DE4410909C2

DE4410909C2 - Verfahren zum Anbringen einer Öffnungseinrichtung an eine Packungswand und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE4410909C2
Application number: DE19944410909
Authority: DE
Inventors: Lars Bergholtz
Original assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 1994-03-29
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2014-03-30
Also published as: WO1995026300A1; AU1849695A; DE4410909A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbringen einer Kunststoff aufweisenden Öffnungsein richtung an einen thermoformbaren Kunststoff aufweisenden Bereich einer Packungswand und betrifft auch eine Vorrichtung hierfür.

Es gibt Flüssigkeitspackungen, die an einer Stelle in der Packungswand eine Einrichtung zum Öffnen und Wiederverschließen haben. Die Hersteller von Packungen sind bestrebt, gute Öffnungseinrichtungen an Packungen anzubringen, d. h. flüssigkeitsdichte oder gar gasdichte Öffnungseinrichtungen, die einerseits leicht herzustellen sind und andererseits ohne großen Kraftaufwand und einfach geöffnet, vorzugsweise sogar wiederverschlossen werden können. Wenn eine Packungswand wenigstens einen Bereich hat, welcher thermoformbaren Kunststoff aufweist, und die Öffnungseinrichtung in diesem Bereich anzubringen ist, ergeben sich ähnliche Vorteile und Probleme, wie wenn die Packungswand ganz aus dem thermoformbaren Stoff besteht.

Bekannt ist die Herstellung von Flüssigkeitspackungen durch Blasen, z. B. Blasflaschen, an denen man Öffnungseinrichtungen unterschiedlicher Gestaltungen anbringen kann, wobei die Blasflasche innen sogar aseptisch gehalten werden kann. Durch das Blasen der Flasche hat das zu bearbeitende Wandmaterial eine Temperatur von etwa 240°C, wodurch die Packung innen bereits aseptisch ist. Im Verlaufe des Herstellungsverfahrens der Öffnungseinrichtung wurde ein Wulst oder eine Blase gebildet, die man danach abschneidet. Füllt man eine solche Blasflasche mit sterilem Füllgut, dann sind die Sterilisierungsmaßnahmen gering. Diese Vorteile sind aber auf die Blastechnik und die Herstellung dieser Blasflaschen beschränkt.

Bei anderen Arten von Verpackungen, die durch Falten, Spritzen oder Tiefziehen hergestellt werden, ergibt sich bei der Anbringung der Öffnungseinrichtung an dem zu bearbeitenden Wandmaterial die Schwierigkeit, daß man von der Innenseite der Packung her einen Gegendruck braucht. Von außen kann dann ein erstes Teil, z. B. ein Unterteil einer Öffnungseinrichtung aufgesetzt und an dem Wandmaterial angeschweißt werden, so daß man dann nur ein entsprechendes Gegenteil zum Verschließen aufsetzen muß oder im Falle einer Gewindever bindung aufschrauben kann. Ohne Gegendruck vom Inneren der Packung ist es aber nahezu unmöglich, ein erstes Teil einer Öffnungseinrichtung von außen mit einer Packungswand fest zu verbinden.

Aus der DE-AS-12 20 588 ist zwar bereits ein Verfahren zum Herstellen einer Öffnungseinrichtung an einem Behälter oder Behälterdeckel aus Kunststoff bekannt, diese bekannte Öffnungsein richtung ist aber eine von außen her eindrückbare, ringförmige Reißstelle. Es braucht zur Erstellung dieser Reißstelle kein einziges Teil an eine Packungswand angebracht werden. Vielmehr braucht der den thermoformbaren Kunststoff aufweisende Bereich im bekannten Fall lediglich auf eine für das Thermoformen ausreichende Temperatur erwärmt zu werden, und dann kann dieser auf eine Saugdüse aufgelegte Bereich durch Erzeugen eines Unterdruckes in der Düse verformt werden. Die Formung ergibt eine napfförmige Vertiefung mit einer inneren Erhebung und einer ringförmigen Kante dazwischen, in deren Bereich das Material dünner ist. Zum Öffnen des bekannten Behälters drückt man gegen die Erhebung, zum Beispiel über einen Trinkhalm, und dann reißt die geschwächte Kante leicht auf. Auf diese Weise hergestellte bekannte Deckel werden erst danach auf gefüllte Behälter aufgesetzt und an diesen verschweißt; oder die Behälter werden nachträglich von der anderen Seite gefüllt.

Das sind Schwierigkeiten und Nachteile, welche nicht in das Konzept der Erfindung passen, nachdem man an eine fertige Packung für Flüssigkeiten, Gase und rieselförmige Schüttgüter, bisweilen auch Fluidpackung genannt, die Öffnungseinrichtung heranbringen und applizieren möchte, ohne in das Verfahren zum Füllen und Verschließen der Packung eingreifen zu müssen.

Aus der DE-42 28 181 A1 ist zwar bereits eine Vorrichtung zum Anbringen einer Kunststoff aufweisenden Öffnungseinrichtung an einen thermoformbaren Kunststoff aufweisenden Bereich einer Packungswand bekannt, es wird dort aber nicht die Packungswand in einem besonderen Arbeitsschritt nochmals erwärmt, die hin- und herbewegbare Heizeinrichtung befindet sich auch nicht zwischen dem zu bearbeitenden Bereich der Packungswand und dem Werkzeugkopf, und es wird schließlich auch nicht das erwärmte Wandmaterial durch ein ringförmiges Unterteil hindurch tiefgezogen.

Bei der bekannten Vorrichtung sind alle Formungs- und Tiefzievorgänge bereits vollständig abgeschlossen. Ein Dornrad ist einerseits drehbar und andererseits translatorisch auf ein Herstellungswerkzeug für die Packung bewegbar und transportiert fertige Öffnungseinrichtungen unter Erwärmen an die dann fertige Packungswand. Diese Packungswand hat eine Öffnung zum Befüllen der Packung, wobei die Herstellung dieser Öffnung einige Anstregungen kostet.

Der Sinn der vorliegenden Erfindung ist es hingegen, eine Packung für Flüssigkeiten oder auch rieselfähige Schüttgüter herzustellen, zu füllen und abzudichten, ohne daß man sich zunächst um eine Öffnungseinrichtung zu kümmern braucht. Letztere wird erst durch das erfindungsgemäße Verfahren und die neue Vorrichtung angebracht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen Anbringen einer Öffnungseinrichtung an einer Packungswand zu schaffen, mit dem bzw. mit der man die Öffnungseinrichtung von außen an die Wand einer Packung für Flüssigkeiten, Gase und rieselfähige Schüttgüter anbringen kann, wobei die Packung vor und nach dem Anbringen flüssigkeitsdicht ist. Die Öffnungsvorrichtung soll vorzugsweise an eine gefüllte Packung anbringbar sein, sofern das Füllgut nicht den für die Anbringung der Öffnungseinrichtung vorgesehenen Bereich berührt.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt für das Verfahren gemäß der Erfindung dadurch, daß

a) der den thermoformbaren Kunststoff aufweisende Bereich auf eine für das Thermoformen ausreichende Temperatur erwärmt wird,
b) ein kasten- oder ringförmiges Unterteil der Öffnungseinrichtung aus mit dem thermoform baren Kunststoff versiegelbarem Kunststoff auf der dem für die Öffnungseinrichtung vorgesehenen Bereich zugewandten Fläche auf Siegeltemperatur erwärmt und danach
c) auf den erwähnten Bereich der Packungswand aufgelegt wird und
d) daß dann das erwärmte Wandmaterial innerhalb des kasten- oder ringförmigen Unterteiles durch letzteres hindurch nach außen so tiefgezogen wird, daß das Unterteil mit dem erwähnten Bereich versiegelt wird und sich eine über das Unterteil nach außen ragende, geschlossene Wandungsfläche bildet.

Dieses Verfahren eignet sich durch seine Einfachheit dazu, eine Öffnungseinrichtung bzw. ein Teil derselben an einem Stück Packungswand anzubringen, sofern nur dieses Stück Packungswand oder der diejenige Stelle, wo die Öffnungseinrichtung anzubringen ist, thermoformbaren Kunststoff aufweist, gegebenenfalls sogar nur aus diesem besteht. Es kann sich hier um das Anbringen der Öffnungseinrichtung an der Packungswand handeln, bevor die Packung überhaupt erst hergestellt ist, d. h. wenn die Packungswand noch in Form einer Bahn vorliegt. Andererseits eignet sich das Verfahren in gleicher Weise und mit besonderem Vorteil dazu, eine Öffnungseinrichtung bzw. ein Teil derselben an dem in Rede stehenden Bereich der Packungswand anzubringen, wenn die Packung bereits fertiggestellt ist. Dieses Anbringverfahren gelingt sogar dann, wenn die Packung bereits gefüllt ist, auch wenn sie mit Flüssigkeit gefüllt ist, sofern das Füllgut nur den in Rede stehenden Bereich nicht direkt berührt. Häufig befinden sich Öffnungseinrichtungen an der Oberwand einer Packung und häufig haben Flüssigkeitspackungen ein kleines Luftkissen unter der Oberwand. Bei solchen Typen von Packungen läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren (und auch die später noch beschriebene Vorrichtung) bestens anwenden.

Die Erfindung lehrt vier Schritte a) bis d), die den Erfolg des Verfahrens gewährleisten.

a) Der Bereich der Packungswand, an welchem die Öffnungseinrichtung anzubringen ist, soll thermoformbaren Kunststoff aufweisen und bevorzugt aus thermoformbarem Kunststoff bestehen, so daß man bei entsprechender Wärme- und Formungseinwirkung den ganzen Bereich, d. h. das Wandungsstück, an welchem die Öffnungseinrichtung anzubringen ist, verformen kann. Hierzu wird der in Rede stehende Bereich auf die Thermoformtemperatur von z. B. 240°C erwärmt. Hierfür kann man verschiedenste Energieformen wählen, z. B. Strahlungswärme, heiße Gase, Kontaktwärme usw.
b) Die Öffnungseinrichtung kann entweder aus dem erwähnten Unterteil bestehen, oder dieses kann ein Teil der Öffnungseinrichtung sein. Das zur Erläuterung dieser Erfindung sogenannte Unterteil der Öffnungseinrichtung ist kasten- oder ringförmig. Gemeint ist damit, daß es rahmen-, ring- oder schleifenförmig ein irgendwie geformtes Loch oder einen Bereich, der später einmal ein Loch vorgeben kann, umgeben kann. Da es sich um eine Öffnungseinrichtung handelt, soll das Loch innerhalb des Unterteiles nach dem erstmaligen Öffnen einer gefüllten Packung als Ausgießöffnung dienen. Verständlicherwei se ist es gleichgültig, ob das sogenannte Unterteil der Öffnungseinrichtung in Draufsicht rund, oval, kreisförmig, nierenförmig, vieleckig oder auf irgendeine andere denkbare Weise geformt ist. Wesentlich ist, daß das Unterteil in sich geschlossen ist und vom Prinzip her einen Ring darstellt, wenn man auch an drei- oder viereckige Ringe denkt. Dieses so geformte Unterteil soll erfindungsgemäß aus einem Kunststoff bestehen oder wenigstens an seiner Oberfläche einen derartigen Kunststoff tragen, der mit dem thermoformbaren Kunststoff des eingangs genannten Bereiches der Packungswand versiegelungsfähig ist. Der erwähnte Bereich der Packungswand stellt das zu bearbeitende Wandmaterial dar und ist zunächst als im wesentlichen eben zu denken. Das ringförmige Unterteil kann man sich nun so dem im wesentlichen ebenen Bereich der Packungswandung zugeordnet denken, daß die dem betreffenden Bereich der Packungswandung zugewandte Fläche des ringförmigen Unterteiles eine entsprechende Form hat, also ebenfalls im wesentlichen eben ist. Nach dem zweiten Schritt des Verfahrens wird eben diese ringförmige Fläche auch auf Siegeltemperatur erwärmt, wobei es sich auch um eine Temperatur von etwa 240°C handelt.
c) Bei dem nächsten Verfahrensschritt werden beide erwärmte Flächen miteinander dadurch in Berührung gebracht, daß das ringförmige Unterteil der Öffnungseinrichtung mit seiner erwärmten Fläche auf den ebenfalls erwärmten Bereich der Packungswand aufgelegt wird. Irgendwelche Gegendrücke vom Inneren der Packung, die verständlicherweise nicht oder nur sehr schwierig zu erzeugen sind, sind für das erfindungsgemäße Verfahren nicht erforderlich.
d) Zuletzt wird ein Tiefziehvorgang angeschlossen, der ersichtlich ebenfalls keinen inneren Gegendruck benötigt und dennoch eine Anpreßkraft bewirkt zwischen dem thermoform baren Wandmaterial des erwärmten Bereiches und der erwärmten Fläche des ringförmi gen Unterteils der Öffnungseinrichtung. Durch die Ringform des Unterteils hindurch wird nämlich das erwärmte Wandmaterial aus seiner Ebene heraus (z. B. nach oben und außen) durch Tiefziehen so herausbewegt, daß dabei durch den erwähnten Anpreßdruck das Unterteil längs seines Randes auf der erwärmten und erwähnten Fläche mit dem Wandmaterial versiegelt wird, d. h. mit demjenigen Kunststoff, der sich in dem erwärmten Bereich der Packungswand befindet. Betrachtet man das ringförmige Unterteil als von außen auf den Bereich des erwärmten Wandmaterials aufgelegt, dann wird das thermoformbare Wandmaterial durch das Innere dieses Ringes unter Strecken nach außen bewegt, und es bildet sich die beschriebene, geschlossene Wandungsfläche. Diese kann die Form eines Kegels, eines Kegelstumpfes, einer Halbkugel oder eines Domes und dergleichen erhalten.

Eine so behandelte Folie oder ein derart bearbeitetes Wandmaterial kann beispielsweise zur Oberwand einer Packung verarbeitet werden oder befindet sich bereits an einer Stelle der Packung, wo der Benutzer später die Öffnungseinrichtung antrifft. Auf sehr einfache Art ist die Öffnungseinrichtung oder ein Teil derselben an der gewünschten Stelle des zu bearbeitenden Wandmaterials angebracht, und gleichwohl ist die Gesamtfläche der Wandung noch geschlossen. Man erkennt unmittelbar die vorteilhafte Anwendbarkeit bei aseptischen Flüssigkeitspackungen.

Zweckmäßig ist es erfindungsgemäß ferner, wenn die geschlossene Wandungsfläche neben dem Unterteil entlang seinem Rand derart abgeschnitten wird, daß innerhalb des Unterteiles eine Öffnung in dem Wandmaterial gebildet wird. Es gibt Öffnungseinrichtungen, bei denen der Endverbraucher die geschlossene Wandungsfläche mit passenden Werkzeugen in der gewünschten Weise abschneidet. Bei anderen Ausführungsformen von Öffnungseinrichtungen erfolgt dieses Abschneiden herstellerseitig. Eine entsprechende Vorrichtung muß lediglich dafür sorgen, daß die geschlossene Wandungsfläche, welche durch das Tiefziehen ausgestaltet worden ist, entlang einem Rand des Unterteils abgeschnitten wird. Das ringförmige Unterteil bietet als Schneidkante hierfür sowohl die untere Kante, die am Rand der ringförmigen Fläche liegt, die zum Siegeln erwärmt wurde; als auch die obere Kante, welche die Ebene vorgibt, aus welcher die geschlossene Wandungsfläche, beispielsweise der Dom, nach außen herausragt. In letzterem Falle kann das Schneidmesser parallel zu dem ringförmigen Unterteil, d. h. parallel zu der Packungswand geführt werden. Bei dem erstgenannten Fall ist es zweckmäßig, wenn man das Messer senkrecht durch das ringförmige Unterteil einführt.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn man beide Verfahrensschritte, nämlich das Tiefziehen einerseits und den Schneidvorgang andererseits in einem Zug von aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten durchführt. Dann nämlich kann man die abgeschnittene Wandungsfläche durch Saugdruck sogleich im Tiefziehwerkzeug festhalten und nach dem Schneidvorgang sogar aus dem geöffneten Unterteil nach außen herausbewegen und abstoßen. Es läßt sich auf diese Art die Öffnungseinrichtung bzw. ihr Unterteil sehr einfach und bequem entfernen.

Das ringförmige Unterteil kann beispielsweise als innen glatter Bund oder Kragen ausgestaltet sein, welcher die Ausgießöffnung umgibt und in welchen ein becherförmiger Verschluß eingedrückt werden kann, um die Öffnungseinrichtung fertigzustellen und zu verschließen. Alternativ ist es aber auch möglich, im Falle eines kreisringförmigen Unterteiles an dessen Außenfläche ein Gewinde vorzusehen, so daß eine Schraubkappe den Verschluß und die Komplettierung der Öffnungseinrichtung gewährleistet. Jede andere Art von Öffnungseinrichtung oder Verschlußkappe ist denkbar, die auf das erfindungsgemäß an dem erwärmten Bereich der Packungswand befestigte Unterteil angebracht wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens enthält einen Werkzeugkopf, der senkrecht zu der Ebene des zu bearbeitenden Wandmaterials translatorisch bewegbar ist, der an seinem dem Wandmaterial zugewandten Ende ein Zentrier- und Abstützteil für das Unterteil der Öffnungseinrichtung und im Bereich innerhalb des Zentrier- und Abstützteils einen nach innen zurückversetzten Hohlraum aufweist, der über Löcher mit einer Vakuum- oder Druckluftquelle verbindbar ist, und eine zwischen dem zu bearbeitenden Wandmaterial und dem Werkzeugkopf hin- und herbewegbare Heizeinrichtung. Diese sehr einfache Vorrichtung erlaubt eine schneite und praktische Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Betrachtet man das zu bearbeitende Wandmaterial wiederum als Stück einer im wesentlichen ebenen Kunststoffolle, sei es daß die Öffnungsein richtung an einer Bahn anzubringen ist, aus der später erst die Packung geformt wird, sei es daß das Wandmaterial bereits Teil der fertiggestellten Packung für Flüssigkeiten, Gase und rieselfähige Schüttgüter ist; selbst wenn diese gefüllt ist, dann ist der Werkzeugkopf senkrecht auf diese Ebene translatorisch hin- und wegbewegbar. In der Praxis kann man diese Richtung als vertikal beschreiben. Senkrecht zu dieser Bewegung, also in horizontaler Richtung, wäre dann die Heizeinrichtung so über das zu bearbeitende Wandmaterial zu bewegen, daß dieses erwärmt werden kann. Es handelt sich hier um die Erwärmung des in Rede stehenden Bereiches aus thermoformbarem Kunststoff, wobei die Erwärmung beispielsweise durch Berührung des Kunststoffes mit Heizbacken erfolgt; alternativ durch Strahlungswärme, Heißluft oder ähnliches. Beispielsweise kann die Heizeinrichtung eingesetzte Heizpatronen haben.

Gleichzeitig oder mit geringer Verzögerung bzw. Voreilung erfolgt die Erwärmung der Fläche des ringförmigen Unterteiles, die später auf das Wandmaterial aufgesetzt und mit diesem versiegelt werden soll. Auch diese Erwärmung des ringförmigen Unterteils, welches vertikal am unteren Ende des Werkzeugkopfes angebracht ist, kann über Kontaktwärme, Strahlungswärme, Heißluft oder dergleichen erfolgen.

Nach dem ausreichenden Erwärmen wird die Heizeinrichtung aus dem Raum zwischen dem Werkzeugkopf und dem zu bearbeitenden Wandmaterial herausbewegt, wonach der Werkzeug kopf vertikal nach unten relativ zu dem erwärmten Bereich der Packungswand so weit bewegt wird, bis das ringförmige Unterteil auf das Wandmaterial aufgesetzt hat. Ein Gegendruck ist nicht erforderlich, denn Unterdruck in dem Hohlraum im Werkzeugkopf sorgt nicht nur für das Tiefziehen und Verformen des erwärmten Bereiches der Packungswand sondern drückt gleichzeitig die erwärmte Oberfläche dieses Bereiches der Packungswand gegen die erwärmte Unterfläche des ringförmigen Unterteils. Durch die Zugwirkung beim Tiefziehen wird eine ausreichende Druckkraft aufgebracht, so daß eine feste Siegelverbindung zwischen dem ringförmigen Unterteil einerseits und der Packungswand andererseits gewährleistet ist.

Nach einem kurzen Härtungsvorgang kann man den Werkzeugkopf von der Packungswand abziehen, wodurch das ringförmige Unterteil unter Überwindung seiner Klemmwirkung von dem Zentrier- und Abstützteil abgezogen wird. Je nach der Ausgestaltung des Hohlraumes ist die geschlossene Wandungsfläche, welche sich durch das Innere des ringförmigen Unterteils nach außen hindurch erstreckt, gleichmäßig gekrümmt, kegelstumpfförmig oder anderweitig geformt.

Vorteilhaft ist es dabei, wenn erfindungsgemäß längs des geschlossenen Innenrandes des Zentrier- und Abstützteils ein Messer relativ zu dem Zentrier- und Abstützteil in derselben Richtung translatorisch bewegbar ist wie der Werkzeugkopf. Diese Ausführungsform eignet sich für denjenigen, oben beschriebenen Schneidvorgang, bei welchem die geschlossene, tiefgezogene Wandungsfläche am unteren Rand des ringförmigen Unterteils durch vertikale Scherwirkung abgetrennt wird.

Das Verfahren läßt sich besonders zügig Schritt um Schritt bis zum Öffnen der Fläche innerhalb des ringförmigen Unterteils durchführen, wenn das Messer in der beschriebenen Weise direkt an dem Innenrand des Zentrier- und Abstützteils entlangbewegt werden kann. Hierbei kann an translatorische und gegebenenfalls zusätzlich auch Drehbewegungen gedacht werden. Außerdem kann man bei - in Draufsicht - nicht drehsymmetrisch ausgestaltetem Unterteil das Messer entlang der gesamten Kante und damit längs des Innenrandes des entsprechend geformten Abstützteils anordnen, so daß der Schneidvorgang eine Art Stanzvorgang ist.

Günstig ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn der äußere, untere Rand des den Hohlraum umgebenden Körpers wenigstens teilweise als Messer ausgebildet ist und der Körper ein Tiefziehwerkzeug ist. Der Hohlraum in dem Werkzeugkopf wird dann durch den beschriebenen Körper, d. h. durch das Tiefziehwerkzeug gebildet, und gleichzeitig ist sein äußerer, unterer Rand als Messer ausgebildet.

Bei vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Körper des Tiefziehwerkzeuges von einer Druckhülse umgeben, an deren dem zu bearbeitenden Wandmaterial zugewandten Ende das Zentrier- und Abstützteil angebracht ist. Der Werkzeugkopf besteht mithin aus zwei relativ zueinander beweglichen Teilen, nämlich der äußeren Druckhülse und dem inneren Tiefziehwerk zeug. Am vertikal unteren Ende befindet sich auf der äußeren Druckhülse auf dem Zentrier- und Abstützteil das ringförmige Unterteil der Öffnungseinrichtung, und in geringem radialen Abstand nach innen liegt das wenigstens eine Messer zur Durchführung des Stanz- bzw. Schervorganges.

Zweckmäßig ist es erfindungsgemäß auch, wenn zwischen dem Körper des Tiefziehwerkzeuges und der Druckhülse eine Teflonhülse angeordnet ist. Diese dient dem Vermeiden von Schleifspuren bei der Relativbewegung des Tiefziehwerkzeuges relativ zur Druckhülse. Insbesondere bei solchen Verschlüssen, bei welchen die innere Ringfläche des Unterteils durch eine becherförmige Kappe verschlossen wird und die innere Ringfläche eine Dichtfläche ist, müssen Schleifspuren vermieden werden. Kratzspuren am Produkt können sonst zu Undichtigkei ten führen.

Es folgt die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 perspektivisch eine durch Tiefziehen und Siegeln hergestellte Flüssigkeitspackung, die ganz aus thermoformbarem Kunststoff besteht, mit aufgeklappter Öffnungsein richtung,

Fig. 2 schematisch die Darstellung eines ringförmigen Unterteiles im Abstand über dem zu bearbeitenden Wandmaterial im Zustand der Erwärmung,

Fig. 3 schematisch einen späteren Verfahrensschritt, bei welchem das ringförmige Unterteil durch den Tiefziehvorgang an dem Wandmaterial angesiegelt ist und sich eine von unten innen über das Unterteil nach außen oben ragende, geschlossene Wandungsfläche gebildet hat,

Fig. 4 eine ähnliche schematische Darstellung wie Fig. 3, jedoch nach einem weiteren Verfahrensschritt, nachdem nämlich die domartige geschlossene Wandungsfläche durch nicht dargestellte horizontale Messer an der Oberkante des ringförmigen Unterteiles durchtrennt ist,

Fig. 5 bis 10 eine ähnliche schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform, bei welcher die geschlossene Wandungsfläche nach dem Tiefziehen kegelstumpf förmig ist und nach dem Abschneiden entlang dem unteren Rand des ringförmigen Unterteils abgeblasen wird,

Fig. 11 vergrößert und in größerer Einzelheit eine Ausführungsform eines Werkzeugkopfes mit unten angesetzter Heizvorrichtung im Zustand der Erwärmung der miteinander zu versiegelnden Teile,

Fig. 12 einen späteren Verfahrensschritt der Vorrichtung der Fig. 11, bei welcher die Heizeinrichtung nach rechts wegfährt und der Werkzeugkopf vertikal nach unten auf den erwärmten Bereich der Packungswandung zufährt,

Fig. 13 den Verfahrensschritt des Tiefziehens durch das Werkzeug der Fig. 11 und 12,

Fig. 14 den Verfahrensschritt des Abschneidens der kegelstumpfförmigen, tiefgezogenen Wandungsfläche,

Fig. 15 eine Seitenansicht des abgebrochenen unteren Teils des Werkzeugkopfes mit dem zahnförmigen Kreismesser,

Fig. 16 eine Draufsicht auf die Vorrichtung entlang der Linie IV'-IV' ohne Abdeckkappe und

Fig. 17 den letzten Verfahrensschritt beim Abblasen der abgeschnittenen, kegelstumpf förmigen Wandungsfläche.

Die perspektivisch in Fig. 1 gezeigte Darstellung ist nur ein Beispiel einer bekannten Flüssigkeitspackung, die aus thermoformbarem Kunststoff ohne Trägermaterial hergestellt ist. Das für diese Verpackung verwendete thermoformbare und tiefziehfähige Kunststoffmaterial kann ein thermoplastischer Kunststoff sein, z. B. Polypropen. Auch PVC kann als solcher Kunststoff dienen, wobei Polypropen in der Technik weitgehend auch als Polypropylen bekannt ist. Die Packung besteht aus einwandfrei wiederaufarbeitbaren und leicht verrottbaren Teilen und Materialien (im Gegensatz zu Verbundmaterialien - Papier/Kunststoff). Besonders bevorzugt ist es, wenn das Kunststoffmaterial, z. B. das Polypropen, gefüllt ist. Dabei ist als Füllstoffe an Kreide, Glimmer, Talkum, Gips oder dergleichen gedacht. In der Praxis haben sich Füllgrade von bis zu 70%, vorzugsweise 60%, als günstig erwiesen. Es hat sich gezeigt, daß derartige gefüllte Kunststoffmaterialien einerseits leicht verrottbar sind, natürlich auch ohne weiteres und nach einfachen Methoden wiederaufgearbeitet bzw. rezykliert werden können und andererseits die Eigenschaften eines Kunststoffes nicht beeinträchtigen, so daß derartige gefüllte Kunststoff materialien insbesondere tiefziehfähig und auch siegelfähig sind.

Die in Fig. 1 dargestellte Packung aus thermoformbarern Material ist im Querschnitt im wesentlichen viereckig und hat vier Seitenwände, von denen die vorderen Seitenwände 2 und 3 sichtbar sind, einen nicht gezeigten Boden und die mit 9 bezeichnete Oberwand mit der Öffnungseinrichtung 10. In einer Vertiefung 1 der Oberwand 9 verläuft eine in einer Ebene liegende, die Packung diametral umziehende Versteifungsnaht 12, welche durch die Öffnungsein richtung 10 unterbrochen ist. Um diese Öffnungseinrichtung herum geht die Vertiefung 12 in eine Erweiterung 17 über, so daß sich die gesamte Öffnungseinrichtung 10 nicht über die äußere ebene Fläche der Oberwand 9 erstreckt.

Die Öffnungseinrichtung 10 selbst besteht aus einem ringförmigen Unterteil 4 mit Gießkante 31 und einem über ein Scharnier angelenktes Oberteil 23 mit Greifspitze 29.

Ebenso kann man sich aber auch eine andere Flüssigkeitsverpackung mit ebener Oberwand denken, bei welcher die Öffnungseinrichtung 10 nicht gerade zwischen den Enden der umlaufenden Naht 12 liegt sondern im Bereich der dreieckförmigen ebenen Wandungsteile der Oberwand 9; oder in einer Oberwand einer Packung ohne jede Versteifungsnaht 12. In den nachfolgenden Beispielen wird daher von einer im Querschnitt eben dargestellten Packungswand gesprochen, auf welche ein einfacheres ringförmiges Unterteil 4 (nicht mit dem breiten Flansch gemäß Fig. 1 und nicht mit einer Gießkante 31) aufgesiegelt wird.

Vor dem Hintergrund der vorstehend konkret beschriebenen Verpackung läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren anhand der sehr schematisch dargestellten Fig. 2 bis 4 besser verstehen.

Mit 9 ist wieder die Oberwand oder allgemein die Packungswand bezeichnet, die im Querschnitt und nur abgebrochen in demjenigen mit 5 bezeichneten Bereich dargestellt ist, an welchen die Öffnungseinrichtung 10 bzw. ihr Unterteil 4 angesiegelt werden soll.

In Fig. 2 bedeuten die beiden oberen schrägen Pfeile 6 Heißluftströme, während die Vielzahl der parallelen, nach unten gerichteten Pfeile 7 beispielsweise Strahlungswärme darstellen sollen. Das in nicht dargestellter Draufsicht ovalförmige Unterteil 4 nach den Fig. 2 bis 4 befindet sich im Zustand der Fig. 2 in einem solchen Abstand von der Packungswand 9, daß nicht gezeigte Heizeinrichtungen dazwischen einfahren können und die Erwärmung in gewünschter Weise durchführen. So gelangt genügend Energie auf die ebene, ringförmige Unterfläche 8 des Unterteils 4 und auf die Oberfläche des Bereiches 5, wodurch eine Siegeltemperatur von etwa 240°C erreicht wird.

Danach wird das Unterteil 4 vertikal nach unten auf die Packungswand 9 zu bewegt, bis das Unterteil 4 in dem erwärmten Bereich 5 aufgelegt ist. Danach erfolgt über ein nicht gezeigtes Werkzeug ein Tiefziehen in Richtung des Pfeiles 28, bis die gezeigte, domförmige, geschlossene Wandungsfläche 27 ausgeformt ist.

Beim nächsten Verfahrensschritt gemäß Fig. 4 schneidet ein nicht dargestelltes Messer in horizontaler Richtung gemäß Pfeil 26 die domförmige Wandungsfläche 27 entlang der oberen Kante 25 des Unterteils 4 ab. Eine nicht dargestellte Außenkappe kann über das Unterteil 4 geklemmt werden, so daß nach dem Abschneiden der domförmigen Wandungsfläche 27 die Öffnungseinrichtung verschließbar ist.

Die Fig. 5 bis 10 zeigen praktisch dasselbe Verfahren, jedoch etwas genauer und mit einem anderen Werkzeug, so daß sich letztlich die in Fig. 10 unten gezeigte kegelstumpfförmige, geschlossene Wandungsfläche 27 ergibt.

Als Hauptteil der Vorrichtung ist der allgemein mit 11 bezeichnete Werkzeugkopf dargestellt und wird im folgenden noch näher erläutert. Er ist senkrecht zur Ebene des zu bearbeitenden Wandmaterials 9' in Richtung des Doppelpfeiles 28' translatorisch vertikal auf- und abbewegbar. Der Werkzeugkopf 11 besteht aus der äußeren Druckhülse 13, einem relativ zu dieser translatorisch ebenfalls in vertikaler Richtung gemäß Doppelpfeil 28' bewegbaren Körper 14, der als Tiefziehwerkzeug ausgebildet ist und Löcher 18 für den Durchtritt von Gasen, vorzugsweise Luft, hat, und einer zwischen diesen beiden Teilen angeordneten Teflonhülse 15.

An dem dem zu bearbeitenden Wandmaterial 9' zugewandten Ende des Werkzeugkopfes 11 weist dieser ein Zentrier- und Abstützteil 20 für das Unterteil 4 der Öffnungseinrichtung 10 auf. Von diesem erstreckt sich nach innerhalb des Werkzeugkopfes 11 und nach innen zurückversetzt ein Hohlraum 15, der über die erwähnten Löcher 18 mit einer nicht dargestellten Vakuum- oder Druckluftquelle verbunden ist.

Der untere Rand 19 des den Hohlraum 15 umgebenden Körpers 14 ist als sägeartig ausgestaltetes Messer 16 geformt. Dieses Messer 16 befindet sich längs des geschlossenen Innenrandes des Zentrier- und Abstützteils 20 und wird zusammen mit dem Körper 14 als Tiefziehwerkzeug translatorisch auf das Wandmaterial 9' zu oder von diesem fortbewegt, wie Pfeil 28' zeigt.

Im Betrieb stellt Fig. 5 dar, wie zunächst der zu erwärmende Bereich 5 der Packungswand im Abstand vom Werkzeugkopf 11 und damit auch dem ringförmigen Unterteil 4 gehalten wird derart, daß Wärme auf die einander gegenüberliegenden Flächen der beiden Kunststoffteile aufgebracht werden kann.

Nach dem Entfernen der nicht dargestellten Heizungseinrichtung fährt der Werkzeugkopf 11 in Richtung des Pfeiles 28' vertikal senkrecht nach unten auf das zu bearbeitende Wandmaterial 9' und legt damit das ringförmige Unterteil 4 auf das Wandmaterial 9', wie in Fig. 6 dargestellt ist. Nun wird über die Löcher 18 Vakuum angelegt, so daß sich das erwärmte Wandmaterial 9' im Bereich 5 in den Hohlraum 15 nach oben vertikal in Richtung des Pfeiles 28 hineinzieht und sich an die Formwandungen anlegt und dabei die Kegelstumpfform annimmt (Fig. 7).

Gemäß Fig. 8 fährt nun der Körper 14 mit dem Messer 16 relativ zu der Druckhülse 13 vertikal nach unten und trennt dabei die kegelstumpfförmige, geschlossene Wandungsfläche 27 neben dem unteren Rand des Unterteils 4 ab.

Fig. 9 zeigt die Position des Körpers 14 als Tiefziehformteil nach dem vertikalen Zurückziehen nach oben zum Herausnehmen der tiefgezogenen Wandungsfläche 27 aus der gewissermaßen ausgestanzten Öffnung im Wandmaterial 9'. Letzteres kann nun mitsamt dem angesiegelten Unterteil 4 abgenommen werden. Fig. 10 zeigt den Zustand, nachdem das Vakuum umgeschaltet wurde in Druckluft, so daß diese durch die Löcher 18 in den Hohlraum 15 gelangt und dabei die kegelstumpfförmige, abgetrennte Wandungsfläche 27 nach unten abstößt.

Eine spezielle bevorzugte Ausführungsform wird anhand der Fig. 11 bis 17 beschrieben. Man erkennt unten wieder das zu bearbeitende Wandmaterial 9', den Werkzeugkopf 11 oben und die Heizeinrichtung 22 dazwischen. Diese kann entweder eingesetzte Heizpatronen aufweisen oder wie in dem hier veranschaulichten Beispiel durch Heißluft in Betrieb gesetzt werden. Diese strömt gemäß Pfeil 30 in die Heizeinrichtung 22 und wird dort entsprechend der gestrichelten Pfeile 7 umgelenkt, so daß das Wandmaterial 9' beaufschlagt wird. Gleichzeitig berührt die Heizeinrichtung mit einem nicht dargestellten Heizbacken das ringförmige Unterteil 4, welches auf dem Zentrier- und Abstützteil 20 sitzt. An einem ortsfesten Träger 32 ist über Schrauben 33 eine Druckhülse 13 befestigt, in der ein als Tiefziehwerkzeug ausgestalteter Körper 14 unter Zusammendrücken der Feder 34 auf- und abbewegbar ist. Die oben angebrachte Abdeckplatte 35 dient als Anschlag für den Bund 36 eines Ausstoßers 37. Letzterer besorgt über seine einstückige Ausbildung mit dem Körper 14 als Tiefziehwerkzeug das Herausdrücken der Messer 16. Diese umgeben zusammen mit dem Körper 14 und dem äußeren Rand 19 den Hohlraum 15. Die Löcher 18 hinter dem Hohlraum 15 sind über Leitungen 38 mit einer nicht dargestellten Vakuum- oder Druckluftquelle (Fig. 17) verbunden.

Der Ausstoßer 37 ist zusammen mit dem Messer 16 über den in Fig. 16 gezeigten Drehhebel 39 drehbar, obwohl er auch entgegen der Kraft der Rückholfeder 34 translatorisch bewegbar ist.

In Fig. 16 ist durch den gebogenen Doppelpfeil 40 der Drehbereich des Drehhebels 39 gezeigt, etwa 90°, so daß das in Fig. 15 deutlich gezeigte Sägemesser 16 auf dem Wandmaterial 9' nach Berührung gedreht werden kann, so daß die Abtrennung erfolgt.

Die Funktion der Vorrichtung nach den Fig. 11 bis 17 erfolgt in der gleichen Weise wie in Verbindung mit den Fig. 5 bis 10 beschrieben.

Bezugszeichenliste

1

Vertiefung

2, 3

vordere Seitenwände

4

Unterteil

5

Bereich

6

Pfeile, Heißluftströme

7

Pfeile, Strahlungswärme

8

Unterfläche, Fläche

9

Oberwand, Packungswand

9'

Wandmaterial

10

Öffnungseinrichtung

11

Werkzeugkopf

12

Versteifungsnaht

13

Druckhülse

14

Körper

15

Teflonhülse, Hohlraum

16

Messer

17

Erweiterung

18

Löcher

19

Rand

20

Zentrier- und Abstützteil

22

Heizeinrichtung

23

Oberteil

25

obere Kante, Rand

26

Pfeil

27

Wandungsfläche

28

Pfeil

28'

Doppelpfeil

29

Greifspitze

30

Pfeil

31

Gießkante

32

Träger

33

Schrauben

34

Feder

35

Abdeckplatte

36

Bund

37

Ausstoßer

38

Leitungen

39

Drehhebel

40

Doppelpfeil

Claims

1. Verfahren zum Anbringen einer Kunststoff aufweisenden Öffnungseinrichtung (10) an einen thermoformbaren Kunststoff aufweisenden Bereich (5) einer Packungswand (9), bei welchem

a) der den thermoformbaren Kunststoff aufweisende Bereich (5) auf eine für das Thermoformen ausreichende Temperatur erwärmt wird,
b) ein kasten- oder ringförmiges Unterteil (4) der Öffnungseinrichtung (10) aus mit dem thermoformbaren Kunststoff versiegelbarem Kunststoff auf der dem für die Öffnungseinrichtung (10) vorgesehenen Bereich (5) zugewandten Fläche (8) auf Siegeltemperatur erwärmt und danach
c) auf den erwärmten Bereich (5) der Packungswand (9) aufgelegt wird und
d) daß dann das erwärmte Wandmaterial (9') innerhalb des kasten- oder ringförmigen Unterteiles (4) durch letzteres hindurch nach außen so tiefgezogen wird, daß das Unterteil (4) mit dem erwärmten Bereich (5) versiegelt wird und sich eine über das Unterteil (4) nach außen ragende, geschlossene Wandungsfläche (27) bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossene Wandungs fläche (27) neben dem Unterteil (4) entlang seinem Rand (25) derart abgeschnitten wird, daß innerhalb des Unterteils (4) eine Öffnung in dem Wandmaterial (9') gebildet wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher ein Werkzeugkopf (11) senkrecht zu der Ebene des zu bearbeitenden Wandmaterials (9') translatorisch bewegbar ist, an seinem dem Wandmaterial (9') zugewandten (unteren) Ende ein Zentrier- und Abstützteil (20) für das Unterteil (4) der Öffnungseinrichtung (10) und im Bereich innerhalb des Zentrier- und Abstützteils (20) einen nach innen zurückversetzten Hohlraum (15) aufweist, der über Löcher (18) mit einer Vakuum- oder Druckluftquelle verbindbar ist, und daß zwischen dem zu bearbeitenden Wandmaterial (9') und dem Werkzeugkopf (11) eine hin- und herbewegbare Heizeinrichtung (22) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß längs des geschlossenen Innenrandes des Zentrier- und Abstützteils (20) ein Messer (16) relativ zu dem Zentrier- und Abstützteil (20) in derselben Richtung (28, 28') translatorisch bewegbar ist wie der Werkzeugkopf (11).

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere, untere Rand (19) des den Hohlraum (15) umgebenden Körpers (14) wenigstens teilweise als Messer (16) ausgebildet ist und der Körper (14) ein Tiefziehwerkzeug ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (14) des Tiefziehwerkzeuges von einer Druckhülse (13) umgeben ist, an deren dem zu bearbeitenden Wandmaterial (9') zugewandten Ende das Zentrier- und Abstützteil (20) angebracht ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Körper (14) des Tiefziehwerkzeuges und der Druckhülse (13) eine Teflonhülse (15) angeordnet ist.