in mannigfacher Weise eingesetzt. So werden z B. Kunststoffbecher oder Tiefziehpackungen durch Aluminiumfolien verschlossen, indem ein auf der Aluminiumfolie aufgetragener Siegellack durch Druck und Wärme einen sicheren Verbund zwischen dem Becherrand und dem Siegelblatt schafft. Eine einwandfreie Siegelung und damit ein dichter Abschluß der Kunststoffbecher bzw. Tiefziehpackungen ist jedoch nur dann gewährleistet, wenn beim Siegelvorgang eine gleichmäßige Druckverteilung vorhanden ist.
Diese läßt sich jedoch nur dann erreichen, wenn der Siegelkopf bzw. der mit ihm verbundene Formatteil einerseits und die Packung bzw. Kunststoffbecher andererseits sowohl in der Axialrichtung als auch in der Höhe exakt zueinander ausgerichtet und aufeinander abgestimmt sind. Aufgrund nicht zu vermeidender Maßabweichungen bei den Packungen und Kunststoffbechern und eines diese zu der Siegelstation zuführenden Transporteurs, wie z. B. Zellenblechen oder eines Rundtisches, kommt es zu mehr oder weniger großen Form- und Lageabweichungen, die gegenüber dem Siegelkopf ausgeglichen werden müssen.
Bei einer in der Praxis bekanntgewordenen Siegelvorrichtung erfolgt der Axialausgleich durch einen zwischen dem Siegelkopf einerseits und der Antriebseinrichtung andererseits angeordneten Kugelkopf und eine Kugelpfanne sowie durch zwischen den beiden Einrichtungsteilen angeordnete, vorgespannte Federn. Der erforderliche Höhenausgleich wird durch im Antriebsteil liegende Druckfedern erreicht. Insgesamt erfordert diese Ausgleichseinrichtung nahezu dreißig Einzelteile, um den erforderlichen Axial- und Höhenausgleich zu gewährleisten. Hinzu kommt noch, daß trotz der Anordnung von einem oder mehreren thermischen Isolierelementen eine vergleichsweise hohe Wärmeabstrahlung von dem auf etwa 220-280°C aufgeheizten Siegelkopf ausgeht, so daß auch der Kugelkopf und die Kugelpfanne in einer vergleichsweise heißen Zone liegen und damit einer hohen Beanspruchung ausgesetzt sind. Die unvollständige thermische Isolation zwischen dem Siegelkopf und der Antriebseinrichtung erfordert auch besondere Vorsicht bei der Wartung. Man versucht zwar, durch eine Wasserkühlung die Erwärmung der Bauteile in erträglichen Grenzen zu halten, jedoch steht für die Kühlung an sich nur ein vergleichsweise kleiner Bauraum zur Verfügung, so daß der Kühlungseffekt begrenzt ist. Auf keinen Fall ist es wegen der notwendigen Verbindung zwischen dem Siegelkopf und der Ausgleichseinrichtung möglich, eine Innenkühlung des Siegelkopfes vorzusehen.
Aus der US-Patentschrift 37 29 897 ist eine Siegelvorrichtung bekannt geworden, bei der der Siegelkopf an der Kolbenstange eines den Höhenausgleich steuernden Pneumatikzylinders befestigt ist.
Der Axial- bzw. Winkelausgleich wird durch eine schwenkbare Lagerung der Aufhängung um einen Bolzen ermöglicht, um den zugleich eine unter Wirkung von Federn stehende und durch einen Anschlag abgestützte Tragplatte schwenkbar ist. Zur Isolierung gegen thermische Einflüsse sind an der Kolbenstange Kühlrippen vorgesehen. Für die bekannte Vorrichtung ist eine vergleichsweise hohe Anzahl von Bauteilen und Elementen notwendig, um die erforderlichen Ausgleichsbewegungen zu ermöglichen. Im übrigen ist die Winkelausgleichsbewegung durch Verschwenken um den Bolzen nur in Förderrichtung möglich, nicht jedoch quer dazu. Außerdem ist für die Steuerung des Pneumatikzylinders ein besonders hoher baulicher Aufwand notwendig.
Aus der US-Patentschrift 32 43 934 geht eine mit einem elastischen Kissen hervor, welches beispielsweise aus einem geschäumten Polyurethan besteht und eine gleichmäßige Druckverteilung ermöglichen soll. Die dauernde obere Anwendungstemperatur in Luft für Polyurethan liegt bei maximal 80°C, d.h. das elastische Kissen kann nur begrenzt eingesetzt werden, da unmittelbar auf der Rückseite des Siegelkopfes Temperaturen von mehr als 200°C herrschen.
Ferner geht aus der US-Patentschrift 32 48 851 eine Siegelvorrichtung hervor, bei der innerhalb des Siegelkopfes ein Isolierblock vorgesehen ist, der jedoch über Verbindungsschrauben mit den benachbarten Teilen des Siegelkopfes verbunden ist, so daß diese durch die abstrahlende Wärme über die Verbindungsschrauben einer vergleichsweise hohen thermischen Beanspruchung ausgesetzt sind. Der Höhenausgleich wird bei dieser Vorrichtung durch Druckfedern erzielt. Insgesamt besteht diese Vorrichtung gleichfalls aus einer Vielzahl von Teilen, die einen vergleichsweise hohen Bau- und Montageaufwand bedingen.
Zum Ausgleich von Lageungenauigkeiten beim Aufsiegeln von Deckeln oder dgl. auf Verpackungsbehälter, insbesondere Kunststoffbecher, ist aus der deutschen Auslegeschrift 11 21 312 eine Anordnung mit federbelastetem Kegel bekanntgeworden, um auf diese Weise jederzeit die gewünschte Parallel- und Kippbewegung der Siegelplatte zu ermöglichen.
Schließlich geht aus der deutschen Offenlegungsschrift 34 13 766 eine Siegelvorrichtung hervor, bei der eine Anordnung mit federbelasteter Andruckfläche und Kugelgelenk vorgesehen ist, so daß darüber die Abweichungen des Siegelrandes von der Planparallelität im wesentlichen ausgeglichen werden. Dabei wird dieser Ausgleich durch die federnde Ausbildung der Siegelfläche und erforderlichenfalls durch weitere Druckfedern unterstützt. Abgesehen davon, daß auch hier durch die Vielzahl der Bauteile der Aufwand recht hoch ist, fehlt dieser bekannten Vorrichtung auch ein besonders ausgebildetes thermisch isolierendes Element, so daß davon ausgegangen werden muß, daß eine vergleichsweise hohe Wärmeabstrahlung vom aufgeheizten Siegelkopf in die benachbarten Bauteile ausgeht.
Schließlich beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift 28 44 473 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschließen von thermoplastischen Säcken, insbesondere von Wäsche- und Abfallsäcken in Krankenhäusern, wobei die zu versiegelnden Säcke in einen Behälter eingesetzt werden, der an seinem oberen Rand einen wulstartigen Haltering aufweist. Dieser Haltering arbeitet mit einem ringförmigen Teil einer Schweißeinrichtung zusammen, die in einem schwenkbeweglich gelagerten Deckel untergebracht ist. Zwischen der Deckelunterseite und dem Schweißring sind mehrere Federn angeordnet, die zwar einen gewissen Ausgleich bei Lageungenauigkeiten ermöglichen, jedoch bei der Ausweich- und Auslenkbewegung 3 nicht mehr exakt geführt sind. Der im Deckel angeordnete Schweißteil oder der untere Schweißteil sind mit einem den notwendigen Schweißstrom liefernden Aggregat verbunden, um auf diese Weise die erforderliche Wärme zum Siegeln zu liefern. Bei dieser Vorrichtung fehlt ein thermisches Isolierelement, so daß auch dort die benachbarten Bauteile einer unzulässig hohen Wärmeabstrahlung ausgesetzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zum Aufsiegeln von Deckfolien auf Verpackungsbehälter, insbesondere Kunststoffbecher, geeignete Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfacher und preisgünstiger Herstellung der die thermische Isolation bewirkenden und die Form- und Lageabweichungen der Verpackungsbehälter bzw. Kunststoffbecher aufnehmenden Ausgleichseinrichtung sich durch eine einwandfreie Siegelung auszeichnet und insgesamt gesehen weitgehend frei von Betriebsstörungen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausgleichseinrichtung und das Isolierelement durch einen aus einem bis wenigstens 240°C hitzebeständigen Kunststoff hergestellten Isolationskörper gebildet werden, der einen Schaft mit einem im Querschnitt verjüngten Mittelbereich und zumindest an der der Antriebseinrichtung zugewandten Seite eine Platte aufweist, die an ihrem Rand über Schrauben oder dgl. an einer Tragplatte der Antriebseinrichtung befestigt und an wenigstens einer Seite mit einer Ringausnehmung versehen ist.
Der nach der Erfindung ausgebildete Isolationskörper vereinigt alle drei Forderungen, nämlich Axial- und Höhenausgleich sowie Isolation in einem Bauteil. Durch die Verwendung eines derart hochgradig hitzebeständigen Kunststoffes ist eine Reduzierung der mittleren Wärme von 240°C am Siegelkopf auf ca. 30°C im Bereich der Antriebseinrichtung möglich. Durch die Ausbildung des Schaftes in Verbindung mit dem im Querschnitt verjüngten Mittelbereich wird ein seitliches Auslenken des Siegelkopfes bzw. eine Schrägstellung gegenüber der Bewegungsachse bis zu 4° ermöglicht. In Versuchen wurde der Schaft unter nahezu 3000 N mehrfach um 8° verbogen, ohne daß seine Funktion beeinträchtigt wurde. Durch die Querschnittsverjüngung im Schaft läßt sich ein gewünschter Federbereich bzw. eine vorgebene Federkennlinie erzielen, mit dem Ergebnis, daß genau definierte Siegelkräfte zum Erzielen eines einwandfreien Siegelvorganges ausgeübt werden können. Durch den Schaft wird gewissermaßen eine kardanische Bewegung ermöglicht, wodurch Lageabweichungen in allen Richtungen exakt kompensiert werden. Durch die Anordnung und Ausbildung der auf der Seite der Antriebseinrichtung gelegenen Platte läßt sich der erforderliche Höhenausgleich erreichen, da die Platte gewissermaßen als elastische Membran wirkt. Sie verbessert die Federeigenschaften des Kunststoffes und entlastet durch die bessere Spannungsverteilung zudem die Verbindung zwischen dem Schaft und der Platte.
Als Kunststoff für den Isolationskörper eignet sich ein Amid-Imid-Polymer.
Der Isolationskörper kann einstückig, z.B. im Spritzgußverfahren hergestellt werden.
Außerdem kann zweckmäßigerweise der Isolationskörper an seinem dem Siegelkopf zugewandten Ende gleichfalls eine an diesem zu befestigende Platte aufweisen. Dadurch erhält der Isolationskörper im Querschnitt gewissermaßen die Form eines Doppel-T.
Der Isolationskörper kann aber auch aus mehreren Teilen bestehen, z. B. aus mehreren Halbzeugteilen, nämlich zwei von Scheiben gebildeten Platten und einem Rundstab, der mittels Schrumpfpassung in die Scheiben eingezapft ist. Die zweite, dem Siegelkopf zugeordnete Platte, die jeweils in Abhängigkeit von dem zu bearbeitenden Format der Kunststoffbecher bzw. Verpackungsbehälter ausgewählt wird, ist unmittelbar mit der Rückseite des Siegelkopfes verbunden und steht somit nicht als Federelement zur Verfügung.
Zur Verbesserung der Federeigenschaften der auf Seite der Antriebsverbindung liegenden Platte ist die Platte auf beiden Seiten zwischen dem innenliegenden Bereich der Zapfverbindung mit dem Schaft und dem außenliegenden Befestigungsrand jeweils mit einer Ringausnehmung versehen.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Durchmesser der der Antriebseinrichtung zugewandten Platte größer als die Länge des Schaftes ist. Hierdurch wird die wärmeableitende Oberfläche vergleichsweise groß gehalten.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, wobei eine Siegelkopfaufhängung einer im einzelnen nicht dargestellten Siegelstation einer Verpackungsmaschine mit 1 bezeichnet ist. Die Siegeleinrichtung besitzt einen auf etwa 240°C aufheizbaren Siegelkopf 2, an dessen einer Seite mittels Schrauben 3 ein Formatteil 4 befestigt ist. Unterhalb des Formatteils 4 befindet sich in einer Transportkette, z. B. einem Zellenblech 5 ein eingehängter Kunststoffbecher 6. Um dem Kunststoffbecher 6 in dem Zellenblech 5 einen genau zentrierten Sitz zu geben, ist am Zellenblech 5 ein Einsatzring 10 vorgesehen. Mit Hilfe des Siegelkopfes läßt sich in weiter unten näher beschriebener Weise ein aus Aluminiumfolie bestehendes Deckblatt 7 auf dem Becherrand ansiegeln, so daß ein dichter Verschluß entsteht. Das Formatteil besitzt zwischen seinem Siegelrand 8 eine Ausnehmung 9, von der eine zentrische Öffnung 11 in den Innenraum 12 des Siegelkopfes 2 übergeht, um beim Siegelvorgang einen Luftausgleich zu schaffen.
Auf der gegenüberliegenden Seite ist auf dem Siegelkopf 2 ein Isolationskörper 13 befestigt, der aus Kunststoff, beispielsweise einem Amid-Imid-Polymer besteht und im dargestellten Ausführungsbeispiel aus drei Teilen besteht, nämlich einem Schaft 14 und zwei beidendig daran befestigten Platten 15 und 16. Der Schaft 14 ist mit einem im Querschnitt verjüngten Mittelbereich 17 versehen und mit seinen beiden zapfenartig ausgebildeten Enden jeweils in entsprechende Bohrungen der Platten 15 und 16 eingeschrumpft. Die Platte 15 ist mittels Schrauben 18 am Siegelkopf 2 fest angeschraubt. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die Platte 16 an ihrem Rand 27 mittels Schrauben 19 an einer Tragplatte 21 einer im einzelnen nicht dargestellten Antriebseinrichtung befestigt. Die Tragplatte 21 ist mit einem Tragzapfen 22 verbunden, der über eine Büchse 23 in einem Führungselement 24 verschiebbar gelagert ist. Zwischen ihrem äußeren Befestigungsrand und ihrem mittleren Bereich besitzt die Platte 16 auf beiden Seiten Ringausnehmungen 25 und 26, die ein verbessertes Durchfedern und Anpassen an Form- und Lageabweichungen zwischen der Antriebseinrichtung einerseits und dem Siegelkopf andererseits ermöglichen.
Die Siegelvorrichtung arbeitet in der folgenden Weise:
Im Takt der Verpackungsmaschine werden Kunststoffbecher 6 mittels der Zellenbleche 5 in einer oder mehreren nebeneinanderliegenden Reihen der Siegelstation der Verpackungsmaschine zugeführt. Von einer nicht dargestellten Zuführstation wird eine Aluminiumfolie 7 auf der Oberseite des Kunststoffbechers 6 aufgebracht und durch Einwirkung von Druck und Wärme über den Siegelkopf 2 bzw. das Formatteil 4 mit dem Siegelrand 8 luftdicht versiegelt.
Zu diesem Zweck wird die Siegelkopfaufhängung nach unten auf den Kunststoffbecher 6 zubewegt. Etwa vorhandene Form- und Lageabweichung des auf den Kunststoffbecher 6 ausgerichteten Siegelkopfes werden über den Isolationskörper 13 kompensiert, in dem die obere Platte 16 durchfedert und der Schaft 14 sich durchbiegt und erforderlichenfalls auch eine Schrägstellung gegenüber der Bewegungsachse ermöglicht. Durch diesen Ausgleich ist eine einwandfreie Siegelung gewährleistet, wobei zugleich durch den Isolationskörper 13 sichergestellt ist, daß die Wärme in optimaler Weise abgeleitet wird. So wird die Wärme von etwa 240°C im Siegelkopf 2 in der Antriebseinrichtung auf etwa 30°C reduziert.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Aufsiegeln von Deckfolien auf Verpackungsbehälter, insbesondere Kunststoffbecher, mit einem aufheizbaren, ein Formatteil tragenden Siegelkopf, mit einer den Siegelkopf in Richtung zum Verpackungsbehälter bzw. Kunststoffbecher hin und von diesem weg bewegenden Antriebseinrichtung und einer zwischengeschalteten Ausgleichseinrichtung mit wenigstens einem thermischen Isolierelement, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausgleichseinrichtung und das Isolierelement durch einen aus einem bis wenigstens 240°C hitzebeständigen Kunststoff hergestellten Isolationskörper (13) gebildet werden, der einen Schaft (14) mit einem im Querschnitt verjüngten Mittelbereich (17) und zumindest an der der Antriebseinrichtung zugewandten Seite eine Platte (16) aufweist, die an ihrem Rand (27) über Schrauben (19) oder dergleichen an einer Tragplatte (21) der Antriebseinrichtung befestigt und an wenigstens einer Seite mit einer Ringausnehmung (25, 26) versehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Kunststoff für den Isolationskörper (13) ein Amid-Imid-Polymer vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Isolationskörper (13) einstückig ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationskörper (13) im Spritzgußverfahren hergestellt ist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationskörper (13) an seinem dem Siegelkopf (2) zugewandten Ende gleichfalls eine an diesem zu befestigende Platte (15) besitzt.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationskörper (13) aus mehreren Halbzeugteilen, nämlich zwei von Scheiben gebildeten Platten (15 und 16) und einem Rundstab (14) gefertigt ist, der mittels Schrumpfpassung in die Scheiben eingezapft ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (16) auf beiden Seiten zwischen dem innenliegenden Bereich der Zapfverbindung mit dem Schaft (14) und dem außenliegenden Befestigungsrand eine Ringausnehmung (25, 26) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Platte (16) größer als die Länge des Schaftes (14) ist.
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