Verfahren zur Herstellung von Metallbehältern, insbesondere für flüssige Nahrungsw oder Genussmittel, Apparat zur Durchführung des Verfahrens, sowie sterilisierbarer, lichtundurchlässiger Behälter, insbesondere für die genannten Waren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallbehältern, insbesondere für Milch und andere flüssige Nahrungs- oder Genussmittel, einen Apparat zur Durchführung des Verfahrens sowie sterilisierb arer lichtundurchlässiger Behälter, insbesondere für die genannten Waren.
Insbesondere für flüssige und namentlich sterilisierte Nahrungs-oder Genussmittel, z. B. sterilisierte Milch, besteht Bedarf an Kleinverkaufspackungen, die nicht allein billig sein sollen, so dass auch billiges Konsumgut wie Milch die Verpackungskosten tragen kann, sondern auch sterilisierbar und lichtundurchlässig, so dass das Gut auch längere Zeit ohne Gefahr des Verderbens aufbewahrt werden kann. Eine Kleinverkaufspackung, die alle diese Bedingungen erfüllt, hat bislang auf dem Markt gefehlt.
Es ist bekannt, als Verpackung Behälter aus Metall in Gestalt von Konservendosen zu benutzen.
Solche Behälter erfordern indessen zu ihrer Herstellung komplizierte Apparate und werden deshalb in der Regel von Spezialfabriken geliefert. Diese Behälter sind wohl sterilisierbar wie auch lichtundurchlässig, jedoch entstehen ausser einem hohen Herstellungspreis wesentliche Transportausgaben für die Beförderung der leeren Dosen von der Dosenfabrik zu der Abzapfstelle, z. B. einer Meierei. Ausserdem können solche Behälter in der Regel nicht wieder verschlossen werden, wenn sie einmal geöffnet worden sind, es sei denn, dass die Behälter mit verteuernden Schraubverschlüssen oder ähnlichen Organen ausgestattet werden.
Es wurde ebenfalls die Herstellung von Metallbehältern vorgeschlagen, die einen rohrförmigen Behälterteil und einen an dem einen Ende des Behälterteiles ausgebildeten Boden aufweisen, während das entgegengesetzte Ende des Behälterteiles zum Zwecke des Verschliessens zusammengeklebt wird, wonach der zusammengeklemmte Kantenteil gefaltet oder gefalzt wird, wodurch ein besonderes Verschlussorgan überflüssig wird. Die Behälter sind nahtlos durch einen Tiefziehvorgang hergestellt. Indessen unterliegt die Grösse einer solcherart hergestellten Verpackung einer Begrenzung, wenn sich die Kosten für die Maschinen zur Herstellung der Verpackung in übersehbaren Grenzen halten sollen, und auch die physikalischen Eigenschaften des verwendeten Materials setzen der Grösse und der Form der Behälter eine Grenze.
Die letztgenannten Behälter werden deshalb auch lediglich für kleine Verpackungen angewendet, z. B. für Sahne in Packungen, die 50 Gramm enthalten.
Ebenfalls ist es bekannt, für Verpackungszwecke Behälter aus Pappe oder Kunststoffolie, die gefaltet und vereinigt wird, zu verwenden. Bei Verpackungen aus Pappe wird der Behälter ausserdem paraffiniert.
Diese Verpackung kann deshalb nicht durch Anwendung von Wärme sterilisiert werden. Ausserdem sind die Kosten pro Liter für Behälter aus Pappe oder Kunststoffolie zu hoch.
In den dosenförmigen sowie in den aus Pappe oder Kunststoffolie gebildeten Behältern verwendet man zur Zusammenfügung der Werkstücke, aus denen die Behälter hergestellt werden, eine Falzverbindung unter Verwendung einer Gummipackung, wel ches eine recht teure Verbindungsart darstellt, oder auch Lötmittel oder Klebstoffe. Diese Mittel können indessen den Behälterinhalt schädlich beeinflussen und dessen Haltbarkeit vermindern. Dieser Nachteil ist zwar bei Verpackungsmaterial in Gestalt von Glasflaschen nicht vorhanden, jedoch ist diese Verpackung ähnlich - der Konservendosenverpackung ziemlich kostbar, wenn sie als zum einmaligen Verbrauch bestimmte Verpackung angewendet werden soll. Normalerweise werden die Glasflaschen deshalb auch nach dem Gebrauch zurückgeschickt, wonach sie gereinigt und erneut angewendet werden.
Die bekannten Verpackungen sind deshalb als einmalige Kleinverkaufsverpackungen teils zu teuer für billige Konsumwaren, u. a weil sie in Spezialfabriken hergestellt werden müssen, und teils wenig zur Aufbewahrung insbesondere von empfindlichen Waren wie Milch über längere Zeit geeignet. Zweck der Erfindung ist es, eine billige Herstellung von auch für einmalige Verpackung geeigneten Behältern, in denen auch empfindliches Gut wie sterilisierte Milch ohne Gefahr des Verderbens längere Zeit hindurch steril aufbewahrt werden kann, anzugeben.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter aus dünnem Blech oder Metallfolie durch Falten und Zusammenfügen des Metallmaterials unter Anwendung von Ultraschallschweissung gebildet wird.
Die Erfindung beruht somit auf der Erkenntnis, dass es unter gewissen Voraussetzungen möglich ist, Behälter aus lichtundurchlässigem und sterilisierbarem Material herzustellen, ohne dass die angegebenen Mängel der bekannten Verpackungen zu entstehen brauchen. Wenn die Verpackung auf die erfindungsgemäss angegebene Weise hergestellt wird, dann wird die Bildung des Behälters nämlich mittels eines einfachen, raumsparenden Apparates möglich und kann deshalb an der Stelle erfolgen, wo der Behälter gebraucht werden soll, z. B. in Verbindung mit einem Milchabzapfapparat in einer Meierei.
Transportkosten für leere Verpackung können praktisch in Fortfall kommen, da das Behältermaterial, z. B. Aluminiumblech oder Aluminiumfolie, der Meierei in Rollenform angeliefert werden kann. Weiterhin ist nach dem Verfahren die Herstellung eines widerstandsfähigen Behälters möglich, der aus keinem anderen Material als Blech oder Metallfolie besteht, und der deshalb keine Ansteckungsquellen oder Quellen für andere Misstände in Gestalt von Geschmacksbeeinflussung oder giftiger Beeinflussung, ausgehend von Lötmitteln oder Klebstoffen, enthält. Ultraschallschweissung erfolgt nämlich wie bekannt auf die Weise, dass ein Druckkolben mit z. B. kugelkalotteförmiger Spitze gegen die Berührungs stelle derjenigen Zuschnitteile gepresst wird, die miteinander verbunden werden sollen, und zwar in einer Richtung quer zur Fläche.
Mit Hilfe von Ultraschallenergie wird der Kolben in Schwingungsbewegungen parallel mit der Fläche versetzt, und durch das Zusammenwirken des genannten Anpressungsdruckes und der Schwingungsenergie werden die Zuschnittteile durch Kaltschweissen miteinander entlang der Schweissnaht verbunden. Auch empfindliches Gut wie sterilisierte Milch kann in dieser Verpackung lange Zeit hindurch ohne Gefahr des Verderbens aufbewahrt werden. Ausserdem kann die Verpakkung ohne Schwierigkeiten in verschiedenen Grössen hergestellt werden, d. h. bis auf Litergrösse und grösser, und der Verpackung kann weiterhin ohne Schwierigkeit eine passende Form gegeben werden, sodass eine Anzahl Behälter raumsparend z. B. in einer Sammelkiste untergebracht werden können.
Infolge der angeführten Vorteile können nach dem erfindungsgemässen Verfahren neue und vorteilhafte technische Erzeugnisse in Gestalt sterilisierbarer, widerstandsfähiger und billiger Behälter, die als zum einmaligen Verbrauch bestimmteVerpackungen wohl geeignet sind, hergestellt werden.
Bei der Durchführung des Verfahrens kann zweckmässigerweise ein Blechstück für den Behälter über einen den Gegenhalter für die Ultraschallschweissung bildenden Dorn gefaltet werden, mit dessen Hilfe dem Stück eine vorbestimmte Form gegeben wird. Auf diese Weise kann ein und dasselbe Organ, d. h. der Dorn, für zwei Zwecke verwendet werden, nämlich für die Formgebung und für das Zusammen- schweissen, wodurch eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses erreicht wird.
Das Verfahren kann weiterhin dergestalt durchgeführt werden, dass ein Zuschnitt für einen Behälter zu einem Rohr mit im wesentlichen viereckigem Querschnitt gefaltet und zusammengefügt wird, und dass an beiden Enden des Rohres durch gleichartige Faltungsvorgänge Endverschlüsse gebildet werden, indem die Endstücke der paarweise einander gegen überstehenden Rohrwände paarweise gegeneinander gefaltet werden, das eine Paar nach dem anderen Paar, und durch Ultraschallschweissung an ihren freien Aussenkanten zusammengeschweisst werden, wobei die genannten Endstücke am einen Ende des Rohres anschliessend zur Bildung eines Flachbodens flachgedrückt werden.
Durch Anwendung von Behältern mit viereckigem Querschnitt ist bekanntlich eine Voraussetzung dafür gegeben, dass eine grösstmögliche Anzahl Behälter in einer Versandkiste angebracht werden kann, und die Bildung gleichartiger Endverschlüsse an beiden Enden des Behälters ermöglicht die Konstruktion eines Apparates zur Herstellung von Behältern nach ein und demselben Funktionsprinzip, wodurch die Gesamtkonstruktion einfach und leicht übersehbar wird.
Dabei ist es besonders zweckmässig, dem Rohr Gestalt eines länglichen Rechtecks zu geben und die Schweissnaht, entlang welcher der Zuschnitt zur Bildung eines Rohres gesammelt wird, im wesentlichen entlang der Längsmittellinie einer ! der breiten Seiten des Rechtecks anzubringen. Durch Anwendung dieser Ausbildungsregel kann erreicht werden, dass die Endstücke der schmalen Rohrwände während des Faltens mit ihren freien Enden nicht gegeneinander stossen, sondern dass zwischen diesen Kanten ein Zwischenraum verbleibt, wodurch Platz geschaffen wird für diejenige Flachpressung des Materials während des Schweissens entlang der Schweissnaht des Endverschlusses, die beim Übergang vom Schweissen von vier Materialschichten zum Schweissen von zwei Materialschichten erfolgt, wie dies aus der folgenden Beschreibung hervorgeht.
Gleichfalls wird dadurch Platz für die Anbringung der Längsschweissnaht des Rohres zwischen den genannten, gegeneinander gefalteten Endstücken geschaffen.
Die Anwendung der erstgenannten Falttechnik zur Bildung auch des Behälterbodens ermöglicht weiterhin die Schaffung eines Behälters, der sicher steht.
Die frei ausragende Länge der zuletzt gegeneinander gebogenen Rohrwandendstücke kann so gross gewählt werden, dass die Länge dieser beiden Endstücke insgesamt grösser als der direkte Abstand zwischen den betreffenden Wänden des Rohres ist.
Infolge Materialüberschusses kann dann beim Flachdrücken des Endbodens ein Auswärtskrümmen des Behälterbodens beiderseits der Verbindungsnaht er reicht werden, so dass zwei in Abstand d voneinander liegende Standrücken gebildet werden, die den Behälter etwas über seine Standfläche heben, und die zwischen sich die Verbindungsschweissnaht für die gegeneinander gefalteten Endstücke der Rohrwandung einschliessen.
Zur Herstellung eines Behälters mit rohrförmigem Behälterteil und zwei Endböden ist es zweckmässig, dass der Behälterteil aus einem Zuschnitt für sich hergestellt wird, das mittels eines Ultraschallschweissaggregates gefaltet und vereinigt wird, wohingegen die Endböden aus einem anderen Zuschnittstück gebildet und an dem Behälterteil mit Hilfe von einem oder mehreren Ultraschallschweissaggregaten befestigt werden. Durch diese Arbeitsweise ist ein schnelles Voranschreiten der Behälterherstellung erreichbar, wobei Behälterteil und Endböden je für sich hergestellt und anschliessend vereinigt werden.
Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Apparat zur Herstellung von Behältern aus Metall zur Durchführung des Verfahrens. Erfindungsgemäss ist der Apparat mit Organen zum Transport und zum Falten von Zuschnitten aus Blech oder Metallfolie und mit einem oder mehreren Ultraschallschweissaggregaten sowie mit Organen zur Relativbewegung zwischen Zuschnitt und Schweissaggregat, das eine an dem anderen vorbei, ausgerüstet. Ein dergestalt ausgebildeter Apparat erlaubt eine kontinuierlich fortschreitende Herstellung der gewünschten Behälter aus in Rollenform aufgespeichertem Metallblech.
Zur Herstellung von Behältern mit gleichzeitiger Verschlussfaltung an beiden Behälterenden kann der Apparat dergestalt ausgebildet sein, dass er zwei Paar in Abstand voneinander angebrachte Endverschlussfalt- und Schweissaggregate hat, und dass zwischen diesen beiden Aggregaten ein Druckkolben zum Flachdrücken des Bdhälterbodens angebracht ist. Dieser Apparat erlaubt eine kontinuierliche Herstellung, Füllung und Schliessung eines Behälters, indem zwischen dem Druckstempel und dem anderen Endverschlussfalt- und Schweissaggregat ein Abzapforgan für dasjenige Medium, mit dem der Behälter gefüllt werden soll, angebracht werden kann.
Die Erfindung sei im Folgenden näher unter Hinweis auf die Zeichnung erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemässen Apparat zur Herstellung eines Behälters aus Metallblech,
Fig. 2 und 3 Querschnitte durch Behälterbleche in verschiedenen Stadien der Behälterherstellung.
Fig. 4 in vergrössertem Masstab das eine Ende eines rohrförmigen Behälterwerkstückes,
Fig. 5 das gleiche Ende während einer Faltoperation,
Fig. 6 das gleiche Ende durch Ultraschallschweissung verschlossen,
Fig. 7 das gleiche Ende flachgedrückt zur Bildung eines Behälterbodens,
Fig. 8 einen Querschnitt gemäss Linie VI-VI in Fig. 7,
Fig. 9 eine andere Ausbildung des Endverschlusses des Behälters,
Fig. 10 ein anderes Ausführungsbeispiel für den Behälter,
Fig. 11 einen Längsschnitt durch den Behälter gemäss Fig. 10, und
Fig 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Behälter.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird ein Breitband 10 aus Metaliblech von einer Vorratsrolle 12 zum vorderen Abschnitt 14 eines Formdornes 14, 16, 18 geführt. Vor dem Abschnitt 14 ist eine Schere 20 angebracht. Über dem Dorn befindet sich ein Vorschubmechanismus 22 für Metallblech, bestehend aus zwei Walzenpaaren 24 und 26, um die jeweils ein endloses Band 28 bzw. 30 geführt ist. An diese Bänder ist durch Arme 32 bzw. 34 eine Stange 36 befestigt, die sich in der Längsrichtung des Dorn es erstreckt, und an der abwärts ragende Greiffinger 38 befestigt sind. Gegenüber dem Abschnitt 16 des Dornes befinden sich Faltwerkzeuge 40, und gegen über dem linken Teil des Dornabschnittes 18 sind Faltwerkzeuge 42 angebracht. Rechts von den Faltwerkzeugen ist dem Dorn abschnitt 18 gegenüber eine Schweissrolle 44, die mit einer Ultraschallquelle verbunden ist, angebracht.
Rechts vom Dorn 14, 16, 18 befindet sich ein vierarmiger Revolverkopf 46, dessen Umdrehungsachse die Mittellängsachse des Faltdornes rechtwinklig schneidet. Die Arme des Revolverkopfes haben gleiches Profil wie der Abschnitt 18 des Faltdornes.
Über dem Revolverkopf sind zwei gegeneinander bewegliche Faltorgane 48 und 50 sowie ein Paar Schweissrollen 52 angebracht, die mit einem Ultraschallerzeuger verbunden sind. Rechts vom Revolverkopf befindet sich ein Druckstempel 54 mit einem Mittelrücken 56.
Unter dem Revolverkopf ist ein Transportband 58 angebracht. Eine Zapfstelle z. B. für sterilisierte Milch ist mit 60 bezeichnet. Links von der Zapfstelle befindet sich ein weiteres Faltorgan 62 sowie Schweissrollen 64, die mit einem Ultraschallerzeuger verbunden sind.
Die Bewegungsrichtungen der einzelnen Organe sind durch Pfeile angedeutet.
Der Apparat arbeitet wie folgt:
Von der Vorratsrolle 12 wird das Metallband zum Dornabschnitt 14 geführt. Nachdem ein Metallbandstück vorgegebener Länge vorgeführt worden ist, wird es vom Band 10 mit Hilfe der Schere 20 abgeschnitten. Durch den Mitnehmermechanismus 22 wird das abgemessene Plattenstück danach zum Dornabschnitt 16 geschoben, indem der linke Greiffinger 38 des Mechanismus nach ausgeführter Rückbewegung das Plattenstück auf dem Dornabschnitt 14 ergreift und es zum Abschnitt 16 weiterführt.
Hier wird das Plattenstück durch die Faltwerkzeuge 40 zu der in Fig. 2 gezeigten Form gebogen. Das gebogene Plattenstück wird danach durch einen anderen Greiffinger 38 des Vorschubmechanismus 22 zum linken Ende des Dornabschnittes 18 geschoben, wo das Plattenstück mit Hilfe der Faltorgane 42 zu der in Fig. 3 gezeigten Rohrform mit länglichem, rechteckigem Querschnitt gebogen wird. Während der weiteren Verschiebung des solcherart gebogenen Platten stückes nach rechts werden die sich gegen ein ander wendenden Ränder der Folie mit Hilfe der Schweissrollen 44 unter Bildung einer Schweissnaht A zusammengeschweisst, vgl. Fig. 3, und das dadurch gebildete Rohr wird auf einen Arm des Revolverkopfes 46 geschoben, der sich in Verlängerung des Faltdornes 14, 16, 18 erstreckt.
Die Grössenverhältnisse zwischen Rohrlänge und Armlänge sind derart, dass das Rohr mit einem Endstück frei über den Arm hinausragt, vgl. Fig. 1. Der Revolverkopf 46 wird gedreht, so dass der betreffende Arm unter den Faltorganen 48 und 50 steht.
Hiernach werden die Faltorgane 48 und 50 gegeneinander bewegt, wodurch Rohrwände des genannten Endstückes gegeneinander gefaltet werden, vgl. Fig. 4 und 5, wobei die Faltlinien in Fig. 4 gebrochen gezeigt sind. Mit Hilfe der Schweissrollen 52 werden die freien Kanten der Wände unter Bildung einer Schweissnaht B zusammengeschweisst.
Der Rohrkörper ist dabei so bemessen, dass das Mass C ein passendes Stück grösser als das Mass D ist, so dass ein passender Abstand zwischen den beiden gegeneinander wendenden Enden der Einbuchtungen E und F der Behälterseitenwände verbleibt, vgl. Fig. 5. Dieser Abstand ist in Fig. 6 mit G bezeichnet. Aus Fig. 6 geht ebenfalls'hervor, dass die Schweissnaht A zwischen den genannten Einbuchtungen angebracht ist.
Nach dem Zusammenfalten und Verschweissen des einen Rohrendstückes wird der Revolverkopf weitergedreht, so dass der Arm mit seinem freien Ende dem Druckkolben 54 gegenüberliegt. Dieser Kolben bewegt sich dann gegen den Arm, wobei der Rücken 56 der Schweissnaht B gegenüberliegt, wodurch der Endverschluss zu einem Behälterboden flachgedrückt wird. Das Mass H des Endverschlusses, vgl. Fig. 6, soll mindestens D/2 sein. Wenn H = D/2 ist der Boden eben. Wie gezeigt ist es indessen zweckmässig, wenn H etwas länger als D/2 ist, da infolge des Materialüberschusses beim Vorschub des Druckstempels 54 dann eine Auswärtskrümmung des Bodenmaterials wie in Fig. 7 und 8 gezeigt erfolgt. Dadurch wird erreicht, dass der Behälter sicher auf den Rücken J und K in der Nähe der längsten Seiten des Behälterquerschnittes stehen kann, während die Schweissnaht B zwischen den Rücken verborgen liegt.
Nach weiterer Drehung des Revolverkopfes 46 wird der somit gebildete Behälter dann vom Arm entfernt und auf dem Transportband 58 angebracht, durch welches der Behälter dann an einer Zapfstelle 60 vorbeigeführt und z. B. mit steriler Milch gefüllt wird. Mit Hilfe des Faltorganes 62 und der Schweissrollen 64 wird der Behälter dann an seinem anderen Endstück auf ähnliche Weise wie in Fig. 4-6 gezeigt verschlossen, und der gefüllte und verschlossene Behälter verlässt das Transportband 58 nach links.
Auch die Herstellung von anders geformten Behältern als die oben angegebenen fällt in den Rahmen der vorliegenden Erfindung. Fig. 9 zeigt einen Behälter aus gleichem Material wie angegeben, jedoch mit einem abweichend von dem vorhergehenden Beispiel ausgebildeten Endverschluss an dem einen Behälterende, indem das eine Endstück des Behälters auf ähnliche Weise wie das Bodenende einer Tube zusammengeklemmt ist, wonach die freien Kanten des Endstückes durch Ultraschallschweissen entlang einer Schweissnaht L zusammengeschweisst sind.
Fig. 10, 11 und 12 zeigen Behälter mit viereckigem Querschnitt und einem Flachbodenverschluss an beiden Enden. Der Behälter gemäss Fig. 10 und 11 hat einen Deckel M, der über den Mittelteil N des Behälters geschoben und an diesem durch Ultraschallschweissung befestigt ist, sowie ein Bodenstück 0, das in den Mittelteil N eingeschoben und hierin ebenfalls mit Hilfe von Ultraschailschweissung befestigt ist. Fig. 12 zeigt einen Behälter mit Endböden in Gestalt ebener Materialstäcke P, die durch Ultraschallschweissung an dem Mittelteil Q des Behälters befestigt sind. Die Stücke M, 0 und P werden aus einer besonderen Metallbahn hergestellt.
Der in Fig. 9 gezeigte Behälter kann auch mit einem Boden gemäss Fig. 7 und 8 oder 11 und 12 ausgebildet werden.