WO2011064336A1

WO2011064336A1 - Verfahren zur erzeugung einer siegelverbindung

Info

Publication number: WO2011064336A1
Application number: PCT/EP2010/068319
Authority: WO
Inventors: Jürg Frey
Original assignee: Alupak Ag
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2011-06-03
Also published as: WO2011064337A1

Abstract

Ein Verfahren zur Erzeugung einer Siegelverbindung (7) zwischen wenigstens zwei Metallfolienbereichen (1, 2; 10, 15), von denen wenigstens einer mit einer wärmeaktivierbaren Beschichtung versehen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt wenigstens ein Metallfolienbereich (1, 2; 10, 15) über eine Einleitungsoberfläche (22) einer Sonotrode (4) mit Ultraschallwellen beaufschlagt wird, so dass Verunreinigungen, die in dem zu versiegelnden Bereich (7) liegen, vom besagten Bereich entfernt werden. In einem folgenden zeitlich und örtlich vom ersten Schritt getrennt ausgeführten Schritt, wird der zu versiegelnde Bereich einem Siegelwerkzeug (5, 6) ausgesetzt, so dass die Siegelverbindung zwischen den wenigstens zwei Metallfolienbereichen (1, 2; 10, 15) erzeugt wird, Das Verfahren umfasst weiterhin den Schritt der Positionierung der wenigstens zwei Metallfolienbereichen (1, 2; 10, 15) aufeinander, so dass die wenigstens zwei Metallfolienbereiche (1, 2; 10, 15) miteinander in Kontakt stehen, wobei der Schritt der Positionierung nach dem ersten Schritt erfolgt.

Description

TITEL

Verfahren zur Erzeugung einer Siegelverbindung TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Siegelverbindung zwischen wenigstens zwei Metallfolienbereichen nach Anspruch 1 , sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 12. STAND DER TECHNIK

Aus dem Stand der Technik sind Aluminiumbehälter bekannt, welche mit einem Deckel verschlossen sind. Der Deckel wird dabei mit einem Randbereich des Aluminiumbehälters mit einer Siegelverbindung verbunden und kann dann durch den Benutzer abgezogen oder angestochen werden, wenn der Inhalt des Aluminiumbehälters aus demselben entnommen werden soll. Solche Aluminiumbehälter dienen beispielsweise der Aufnahme von Lebensmitteln, wie etwa Fleischkonserven, Kaffeepulver, Fisch, Gemüse etc.

In der EP 1 516 816 wird ein Verfahren zur Erzeugung einer Siegelverbindung zwischen Deckel und Behälter gezeigt. Mit dem hier beschriebenen Verfahren können Verbindungen hergestellt werden, welche hohen Qualitätsanforderungen genügen. In der EP 1 516 816 wird die Siegelverbindung unter Wärmeeinwirkung hergestellt, wobei ein Teil der Wärme über konvektive Wäraieübertragung/Wärmeleitung und ein anderer Teil über Ultraschall am Siegelwerkzeug bereitgestellt wird. Aus den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist bekannt, dass das Verschliessen von siegelbaren Behältern beim Vorhandensein von Verunreinigungen problematisch sein kann. Insbesondere feste Füllgutpartikel, wie beispielsweise Fleischfasern, Gewürzpartikel, Fischgeräte, Kaffeepulver etc., können den Verschweiss- oder Versiegelungsvorgang dahingehend beeinflussen, dass ein hermetisch dichter Verschluss nicht gewährleistet werden kann. Letzteres ist insbesondere bei lang haltbaren Produkten (Konserven) ein grosses Risiko, da es zu einer Rekontamination und demnach zu einem Verderben des Füllgutes kommen kann. DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches die Qualität der Siegelverbindung zwischen zwei Metallfolienbereichen, insbesondere zwischen einem Behälter und einem Deckel, verbessern. Insbesondere soll über die gesamte Verbindungsfläche eine hermetisch dichte Verbindung herstellbar sein.

Diese Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Demgemäss wird ein Verfahren zur Erzeugung einer Siegelverbindung zwischen wenigstens zwei Metallfolienbereichen, von denen wenigstens einer mit einer wärmeaktivierbaren Beschichtung versehen ist, angegeben. In einem ersten Schritt wird wenigstens ein Metallfolienbereich über eine Einleitungsoberfläche einer Sonotrode mit Ultraschallwellen beaufschlagt, so dass Verunreinigungen, die in dem zu versiegelnden Bereich liegen, vom besagten Bereich entfernt werden. In einem folgenden zeitlich und örtlich vom ersten Schritt getrennt ausgeführten Schritt, wird der zu versiegelnde Bereich einem Siegelwerkzeug ausgesetzt, so dass die Siegelverbindung zwischen den wenigstens zwei Metallfolienbereichen erzeugt wird. Das Verfahren umfasst weiterhin den Schritt der Positionierung der wenigstens zwei Metallfolienbereiche aufeinander, so dass die wenigstens zwei Metallfolienbereiche miteinander in Kontakt stehen, wobei der Schritt der Positionierung nach dem ersten Schritt erfolgt.

Ein solches Verfahren hat den Vorteil, dass die Siegelverbindung erst dann hergestellt wird, wenn der Siegelbereich von Verunreinigungen befreit wird. Ein weiterer Vorteil ergeht aus der Tatsache, dass ein Anschwingen der Sonotrode bei jedem Zyklus entfallen kann, was die Zykluszeit erheblich verringert.

Wie erwähnt umfasst das Verfahren den ersten Schritt der Beaufschlagung mit Ultraschall mittels der Sonotrode zur Reinigung von mindestens einem Metallfolienbereich, anschliessend den Schritt der Positionierung der wenigstens zwei Metallfolienbereiche aufeinander, so dass die wenigstens zwei Metallfolienbereiche miteinander in Kontakt stehen, und dann den Schritt der Versiegelung mit dem Siegelwerkzeug, welcher zeitlich und örtlich getrennt von den anderen Schritten bzw. vom Schritt der Beaufschlagung mit Ultraschall erfolgt. Bevorzugterweise umfasst das Siegelwerkzeug eine erste Wärmequelle, welche auf eine erste Metallfolienbahn wirkt, und eine zweite Wärmequelle, welche auf eine andere Metallfolienbahn wirkt, wobei mindestens eine der beiden Wärmequellen eine Kontaktfläche aufweist, welche der Form der Siegelverbindung entspricht. Das heisst, dass die Kontaktfläche im wesentlichen derjenigen Fläche der Siegelverbindung entspricht. Bei einer kreisrunden Siegelverbindung beispielsweise ist die Kontaktfläche ebenfalls kreisförmig ausgebildet. Das Anordnen von zwei Wärmequellen hat den Vorteil, dass die Wärme von zwei Seiten eingebracht werden kann, was die Zykluszeit bis die Versiegelung ausgeführt ist, verkleinert.

Der Bereich der Siegelverbindung stellt eine Ebene dar, zu welcher die Ultraschallwellen vorzugsweise in senkrechter oder waagrechter Richtung oder in einer winkligen Richtung auftreffen. Vorzugsweise werden die Ultraschallwellen pulsierend oder konstant über eine vorbestimmte Zykluszeit aufgebracht oder die Ultraschallwellen werden durch Abschnitte unterschiedlicher diskreter Frequenzen bereitgestellt. Mit einer Variation der Ultraschallwellen kann der Grad der Reinheit beeinflusst werden.

Vorzugsweise wird ein erster Metallfolienbereich durch einen Rand eines Behälters und ein weiterer Metallfolienbereich durch einen Deckel bereitgestellt, wobei der Behälter vor dem ersten Schritt der Beaufschlagung mit Ultraschall mit einem Füllgut befüllt wird. Das Füllgut kann beispielsweise ein Lebensmittel oder eine Substanz zur Extrahierung eines Heissgetränks sein, wie beispielsweise Kaffee oder Tee.

Vorzugsweise kommt die Sonotrode vor der Beaufschlagung der Metallfolienbereiche mit Ultraschall in die Nähe von mindestens einer Metallfolienbereich zu liegen, bevorzugterweise derart, dass die Sonotrode mindestens einen der Metallfolienbereiche berührt, wobei dann die Sonotrode vorzugsweise mit einem Druck im Bereich von 20 bis 400 kg/cm², besonders bevorzugt im Bereich von 80 bis 150 kg cm² auf mindestens eine der Metallfolienbereiche geführt wird. Mit anderen Worten heisst das, dass die Sonotrode auf mindestens einem Metallfolienbereich aufliegt. Vorzugsweise dauert die Beaufschlagung mittels Ultraschallwellen über eine Zykluszeit von 0.01 bis 2 Sekunden, bevorzugt zwischen 0.1 und 0.2 Sekunden, an. Vorzugsweise liegen die Ultraschallwellen in einem Frequenzbereich von 10 bis 100 kHz, bevorzugt in einem Bereich zwischen 15 bis 30 kHz.

Vorzugsweise wirkt die Wärmequelle von einer oder von zwei Seiten auf den zu versiegelnden Bereich wirkt, wobei die Siegeltemperatur im Bereich von 20°C bis 320°C, bevorzugt im Bereich von 100°C bis 280°C, liegt, und/oder, dass der Siegeldruck zur Bereitstellung der Siegelverbindung zwischen 100 bis 500 kg/cm², bevorzugt im Bereich von 80 bis 150 kg/cm² liegt, und/oder, dass Zykluszeit zur Bereitstellung der Siegelverbindung im Bereich von 0.1 bis 2 Sekunden, vorzugsweise im Bereich von 0.2 bis 0.4 Sekunden, liegt. Vorzugsweise ist die Einleitungsoberfläche der Sonotrode derart ausgebildet, dass diese grösser ist als der Siegelbereich und so den Siegelbereich überlappt, oder, dass diese im wesentlichen dem Siegelbereich entspricht. Bei einer grösser ausgebildeten Sonotrode kann diese für verschiedene Formen des Siegelbereichs eingesetzt werden. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst mindestens eine erste Station und eine zweite Station, welche örtlich voneinander getrennt angeordnet sind. Die erste Station umfasst mindestens eine Sonotrode, mit welcher der wenigstens eine Metallfolienbereich mit Ultraschallwellen zur Reinigung beaufschlagbar ist. Die zweite Station umfasst mindestens ein Siegelwerkzeug, mit welchem die mindestens zwei Metallfolienbereiche miteinander verbindbar sind.

Vorzugsweise verfügt die Sonotrode über eine Antihaftbeschichtung, vorzugsweise aus einem Kunststoff. Der Vorteil der Antihaftbeschichtung ist, dass ein mögliches Ankleben oder Anhaften der Metallfolienbereiche an der Sonotrode verhindert werden kann.

Gemäss dem Verfahren werden die wenigstens zwei Metallfolienbereiche zwischen der ersten und der zweiten Station aufeinander positioniert, so dass die wenigstens zwei Metallfolienbereiche miteinander in Kontakt stehen, wobei der Schritt der Positionierung demnach nach dem ersten Schritt der Reinigung erfolgt.

Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen: eine schematische Schnittansicht einer ersten Station einer Vorrichtung zur

Reinigung einer Siegelnaht zwischen zwei Metallfolienbereichen;

eine schematische Schnittansicht einer zweiten Station einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Siegelnaht zwischen zwei Metallfolienbereichen;

eine schematische Ansicht der genannten Vorrichtung zur Ausführung eines

Verfahrens nach einer Ausführungsform von oben;

eine schematische Ansicht eines Behälters und eines Deckels, welche über Metallfolienbereiche miteinander verbunden werden sollen, in der ersten Station nach der Figur 3 a; und

eine schematische Ansicht eines Behälters und eines Deckels, welche über Metallfolienbereiche miteinander verbunden werden sollen, in der zweiten Station nach der Figur 3 a.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Mit den Figuren 1 und 2 werden zwei voneinander unterschiedliche Stationen 12, 13 gezeigt, mit welchen eine Siegelverbindung zwischen zwei Metallfolienbereichen 1, 2, von denen wenigstens einer mit einer wärmeaktivierbaren Beschichtung versehen ist, hergestellt werden kann.

Unter einer Siegelverbindung ist eine hermetisch dichte Verbindung zwischen den zwei Metallfolienbereichen 1, 2 zu verstehen. Die Siegelverbindung wird dabei durch ein Siegelwerkzeug 5, 6, wie untenstehend beschrieben, hergestellt. Der Bereich, welcher durch die Siegelverbindung abgedeckt wird bzw. werden soll, kann auch als Siegelbereich bezeichnet werden. Die Metallfolienbereiche werden in den Figuren durch einen Behälter 1 und einen Deckel 2, welcher mit dem Behälter 1 über die Siegelverbindung verbunden werden soll, dargestellt. Dabei stellt ein Rand 10 des Behälters 1 einen ersten Metallfolienbereich und die zum Rand 10 zugewandte Oberfläche 15 des Deckels 2 einen zweiten Metallfolienbereich dar. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Behälter 1 einen durch einen Boden 16 und eine Seitenwand 17 begrenzten Innenraum 11, in welchem ein Füllgut 9, wie beispielsweise ein Lebensmittel oder Kaffeepulver, einfüllbar ist. Der Rand 10 ist dabei als Flansch ausgebildet, welcher sich vollständig um den Innenraum 11 bzw. um die Seitenwand 17 erstreckt. Der Flansch stellt dabei die Fläche für die Siegelverbindung bereit. Vorzugsweise liegt der Flansch in einer Ebene.

Die Metallfolie des Behälters 1 weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich von ca. 110 μιη und ist auf der zum Innenraum 11 zugewandten Oberfläche mit einer ca. 50 μηι dicken Polypropylen- oder Polyethylenschicht beschichtet. Die Metallfolie des Deckels 2 weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich von ca. 70 μηι und ist auf der zum Behälter 1 zugewandten Seite mit einer ca. 30 μηι dicken Polypropylen- oder Polyethylenschicht beschichtet. Polypropylen oder Polyethylen sind wärmeaktivierbar bzw. wärmeverflüssigbar und stellen die wärmeaktivierbare Lackschicht zur Verfügung, welche die Versiegelung zwischen Deckel 2 und Behälter 1 ermöglicht. Die Folie selbst ist vorzugsweise aus Aluminium. Alternativ kann auch nur die Oberfläche des Behälters 1 oder diejenige des Deckels 2 mit der wärmeaktivierbaren Schicht beschichtet sein. Vorzugsweise sind die Siegelflächen vollständig über deren gesamte Oberfläche beschichtet. Es ist aber auch denkbar, die wärmeaktivierbare Schicht nur in dem Bereich, in welchem die Siegelverbindung herstellt werden soll, anzubringen.

Der Behälter 1 kann eine kreisrunde Form, eine elliptische Form, oder aber eine polygonale Form, in der Gestalt eines Dreieckes, Viereckes oder Quadrates besitzen. Andere Ausbildungen sind auch denkbar. Der Deckel 2 weist dabei eine Gestalt auf, welche im wesentlichen derjenigen des Behälters 1 entspricht.

Die Metallfolie des Deckels 2 kann eben ausgebildet sein, oder aber mit feinen Prägungen versehen sein, welche über die Folienoberfläche hervorstehen. Die Ausdrucksweise Metallfolienbereich schliesst auch anderweitig ausgebildete Behältnisse oder Elemente ein. Vorteilhafterweise sind die Metallfolienbereiche derart zueinander ausgerichtet, dass die Folienbereiche an der Stelle, an welcher die Versiegelung angeordnet werden soll, deckungsgleich aufeinander liegen.

Das Verfahren zur Herstellung der Siegelverbindung zwischen den beiden Metallfolienbereichen wird nun mit den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Stationen 12, 13 erläutert. Durch eine nicht gezeigte Transfervorrichtung kann der Behälter 1 von der ersten Station 12 nach der Figur 1 und die zweite Station 13 nach der Figur 2 geschoben wird. In der ersten Station 12 liegt der Behälter 1 auf einer Auflageoberfläche 21 einer Aufnahme 3 auf. In der zweiten Station 13 liegt der Behälter 1 auf einer Kontaktfiäche 19 des Siegelwerkzeuges 5 auf. Prinzipiell läuft das Verfahren in zwei Schritten ab, welche zeitlich und örtlich voneinander getrennt sind, nämlich einem ersten Schritt der Reinigung in der ersten Station 12 und einem zweiten Schritt der Versiegelung in der zweiten Station 13.

In einem ersten Schritt des Verfahrens wird wenigstens ein Metallfolienbereich durch eine Sonotrode 4 in der ersten Station 12 mittels Ultraschallwellen beaufschlagt, so dass Verunreinigungen, die in dem zu versiegelnden Bereich liegen, vom besagten Bereich entfernt werden. Aufgrund der gewählten Eigenschaften der Ultraschallwellen wird hier noch nicht eine Verschweissung erzielt. In einem dem ersten Schritt folgenden, sowie zeitlich und örtlich vom ersten Schritt getrennt ausgeführten, weiteren Schritt, wird der zu versiegelnde Bereich einer Wärmequelle 5, 6 bzw. einem Siegelwerkzeug ausgesetzt, so dass die Siegelverbindung zwischen den wenigstens zwei Metallfolienbereichen erzeugt wird. Besonders bevorzugt sind die Wärmequellen 5, 6 dabei derart angeordnet, dass diese die Wärme von unten und oben auf den zu versiegelnden Bereich gibt.

Weiterhin umfasst das Verfahren den Schritt der relativen Positionierung zwischen den wenigstens zwei Metallfolienbereichen zueinander, so dass die wenigstens zwei Metallfolienbereiche miteinander in Kontakt stehen, wobei der Schritt der relativen Positionierung nach dem ersten Schritt der Beaufschlagung mit Ultraschall erfolgt. Mit anderen Worten heisst dies, dass mindestens einer der Metallfolienbereiche vorgängig gereinigt wird und anschliessend der andere Metallfolienbereich zugeführt wird. Dieser Verfahrensschritt wird untenstehend mit den Figuren 3 genauer beschrieben.

Während des Verfahrensschrittes der Beaufschlagung mit Ultraschall wird die Sonotrode 4 in den Bereich des reinigenden Metallfolienbereiches bewegt. Dies wird durch den Pfeil 18 gezeigt. Dabei wird die Sonotrode 4 auf den Metallfolienbereich bewegt, so dass diese mit dem Metallfolienbereich in Kontakt ist, wobei die Sonotrode 4 vorzugsweise mit einer Kraft auf die Oberfläche des Metallfolienbereiches gedrückt wird. Die Sonotrode 4 umfasst eine Einleitungsfläche 22, über welche die Schwingungen auf die Metallfolienbereiche geleitet werden. Der Druck auf die Metallfolienbereiche liegt bevorzugterweise im Bereich von 20 bis 400 kg/cm , besonders bevorzugt im Bereich von 80 bis 150 kg/cm .

Die Sonotrode 4 wird in den Figuren von oben her auf den einen Metallfolienbereich geführt. Es ist aber auch denkbar, dass je eine Sonotrode von der Oberseite und der Unterseite auf die Metallfolienbereiche wirken.

Da die Sonotrode 4 nur der Reinigung und nicht auch der Verbindung zwischen den Metallfolienbereichen dient, muss die Einleitungsfläche 22 der Sonotrode 4 nicht zwingend die Form der Siegelverbindung aufweisen. Vorzugsweise hat die Einleitungsfläche 22 einen grösseren Querschnitt als die Siegelverbindung, so dass die die Sonotrode 4 die Form der Siegelverbindung überlappt. Das hat den Vorteil, dass eine Mehrzahl von verschiedenen Formen der Siegelverbindung mit der gleichen Sonotrode 4 reinigbar sind. Die Sonotrode 4 kann besonders bei grossen Stückzahlen vorzugsweise derart ausgebildet sein, dass diese im wesentlichen die gleiche Form hat, wie der zu versiegelnde Bereich.

Vorzugsweise erfolgt die Beaufschlagung der Ultraschallwellen über eine Zykluszeit von 0.01 bis 2 Sekunden, besonders bevorzugt zwischen 0.1 und 0.2 Sekunden. Bevorzugt liegen die Ultraschallwellen in einem Frequenzbereich von 10 bis 100 kHz, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 15 bis 30 kHz. Es ist aber auch möglich, in einer Abfolge unterschiedliche Frequenzen anzulegen, dies kann in einem Sweep- Verfahren oder durch Abschnitte unterschiedlicher diskreter Frequenzen erfolgen.

Der Bereich der Siegelverbindung 7 kann eine Ebene definieren. Beim in den Figuren gezeigten Behälter wird die Ebene beispielsweise durch den Rand 10 definiert. Die Ultraschallwellen können dabei derart angelegt werden, dass diese in senkrechter oder waagrechter Richtung oder in einer winkligen Richtung auf den Siegelbereich auftreffen. Bei der Beaufschlagung durch Ultraschall wird der zu reinigende Siegelbereich in Schwingung bzw. Vibration versetzt, was dann die Reinigungswirkung entfaltet.

In der Figur 2 wird das Siegelwerkzeug, mit welchem im Siegelbereich die Siegelverbindung bereitgestellt wird, gezeigt. Das Siegelwerkzeug umfasst hier eine erste untere Wärmequelle 5 und eine zweite obere Wärmequelle 6. Die untere Wärmequelle 5 dient dabei als Aufnahme des Behälters 1, welcher mit seinem Rand 10 auf der Kontaktfläche 19 der Wärmequelle 5 aufliegt. Die obere Wärmequelle 6 umfasst eine Kontaktfläche 23 und kann von einer Ursprungsstellung in Richtung des Deckels 2 entlang des Pfeils 20 bewegt werden und drückt somit den Deckel 2 auf den Rand 10, welcher auf der Kontaktfläche 19 anliegt. Durch die Wärmeeinwirkung wird die wärmeaktivierbare Schicht aktiviert und der Deckel 2 wird mit dem Rand 10 des Behälters 1 verbunden. Nach einer bestimmten Zykluszeit wird obere Wärmequelle wieder in Ursprungsstellung bewegt und die Behälter 1 mit dem versiegelten Deckel 2 wird aus der zweiten Station 13 bewegt.

Vorzugsweise entspricht die Gestalt der Kontaktfläche 23 der oberen Wärmequelle 6, mit welchem diese auf den Deckel 2 wirkt, der herzustellenden Siegelverbindung. Bei der Änderung der Gestalt der Siegelverbindung aufgrund einer Änderung der Gestalt des Behälters muss nur die obere Wärmequelle 6 mit der Kontaktfläche 23 ausgetauscht werden.

Die Wärmequellen 5, 6 weisen vorzugsweise eine Siegeltemperatur im Bereich von 20°C bis 320°C, bevorzugt im Bereich von 100°C bis 280°C, auf. Vorzugsweise werden die Wärmequellen mit einem Siegeldruck zur Bereitstellung der Siegelverbindung aufeinander gedrückt, welcher im Bereich von 100 bis 500 kg/cm², bevorzugt im Bereich von 80 bis 150 kg/cm² liegt. Die Zykluszeit zur Bereitstellung der Siegel Verbindung liegt vorzugsweise im Bereich von 0.1 bis 2 Sekunden, besonders bevorzugt im Bereich von 0.2 bis 0.4 Sekunden.

Die örtliche und zeitliche Trennung des Schrittes der Reinigung und desjenigen der Versiegelung hat verschiedene Vorteile:

Die Einbringung von thermischer Energie kann über beide Seite auf die zwei Metallfolien erfolgen. Bei Vorrichtungen aus dem Stand der Technik, bei welchen

Versiegelung und Reinigung in einer Station zusammengefasst sind, ist dies nicht möglich, da die Sonotrode nicht aktiv beheizt werden kann.

Zudem entfällt ein unerwünschter Aufwärmeffekt der Sonotrode durch das Siegelwerkzeug, was die Reinigung der Sonotrode ohne ein vorgängiges Abkühlen zulässt.

Wenn die für die Versiegelung erforderliche Hitze nur von einer Seite eingebracht wird, muss das Siegelwerkzeug auf eine höhere Temperatur geheizt werden, was zu unerwünschten Deformationen am Behälter und zu Abbrand am Werkzeug führt. Aufgrund der Tatsache, dass die Sonotrode 4 nicht zwingend den gleichen Querschnitt der Siegelverbindung aufweisen muss, können mit einer Ausbildung der Sonotrode 4 verschiedenartig ausgebildete Behälter hergestellt werden.

Zudem entfällt eine Kühlung der Sonotrode 4, da die Wärme an einem anderen Ort eingebracht wird.

Weiter kann die Taktzeit reduziert werden, da die Sonotrode nicht Teil des Verschweissungsprozesses ist und ein Anschwingen der Sonotrode demnach entfällt.

In den Figuren 3 a bis 3 c wird eine Ausführungsforai einer Produktionsstrasse 14 gezeigt, welche die zwei Verfahrensschritte verwirklicht. Dabei werden eine Vielzahl von Behältern 1 entlang einer Förderrichtung 8 durch die erste Station 12 und anschliessend durch die zweite Station 13 gefördert. Der Innenraum 11 der Behälter wird vorzugsweise vor der ersten Station 13 mit dem Füllgut 9 befüllt. Anschliessend wird der Behälter 1 in die erste Station 12 ohne den Deckel gefördert. Die Situation in der ersten Station 12 wird in der Figur 3b dargestellt. In der ersten Station 12 wird der zu versiegelnde Bereich 7, hier der Rand des Behälters 1 mit der Sonotrode 4 mit Ultraschallwellen beaufschlagt. Dabei werden Verunreinigungen, welche auf dem Rand 10 des Behälters 1 liegen, aus dem Siegelbereich 7 entfernt. Mit anderen Worten heisst dies, dass in dem Bereich, in welchem die Siegelverbindung zwischen Deckel 2 und Behälter 1 zu liegen kommen soll, keine Restteile vorhanden sind, welche die hermetische Siegelverbindung stören. Die Sonotrode 4 wirkt entweder auf den Behälter 1 und/oder auf den Deckel 2, wie dies in der Figur 3b schematisch gezeigt wird. Vorzugsweise wirkt die Sonotrode 4 auf den Rand 10 des Behälters 1, da das Risiko einer Verunreinigung in diesem Bereich grösser ist als beim Deckel 2.

Nach erfolgter Reinigung von Behälter 1 und/oder Deckel 2 wird der Deckel 2 dann auf dem Rand 8 des Behälters 1 platziert und die zweite Station vorgeschoben, wo der Schritt der Versiegelung, wie nachfolgend erwähnt ausgeführt wird.

Der Behälter 1 wird mit Deckel 2 in die zweite Station 13 vorgeschoben, welche in Förderrichtung 8 gesehen hinter der ersten Station 12 liegt. Zweckmässigerweise liegt die zweite Station 13 aber unmittelbar nach der ersten Station 12, so dass erneutes Eindringen von Verunreinigungen in den Siegelbereich vermieden wird.

In der zweiten Station 13 erfolgt dann der Schritt der Versiegelung der beiden Metallfolienbereiche, also des Deckels 2 mit dem Behälter 1. Die Versiegelung wird in der Figur 3c schematisch gezeigt. Vorzugweise umfasst die Versiegelungsstation eine untere Wärmequelle 5 und eine obere Wärmequelle 6. Die beiden Wärmequellen 5, 6 werden dann gegeneinander zu bewegt, wobei die obere Wärmequelle 6 auf den Deckel 2 wirkt und die untere Wärmequelle 5 auf den Rand 8 des Behälters 1. Die beiden Wärmequellen 5, 6 versiegeln dabei die beiden wärmeaktivierbaren Metallfolienbereiche.

Aufgrund der Tatsache, dass die Wärme von zwei Seiten zur Versiegelungsstelle geleitet wird, wird dort die für die Versiegelung benötigte Temperatur über eine kürzere Zeit erreicht, als wenn nur eine Wärmequelle vorhanden wäre. Alternativ könnte eine der beiden Wärmequellen auch als festes Anschlagselement ohne Wärmewirkung ausgebildet sein. Die mit dem Bezugszeichen , 2' versehenen Elemente sind die Behälter und Deckel, bei welchen die Versiegelung bereits aufgebracht wurde.

BEZUGSZEICHENLISTE Behälter 23 Kontaktfläche Deckel

Aufnahme

Sonotrode

untere Wärmequelle

obere Wärmequelle

Siegelbereich

Förderrichtung

Füllgut

Rand

Innenraum

erste Stattion

zweite Station

Produktionsstrasse

Unterseite

Boden

Seitenwand

Sonotrodenrichtung

Kontaktfläche

Bewegungsrichtung obere

Wärmequelle

Auflageoberfläche

Einleitungsfläche

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Erzeugung einer Siegelverbindung (7) zwischen wenigstens zwei Metallfolienbereichen (1, 2; 10, 15), von denen wenigstens einer mit einer wärmeaktivierbaren Beschichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet,

dass in einem ersten Schritt wenigstens ein Metallfolienbereich (1, 2; 10, 15) über eine Einleitungsoberfläche (22) einer Sonotrode (4) mit Ultraschallwellen beaufschlagt wird, so dass Verunreinigungen, die in dem zu versiegelnden Bereich (7) liegen, vom besagten Bereich entfernt werden,

dass in einem folgenden zeitlich und örtlich vom ersten Schritt getrennt ausgeführten Schritt, der zu versiegelnde Bereich einem Siegelwerkzeug (5, 6) ausgesetzt wird, so dass die Siegelverbindung zwischen den wenigstens zwei Metallfolienbereichen (1, 2; 10, 15) erzeugt wird,

wobei das Verfahren weiterhin den Schritt der Positionierung der wenigstens zwei Metallfolienbereiche (1, 2; 10, 15) aufeinander umfasst, so dass die wenigstens zwei Metallfolienbereiche miteinander in Kontakt stehen, wobei der Schritt der Positionierung nach dem ersten Schritt erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Siegelwerkzeug (5, 6) eine erste Wärmequelle (5), welche auf eine erste Metallfolienbahn (1) wirkt, und eine zweite Wärmequelle (6), welche auf eine andere Metallfolienbahn (2) wirkt, umfasst, wobei mindestens eine der beiden Wärmequellen (5, 6) eine Kontaktfläche (23) aufweist, welche der Form der Siegelverbindung entspricht.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Siegelverbindung (7) eine Ebene darstellt, zu welcher die Ultraschallwellen in senkrechter oder waagrechter Richtung oder in einer winkligen Richtung auftreffen.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallwellen pulsierend oder konstant über eine vorbestimmte Zykluszeit aufgebracht werden oder dass die Ultraschallwellen durch Abschnitte unterschiedlicher diskreter Frequenzen bereitgestellt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Metallfolienbereich durch einen Rand (10) eines Behälters (1) und dass ein weiterer Metallfolienbereich durch einen Deckel (2) bereitgestellt wird, wobei der Behälter vor dem ersten Schritt der Beaufschlagung mit Ultraschall mit einem Füllgut (9) befüllt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode (4) vor der Beaufschlagung des mindestens einen Metallfolienbereiche mit Ultraschall in die Nähe von mindestens einem Metallfolienbereich zu liegen kommt, bevorzugterweise derart, dass die Sonotrode (4) mindestens einen der Metallfolienbereiche berührt, wobei dann die Sonotrode (4) vorzugsweise mit einem Druck im Bereich von 20 bis 400 kg/cm , besonders bevorzugt im Bereich von 80 bis 150 kg/cm auf mindestens eine der Metallfolienbereiche geführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung mittels Ultraschallwellen über eine Zykluszeit von 0.01 bis 2 Sekunden, bevorzugt zwischen 0.1 und 0.2 Sekunden, andauert, und/oder,

dass die Ultraschallwellen in einem Frequenzbereich von 10 bis 100 kHz, bevorzugt in einem Bereich zwischen 15 bis 30 kHz, liegen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle von einer oder von zwei Seiten auf den zu versiegelnden Bereich wirkt, wobei die Siegeltemperatur im Bereich von 20°C bis 320°C, bevorzugt im Bereich von 100°C bis 280°C, liegt, und/oder, dass der Siegeldruck zur Bereitstellung der Siegelverbindung zwischen 100 bis 500 kg/cm , bevorzugt im Bereich von 80 bis 150 kg/cm² liegt, und/oder, dass Zykluszeit zur Bereitstellung der Siegelverbindung im Bereich von 0.1 bis 2 Sekunden, vorzugsweise im Bereich von 0.2 bis 0.4 Sekunden, liegt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitungsoberfläche (21) der Sonotrode (4) derart ausgebildet ist, dass diese grösser ist als der Siegelbereich und so den Siegelbereich überlappt, oder, dass diese im wesentlichen dem Siegelbereich entspricht, oder, dass diese kleiner ist als der Siegelbereich.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt wenigstens ein Metallfolienbereich (1, 2; 10, 15) über eine Einleitungsoberfläche (22) einer Sonotrode (4) mit Ultraschallwellen beaufschlagt wird, so dass Verunreinigungen, die in dem zu versiegelnden Bereich (7) liegen, vom besagten Bereich entfernt werden, dass in einem anschliessenden Schritt die wenigstens zwei Metallfolienbereiche (1, 2; 10, 15) aufeinander positioniert werden, und dass anschliessend in einem folgenden zeitlich und örtlich vom ersten Schritt getrennt ausgeführten Schritt, der zu versiegelnde Bereich einem Siegelwerkzeug (5, 6) ausgesetzt wird, so dass die Siegelverbindung zwischen den wenigstens zwei Metallfolienbereichen (1, 2; 10, 15) erzeugt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schritt der Reinigung und dem Schritt der Versiegelung ein Zwischenschritt der Positionierung bzw. der erneuten Positionierung der wenigstens zwei Metallfolienbereiche eingeschaltet wird, so dass die beiden Metallfolienbereiche mit einer hohen Genauigkeit gegenüber einander positioniert werden können.

12 Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine erste Station (12) und eine zweite Station (13) umfasst, welche örtlich voneinander getrennt angeordnet sind, wobei die erste Station (12) mindestens eine Sonotrode (4) umfasst, mit welcher der wenigstens ein Metallfolienbereich mit Ultraschallwellen zur Reinigung beaufschlagbar ist, und dass die zweite Station mindestens ein Siegelwerkzeug (5, 6) umfasst, mit welchem die mindestens zwei Metallfolienbereiche miteinander verbindbar sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotrode über eine Antihaftbeschichtung, insbesondere eine Kunststoffbeschichtung, verfügt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Siegelwerkzeug (6) eine erste Wärmequelle (5), welche auf eine erste Metallfolienbahn (1) wirkt, und eine zweite Wärmequelle (6), welche auf eine andere Metallfolienbahn (2) wirkt, umfasst, wobei mindestens eine der beiden Wärmequelle (5, 6) eine Kontaktfläche (23) aufweist, welche der Gestalt Siegelverbindung entspricht, und/oder dass die Einleitungsoberfläche (21) der Sonotrode (4) derart ausgebildet ist, dass diese grösser ist als der Siegelbereich und so den Siegelbereich überlappt, oder, dass diese im wesentlichen dem Siegelbereich entspricht.