DE4333861C2 - Verfahren und Vorrichtungen zum Verformen von Behälter-Verschlüssen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verformen von Behäl­ ter-Verschlüssen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und bezieht sich ferner auf Vorrichtungen zum Durchführen des Verfahrens beim Verschließen und/oder Versiegeln solcher Behälter-Ver­ schlüsse.

Es ist bekannt, Behälter mit Metallkappen zu verschließen, die mechanisch auf und um die Behälteröffnung gefaltet oder gebördelt werden. Dieses bekannte Verfahren ergibt wegen der Falten keinen sicheren Verschluß, beispielsweise einer Ge­ tränkeflasche. Deshalb wird zum Abdichten des Verschlusses eine zusätzliche Dichtung oder Klebung auf dem Behälterrand vorgenommen.

Aus der DE 29 38 168 A1 ist auch bereits eine Vorrichtung zum Verschließen von Gefäßen mit elektrisch leitenden Kappen mittels Stromimpuls-Spulen bekannt, die jeweils an einem Verschließkopf angeordnet sind. Der Verschließkopf besteht aus einer Leitglocke, einem Gehäuse mit einem Drücker, einer durch eine Feder belasteten Stange, einem den Kopf der fe­ dernden Stange umgebenden Hauptinduktor und einem koaxial zu diesem angeordneten Zusatzinduktor. Diese Vorrichtung dient insbesondere zum Verschließen von Getränkeflaschen mit Schraubkappen. Der Hauptinduktor und der Zusatzinduktor wer­ den über Steuerelektroden durch die Entladung eines Arbeits­ kondensators mit Spannung versorgt. Als Folge hiervon voll­ zieht sich ein Zusammenpressen der Kappe im Gewindeteil des Flaschen- oder Gefäßhalses.

Bevor sich die Elektrode, die dem Zusatzinduktor des Ver­ schließkopfes elektrisch zugeordnet ist, der Steuerelektrode für den Hauptinduktor angenähert hat, wird der Arbeitskon­ densator wieder entladen. Bei der Entladung des Kondensators unter Abgabe seiner Spannung an den Zusatzinduktor erfolgt das Zusammenpressen des unteren Kappenringes mit Anpassung an den Bund des Flaschen- oder Gefäßhalses.

Eine solche Vorrichtung ist wegen der an dem Gehäuse des Verschließkopfes oberhalb des Hauptinduktors und des Zusatz­ induktors gegen den Druck einer Feder verschiebbar gelagerten Stange, die beim Verschließvorgang mit ihrem Kopf auf dem Behälterverschluß aufliegt, nur zum Verschließen von Behäl­ tern oder Flaschen mit vergleichsweise dickwandigen Ver­ schlußkappen, wie insbesondere Schraubkappen für Getränkefla­ schen mit einem Sicherungsring, geeignet, jedoch nicht zum Verschließen und/oder Versiegeln von besonders dünnwandigen Behältern, wie Joghurt-Becher, Milchgetränke-Flaschen, Sahne­ becher oder dergleichen, mit einer dünnen Aluminiumfolie, die den Rand der Behälteröffnung mit einem im Vergleich zu der Weite oder dem Durchmesser der Behälteröffnung vergleichs­ weise schmalen Randbereich übergreift. Bei derartigen Behäl­ ter-Verschlüssen besteht in hohem Maße die Gefahr, daß die Verschlußfolie durch das von dem elektromagnetischen Impuls der Stromimpuls-Spule erzeugte Magnetfeld im Bereich der vergleichsweise weiten Behälteröffnung völlig deformiert wird und infolgedessen auch mit dem Rand des Verschlusses nicht mehr um den Rand der Behälteröffnung geformt werden kann.

Ähnlich liegen die Verhältnisse bei einem anderen, aus der DE-OS 15 32 501 bekannten Verfahren zum Verschließen von Behältern, beispielsweise von Flaschen, mit kronenkorkenähn­ lichem Verschluß, bei dem der Verschlußrohling mit einer über eine Spule geleiteten Stoßstromentladung aus einem Metallband ausgestanzt und gleichzeitig über den wulstförmigen Rand oder ein ähnliches Formteil des Behälters in einem Arbeitsgang aufgepreßt wird. Bei der zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehenen Verschließmaschine ist die zum Verformen der Behälter-Verschlüsse dienende Stoßstromspule oberhalb einer Stanzmatrize in einem solchen Abstand angeordnet, daß zwi­ schen Spule und Stanzmatrize ein Metallband durchführbar ist, aus dem die Behälter-Verschlüsse durch die Wirkung des elek­ tromagnetischen Impulses der Stoßstromspule ausgestanzt und auf den wulstförmigen Rand des Behälters aufgepreßt werden. Auch die nach diesem bekannten Verfahren arbeitende Ver­ schließmaschine ist aufgrund der sehr starken nach unten gerichteten Wirkung des von der Stoßstromspule erzeugten Magnetfeldes für einen Verschluß von Joghurt-Bechern, Milch­ getränke-Flaschen und dergleichen mit einer vergleichsweise großen Behälteröffnung mittels einer dünnen Aluminiumfolie oder dergleichen nicht geeignet.

Bei dieser bekannten Verschließmaschine ist zwar weiterhin vorgesehen, daß das Metallband einseitig mit einem Dichtungs­ mittel beschichtet ist, das gegebenenfalls auch als Folien­ streifen zwischen Metallband und Matrize eingebracht werden kann, jedoch ist eine Versiegelung der Behälter-Verschlüsse nicht vorgesehen.

Aus der DE-OS 20 43 898 ist ein weiteres Verfahren zum Ver­ schließen von Behältern aus sprödem Material, wie beispiels­ weise Glasflaschen, mit zumindest teilweise aus Metall beste­ henden Verschlußteilen bekannt, bei dem die Verschlußteile durch Anwendung der Stoßstromtechnik verformt werden. Hierbei wird über die Öffnung des Behälters ein vorgeformter Ver­ schlußteil aufgesetzt und das obere Ende des Behälters zu­ sammen mit dem aufgesetzten Verschlußteil dem Kraftfeld einer Spule ausgesetzt. Da die Öffnung des Behälters beim Aufbrin­ gen des Verschlusses als Widerlager für die bei der Verfor­ mung des Verschlußteiles auftretenden Kräfte dient, besteht die Gefahr, daß die mechanische Festigkeit, insbesondere die Stoßfestigkeit, des Behälters häufig nicht ausreicht, um den Kräften und Stoßbelastungen, die beim magnetischen Verformen von Metallteilen angewandt werden müssen, standzuhalten. Um diese magnetischen Kräfte auf ein erträgliches Maß herabzu­ setzen, ist bei dem bekannten Verfahren die Kapazität des durch die Entladung eines Kondensators durch die Spule hin­ durch erzeugten Kraftfeldes so bemessen, daß die zur Verfor­ mung erforderliche Energie bei einer Spannung von maximal 1 kV gespeichert werden kann. Die Kraftanstiegsgeschwindig­ keiten sollen dann zwar klein genug sein, damit die Behälter ihnen gewachsen sind, während die erzielbaren Maximalströme insgesamt zur Verformung noch ausreichen. Jedoch sind die bei diesem bekannten. Verfahren erzeugten Kraftfelder insbesondere beim Verschließen von Behälteröffnungen mit einer dünnen Aluminiumfolie immer noch zu groß, um die Behälter ohne eine Deformierung der Folie im Bereich der Behälteröffnung ein­ wandfrei zu verschließen und/oder gegebenenfalls auch zu versiegeln.

Auch aus der GB 1 165 116 ist ebenso wie aus der zugehöri­ gen DE-OS 17 52 470 eine Vorrichtung zum elektromagnetischen Verformen von Arbeitsstücken in Form von Verschlüssen auf Behältern, wie insbesondere Flaschen, bekannt. Zur Verformung der Verschlüsse dienen Magnetfeld-Formungselemente, die aus einer Vielzahl von aneinanderstoßenden Feldformungsplatten bestehen, die eine Vielzahl von Öffnungen aufweisen mit Stromimpuls-Spulen zum Erzeugen eines Magnetfeldes, durch das die Verschlüsse auf die Behälteröffnungen aufgeformt werden.

Aus der US 3 808 074 ist weiterhin ein Verfahren zum Heiß­ siegeln von Behälter-Verschlüssen aus einer Metallmembran mit einer Haftmittelschicht durch Hochfrequenz-Versiegeln be­ kannt, wobei jedoch die Membranen mit dem Behälterrand le­ diglich versiegelt, jedoch nicht verformt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und zum Durchführen des Verfahrens geeignete Geräte zu schaffen, mit denen es in technisch einwandfreier Weise möglich ist, einerseits Behälter, wie insbesondere Milchflaschen und ande­ re geeignete Behälter, mit Behälter-Verschlüssen aus einem elektrisch-leitenden Metall, auch wenn diese insbesondere aus einer dünnen Aluminiumfolie bestehen, ohne eine Deformierung im Bereich der Behälteröffnung einwandfrei zu verschließen und/oder gegebenenfalls zu versiegeln.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in erster Linie da­ durch gelöst, daß die Wirkung des von dem elektromagnetischen Impuls erzeugten Magnetfeldes auf den zu verformenden über­ stehenden Rand des auf dem Rand einer Behälteröffnung auflie­ genden Verschlusses konzentriert und von dem nicht zu ver­ formenden Bereich des Verschlusses ferngehalten wird.

Insbesondere bei einer Verwendung von dünnen Aluminiumfolien oder Folien aus einer Leichtmetall-Legierung besteht die Gefahr, daß der Verschluß durch den elektromagnetischen Im­ puls in seinem mittleren Teil aufgewölbt, beschädigt oder zerrissen wird.

Dieser Gefahr kann nach einer besonders vorteilhaften Weiter­ bildung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch noch dadurch entgegengewirkt werden, daß das von dem elektromagnetischen Impuls erzeugte Magnetfeld von dem nicht zu verformenden Bereich des Verschlusses durch einen den Boden des Verschlus­ ses überdeckenden Gegenhalter oder eine Druckplatte aus einem elektrisch gut leitenden Material, wie Kupfer, Aluminium, Silber oder dergleichen, abgeschirmt wird.

Die Wirkung eines solchen Gegenhalters oder einer Druckplat­ te, die zweckmäßig aus Kupfer besteht, beruht darauf, daß durch den Gegenhalter oder die Druckplatte das Magnetfeld des Stromimpulses aus der Mitte zum Rand des Verschlusses hin verdrängt wird, so daß einerseits das den überstehenden Rand des Verschlusses verformende Magnetfeld gestärkt, anderer­ seits das auf die Mitte des Verschlusses wirkende Feld ge­ schwächt wird. Hierdurch wird eine Verformung der Verschluß- Folie im Bereich des Bodens der Verschlußkappe verhindert.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Gegen­ halter oder die Druckplatte, der bzw. die sich durch die bei den Impulsen entstehenden Wirbelströme erwärmt, im gleichen Arbeitsgang zum Versiegeln der Verschlüsse auf dem Behälter­ rand benutzt werden. In diesem Fall ist der Verschluß auf der Innenseite mit einem Kleber oder einer Folie versehen, der bzw. die bei Erwärmung klebt und härtet.

Weiterhin kann die erwärmte Druckplatte oder der Gegenhalter für eine genaue Temperaturregelung zusätzlich geheizt und/ oder gekühlt werden.

Die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einem Halter für die Stromimpuls-Spule, einer Druckplatte oder einem Gegenhalter für den Boden des Ver­ schlusses und einem Impuls-Generator und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte oder der Gegen­ halter mit der Stromimpuls-Spule derart fest verbunden ist, daß die Stromimpuls-Spule von der auf dem Boden des Ver­ schlusses aufsitzenden Druckplatte oder dem Gegenhalter min­ destens mit ihrer halben Spulenhöhe in Richtung der Spulen­ achse über den unteren Rand der Druckplatte oder des Gegen­ halters nach unten hervorsteht und den an einem Behälterhals zu verformenden Randbereich des Verschlusses über seinen gesamten Umfang in engem radialen oder seitlichen Abstand vollständig umschließt.

Besonders vorteilhafte Weiterbildungen einer solchen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 7 bis 10 gekennzeichnet.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Getränkeflasche oder einen ähnlichen Behälter mit einem auf den Flaschen- oder Behälterhals aufgesetzten Spulenhalter und Druck­ platte,

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte Teildarstellung einer abgewandelten Ausführungsform einer solchen Verschließvorrichtung,

Fig. 3 eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Ver­ schließvorrichtung mit einer durch eine Flüssigkeit oder ein Gas zusätzlich beheizten oder gekühlten Druckplatte oder einem Gegenhalter zum gleichzeiti­ gen Versiegeln beim Verformen des Verschlusses und

Fig. 4 eine Fig. 3 entsprechende Ausführungsform mit einer Temperaturregelung der Druckplatte oder des Gegen­ halters beim gleichzeitigen Versiegeln mittels Luftkühlung.

Fig. 1 zeigt einen Behälter oder eine Getränkeflasche 1 mit einem Behälterrand oder Behälterhals 2 und einem Verschluß 3 in Form einer Aluminium-Verschlußkappe, die schon durch einen elektromagnetischen Impuls auf dem Behälterrand 2 fest ver­ formt ist. Der Verschluß oder die Verschlußkappe 3 ist auf der Unterseite des Bodens 4 mit einer in Fig. 3 und 4 gezeig­ ten ringförmigen vollflächigen Klebefolie oder -schicht 4b versehen.

An einem Spulenhalter 5 befinden sich eine Stromimpuls-Spule 6 sowie eine Druckplatte oder ein Gegenhalter 8 für den Boden 4 des Verschlusses.

Die Stromimpuls-Spule 6 wird durch einen nicht gezeigten Impuls-Generator erregt, und die Druckplatte oder der Gegen­ halter 8 ist mit der Stromimpuls-Spule 6 derart fest verbun­ den, daß die Stromimpuls-Spule 6 von der auf dem Boden 4 des Verschlusses 3 aufsitzenden Druckplatte oder dem Gegenhalter 8 mindestens mit ihrer halben Spulenhöhe in Richtung der Spu­ lenachse 6a über den unteren Rand der Druckplatte oder des Gegenhalters 8 nach unten hervorsteht und den zu verformenden überstehenden Rand 4a des Verschlusses 3 über seinen gesamten Umfang in einem engen radialen oder seitlichen Abstand voll­ ständig umschließt.

Die Druckplatte oder der Gegenhalter 8 besteht aus einem elektrisch gut leitenden Material, wie Kupfer, Aluminium, Silber oder dergleichen, um durch Wirbelstrombildung (Skin- Effekt) das Magnetfeld zu formen.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, werden die Feldlinien 9 des Ma­ gnetfeldes durch die am Spulenhalter 5 oberhalb der Magnetim­ puls-Spule 6 fest angeordnete Druckplatte oder den Gegenhal­ ter 8 vom Boden 4 des Verschlusses 3 ferngehalten und auf den Rand 4a des auf der Behälteröffnung oder dem Behälterhals 2 aufliegenden Verschlusses 3 konzentriert.

Versuche haben gezeigt, daß mit einer solchen Verschließvor­ richtung besonders günstige Ergebnisse erzielt werden, wenn die Unterseite der Druckplatte oder des Gegenhalters 8 an dem Spulenhalter 5 mit der Mittelebene 6b der Stromimpuls-Spule 6 zusammenfällt. Dies ist in Fig. 2 gezeigt. Hierbei werden die Feldlinien 9 des Magnetfeldes durch die aus elektrisch gut leitendem Metall bestehende Druckplatte 8 vom Boden 4 des Verschlusses 3 vollständig ferngehalten und an dem zu verfor­ menden überstehenden Randbereich des Verschlusses 3 unterhalb der Druckplatte oder des Gegenhalters 8 so konzentriert, daß sich der überstehende Rand 4a des Verschlusses 3 eng um den Behälter- oder Flaschenhals legt.

Fig. 3 und 4 zeigen die Kühlung oder Heizung der Druckplatte oder des Gegenhalters 8 mit einem Umlauf 10 einer Flüssigkeit oder eines Gases. Bei der Ausführungsform von Fig. 3 besitzt die Druckplatte oder der Gegenhalter 8 einen rückseitigen An­ schluß 11 für die Zirkulation eines vorzugsweise flüssigen Kühlmittels, während bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 die Druckplatte oder der Gegenhalter 8 von einem Körper 12 nach außen weisende Kühlrippen 13 aufweist, die von einem gasförmigen Kühlmittel 14, wie Kühlluft, umströmt sind. Der Körper 12 mit den Kühlrippen 13 ist einteilig mit der Druck­ platte oder dem Gegenhalter 8 verbunden. In beiden Fällen wird die Temperatur der Druckplatte oder des Gegenhalters entsprechend der gewünschten Klebe- oder Siegeltemperatur z. B. in einem geeigneten Temperaturbereich zwischen 50 und 100°C geregelt.

Zusätzlich zu der Temperaturregelung können an der Unterseite der Druckplatte oder des Gegenhalters 8 auch in der Zeichnung nicht gezeigte Ausnehmungen in Zeichenform enthalten sein, die sich beim Verformen am Boden 4 des Verschlusses 3 abbil­ den. So können bestimmte Kennzeichnungen und Verfallsdaten bereits beim Verschließen der Behälter 1 an den Verschlüssen 3 angebracht werden.

Die zu verschließenden Behälter 1 können auch Kapseln zum Um­ hüllen oder Versiegeln von festen Körpern sein, um diese z. B. vor Korrosion zu schützen oder den Austritt von unerwünschten Stoffen zu verhindern.

Bezugszeichenliste

1 Behälter, Getränkeflasche
2 Behälterrand, Behälterhals
3 Verschluß
4 Boden des Verschlusses
4a Rand des Verschlusses
4b Klebefolie oder -schicht
5 Spulenhalter
6 Stromimpuls-Spule
6a Spulenachse
6b Mittelebene der Stromimpuls-Spule
8 Druckplatte, Gegenhalter
9 Feldlinien
10 Umlauf einer Flüssigkeit oder eines Gases
11 Anschluß
12 Körper
13 Kühlrippen
14 Kühlmittel

Claims (10)

1. Verfahren zum Verformen von Behälter-Verschlüssen aus einem elektrisch-leitenden Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Leichtmetall-Legierung, durch den elektromagnetischen Impuls einer Stromimpuls-Spule, der auf den Verschluß einwirkt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wirkung des von dem elektromagnetischen Impuls erzeugten Magnetfeldes auf den zu verformenden überstehenden Rand des auf dem Rand einer Behälteröffnung aufliegenden Verschlusses konzen­ triert und von dem nicht zu verformenden Bereich des Verschlusses ferngehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das von dem elektromagnetischen Impuls erzeugte Magnetfeld von dem nicht zu verformenden Bereich des Verschlusses durch einen den Boden des Ver­ schlusses überdeckenden Gegenhalter oder eine Druckplat­ te aus einem elektrisch gut leitenden Material, wie Kupfer, Aluminium, Silber oder dergleichen, abgeschirmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Druckplatte oder der Gegenhalter beim Verformen des Verschlusses gleichzeitig auf eine ausreichende Temperatur zum Versiegeln des Verschlusses am Rand der Behälteröffnung erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erwärmte Druckplatte oder der Gegenhalter für eine genaue Temperaturregelung zusätz­ lich geheizt und/oder gekühlt wird.

5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Halter für die Stromimpuls- Spule, einer Druckplatte oder einem Gegenhalter für den Boden des Verschlusses und einem Impuls-Generator, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte oder der Gegenhalter (8) mit der Stromim­ puls-Spule (6) derart fest verbunden ist, daß die Strom­ impuls-Spule (6) von der auf dem Boden (4) des Ver­ schlusses (3) aufsitzenden Druckplatte oder dem Gegen­ halter (8) mindestens mit ihrer halben Spulenhöhe in Richtung der Spulenachse (6a) über den unteren Rand der Druckplatte oder des Gegenhalters (8) nach unten hervor­ steht und den an einem Behälterhals (2) zu verformenden überstehenden Randbereich des Verschlusses (3) über seinen gesamten Umfang in engem radialen oder seitlichen Abstand vollständig umschließt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckplatte oder der Gegen­ halter (8) aus einem elektrisch gut leitenden Material, wie Kupfer, Aluminium, Silber oder dergleichen, besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Unterseite der Druck­ platte oder des Gegenhalters (8) mit der Mittelebene (6b) der Stromimpuls-Spule (6) zusammenfällt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte oder der Gegenhalter (8) einen rückseitigen Anschluß (11) für die Zufuhr eines gasförmigen oder flüssigen Kühlmittels aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte oder der Gegenhalter (8) nach außen weisende Kühlrippen (13) aufweist, die von einem gasförmigen Kühlmittel (14), wie Kühlluft, umströmt sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8 oder 9, da­ durch gekennzeichnet, daß an der Unterseite der Druckplatte oder des Gegenhalters (8) Ausnehmungen in Zeichenform enthalten sind, die sich beim Verformen am Boden (4) des Verschlusses (3) abbil­ den.