EP3325349B1 - Verfahren und werkzeug zum dichten verschliessen eines behaelters sowie dichtend verschlossener behaelter - Google Patents

Verfahren und werkzeug zum dichten verschliessen eines behaelters sowie dichtend verschlossener behaelter Download PDF

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EP3325349B1
EP3325349B1 EP16763313.0A EP16763313A EP3325349B1 EP 3325349 B1 EP3325349 B1 EP 3325349B1 EP 16763313 A EP16763313 A EP 16763313A EP 3325349 B1 EP3325349 B1 EP 3325349B1
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EP
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container
tool
closure
roller
rollers
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Peter HORZ
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Trivium Packaging Group Netherlands BV
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Publication date
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    • B65B7/2842—Securing closures on containers
    • B65B7/2878—Securing closures on containers by heat-sealing

Definitions

  • the invention relates to the technical field of packaging technology, especially the field of closing containers, also for filling goods with high demands on impermeability or sensitivity to contamination.
  • a can made of sheet metal is known, which is closed at one end with a membrane.
  • raised edge areas of the membrane are glued or heat-sealed to the inside of the can wall.
  • Such sealed cans are produced by inserting a membrane into an opening of the can and inserting a stamp.
  • a force acts radially on the raised edge area of the membrane; in connection with the action of heat, the membrane is connected to the inside of the can.
  • the punch consists of circumferentially arranged elements that are pressed radially outward against an expanding or snap ring, which increases its diameter.
  • the expanding or snap ring has an axial gap in order to allow the mentioned increase in radius.
  • the expanding or snap ring presses against the edge area of the membrane, no force acts on the area of the membrane to be connected at the location of the gap. This can lead to leaks in the closure, especially if the gap in the expanding or snap ring takes the place of the vertical seam, which is typically present in cans of this type due to the manufacturing process. Cans that are sealed using this process are particularly unsuitable for sensitive filling goods such as (high-quality) coffee.
  • WO 1998/03278 shows a known pressing device, which consists of several pressed parts (cf. there Figure 3 ).
  • the pressing device is designed to close similar cans as in WO 1996/31406 directed.
  • the pressed parts extend radially until they come into contact with the membrane that rests on the inside of the can, axial gaps are formed. No force is transmitted to the membrane at these recesses.
  • a channel formation as shown in WO 1996/31406 must be avoided.
  • an axial channel can form between the membrane and the inside of the can despite the gap offset of the pressing device, which has a negative impact on the tightness of the can.
  • U.S. 723,556 relates to a machine for sealing cans, the machine being suitable for domestic use.
  • US 3868808 A also discloses a tool for closing an opening of a container according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to close containers with the greatest possible tightness while keeping the material costs of a closure low.
  • a tool according to the invention is suitable for closing an opening of a container, for example a can, with a membrane.
  • the tool comprises a tool plate on which at least one roller is attached.
  • the tool can penetrate into a space that is open on one side (limited by a closure) in the interior of the container.
  • the at least one roller can be deflected radially in order to exert a force on the collar of the closure and to connect it to the inside of the container in a sealing manner, possibly under the influence of heat.
  • the entire circumference of the collar can be connected to the inside of the container when the roller is deflected.
  • the tool can be brought back radially, it can be easily removed from the container without damaging the sealingly attached closure, and a next container to be closed can be made available within a short time.
  • each roller has to cover a smaller distance or a complete rotation (360 °) of the tool is not necessary to cover the entire surface of the locking collar Having exercised force.
  • each section of the closure collar is contacted several times by one or more rollers, which results in a rotation of more than 360 ° or, in the case of several rollers, proportionally according to the number of rollers. Two roles, three roles, four roles, five roles, six roles, seven roles, eight roles or more than eight roles can be effective for this.
  • the force acting on the container is partially absorbed by a roller opposite by means of several rollers and the container remains in a centered (around the longitudinal axis of the container) position while the tool is being used.
  • a deflection of the rollers or contact with the rollers of the closure collar that is as simultaneous as possible is advantageous here. If there are several rollers, it is also advantageous if the rollers are arranged uniformly or radially symmetrically around the circumference. An odd number of roles can also be useful and in Depending on the roller diameter compared to the container diameter, more than eight rollers can also be arranged in the tool. In the following, the terms role and roles are used equally; it is always about at least one role.
  • a closure is advantageously first introduced into the opening.
  • a positioning element can be arranged on the tool, as a result of which a closure and the tool can be introduced into the opening of a container in one work step.
  • This one work step can also consist of two or more sub-work steps.
  • a closure located on the positioning element can first be introduced into the opening of the container by extending the element and the tool with the rollers can be adjusted in a second partial work step.
  • the rollers can be deflected by a defined force.
  • the deflection of the rollers can take place pneumatically, whereby the force acting on the locking collar can be monitored and controlled in a simple manner.
  • a deflection of the rollers can also be deflected by pneumatic, mechanical, electrical, electromagnetic or other force-generating actuators.
  • the tool also in an advantageous embodiment, can be arranged as an element of a locking arrangement.
  • the arrangement further comprises at least one shaft via which a torque can be exerted on the tool, which leads to a rotation of the tool.
  • the shaft can also be axially extended, deflected or moved in order to enable the tool to be introduced into the space open on one side, limited by the closure, and possibly the inside of the container (if the closure collar does not extend to the edge of the container).
  • the locking arrangement can comprise a lifting device.
  • a container to be closed can be placed on the lifting device, the opening of the container to be closed pointing in the direction of the tool and the central axis of the container and the tool advantageously lying one above the other.
  • the container to be closed is pushed over the tool by an upward movement of the lifting device, wherein the closure can be introduced into the container arranged on the lifting device or the closure can be arranged on the optional positioning element of the tool.
  • the lifting device can hold a container located thereon in order to avoid a rotation of the container while the tool rotates and / or cause a rotation of the container, after which the tool does not have to rotate inside the container during the closure, but can also rotate .
  • the axial deflectability of the shaft may not be necessary; a combination of the opposing movements of the lifting device and shaft can also be advantageous.
  • an adhesive layer on at least the collar of the closure or the inside of the container can be softened during the rotation of the tool with deflected rollers.
  • Such a heating element can be arranged outside the container to be closed or in the area of the tool plate, that is to say inside the container during the closing process.
  • the heating element is preferably an inductive element, electrical element or heat radiation element.
  • the heating element is the element from which the inductive effect emanates, although this element is not heated by the mode of action of inductive heating, but rather another one.
  • Electrical elements provide the heat or heat directly in the generating element and transfer it directly.
  • Thermal energy for softening a layer can be provided by a heat emitter (e.g. infrared, laser); a heat emitter is preferably attached outside the container in the closure arrangement.
  • the locking arrangement can preferably have a guide ring and a lifting device.
  • the lifting device can be arranged such that a container, which has an opening to be closed, can rest. The container can be moved over the tool by moving the lifting device.
  • the guide ring can preferably receive the container in a fixed position and guide the container over the closure arrangement in a spring-preloaded manner.
  • a container closed by the tool or by the closing arrangement has a closure, the closure collar of which is sealingly connected to the inside of the container over its entire circumference.
  • the cost of materials can be reduced with the same tightness compared to the prior art or improved tightness can be provided with the same area of the closure collar.
  • Containers that are closed with the tool according to the invention or the closure arrangement according to the invention are suitable because of their particularly high tightness or low susceptibility to contamination for highly sensitive filling goods, such as high-quality coffee and moist filling goods.
  • Such containers can also be used under clean conditions (aseptic or autoclave with pressure compensation).
  • the containers described here are preferably made of metal, glass, plastic or a composite material, particularly preferably three-part cans which, due to the manufacturing process, have a vertical seam.
  • three-part cans are made from a sheet metal blank into a hollow cylindrical shape, with two lateral edges of the formed sheet metal partially overlapping one another. The overlapping area is typically welded, creating a seam.
  • a floor element becomes folded on and optionally the hollow cylinder wall is provided with stabilizing beads.
  • a tight closure by means of a closure with a collar has not yet been achieved satisfactorily.
  • the closure collar can be connected to the inside of the container via a sealing wax or a hot glue, which is softened, for example, via a heating element and solidifies after being pressed against the inside of the container and ensures contact between the closure collar and the inside of the container.
  • a sealing wax or a hot glue which is softened, for example, via a heating element and solidifies after being pressed against the inside of the container and ensures contact between the closure collar and the inside of the container.
  • the height of the closure collar is greater than the axial distance between the introduction position and the opening edge of the container, a certain proportion of the closure collar protrudes from the front of the container. This protruding portion is beaded over the front edge area.
  • the protruding portion of the closure collar is preferably less than 10%, less than 5%, less than 2% of the total height of the closure collar and particularly preferably practically no area of the closure collar is axially over the edge of the end face with the opening.
  • the closure can preferably be connected to a container wall (inside or outside) by hot glue or sealing wax.
  • the closure is introduced or introduced into the opening of the container and the tool (for example a tool disclosed here) is introduced into the space of the container which is open on one side and which is delimited by the closure .
  • the at least one roller deflects radially, as a result of which a force acts at the at least one contact point of the roller with the closure collar and the closure collar is thereby pressed against the inside of the container.
  • a force acts on every point of the closure collar in the course of a complete rotation (360 °), so that the entire closure collar is connected to the inside of the container.
  • the container can also rotate, the tool not rotating. It is also possible for both the container and the tool to rotate in opposite directions.
  • a relative rotation (circumferential relative movement) takes place between the container and the tool in order to ensure that there is at least one full circumferential rolling movement on the closure collar with an acting force of the at least one roller.
  • a plurality of roles for example two, three, four, five, six, seven, eight or more than eight roles, can preferably be used in the method.
  • the at least one roller is returned to its starting position and the tool is removed from the space in the container axially applied above the closure.
  • the correspondence of the basic axial shape of the container and the closure collar includes manufacturing tolerances.
  • the basic shapes should be as identical as possible, the radial extension of the closure collar being slightly (less than 5%) smaller than the radial extension of the container so that the closure can be inserted into the container without any problems.
  • the layer is thermally softened or liquefied before or during the rotation of the tool.
  • the layer can be applied essentially over the entire surface in the area of the closure collar or on one side of the closure.
  • the thermal energy is preferably supplied to the layer by transmission via the at least one roller and / or the closure.
  • the closure is preferably introduced into the container by a positioning element, the positioning element being arranged on the tool.
  • the introduction of the closure and the tool takes place particularly preferably in a work step which essentially consists of an axial (longitudinal axis of the container) relative movement of the tool (with positioning element) to the container.
  • Either the tool can change its position and be introduced into the opening of the container or the container changes its position in relation to the tool and takes it into itself.
  • containers especially three-part cans, have a circumferential step at the point where two side edges of the sheet metal overlapped before welding. This often results in a step in the container which, when viewed from the circumference in a clockwise direction, represents an upward step. When viewed from the full counterclockwise direction, there is a downward step.
  • the relative rotation is preferably carried out in such a way that the at least one roller moves against an upward step.
  • containers according to the invention can be produced in accordance with the method for closing an opening of a container.
  • the closure collar can be attached to the upper end portion of the inside of the container (strip-shaped). Or the closure is lowered further into the interior of the container with the tool.
  • the opening of the container can in any case be tightly closed, or two filling spaces are created which can be filled with food or particulates that help or enable the other filling space to be consumed when the food is consumed.
  • FIG Figure 1 An example of the invention is tool 10 in FIG Figure 1 .
  • the centering ring 25 shown in this figure is not an element of the tool 10.
  • the tool 10 comprises a plurality of rollers 11 which are arranged uniformly around the circumference on the outer edge region of a tool disk 12.
  • the rollers 11 are preferably cylindrical, with a height H11 that is essentially the same as the height H4 of a closure collar 4 Figure 7 is equivalent to.
  • the rollers are preferably made of a metallic material, particularly preferably of a metal that can be easily inductively heated.
  • the circumferential surfaces 11a of the rollers 11 are preferably smooth; a coating can also be applied, for example a rubber coating or the like, or the rollers consist of a plastic.
  • Each of the rollers 11 is connected to the tool plate 12 via a bracket 16a and a joint 16. Furthermore, the rollers 11 are each connected along their respective longitudinal axis to a roller axis 17 which is connected via a respective connecting element 19 to a rod 18 (a ram).
  • a lifting device 19a makes each of the rods 18 extendable and retractable. For such a movement, the lifting device 19a can extend the rod 18 both in the radial direction and in the opposite direction, in the negative radial direction (in the direction of the interior of the tool plate).
  • roller 11 If the roller 11 is extended or deflected, a counterforce acting on the roller 11 can be absorbed by the lifting device 19a (via the rod 18, the connecting element 19 and the roller axle 17).
  • the respective joint 16 guides and supports the movement of the respective roller (via a connection of the boom 16a with the roller axis 17 and the joint 16) during extension and retraction or during deflection and deflection.
  • each point of closure collar 4 denotes each point that is accessible to the roller 11.
  • a layer 7, which is designed as an adhesive layer or connecting layer, is preferably located between the closure collar 4 and the inside 5 of the container.
  • the layer 7 can be applied to one side of the closure 3 or can also be applied to the surface of the inside 5 of the container.
  • the layer 7 is preferably a sealing wax or a hot-melt adhesive, particularly preferably the layer 7 comprises a material containing polyethylene and / or polypropylene. Such materials can be softened or liquefied by heating; After solidification or solidification, these materials connect the elements contacted during the softening or liquefaction, for example the container wall (container inside 5 and / or container outside 8) and the closure collar 4.
  • the softening or liquefaction is brought about thermally, so that a softened or liquefied material layer is present at the point at which the roller 11 contacts the closure collar 4.
  • a material accumulation or a material wave 33 forms between the closure collar 4 and the inside of the container 5, which is driven by the movement of the roller 11 in front of its direction of movement.
  • Such a material wave 33 is not a pronounced wave, but is an area with a greater thickness of the layer 7 in the flowable state (thermally softened or liquefied) compared to the originally present thickness on one side of the closure collar 4 or the inside of the container 5.
  • the vertical seam 31 of a three-part can is filled by the formed material shaft 33 in such a way that the closure collar 4 is also connected to the inside 5 of the container in a sealing manner in this sensitive area. As a result, these points are also grasped by the roller 11, as mentioned above.
  • the roller 11 preferably moves in the direction of the vertical seam 31, in which a step in this area represents a step formed upwards in the direction of the roller 11 (roller moves, for example, in the circumferential direction, the step of the seam 31 rises in front of it in negative r-direction).
  • a step in this area represents a step formed upwards in the direction of the roller 11 (roller moves, for example, in the circumferential direction, the step of the seam 31 rises in front of it in negative r-direction).
  • the opposite direction in which an area formed as a step downward in the viewing direction of the roller 11 is sealed or glued is also possible.
  • This effect is also desirable in the sealing of glass containers which typically have a production-related longitudinal seam.
  • Figure 3 shows an embodiment of the tool viewed obliquely from below ( Figure 3a from diagonally above).
  • an optional positioning element 15 can be seen, which is arranged below the tool plate 12, so that the rollers 11 in the tool 10 are arranged axially between the positioning element 15 and the underside of the tool plate 12.
  • the positioning element 15 is designed in such a way that it can receive and hold a closure 3 (with panel 3a and collar 4). If the tool 10 moves into a container 1, the closure 3 and the at least one roller 11 attached to the tool plate 12 are introduced into the container 1 at the same time. This saves time during the locking process and sources of error due to a further work step can be avoided.
  • guide tracks 15a which are open on the edge are provided, which extend in an arc shape (on a respective circular path around the respective joint 16 at a distance from the respective arm 16a).
  • the rollers 11 can be guided in the guide tracks when a respective lower pin 17a of the respective roller axis engages in the respective track 15a.
  • a locking arrangement 20 which comprises a tool 10.
  • a shaft 21 is arranged on the tool 10 in such a way that it can transmit a torque to the tool, on the basis of which the tool 10 rotates.
  • the movement is provided by a drive 27 and transmitted to the shaft 21 via a transmission element 26.
  • FIG Fig. 5 Another embodiment of a locking arrangement is shown in FIG Fig. 5 shown.
  • a drive 27a is arranged on a lifting device 22, so that a rotation of the container 1 takes place after the tool 10 has been introduced into the container.
  • the tool rotates not here, but a circumferential relative movement is achieved (of rollers 11 and container 1).
  • Fig. 6 shows the functioning of a centering ring 25 independently of the embodiment of the closure arrangement 20.
  • This is designed as a ring and its lower inner edge has an upwardly extending chamfer 28, so that the ring hole diameter is smaller at the top than at the bottom, with a container 1 from bottom to top is moved in the direction of the centering ring 25.
  • the chamfer 28 in the centering ring 25 causes a container 1 that is not positioned with sufficient accuracy to be radially deflected by a relative movement of the centering ring 25 to the container 1 by an axial movement until the centering ring 25 and the container 1 are sufficiently centered.
  • centering ring 25 is preferably arranged centered with the tool 10 within the closure arrangement 20, a centering of the container 1 and the tool 10 is thus ensured.
  • Tool 10 - the container 1 can be protected against rotation.
  • a torque that is inevitably transmitted to the container 1 when the tool 10 rotates with a deflected roller 11 must be absorbed, since otherwise the container 1 rotates about its longitudinal axis during the closing process, which in turn leads to undesirable adverse effects when closing leads.
  • the container 1 is therefore clamped with a slight force between the bevel 28 of the centering ring 25 and an element on which the container 1 stands.
  • the force is sufficient to generate a frictional force between the bevel 28 of the centering ring 25 and the edge 32 of the container or between the container bottom and the element on which it is located, which can counteract the torque during the closing without a rotation of the container 1 takes place.
  • Figure 6a illustrates the bevel 28 on the inner, lower edge of the centering ring 25. This is divided into two functional sections, an outer retaining ring 25a and an inner ring 25b, which emits thermal energy "thE” or magnetic fields to the container around the fastening point or the Heat layer 7.
  • Figure 7 shows an exemplary embodiment of a container 1.
  • a closure 3 is connected to the inside of the container 5 of a container 1 via a closure collar 4.
  • the entire surface of the closure collar 4 is firmly connected to, for example, the upper edge strip of the inside of the container.
  • the area of the closure collar 4 results from its height H4 and its circumference.
  • the bottom of the shutter 3 is the panel 3a.
  • a connection of a closure 3 can also be attached to the outside of the container 8.
  • a closure 3 is arranged inside the container 6 and a first area of the closure collar 4 contacts the interior of the container 5.
  • a second area of the closure collar 4 is arranged over an edge 32 of the container 1 and is firmly connected to the container exterior 8.
  • the height H4 of the closure collar 4 must be large enough to encompass an inner side 5 of the container and an outer side 8 of the container 1 (including the edge 32).
  • the sealing of a closed container 1 configured in this way is provided on the outside of the container 8.
  • a container 1 according to this exemplary embodiment is preferably sealed in such a way that a holding element 24 is introduced into the space of a container 1 in such a way that the closure 3 is stabilized in the interior while the closure collar 4 is being pressed and possibly heated from the outside of the can.
  • the holding element 24 has a basic shape which corresponds to the basic shape of a container 1 to be closed.
  • the radial extension of the basic shape of the holding element 24 is a little (less than 5%) less than the radial extension of the basic shape of the container 1 in order to be able to introduce the holding element 24 into the space above the closure 3 without any problems.
  • the holding element 24 can also take on the function of a positioning element 15, so that a closure 3 is introduced into a container 1 by the positioning element 15 and the positioning element 15 remains in the position it has assumed while the closure collar 4 is pressed against the container outside 8, to position the shutter 3.
  • various containers 1 can be closed by the proposed tools 10 or the closing arrangement 20 with the tool 10, if necessary according to the method described.
  • the containers 1 can also differ considerably in their shape, so it is also possible to close oval or polygonal containers 1 in addition to cylindrical containers 1.
  • a container 1 to be closed is preferably already filled with a filling material.
  • a heating element 23 Depending on the material of a container 1, different arrangements of a heating element 23 are preferred. Thus, it is preferred to let the heating element 23 act in the form of a heat radiator, for example as a laser or infrared radiator, from the outside (outside of a container 1), which is particularly useful in the case of metal containers. In the case of plastic or composite material containers 1, it is preferably the heating element 23 within the Tool 10 (between the area of the tool center point and the roller 11) to be arranged.
  • the roller 11 When using an inductive element, the roller 11 can be heated, which gives the heat to the layer 7 to be softened.
  • the closure 3, which preferably comprises an aluminum component, can also be heated by an inductive element as a heating element 23.
  • an electrical element as heating element 23 can provide heat outside the container 1; the same applies to container 1 made of glass.
  • provision of heat from the inner area is preferred in principle. If the container 1 is sealed on the container outside 8, the preferred position of a heating element 23 is reversed, so that preferred positions on the inside are preferred and vice versa.
  • an alternating direction of rotation of the roller 11 can be advantageous, so that while the closure collar 4 is pressed against the container inside 5 or the container outside 8 of a container 1, a clockwise roller movement takes place and when a closure collar 4 is pressed against a container wall a next container 1 takes place a roller movement counterclockwise or vice versa.
  • a direction of rolling movement can be changed so that a tool 10 with roller 11 initially rotates clockwise and, on the same closure 3 , then counterclockwise or vice versa.
  • closure collar 4 is thermally joined to a container wall 5, 6. For example, this can be done by soldering or welding.
  • a locking arrangement 20 can comprise a counter holder.
  • the counter holder is attached to one side of a container wall on which the roller 11 is not located. If a container 1 is closed by connecting a closure collar 4 to an inside 5 of the container, the counter holder rests on the associated outside 8 of the container. If a closure collar 4 is connected to an outer side of the container 8, the counter holder rests on the associated inner side 5 of the container.
  • the counter holder can counteract a force which acts on a wall of a container 1 via a roller 11, as a result of which a possible deformation of the basic shape of the container 1 can be prevented.

Description

  • Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Verpackungstechnik, speziell das Gebiet des Verschließens von Behältern auch für Füllgüter mit hoher Anforderung an die Dichtigkeit bzw. Empfindlichkeit gegenüber Kontamination.
  • Aus dem Stand der Technik ist durch WO 1996/31406 eine Dose aus Metallblech bekannt, die an einer Stirnseite mit einer Membran verschlossen ist. Darin sind hochgezogene Randbereiche der Membran mit der Innenseite der Dosenwand verklebt oder heißgesiegelt. Hergestellt werden solche verschlossenen Dosen durch das Einführen einer Membran in eine Öffnung der Dose und Einführen eines Stempels. Durch ein Spreizen des eingeführten Stempels wirkt eine Kraft radial auf den hochgezogenen Randbereich der Membran, in Verbindung mit einer Hitzeeinwirkung wird so die Membran mit der Doseninnenseite verbunden. In Figur 5a und 5b der Veröffentlichungsschrift ist dieser Spreizvorgang dargestellt. Der Stempel besteht aus umfänglich angeordneten Elementen, die radial nach Außen gegen einen Spreiz- oder Sprengring gedrückt werden, wodurch sich dessen Durchmesser vergrößert. Dafür weist der Spreiz- oder Sprengring einen axialen Spalt auf, um die angesprochene Radiusvergrößerung zuzulassen. Wenn der Spreiz- oder Sprengring gegen den Randbereich der Membran drückt, wirkt an der Stelle des Spalts keine Kraft auf den zu verbindenden Bereich der Membran. Dadurch kann es zu Undichtigkeiten des Verschlusses kommen, insbesondere wenn der Spalt des Spreiz- oder Sprengrings die Stelle der vertikalen Naht ausnimmt, die typischerweise bei Dosen dieser Art herstellungsbedingt vorhanden ist. Dosen die nach diesem Verfahren verschlossen werden sind vor allem für sensible Füllgüter wie (hochwertigen) Kaffee ungeeignet.
  • WO 1998/03278 zeigt eine Pressvorrichtung bekannt, die aus mehreren Pressteilen besteht (vgl. dort Figur 3). Die Pressvorrichtung ist auf das Verschließen vergleichbarer Dosen wie in WO 1996/31406 gerichtet. Beim radialen Ausfahren der Pressteile, bis zum Kontakt dieser mit der Membran, die auf der Doseninnenseite aufliegt, bilden sich axiale Spalte. An diesen Aussparungen wird keine Kraft auf die Membran übertragen. Durch mehrere Ebenen der Pressteilspalte soll eine Kanalbildung, wie sie in WO 1996/31406 auftreten muss, vermieden werden. Vor allem im Bereich einer vertikalen Naht einer zu verschließenden Dose kann sich trotz des Spaltversatzes der Pressvorrichtung ein axialer Kanal zwischen Membran und Doseninnenseite bilden, der die Dichtigkeit der Dose negativ beeinflusst. Zusätzlich ist von der umfänglichen Fläche des hochgezogenen Randbereichs der Membran lediglich ein Teilbereich fest mit der Doseninnenseite verbunden (nur an den Stellen, an denen tatsächlich eine Kraft von der Pressvorrichtung auf die Membran radial übertragen wird). Dadurch ist bei Verwendung der Pressvorrichtung bei gleicher Dichtigkeit eine größere Fläche nötig, verglichen mit einer Vorrichtung, die die gesamte Fläche des hochgezogenen Anteils der Membran mit der Dose verbindet, was zu erhöhten Materialaufwendungen und somit Kosten der Membran führt.
  • US 723,556 betrifft eine Maschine zum Verschließen von Dosen, wobei sich die Maschine für einen Hausgebrauch eignet. US 3868808 A offenbart auch ein Werkzeug zum Verschließen einer Öffnung eines Behälters nach Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ausgehend vom Stand der Technik steht die Erfindung vor der Aufgabe, Behälter mit größtmöglicher Dichtigkeit zu verschließen und dabei die Werkstoffaufwendungen eines Verschlusses gering zu halten.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Werkzeug nach Anspruch 1 oder durch ein Verfahren nach Anspruch 8.
  • Ein erfindungsgemäßes Werkzeug ist geeignet, eine Öffnung eines Behälters, beispielsweise eine Dose, mit einer Membran zu Verschließen. Dazu umfasst das Werkzeug einen Werkzeugteller, an dem zumindest eine Rolle angebracht ist. Nachdem bevorzugt ein Verschluss in die zu verschließende Öffnung eingebracht ist, kann das Werkzeug in einen einseitig geöffneten Raum (begrenzt durch Verschluss) im Behälterinneren eindringen. An der gewünschten axialen Position in der Dose kann die zumindest eine Rolle radial ausgelenkt werden, um eine Kraft auf den Kragen des Verschlusses auszuüben und diesen, gegebenenfalls unter Hitzeeinfluss, dichtend mit der Behälterinnenseite zu verbinden. Durch eine Rotationsfähigkeit des Werkzeugs kann bei ausgelenkter Rolle der gesamte Umfang des Kragens mit der Behälterinnenseite verbunden werden. Durch eine radiale Rückbringbarkeit des Werkzeugs lässt sich dieses leicht, ohne den dichtend angebrachten Verschluss zu verletzen, aus dem Behälter entfernen und innerhalb kurzer Zeit kann ein nächster zu verschließender Behälter bereitgestellt werden.
  • Mehrere am Umfang des Werkzeugtellers angebrachte Rollen beschleunigen das Verschließen eines Behälters und verbessern das Verschließergebnis. Während der Rotation eines Werkzeugs mit ausgelenkten oder ausgefahrenen Rollen, wobei diese eine Kraft auf einen Verschlusskragen ausüben, muss jede Rolle eine geringere Distanz zurücklegen bzw. es ist keine komplette Rotation (360°) des Werkzeugs notwendig, um auf die gesamte Fläche des Verschlusskragens eine Kraft ausgeübt zu haben. Für eine ausreichende Dichtigkeit kann es vorteilhaft sein, wenn jeder Abschnitt des Verschlusskragens mehrfach von einer oder mehreren Rollen kontaktiert wird, woraus sich eine Rotation von mehr als 360° oder bei mehreren Rollen anteilig entsprechend der Anzahl der Rollen ergibt. Zwei Rollen, drei Rollen, vier Rollen, fünf Rollen, sechs Rollen, sieben Rollen, acht Rollen oder mehr als acht Rollen können dafür zielführend sein. Durch mehrere Rollen wird die auf den Behälter wirkend Kraft von einer gegenüberliegenden Rolle teilweise aufgenommen und der Behälter bleibt während der Anwendung des Werkzeugs verbessert in einer zentrierten (um die Längsachse des Behälters) Position. Ein möglichst gleichzeitiges Auslenken der Rollen bzw. kontaktieren der Rollen des Verschlusskragens ist dabei vorteilhaft. Bei mehreren Rollen ist es ebenso vorteilhaft, wenn die Rollen umfänglich gleichmäßig oder radialsymmetrisch angeordnet sind. Auch eine ungerade Anzahl von Rollen kann sinnvoll sein und in Abhängigkeit des Rollendurchmessers gegenüber dem Behälterdurchmesser können auch mehr als acht Rollen im Werkzeug angeordnet sein. Im Folgenden werden die Begriffe Rolle und Rollen gleichwertig verwendet; es handelt sich dabei immer um zumindest eine Rolle.
  • Bevor eine Öffnung eines Behälters verschlossen werden kann, wird vorteilhaft zunächst ein Verschluss in die Öffnung eingebracht. Dafür kann an dem Werkzeug ein Positionierelement angeordnet sein, wodurch ein Einbringen eines Verschlusses und des Werkzeugs in die Öffnung eines Behälters in einem Arbeitsschritt durchgeführt werden kann. Dieser eine Arbeitsschritt kann ebenso aus zwei oder mehreren Teilarbeitsschritten bestehen. So kann beispielsweise ein am Positionierelement befindlicher Verschluss durch ein Ausfahren des Elements zunächst in die Öffnung des Behälters eingebracht werden und in einem zweiten Teilarbeitsschritt das Werkzeug mit den Rollen nachgeführt werden.
  • Die Rollen sind durch eine definierte Kraft auslenkbar. Die Auslenkung der Rollen kann pneumatisch erfolgen, wodurch die am Verschlusskragen wirkende Kraft auf einfache Weise kontrolliert und gesteuert werden kann. Auch ist eine Auslenkung der Rollen durch pneumatische, mechanische, elektrische, elektromagnetische oder andere krafterzeugende Aktoren auslenkbar.
  • Das Werkzeug, auch in einer vorteilhaften Ausgestaltung, kann als Element einer Verschließanordnung angeordnet sein. Die Anordnung umfasst weiterhin zumindest eine Welle, über die ein Drehmoment auf das Werkzeug ausgeübt werden kann, was zu einer Rotation des Werkzeugs führt. Bevorzugt ist die Welle ebenso axial ausfahrbar, auslenkbar oder verfahrbar, um das Einbringen des Werkzeugs in den einseitig geöffneten Raum, begrenzt durch den Verschluss, und gegebenenfalls der Behälterinnenseite (falls der Verschlusskragen nicht bis zum Rand des Behälters reicht), zu ermöglichen.
  • Weiterhin kann die Verschließanordnung eine Hebevorrichtung umfassen. Auf der Hebevorrichtung kann ein zu verschließender Behälter aufgebracht werden, wobei die zu verschließende Öffnung des Behälters in Richtung des Werkzeugs zeigt und vorteilhafterweise die Mittelachse des Behälters und des Werkzeugs übereinander liegen. Durch eine Aufwärtsbewegung der Hebevorrichtung wird der zu verschließende Behälter über das Werkzeug geschoben, wobei der Verschluss in dem auf der Hebevorrichtung angeordneten Behälter eingebracht sein kann oder der Verschluss am optionalen Positionierelement des Werkzeugs angeordnet sein kann. Weiterhin kann die Hebevorrichtung einen darauf befindlichen Behälter halten, um eine Rotation des Behälters zu vermeiden, während das Werkzeug rotiert, und/oder eine Rotation des Behälters bewirken, wonach das Werkzeug im Inneren des Behälters während des Verschließens nicht rotieren muss, jedoch zusätzlich rotieren kann. Durch eine Hebevorrichtung kann die axiale Auslenkbarkeit der Welle nicht notwendig sein, ebenso kann eine Kombination der gegenläufigen Bewegungen von Hebevorrichtung und Welle vorteilhaft sein.
  • Ist die Verschließanordnung mit einem Heizelement ausgestaltet, kann eine Klebeschicht auf zumindest dem Kragen des Verschlusses oder der Behälterinnenseite während der Rotation des Werkzeugs mit ausgelenkten Rollen erweicht werden.
  • Ein solches Heizelement kann außerhalb des zu verschließenden Behälters angeordnet sein oder im Bereich des Werkzeugtellers, also während des Verschließvorgangs im Inneren des Behälters.
  • Dabei ist das Heizelement bevorzugt ein induktives Element, elektrisches Element oder Wärmestrahlungselement. Bei einem induktiven Element ist das Heizelement das Element von dem die induktive Wirkung ausgeht, gleichwohl durch die Wirkungsweise induktiver Erwärmung dieses Element nicht erwärmt wird, sondern ein anderes. Elektrische Elemente stellen die Wärme oder Hitze direkt im erzeugenden Element zur Verfügung und übertragen sie direkt. Thermische Energie zur Erweichung einer zu Schicht kann durch einen Wärmestrahler (z.B. Infrarot, Laser) bereitgestellt werden, bevorzugt ist ein Wärmestrahler außerhalb des Behälters in der Verschließanordnung angebracht.
  • Bevorzugt kann die Verschließanordnung einen Führungsring und eine Hebevorrichtung aufweisen. Die Hebevorrichtung kann so angeordnet sein, dass ein Behälter, der eine zu verschließende Öffnung aufweist, aufliegen kann. Durch eine Bewegung der Hebevorrichtung kann der Behälter über das Werkzeug bewegt werden.
  • Bevorzugt kann der Führungsring den Behälter lagebestimmt aufnehmen und federvorgespannt den Behälter über die Verschließanordnung führen.
  • Ein durch das Werkzeug oder durch die Verschließanordnung verschlossener Behälter besitzt einen Verschluss, dessen Verschlusskragen vollumfänglich mit der Behälterinnenseite dichtend verbunden ist. Dadurch kann der Materialaufwand bei gleicher Dichtigkeit gegenüber dem Stand der Technik reduziert werden oder bei gleicher Fläche des Verschlusskragens eine verbesserte Dichtigkeit bereitgestellt werden. Behälter die mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug oder der erfindungsgemäßen Verschließanordnung verschlossen werden, eignen sich wegen ihrer besonders hohen Dichtigkeit oder geringen Anfälligkeit für Kontamination für hochsensible Füllgüter, wie beispielsweise hochwertigen Kaffee und feuchte Füllgüter. Solche Behälter können ebenso unter Reinbedingungen (aseptisch oder Autoklav mit Druckausgleich) verwendet werden.
  • Bevorzugt bestehen hier beschriebene Behälter aus Metall, Glas, Kunststoff oder einem Composite Material, besonders bevorzugt handelt es sich um dreiteilige Dosen, die fertigungsbedingt eine vertikale Naht aufweisen. Typischerweise werden dreiteilige Dosen aus einem Blechzuschnitt in eine hohlzylindrische Form gebracht, wobei sich zwei seitliche Kanten des umgeformten Blechs teilweise überlappen. Der sich überlappende Bereich wird typischerweise verschweißt, wodurch eine Naht gebildet wird. Ein Bodenelement wird aufgefalzt und optional wird die Hohlzylinderwand mit stabilisierenden Sicken versehen. Besonders im Bereich der vertikalen Naht bei einer dreiteiligen Dose ist ein dichtes Verschließen durch einen Verschluss mit Kragen bisher nicht zufriedenstellend gelöst.
  • Der Verschlusskragen kann über einen Siegellack oder einen Heißkleber mit der Behälterinnenseite verbunden werden, der beispielsweise über ein Heizelement erweicht wird und sich nach einem Andrücken an die Behälterinnenseite verfestigt und den Kontakt zwischen Verschlusskragen und Behälterinnenseite gewährleistet.
  • Ist die Höhe des Verschlusskragens größer als der axiale Abstand der Einbringposition zur Öffnungskante des Behälters, steht ein gewisser Anteil des Verschlusskragens über die Stirnseite des Behälters. Dieser überstehende Anteil wird über den stirnseitigen Randbereich umgebördelt. Bevorzugt ist der überstehende Anteil des Verschlusskragens weniger als 10 %, weniger als 5 %, weniger als 2 % der Gesamthöhe des Verschlusskragens und besonders bevorzugt steht praktisch kein Bereich des Verschlusskragens axial über den Rand der Stirnseite mit der Öffnung.
  • Bevorzugt kann der Verschluss mit einer Behälterwand (Innenseite oder Außenseite) durch Heißkleber oder Siegellack verbunden sein.
  • Zum Verschließen einer Öffnung eines Behälters wird zunächst ein solcher Behälter bereitgestellt, der Verschluss wird in die Öffnung des Behälters eingeführt oder eingebracht und das Werkzeug (beispielsweise ein hier offenbartes Werkzeug) in den einseitig geöffneten Raum des Behälters, der von dem Verschluss begrenzt wird, eingebracht. Die zumindest eine Rolle lenkt radial aus, wodurch eine Kraft an dem zumindest einen Kontaktpunkt der Rolle mit dem Verschlusskragen wirkt und dadurch der Verschlusskragen an die Behälterinnenseite gedrückt wird. Durch ein anschließendes Rotieren des Werkzeugs, und somit einer umfänglichen Rollbewegung der zumindest einen Rolle, wirkt im Laufe einer kompletten Rotation (360°) eine Kraft auf jede Stelle des Verschlusskragens, sodass der gesamte Verschlusskragen mit der Behälterinnenseite verbunden wird. Statt der Rotation des Werkzeugs kann ebenso der Behälter rotieren, wobei das Werkzeug nicht rotiert. Ebenso möglich ist es, dass sowohl der Behälter als auch das Werkzeug gegenläufig rotieren.
  • Es kommt im Wesentlichen darauf an, dass eine relative Rotation (umfängliche Relativbewegung) zwischen Behälter und Werkzeug stattfindet, um sicherzustellen, dass es zumindest eine vollumfängliche Rollbewegung auf dem Verschlusskragen mit einer wirkenden Kraft der zumindest einen Rolle gibt. Bevorzugt können mehrere Rollen, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht oder mehr als acht Rollen in dem Verfahren zur Anwendung kommen.
  • Nach dem vollumfänglichen Andrücken des Verschlusskragens wird die zumindest eine Rolle in ihre Ausgangsposition zurück gebracht und das Werkzeug aus dem Raum in dem Behälter oberhalb des Verschlusses axial ausgebracht. Die Entsprechung der axialen Grundform des Behälters und des Verschlusskragens enthält Fertigungstoleranzen. So sollten die Grundformen möglichst identisch sein, wobei die radiale Erstreckung des Verschlusskragens etwas (kleiner als 5 %) kleiner ist als die radiale Erstreckung des Behälters, damit der Verschluss problemlos in den Behälter einbringbar ist.
  • Wird der Verschluss heißverklebt oder mit einem Siegellack mit der Behälterinnenseite verbunden, wird vor oder während des Rotierens des Werkzeugs die Schicht thermisch erweicht oder verflüssigt. Die Schicht kann im Bereich des Verschlusskragens oder auf einer Seite des Verschlusses im Wesentlichen vollflächig aufgebracht sein.
  • Bevorzugt wird die thermische Energie durch eine Übertragung über die zumindest eine Rolle und/oder des Verschlusses der Schicht zugeführt.
  • Der Verschluss wird bevorzugt durch ein Positionierelement in den Behälter eingebracht, wobei das Positionierelement am Werkzeug angeordnet ist. Das Einbringen des Verschlusses und des Werkzeugs geschieht besonders bevorzugt in einem Arbeitsschritt, der im Wesentlichen aus einer axialen (Längsachse des Behälters) Relativbewegung des Werkzeugs (mit Positionierelement) zu dem Behälter besteht. Entweder kann das Werkzeug seine Position ändern und in die Öffnung des Behälters eingebracht werden oder der Behälter verändert seine Position zu dem Werkzeug und nimmt dieses in sich auf.
  • Herstellungsbedingt besitzen Behälter, speziell dreiteilige Dosen, eine umfängliche Stufe, und zwar an der Stelle, an der zwei seitliche Kanten des Blechs vor dem Schweißen überlappten. Oft ergibt sich dadurch eine im Behälter liegende Stufe, die bei umfänglicher Betrachtung im Uhrzeigersinn eine nach oben ausgebildete Stufe darstellt. Bei umfänglicher Betrachtung entgegen des Uhrzeigersinns ergibt sich eine nach unten ausgebildete Stufe. Bevorzugt wird die relative Rotation so durchgeführt, dass sich die zumindest eine Rolle entgegen einer nach oben ausgebildeten Stufe bewegt.
  • Durch das Werkzeug, das in der Verschließanordnung eingesetzt werden kann, können entsprechend des Verfahrens zum Verschließen einer Öffnung eines Behälters erfindungsgemäße Behälter hergestellt werden.
  • Ein auch vorgeschlagenes Verfahren zum Verschließen kann mit einem Drehen des Behälters ebenso arbeiten, wie mit einem Drehen des Werkzeugs (oder gar beiden). Dazu ist u. A. vorgesehen ...
    • (c) axiales Einbringen eines Verschließ-Werkzeugs in einen einseitig geöffneten Raum, der gegenüberliegend begrenzt wird durch den Verschlusspanel (des Verschlusses);
    • (d) Auslenken von zumindest einer drehfähigen Rolle, so dass die zumindest eine Rolle radial an dem Verschlusskragen des Verschlusses anliegt;
    • (e) Aufbringen einer drehenden Relativbewegung von Werkzeug (mit der an dem Verschlusskragen anliegenden zumindest einen Rolle) und dem Behälter, wodurch der Verschlusskragen an der Behälterinnenseite befestigt wird und die Öffnung des Behälters dicht verschlossen wird.
  • Im Merkmal (e) kann der Verschlusskragen an dem oberen Endabschnitt der Behälterinnenseite (streifenförmig) befestigt werden. Oder der Verschluss wird mit dem Werkzeug weiter in das Behälterinnere abgesenkt. Die Öffnung des Behälters kann jedenfalls dicht verschlossen werden, oder es entstehen zwei Füllräume, die mit Lebensmittel oder Partikularien gefüllt werden können, die beim Verzehr des Lebensmittels in dem anderen Füllraum helfen oder ihn erst ermöglichen.
  • Folgende Beispiele erläutern und ergänzen die beanspruchte Erfindung.
  • Die Ausführungsformen der Erfindung sind anhand von Beispielen dargestellt und nicht auf eine Weise, in der Beschränkungen aus den Figuren in die Patentansprüche übertragen oder hineingelesen werden. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren geben gleiche Elemente an.
    • Figur 1
    ist eine perspektivische Darstellung eines Werkzeugs 10.
    Figur 1a
    ist eine deutlichere Darstellung des Werkzeugs 10 aus Figur 1.
    Figur 2a
    zeigt in einer Aufsicht das Werkzeug 10 schematisch als Ausschnitt einer Vergrößerung. Eine Rolle 11 befindet sich in einer Ausgangsposition 13.
    Figur 2b
    zeigt in einer Aufsicht das Werkzeug 10 schematisch als Ausschnitt einer Vergrößerung. Eine Rolle 11 befindet sich in einer Verschließposition 14.
    Figur 2c
    zeigt in einer Aufsicht das Verhalten einer Schicht 7, nachdem diese thermisch erweicht wurde und zumindest eine Rolle 11 den Verschlusskragen 4 an die Behälterinnenseite 5 drückt.
    Figur 2aa
    und die Figuren 2bb und 2cc sind genauerer Darstellungen der Schemata von Figuren 2a, 2b, und 2c. Die Elemente sind funktionell gleich, nur hier genauer geometrisch dargestellt.
    Figur 3
    ist eine perspektivische Darstellung eines Werkzeugs 10 schräg von unten mit einer Positioniereinrichtung 15 für den Verschluss.
    Figur 3a
    ist eine perspektivische Darstellung des Werkzeugs 10 aus Figur 3 schräg von oben mit der Positioniereinrichtung 15 für den Verschluss 4. Die Elemente sind funktionell gleich, nur hier genauer geometrisch dargestellt
    Figur 4
    zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Verschließanordnung 20.
    Figur 5
    zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Verschließanordnung 20 mit einem Behälter 1 und einer Hebevorrichtung 22.
    Figur 6
    ist in einer perspektivischen Detaildarstellung eine Verschließanordnung 20 mit einem Behälter 1.
    Figur 6a
    verdeutlicht die den Behälter zentrierende Fase 28 aus der Figur 6.
    Figur 7
    zeigt in einer Schnittdarstellung einen Behälter 1 dessen eine Öffnung 2 mit einem Verschluss 3 an der Behälterinnenseite 5 versehen ist.
    Figur 7a
    zeigt in perspektivischer Ansicht den Behälter 1 mit einem einzusetzenden Verschluss 3. Eine Aufreisslasche 3b ist nahe dem Kragen 4 an dem Boden 3a des Verschlusses 3 angebracht.
    Figur 8
    zeigt in einer Schnittdarstellung einen Behälter 1 dessen eine Öffnung 2 mit einem Verschluss 3 an der Behälteraußenseite 8 versehen ist.
  • Ein Beispiel der Erfindung ist das Werkzeug 10 in Figur 1. Der in dieser Figur abgebildete Zentrierring 25 ist kein Element des Werkzeugs 10.
  • Das Werkzeug 10 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel mehrere Rollen 11, die umfänglich gleichmäßig am äußeren Randbereich eines Werkzeugtellers 12 angeordnet sind. Die Rollen 11 sind bevorzugt zylinderförmig ausgebildet, mit einer Höhe H11 die im Wesentlichen der Höhe H4 eines Verschlusskragens 4 nach Figur 7 entspricht. Bevorzugt bestehen die Rollen aus einem metallischen Werkstoff, besonders bevorzugt aus einem Metall, das induktiv leicht erwärmbar ist. Die umfänglichen Flächen 11a der Rollen 11 sind vorzugsweise glatt ausgebildet, ebenso kann eine Beschichtung aufgebracht sein, beispielsweise eine Gummierung oder Vergleichbares, oder die Rollen bestehen aus einem Kunststoff.
  • Jede der Rollen 11 ist über einen Ausleger 16a und ein Gelenk 16 mit dem Werkzeugteller 12 verbunden. Weiterhin sind die Rollen 11 entlang ihrer jew. Längsachse jew. mit einer Rollenachse 17 verbunden, die über ein jew. Verbindungselement 19 jew. mit einer Stange 18 verbunden ist (ein Stößel). Eine Hubvorrichtung 19a macht jede der Stange 18 ausfahrbar und einfahrbar. Für eine solche Bewegung kann die Hubvorrichtung 19a die Stange 18 sowohl in radialer Richtung ausfahren wie auch entgegen, in negativer radialer Richtung (in Richtung des Inneren des Werkzeugtellers) einfahren.
  • Die Bewegung der jew. Stange 18 wird über das jew. Verbindungselement 19 an die jew. Rollenachse 17 weitergeleitet, wodurch jede Rolle 11 eigenständig einfahrbar und ausfahrbar ist.
  • Ist die Rolle 11 ausgefahren oder ausgelenkt, kann eine auf die Rolle 11 wirkende Gegenkraft von der Hubvorrichtung 19a (über die Stange 18, das Verbindungselement 19 und die Rollenachse 17) aufgenommen werden.
  • Das jew. Gelenk 16 führt und stützt die Bewegung der jew. Rolle (über eine Verbindung des Auslegers 16a mit der Rollenachse 17 und dem Gelenk 16) während des Ausfahrens und des Einfahrens oder während des Auslenkens und des Einlenkens.
  • In den Figuren 2a und 2b (auch Figuren 2aa und 2bb) ist die Arbeitsfähigkeit des Werkzeugs 10 in einer Aufsicht dargestellt. In einer Ausgangsposition 13 (Figuren 2a und 2aa) der Rolle 11 liegt der äußerste Bereich der Rolle 11 radial innerhalb des äußersten Bereichs des Werkzeugtellers 12. Dadurch ist ein Werkzeug leichtgängig in einen Behälter 1 einbringbar, wobei das Einbringen des Werkzeugs 10 durch eine Bewegung des Werkzeugs 10 in Richtung des Behälters 1, durch eine Bewegung des Behälters 1 in Richtung des Werkzeugs 10 oder durch eine gegenläufige Bewegung des Werkzeugs 10 und des Behälters 1 möglich ist.
  • In einer Verschließposition 14 (Figuren 2b, 2bb) ist die Rolle 11 ein Stück ausgefahren oder ausgelenkt. Dadurch liegt der äußerste Bereich der Rolle 11 radial außerhalb, zumindest teilweise, des Werkzeugtellers 12. Befindet sich das Werkzeug 10 in einem Behälter 1 mit einem eingebrachten Verschluss 3, kann in dieser Rollenposition eine Kraft zwischen der Rolle 11 (ihrem Mantel 11a) und dem Verschluss 3 wirken, wodurch der Verschluss 3 im Bereich des Verschlusskragens 4 und dem axialen Kontaktstreifen der Rollen 11 mit dem Verschlusskragen 4 an die Behälterinnenseite 5 gedrückt werden kann. Durch eine Rotation des Werkzeugs 10, und somit der Rolle 11, sofern der Rollwiderstand überwunden ist, wird die Kontaktstelle zwischen Rolle 11 und Verschlusskragen 4 umfänglich verschoben, so dass bei einer vollen Umdrehung des Werkzeugs 10 jede Stelle des Verschlusskragens 4 an die Behälterinnenseite 5 gedrückt ist. Dabei bezeichnet jede Stelle des Verschlusskragens 4 jede Stelle, die der Rolle 11 zugänglich ist.
  • Wenn mehrere Rollen 11 vorgesehen sind, sind die vorigen Absätze als Plural zu lesen.
  • Bevorzugt befindet sich zwischen dem Verschlusskragen 4 und der Behälterinnenseite 5 eine Schicht 7, die als Klebeschicht oder Verbindungsschicht ausgebildet ist.
  • Die Schicht 7 kann auf einer Seite des Verschlusses 3 aufgebracht sein oder auch auf die Oberfläche der Behälterinnenseite 5 aufgebracht sein.
  • Bevorzugt handelt es sich bei der Schicht 7 um einen Siegellack oder einen Heißkleber, besonders bevorzugt umfasst die Schicht 7 ein Polyethylen und/oder Polypropylen enthaltendes Material. Solche Materialien können durch Erwärmung erweicht bis verflüssigt werden; nach dem Verfestigen oder Erstarren verbinden diese Materialien die während der Erweichung oder Verflüssigung kontaktierten Elemente, so die Behälterwand (Behälterinnenseite 5 und/oder Behälteraußenseite 8) und den Verschlusskragen 4.
  • Vor oder während der Rotation des Werkzeugs 10 relativ zum Behälter 1 wird die Erweichung oder Verflüssigung thermisch herbeigeführt, so dass an der Stelle, an der die Rolle 11 den Verschlusskragen 4 kontaktiert eine erweichte oder verflüssigte Materialschicht vorliegt. Durch ein Umlaufen der Rolle 11 entlang des umfänglichen Verschlusskragens 4 mit jeweils fließfähigem Material bildet sich eine Materialansammlung oder eine Materialwelle 33 zwischen dem Verschlusskragen 4 und der Behälterinnenseite 5, die durch die Bewegung der Rolle 11 vor dessen Bewegungsrichtung hergetrieben wird. Bei einer solchen Materialwelle 33 handelt es sich um keine ausgeprägte Welle, indes um einen Bereich mit größerer Dicke der Schicht 7 in fließfähigem Zustand (thermisch erweicht oder verflüssigt) verglichen mit der ursprünglich vorliegenden Dicke auf einer Seite des Verschlusskragens 4 oder der Behälterinnenseite 5.
  • Verdeutlichend ist dies in Figur 2c schematisch dargestellt, geometrisch genauer in der Figur 2cc. Durch eine radial wirkende Kraft, die von der Rolle 11 auf den Verschlusskragen 4 aufgebracht wird, ist die Schicht 7, als fließfähiges Material, nachdem die Rolle 11 diesen Bereich passiert hat, etwas dünner als die eingangs vorhandene Schicht 7. Überschüssiges Material der Schicht 7 treibt die Rolle 11 in Form einer Materialwelle 33 vor sich her. Dieses Verhalten ist bevorzugt erwünscht, da durch das überschüssige Material Unebenheiten, speziell Vertiefungen, der Behälterinnenseite 5 ausgeglichen werden können.
  • Besonders bevorzugt wird durch die ausgebildete Materialwelle 33 die vertikale Naht 31 einer dreiteiligen Dose so aufgefüllt, dass der Verschlusskragen 4 auch in diesem sensiblen Bereich dichtend mit der Behälterinnenseite 5 verbunden wird. Dadurch werden auch diese Stellen, wie oben erwähnt, von der Rolle 11 erfasst.
  • Bevorzugt bewegt sich die Rolle 11 in Richtung der vertikalen Naht 31, bei der eine Stufe in diesem Bereich eine in Blickrichtung der Rolle 11 nach oben ausgebildete Stufe darstellt (Rolle bewegt sich zB. in umfänglicher Richtung, die Stufe der Naht 31 erhebt sich vor ihr in negativer r-Richtung). Die entgegengesetzte Richtung, bei der ein in Blickrichtung der Rolle 11 als Stufe nach unten ausgebildeter Bereich versiegelt oder verklebt wird ist ebenso möglich.
  • Ebenso ist dieser Effekt bei der Versiegelung von Glasbehältern erwünscht, die typischerweise eine herstellungsbedingte Längsnaht aufweisen.
  • Figur 3 zeigt eine Ausführungsform des Werkzeugs von schräg unten betrachtet (Figur 3a von schräg oben). Aus dieser Perspektive ist ein optionales Positionierelement 15 erkennbar, das unterhalb des Werkzeugtellers 12 angeordnet ist, so dass die Rollen 11 im Werkzeug 10 axial zwischen dem Positionierelement 15 und der Unterseite des Werkzeugtellers 12 angeordnet ist. Das Positionierelement 15 ist so ausgebildet, dass es einen Verschluss 3 (mit Panel 3a und Kragen 4) aufnehmen und halten kann. Bewegt sich das Werkzeug 10 in einen Behälter 1, wird so gleichzeitig der Verschluss 3 und die am Werkzeugteller 12 angebrachte zumindest eine Rolle 11 in den Behälter 1 eingebracht. Dadurch ergibt sich eine Zeitersparnis bei dem Verschlussvorgang und Fehlerquellen durch einen weiteren Arbeitsschritt können vermieden werden.
  • Im Positionierelement 15 sind randseitig offene Führungsbahnen 15a vorgesehen, die sich bogenförmig erstrecken (auf einer jeweiligen Kreisbahn um das jeweilige Gelenk 16 im Abstand des jeweiligen Arms 16a). In den Führungsbahnen können die Rollen 11 geführt werden, wenn ein jeweiliger unterer Zapfen 17a der jew. Rollenachse in die jew. Bahn 15a greift.
  • In Fig. 4 ist eine Verschließanordnung 20 gezeigt, die ein Werkzeug 10 umfasst. An dem Werkzeug 10 ist eine Welle 21 so angeordnet, dass diese ein Drehmoment auf das Werkzeug übertragen kann, aufgrund dessen das Werkzeug 10 rotiert. Die Bewegung wird durch einen Antrieb 27 bereitgestellt und über ein Übertragungselement 26 auf die Welle 21 übertragen.
  • Eine weitere Ausführungsform einer Verschließanordnung ist in Fig. 5 gezeigt. Hier ist ein Antrieb 27a an einer Hebevorrichtung 22 angeordnet, sodass eine Rotation des Behälters 1 stattfindet, nachdem das Werkzeug 10 in den Behälter eingebracht ist. Das Werkzeug dreht sich hier nicht, dennoch wird eine umfängliche Relativbewegung erreicht (von Rollen 11 und Behälter 1).
  • Fig. 6 zeigt unabhängig von der Ausführungsform der Verschließanordnung 20 die Funktionsweise eines Zentrierrings 25. Dieser ist als Ring ausgebildet und dessen untere innenliegende Kante weist eine nach oben verlaufende Fase 28 aufweist, sodass der Ringlochdurchmesser oben geringer ist als unten, wobei ein Behälter 1 von unten nach oben in Richtung des Zentrierrings 25 bewegt wird. Die Fase 28 im Zentrierring 25 bewirkt, dass ein nicht ausreichend genau positionierter Behälter 1 durch eine Relativbewegung des Zentrierrings 25 zu dem Behälter 1 durch eine axiale Bewegung radial abgelenkt wird, bis eine ausreichende Zentrierung des Zentrierrings 25 und des Behälters 1 vorliegt.
  • Da der Zentrierring 25 bevorzugt zentriert mit dem Werkzeug 10 innerhalb der Verschließanordnung 20 angeordnet ist, wird somit eine Zentrierung des Behälters 1 und des Werkzeugs 10 sichergestellt.
  • Um einen Behälter 1 verschließen zu können, sollte - bei einer Rotation des
  • Werkzeugs 10 - der Behälter 1 gegen eine Verdrehung geschützt werden. Mit anderen Worten, ein Drehmoment, das dem Behälter 1 zwangsläufig bei einer Rotation des Werkzeugs 10 mit ausgelenkter Rolle 11 übertragen wird, muss aufgenommen werden, da andernfalls der Behälter 1 während des Verschließvorgangs um seine Längsachse rotiert, was wiederum zu unerwünschten nachteiligen Effekten beim Verschließen führt. Deshalb ist der Behälter 1 zwischen der Fase 28 des Zentrierrings 25 und einem Element, auf dem der Behälter 1 steht, mit einer geringen Kraft eingespannt. Jedenfalls ist die Kraft ausreichend um eine Reibungskraft zwischen der Fase 28 des Zentrierrings 25 und dem Rand 32 des Behälters bzw. zwischen dem Behälterboden und dem Element, auf sich dieser befindet, zu erzeugen, die dem Drehmoment während des Verschließens entgegen wirken kann, ohne dass eine Rotation des Behälters 1 stattfindet.
  • Figur 6a verdeutlicht die Fase 28 am inneren, unteren Rand des Zentrierrings 25. Dieser ist hier in zwei funktionelle Abschnitte aufgeteilt, einen äußeren Haltering 25a und einen inneren Ring 25b, der thermische Energie "thE" oder Magnetfelder zum Behälter hin aussendet, um die Befestigungsstelle oder die Schicht 7 zu erwärmen.
  • Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Behälters 1. Ein Verschluss 3 ist über einen Verschlusskragen 4 an der Behälterinnenseite 5 eines Behälters 1 verbunden. Darin ist die gesamte Fläche des Verschlusskragens 4 fest mit bspw. Dem oberen Randstreifen der Behälterinnenseite verbunden. Die Fläche des Verschlusskragens 4 ergibt sich aus dessen Höhe H4 sowie dessen Umfang. Der Boden des Verschlusses 3 ist der Panel 3a.
  • Im Rahmen der Erfindung kann eine Verbindung eines Verschlusses 3 ebenso an der Behälteraußenseite 8 angebracht sein. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in Fig. 8 dargestellt. In diesem Fall ist der Verschluss 3 im Behälterinneren 6 angeordnet und ein erster Bereich des Verschlusskragens 4 kontaktiert die Behälterinnenseite 5. Zusätzlich ist ein zweiter Bereich des Verschlusskragens 4 über einen Rand 32 des Behälters 1 liegend angeordnet und fest mit der Behälteraußenseite 8 verbunden. Die Höhe H4 des Verschlusskragens 4 muss ausreichend groß sein, um eine Behälterinnenseite 5 und eine Behälteraußenseite 8 des Behälters 1 (inklusive des Rands 32) zu umspannen. Speziell wird die Versiegelung eines derart ausgestalteten verschlossenen Behälters 1 an der Behälteraußenseite 8 bereitgestellt.
  • Um ein solches Ergebnis zu erzeugen, muss ein Werkzeug 10 nur unwesentlich umgestaltet sein, und zwar so, dass eine Rolle 11 eine Kraft radial von außen nach innen ausüben kann. Bevorzugt wird ein Behälter 1 nach diesem Ausführungsbeispiel so versiegelt, dass ein Halteelement 24 in den Raum eines Behälters 1 so eingebracht wird, dass während des Andrückens, und gegebenenfalls Erwärmens, des Verschlusskragens 4 vom Dosenäußeren der Verschluss 3 im Inneren stabilisiert wird.
  • Das Halteelement 24 weist dafür eine Grundform auf, die der Grundform eines zu verschließenden Behälters 1 entspricht. Dabei ist die radiale Erstreckung der Grundform des Halteelements 24 ein wenig (unter 5 %) geringer als die radiale Erstreckung der Grundform des Behälters 1, um das Halteelement 24 problemlos in den Raum oberhalb des Verschlusses 3 einbringen zu können. Dabei kann das Halteelement 24 die Funktion eines Positionierelements 15 mitübernehmen, sodass ein Verschluss 3 durch das Positionierelement 15 in einen Behälter 1 eingebracht wird und das Positionierelement 15 während des Andrückens des Verschlusskragens 4 an die Behälteraußenseite 8 an der Position verbleibt, die es eingenommen hat, um den Verschluss 3 zu positionieren.
  • Allgemein können durch die vorgeschlagenen Werkzeuge 10 oder der Verschließanordnung 20 mit dem Werkzeug 10 gegebenenfalls nach dem beschriebenen Verfahren verschiedene Behälter 1 verschlossen werden. Neben Unterschieden der Materialien können sich die Behälter 1 auch in ihrer Form erheblich unterscheiden, so ist es ebenso möglich neben zylindrischen Behältern 1 ovale oder mehreckige Behälter 1 zu verschließen. Gleiches gilt für einteilige und mehrteilige (wie beispielsweise dreiteilige Dosen) Behälter 1. Während des Verschließvorgangs ist ein zu verschließender Behälter 1 bevorzugt bereits mit einem Füllgut befüllt.
  • In Abhängigkeit des Materials eines Behälters 1 sind unterschiedliche Anordnungen eines Heizelements 23 bevorzugt. So ist es bevorzugt das Heizelement 23 in Form eines Wärmestrahlers, z.B. als Laser oder Infrarotstrahler, von außen (außerhalb eines Behälters 1) wirken zu lassen, was vor allem bei Metallbehältern sinnvoll ist. Bei Kunststoff oder Composite-Material Behältern 1 ist es bevorzugt das Heizelement 23 innerhalb des Werkzeugs 10 (zwischen dem Bereich des Werkzeugmittelpunkts und der Rolle 11) anzuordnen.
  • Bei Verwendung eines induktiven Elements kann die Rolle 11 erwärmt werden, die die Wärme an die zu erweichende Schicht 7 gibt. Auch der Verschluss 3, der bevorzugt einen Aluminiumanteil umfasst, kann durch ein induktives Element als Heizelement 23 erwärmt werden. Ein elektrisches Element als Heizelement 23 kann bei Behältern 1 aus Metall Wärme außerhalb des Behälters 1 bereitstellen, gleiches gilt für Behälter 1 aus Glas. Bei thermisch sensiblen Materialien des Behälters 1 ist eine Bereitstellung von Wärme aus dem inneren Bereich prinzipiell bevorzugt. Werden Behälter 1 auf der Behälteraußenseite 8 versiegelt kehrt sich die bevorzugte Position eines Heizelements 23 um, so dass im Inneren bevorzugte Positionen außen bevorzugt werden und vice versa.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann eine wechselnde Drehrichtung der Rolle 11 vorteilhaft sein, so dass während des Andrückens des Verschlusskragens 4 an der Behälterinnenseite 5 oder der Behälteraußenseite 8 eines Behälters 1 eine Rollenbewegung mit dem Uhrzeigersinn stattfindet und bei einem Andrücken eines Verschlusskragens 4 an eine Behälterwand eines nächsten Behälters 1 eine Rollenbewegung entgegen des Uhrzeigersinns stattfindet oder vice versa. Ebenso kann während des Andrückens eines Verschlusskragens 4 an eine Behälterwand (Innenseite 5 und/oder Außenseite 8) eines Behälters 1 eine Rollbewegungsrichtung gewechselt werden, so dass eine Rotation eines Werkzeugs 10 mit der Rolle 11 zunächst mit dem Uhrzeigersinn stattfindet und, an demselben Verschluss 3, anschließend entgegen des Uhrzeigersinns oder vice versa.
  • Neben einer Befestigung eines Verschlusses 3 an einer Behälterwand 5, 6 durch einen Heißkleber oder einen Siegellack, wird in bevorzugten Ausführungen der Erfindung der Verschlusskragen 4 thermisch an eine Behälterwand 5, 6 gefügt. Beispielsweise kann dies durch Löten oder Schweißen durchgeführt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann eine Verschließanordnung 20 einen Gegenhalter umfassen. Der Gegenhalter ist auf einer Seite einer Behälterwand angebracht, auf der sich die Rolle 11 nicht befindet. Wird ein Behälter 1 verschlossen, indem ein Verschlusskragen 4 mit einer Behälterinnenseite 5 verbunden wird, liegt der Gegenhalter auf der zugehörigen Behälteraußenseite 8 an. Wird ein Verschlusskragen 4 mit einer Behälteraußenseite 8 verbunden, liegt der Gegenhalter auf der zugehörigen Behälterinnenseite 5 an. Der Gegenhalter kann einer Kraft entgegenwirken, die über eine Rolle 11 auf eine Wand eines Behälters 1 wirkt, wodurch eine eventuelle Verformung der Grundform des Behälters 1 verhindert werden kann.

Claims (15)

  1. Werkzeug zum Verschließen einer Öffnung (2) eines Behälters (1) durch einen Verschluss (3), wobei der Behälter (1) eine Behälterwand mit einer Behälterinnenseite (5) umfasst, wobei das Werkzeug (10) umfasst:
    (a) einen Werkzeugteller (12), der in eine zu verschließende Öffnung (2) eines Behälters (1) einbringbar ist;
    (b) zumindest eine Rolle (11), die an dem Werkzeugteller (12) in einer Ausgansposition (13) angeordnet ist,
    (c) wobei die zumindest eine Rolle (11) radial in eine Verschließposition (14) auslenkbar ist und in ihre Ausgangsposition (13) rückbringbar ist, um zeitlich begrenzt eine radiale Kraft auf einen zwischen der zumindest einen Rolle (11) und der Behälterinnenseite (5) der Behälterwand angeordneten Verschlusskragen (4) des Verschlusses (3) wirkbar zu machen oder auszuüben; und dadurch gekennzeichnet, dass
    (d) die zumindest eine Rolle (11) über einen Ausleger (16a) und ein Gelenk (16) mit dem Werkzeugteller (12) verbunden ist, und wobei die zumindest eine Rolle (11) entlang ihrer Längsachse mit einer Rollenachse (17) verbunden ist, die über ein Verbindungselement (19) mit einer Stange (18) verbunden ist, und wobei die Stange (18) durch eine Hubvorrichtung (19a) ausfahrbar und einfahrbar ist.
  2. Werkzeug nach Anspruch 1, wobei an dem Werkzeugteller (12) zwei Rollen (11), drei Rollen (11), vier Rollen (11), fünf Rollen (11), sechs Rollen (11), sieben Rollen (11) acht Rollen (11) oder mehr als acht Rollen (11) angeordnet sind.
  3. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Werkzeug ein Positionierelement (15) umfasst, wodurch ein Verschluss (3) in den Behälter (1) einbringbar ist.
  4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rolle/ die Rollen (11) durch eine definierte Kraft auslenkbar ist/ sind.
  5. Werkzeug nach Anspruch 2, wobei jede der Rollen (11) über einen Ausleger (16a) und ein Gelenk (16a) mit dem Werkzeugteller (12) verbunden ist, und wobei die Rollen (11) entlang ihrer jeweiligen Längsachse jeweils mit einer Rollenachse (17) verbunden sind, die über ein jeweiliges Verbindungselement (19) jeweils mit einer Stange (18) verbunden sind, und wobei jede der Stangen (18) durch eine Hubvorrichtung (19a) ausfahrbar und einfahrbar ist.
  6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei an dem Werkzeug eine Welle (21) so angeordnet ist, dass diese ein Drehmoment auf das Werkzeug übertragen kann, aufgrund dessen das Werkzeug rotierbar ist.
  7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Rollen (11) durch pneumatische, mechanische, elektrische, elektromagnetische oder andere Kraft erzeugende Aktoren auslenkbar sind.
  8. Verfahren zum Verschließen einer Öffnung (2) eines Behälters (1) mit einer Behälterwand, wobei die Behälterwand eine Behälterinnenseite (5) aufweist, und einem von der Innenseite als Innenfläche umgebenen Behälterinneren (6), das Verfahren mit den Schritten;
    (a) der Behälter (1) hat zumindest eine zu verschließende Öffnung (2);
    (b) Einbringen eines Verschlusses (3) in die zu verschließende Öffnung (2) des Behälters (1), wobei der Verschluss (3) einen vom Behälterinneren (6) weg weisenden Verschlusskragen (4) und einen Verschlusspanel (3a) aufweist, dessen umfängliche Grundform der umfänglichen Grundform des Behälters (1) in seinem zumindest oberen Abschnitt entspricht;
    (c) axiales Einbringen eines Verschließ-Werkzeugs (10) in einen einseitig geöffneten Raum, der gegenüberliegend begrenzt wird durch den Verschlusspanel (3a);
    (d) Auslenken von zumindest einer drehfähigen Rolle (11) durch Ausfahren einer Stange (18) durch eine Hubvorrichtung (19a), so dass die drehfähige Rolle (11) radial an dem Verschlusskragen (4) des Verschlusses (3) anliegt, wobei die drehfähige Rolle (11) über einen Ausleger (16a) und ein Gelenk (16) mit einem Werkzeugteller (12) verbunden ist, und wobei die drehfähige Rolle (11) entlang ihrer Längsachse mit einer Rollenachse (17) verbunden ist, die über ein Verbindungselement (19) mit der Stange (18) verbunden ist;
    (e) Aufbringen einer drehenden Relativbewegung von Werkzeug (10) mit der an dem Verschlusskragen (4) anliegenden Rolle (11) und dem Behälter (1), wodurch der Verschlusskragen (4) an der Behälterinnenseite (5) der Behälterwand befestigt wird und die Öffnung (2) des Behälters (1) dicht verschlossen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zumindest zwei drehfähige Rollen (11) durch Ausfahren jeweils einer Stange (18) durch eine Hubvorrichtung (19a) ausgelenkt werden, so dass die drehfähige Rollen (11) radial an dem Verschlusskragen (4) des Verschlusses (3) anliegen, wobei jede der drehfähigen Rollen (11) über einen Ausleger (16a) und ein Gelenk (16) mit dem Werkzeugteller (12) verbunden ist, und wobei die drehfähigen Rollen (11) entlang ihrer jeweiligen Längsachse jeweils mit einer Rollenachse (17) verbunden sind, die über ein jeweiliges Verbindungselement (19) jeweils mit der Stange (18) verbunden sind.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine Schicht (7) auf einer Seite des Verschlusskragens (4) angebracht ist, die in Kontakt mit der Behälterinnenseite (5) gebracht wird, und thermisch zumindest erweicht wird bevor und/oder während der drehenden Relativbewegung.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine thermische Energie zur Erweichung der Schicht (7) durch eine Erwärmung der zumindest einen Rolle (11) und/oder eines oberen Abschnitts des Behälters (1) und/oder des Verschlusses (3) auf die Schicht übertragen wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Verschluss (3) von einem am Werkzeug (10) angeordneten Positionierelement (15) in den Behälter (1) eingebracht wird, insbesondere das Werkzeug (10) und der Verschluss (3) gleichzeitig in den Behälter (1) eingebracht werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die an dem Verschlusskragen (4) anliegende Rolle (11) durch Relativbewegung von Werkzeug (10) und Behälter (1) drehend angetrieben wird, so dass sich die Rolle (11) auf eine nach oben ausgebildete Stufe (31) zu bewegt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die an dem Verschlusskragen (4) anliegende Rolle (11) durch Relativbewegung von Werkzeug (10) und Behälter (1) drehend angetrieben wird, so dass sich die Rolle (11) auf eine nach unten ausgebildete Stufe hin bewegt.
  15. Verfahren nach Anspruch 8, wobei im Merkmal (e) der Verschlusskragen (4) an dem oberen Endabschnitt der Behälterinnenseite (5) befestigt wird und die Öffnung (2) des Behälters (1) dicht verschlossen wird.
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