Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Dosendeckels, der ein Dosendeckelteil aus Metallblech und wenigstens ein an das Dosendeckelteil gefügtes Kunststoffteil aufweist, wobei die Vorrichtung umfasst: zwei zusammenführbare Presswerkzeuge, die eine Presse zum Aneinanderpressen des Dosendeckelteils und des Kunststoffteils bilden, und einen Induktor zum Zuführen eines elektromagnetischen Wechselfeldes in den Bereich der Presse, um das Dosendeckelteil induktiv zu erwärmen und dadurch mit dem angepressten Kunststoffteil zusammenzufügen.

Dosendeckel für Getränkedosen, Lebensmitteldosen und dergleichen weisen üblicherweise einen Öffnungsabschnitt auf, der über ein daran befestigtes Aufreißorgan aus der Deckelebene herausbewegt werden kann, um die Dose zu öffnen. Es sind auch wiederverschließbare Dosendeckel bekannt, bei welchen ein mit der metallischen Deckelfläche verbundener und den Öffnungsbereich umgebender Dichtungsrahmen aus Kunststoffmaterial mit einer Verschließeinheit aus Kunststoffmaterial zusammenwirkt, die mit dem metallischen Öffnungsabschnitt verbunden ist. Dosendeckel können ferner mit einer Kunststofffolie laminiert sein, beispielsweise um einen Mikrospalt dichtend zu überdecken. Mittels Pressen und Erwärmen kann eine besonders stabile Verbindung von Dichtungsrahmen, Verschließeinheiten, Folien und anderen Kunststoffteilen mit metallischen Dosendeckelteilen erzielt werden.

Durch das induktive Erwärmen wird das Kunststoff teil angeschmolzen und dadurch mit dem Metallblechteil stoffschlüssig verbunden. Die Induktionsheizung hat dabei den Vorteil, dass nur das Metallblechteil direkt erwärmt wird, da durch die Induktion nur in dem Metallblechteil Wirbelströme erzeugt werden können. Das Kunststoffteil wird dagegen indirekt durch das Metallteil erwärmt, wodurch insbesondere die das Metallteil berührende Seite des Kunststoffteils, aber nicht notwendigerweise die gesamte Oberfläche des Kunststoffteils, angeschmolzen wird.

Bei der Herstellung von Dosendeckeln werden allgemein eine hohe Prozessgeschwindigkeit sowie hohe Stückzahlen gefordert. Weiterhin unterliegt die Produktion von Dosendeckeln einem starken Preisdruck. Eine schnelle Pressfolge geht jedoch häufig mit einer Verringerung der Zuverlässigkeit des Fügeprozesses einher. Speziell kann es zu einem unerwünscht hohen Ausschuss infolge einer unzureichenden Verbindungsfestigkeit kommen. Eine nachträgliche Bearbeitung von fehlerhaften Dosendeckeln ist aufgrund der damit verbundenen Kosten unerwünscht.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, mit einfachen Mitteln eine zuverlässigere Herstellung von Dosendeckeln zu ermöglichen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt zum einen durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 .

Erfindungsgemäß ist in wenigstens einem der Presswerkzeuge ein Fluidkanal ausgebildet, wobei eine Temperier-Vorrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, zum Stabilisieren der Temperatur der Presse ein Temperier-Fluid durch den Fluidkanal zu fördern.

Die Temperier-Vorrichtung hält die Temperatur der Presse zumindest weitgehend konstant und verhindert dadurch eine allmähliche Erwärmung der Presswerkzeuge durch die erwärmten Deckelteile. Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also eine wärmeleitungsbedingte Temperaturdrift der Presse vermieden und so auch bei langer Einsatzzeit und schneller Pressfolge für konstante Bedingungen gesorgt. Die Prozesssicherheit wird auf diese Weise beträchtlich gesteigert. Es hat sich gezeigt, dass der Ausschuss bei der Herstellung von Dosendeckeln aus Verbundmaterial mittels der Erfindung beträchtlich verringert oder sogar praktisch vollständig vermieden werden kann.

Sollte es die Anwendung erfordern, kann in jedem der Presswerkzeuge ein Fluidkanal ausgebildet sein, wobei die Temperier-Vorrichtung dazu ausgebildet ist, zum Stabilisieren der Temperatur der Presse ein Temperier-Fluid durch jeden der Fluidkanäle zu fördern.

Das Dosendeckelteil ist vorzugsweise aus Aluminium oder aus Weißblech gefertigt. Bei dem Kunststoff teil kann es sich insbesondere um eine Kunststofffolie handeln, vorzugsweise um eine Folie aus Polypropylen oder Polyethylenterephthalat. Mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es auch möglich, mehrere, gegebenenfalls unterschiedliche Kunststoffteile an ein und dasselbe Metallteil zu fügen.

Die Presswerkzeuge sind vorzugsweise aus einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff, insbesondere aus Polyetherketon (PEK), gefertigt.

Das Temperier-Fluid ist vorzugsweise eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser. Prinzipiell könnte jedoch auch ein Gas als Temperier-Fluid vorgesehen sein.

Das eine Presswerkzeug kann eine zu einer Seite des Dosendeckels reziproke Form und das andere Presswerkzeug eine zur anderen Seite des Dosendeckels reziproke Form aufweisen.

Der Induktor kann für eine Feldfrequenz zwischen 1 kHz und 100 kHz, insbesondere von etwa 20 kHz, ausgebildet sein. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zum Herstellen eines Dosendeckels ausgebildet sein, der ein Dosendeckelteil aus Metallblech und mehrere an das Dosendeckelteil gefügte Kunststoffteile aufweist. Dementsprechend können die zwei zusammenführbaren Presswerkzeuge eine Presse zum Aneinanderpressen des Dosendeckelteils und der mehreren Kunststoffteile bilden. Das Dosendeckelteil kann dann bei der induktiven Erwärmung mit allen angepressten Kunststoffteilen zusammengefügt werden, insbesondere gleichzeitig. Prinzipiell ist es auch möglich, mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mehrere Dosendeckelteile aus Metallblech mit einem oder mehreren Kunststoffteilen zusammenzufügen.

Die Temperier-Vorrichtung kann eine Kühlvorrichtung zum Kühlen des Temperier- Fluids, eine Heizvorrichtung zum Heizen des Temperier-Fluids und/oder eine Fluidpumpe mit steuerbarer Fördermenge aufweisen. Die Temperier-Vorrichtung kann also bei Bedarf sowohl einer Erwärmung als auch einer Abkühlung der Presse entgegenwirken. Über die Menge des pro Zeiteinheit durch den Fluidkanal geförderten Temperier-Fluids lässt sich die Temperatur der Presse relativ schnell und einfach anpassen.

Bevorzugt weist die Temperier-Vorrichtung eine elektronische Steuereinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, die Temperatur des Temperier-Fluids und/oder der Presse gemäß einem Vorgabewert zu steuern oder zu regeln. Dies ermöglicht eine besonders exakte und kontinuierliche Temperierung. Insbesondere kann die elektronische Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, die Temperatur des Tem- perier-Fluids und/oder der Presse während des Betriebs der Vorrichtung kontinuierlich auf Raumtemperatur zu halten.

Der Induktor kann an einer Außenfläche eines der Presswerkzeuge angeordnet sein, vorzugsweise unter Ausbildung eines Spalts. Es ist dann nicht nötig, den Induktor in aufwändiger Weise in einem der Presswerkzeuge aufzunehmen. Günsti- ger Weise ist der Induktor an derjenigen Außenfläche angeordnet, die einem Aufnahmebereich des Dosendeckels gegenüberliegt.

Vorzugsweise ist der Fluidkanal in demjenigen Presswerkzeug ausgebildet, an dessen Außenfläche der Induktor angeordnet ist. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Temperierung.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eines der Presswerkzeuge durch zwei zusammengefügte Werkzeugteile gebildet ist, wobei zwischen den zusammengefügten Werkzeugteilen der Fluidkanal ausgebildet ist. Ein solches Presswerkzeug ist vergleichsweise einfach und kostengünstig zu fertigen, weil der Fluidkanal nur als Vertiefung oder als Anordnung von gegenüberliegenden Vertiefungen und nicht etwa als Bohrung gebildet sein muss. Grundsätzlich kann das den Fluidkanal aufweisende Presswerkzeug jedoch auch einteilig ausgeführt sein, beispielsweise als 3D-Druck-Bauteil.

Die Werkzeugteile können miteinander verklebt sein, um die Dichtheit des Fluidkanals sicherzustellen.

Alternativ oder zusätzlich können die Werkzeugteile über Vorsprünge und zugehörige Aufnahmen formschlüssig miteinander verbunden sein, um eine hohe Festigkeit zu gewährleisten. Ein besonderer Vorteil einer formschlüssigen Verbindung liegt darin, dass sie die Klebung entlastet. Außerdem sorgt eine formschlüssige Verbindung für eine Notdichtigkeit im Falle eines Versagens der Klebung.

Die Vorsprünge und die Aufnahmen können jeweils einen schwalbenschwanzartigen Querschnitt aufweisen. Dadurch ergibt sich ein hinterschneidender Eingriff mit entsprechend hoher Verbindungsfestigkeit. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung greifen die Vorsprünge unter Ausbildung von Freiräumen in die Aufnahmen ein, wobei die Freiräume zumindest teilweise mit einem dichtenden und/oder klebenden Material gefüllt sind. Eine separate Schicht aus dichtendem und/oder klebendem Material zwischen den beiden Werkzeugteilen ist dann nicht zwingend notwendig.

Der Fluidkanal kann zumindest bereichsweise einen spiralförmigen Verlauf aufweisen, um eine gleichmäßige flächige Temperierung des betreffenden Werkzeugteils zu erzielen. Insbesondere kann eine runde Kontaktfläche eines Werkzeugteils mit einem spiralförmig verlaufenden Fluidkanal vollständig und gleichmäßig abgedeckt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Induktor eine Litze, beispielsweise eine Kupferlitze. Der Querschnitt der einzelnen Leiter kann hierbei so dimensioniert sein, dass nur geringe Wirbelströme infolge von magnetischen Querfeldern auftreten. Es hat sich gezeigt, dass es bei Vorhandensein einer wie vorstehend beschriebenen Temperier-Vorrichtung nicht zwingend erforderlich ist, einen wassergekühlten Hohlleiter als Induktor vorzusehen, so dass die Vorteile einer Litze genutzt werden können. Grundsätzlich kann der Induktor jedoch als Hohlleiter ausgeführt sein und gegebenenfalls selbst einen Fluidkanal bilden.

Der Induktor kann einen sich in einer Basisebene erstreckenden, insbesondere spiralförmigen, Zentralabschnitt und wenigstens einen zu der Basisebene versetzten, insbesondere ringförmigen, Umfangsabschnitt aufweisen. Gemäß einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist der Umfangsabschnitt um den in der Presse befindlichen Dosendeckel umlaufend angeordnet. Dadurch ist es möglich, das Dosendeckelteil sowohl von einer Flachseite her als auch vom Rand her zu erwärmen, was einen besonders schnellen und gleichmäßigen Erwärmungsprozess ermöglicht. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Dosendeckels, der ein Dosendeckelteil aus Metallblech und wenigstens ein an das Dosendeckelteil gefügtes Kunststoffteil aufweist, wobei das Dosendeckelteil und das Kunststoffteil zwischen zwei Presswerkzeugen aneinandergepresst werden und während des Aneinanderpressens mittels eines Induktors ein elektromagnetisches Wechselfeld in den Bereich der Presse zugeführt wird, um das Dosendeckelteil induktiv zu erwärmen und dadurch mit dem angepressten Kunststoffteil zusammenzufügen.

Die Lösung der oben genannten Aufgabe erfolgt auch durch ein Verfahren, bei dem die Temperatur wenigstens eines der Presswerkzeuge stabilisiert wird, indem ein Temperier-Fluid durch einen in dem Presswerkzeug ausgebildeten Fluidkanal gefördert wird.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann Verfahrensschritte aufweisen, die sich aus den vorstehend in Bezug auf die Vorrichtung angegebenen Merkmalen ergeben.

Bevorzugt wird das Dosendeckelteil und/oder das Kunststoffteil vor dem Fügen mit einem Haftvermittler beschichtet. Die Stabilität der Fügeverbindung kann dadurch erhöht werden. Der Haftvermittler enthält bevorzugt denselben Kunststoff wie das mit dem Dosendeckelteil zu verbindende Kunststoffteil. Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Haftung und damit eine besonders feste Fügeverbindung.

Weiterbildungen der Erfindung sind auch den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 zeigt eine vereinfachte geschnittene Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Dosendeckels.

Fig. 2 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines Presswerkzeugs und eines Induktors der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Teildarstellung des in Fig. 2 gezeigten Presswerkzeugs.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die in Fig. 2 gezeigte Anordnung.

Fig. 5 zeigt eine teilweise Schnittansicht eines Dosendeckels, der mittels der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung hergestellt ist.

Die in Fig. 1 gezeigte, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gestaltete Vorrichtung zum Herstellen von Dosendeckeln umfasst eine Pressvorrichtung 1 1 mit einem Untergestell 12 und einem demgegenüber beweglichen oberem Pressenteil 13. Über einen Führungszylinder 14 ist das obere Pressenteil 13 an dem Untergestell 12 linear verschiebbar geführt. An dem Untergestell 12 und an dem oberen Pressenteil 13 sind jeweilige Presswerkzeuge 15, 16 aus Polyetherketon angebracht, die eine zu öffnende und zu schließende Presse 20 bilden. Das am Untergestell 12 angebrachte Presswerkzeug 15 weist eine Kavität 17 zur Aufnahme eines Verschlusselements 18 (Fig. 5) eines Dosendeckels 19 auf. Weiterhin ist das am Untergestell 12 angebrachte Presswerkzeug 15 der Form der Oberseite des Dosendeckels 19 nachgebildet. Das am oberen Pressenteil 13 angebrachte Presswerkzeug 16 ist der Unterseite des Dosendeckels 19 nachgebildet.

Ein im Bereich der Pressvorrichtung 1 1 angeordneter Induktor 21 ist in grundsätzlich bekannter Weise dazu ausgebildet, dem Bereich der Presse 20 ein elektro- magnetisches Wechselfeld zuzuführen, das vorzugsweise eine Frequenz im Bereich von 1 kHz bis 100 kHz aufweist.

Ferner ist im Bereich der Pressvorrichtung 1 1 eine lediglich schematisch gezeigte Temperier-Vorrichtung 25 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, Wasser oder ein ähnliches Temperier-Fluid über eine Leitungsanordnung 27 durch einen im oberen Presswerkzeug 16 ausgebildeten, in Fig. 2 und 3 erkennbaren Fluidkanal 29 zu fördern. Der Fluidkanal 29 weist vorzugsweise einen spiralförmigen Verlauf auf. Die Temperier-Vorrichtung 25 ist mit einer Kühlvorrichtung und einer steuerbaren Pumpe versehen, was in Fig. 1 jedoch nicht im Einzelnen dargestellt ist. Ferner weist die Temperier-Vorrichtung 25 eine elektronische Steuereinrichtung 30 auf, die für eine Temperatursteuerung oder -regelung ausgelegt ist.

Wie insbesondere in Fig. 3 zu erkennen ist, ist das obere Presswerkzeug 16 durch ein unteres Werkzeugteil 31 und ein mit diesem zusammengefügtes oberes Werkzeugteil 32 gebildet. Der Fluidkanal 29 ist zwischen den zusammengefügten Werkzeugteilen 31 , 32 ausgebildet. Die beiden Werkzeugteile 31 , 32 sind miteinander verklebt und zusätzlich formschlüssig miteinander verbunden, wie nachfolgend genauer ausgeführt wird.

An der Unterseite des oberen Werkzeugteils 32 sind Vorsprünge 35 mit schwalbenschwanzförmigem Querschnitt vorgesehen, die wie dargestellt in reziprok geformte, an der Oberseite des unteren Werkzeugteils 31 vorgesehene Aufnahmen 37 eingreifen. Da die Vorsprünge 35 wie gezeigt eine geringere Breite aufweisen als die Aufnahmen 37 sind beidseits der Vorsprünge 35 Freiräume 39 gebildet. Ein Klebstoff 41 zur Verklebung der Werkzeugteile 31 , 32 ist in die Freiräume 39 eingebracht. Aufgrund des formschlüssigen Eingriffs der Vorsprünge 35 in die Aufnahmen 37 wird die Klebeverbindung entlastet. Gemäß Fig. 3 sind die Aufnahmen 37 durch Ausnehmungen gebildet, die durch ebenfalls schwalbenschwanzförmige Zwischenbereiche 40 des unteren Werkzeugteils 31 voneinander getrennt sind. Es wechseln sich also schwalbenschwanzförmige Vorsprünge 35 mit schwalbenschwanzförmigen Zwischenbereichen 40 ab.

Die Formgebung des Induktors 21 in seinem pressenseitigen Endbereich ist in Fig. 2 erkennbar. Bevorzugt erfolgt die Übertragung des Wechselfelds nicht über einen Hohlleiter, sondern über eine Kupferlitze 43, die eine Vielzahl von Einzelleitern aufweist. Der Induktor 21 ist unter Ausbildung eines Spalts 45 an der Oberseite des oberen Presswerkzeugs 16 angeordnet und vorzugsweise mit dem oberen Presswerkzeug 16 verklebt oder vergossen. Ferner ist die Geometrie des Induktors 21 an die äußere Form des oberen Presswerkzeugs 16 angepasst. Insbesondere weist der Induktor 21 einen Zentralabschnitt 47 auf, der sich spiralförmig in einer Basisebene 49 erstreckt. Zu der Basisebene 49 versetzt befindet sich ein ringförmiger Umfangsabschnitt 51 des Induktors 21 , der um die für den Dosendeckel 19 (Fig. 5) vorgesehene Kontaktfläche 53 umlaufend angeordnet ist. Der ringförmige Umfangsabschnitt 51 setzt sich wie dargestellt aus mehreren Einzelwicklungen 55 zusammen. In der Draufsicht gemäß Fig. 4 ist der spiralförmige Verlauf des Zentralabschnitts 47 sichtbar.

Der in Fig. 5 teilweise dargestellte Dosendeckel 19 umfasst einen Grundkörper 64 aus einem Metallblech, insbesondere Aluminium oder Weißblech. Der Grundkörper 64 umfasst einen festen metallischen Deckelbereich 65 sowie einen hochschwenkbaren Öffnungsabschnitt 66. Die Unterseite des Dosendeckels 19 ist mit einer Kunststofffolie 67 laminiert. Auf der Oberseite des Dosendeckels 19 ist dagegen ein Verschlusselement 18 angeordnet, welches aus einem Dichtrahmen 69 und einer Verschließeinheit 70 besteht. Der Dichtrahmen 69 ist mit dem festen Deckelbereich 65 verbunden, während die Verschließeinheit 70 mit dem hochschwenkbaren Öffnungsabschnitt 66 verbunden ist. Zur Herstellung des in den Fig. 5 dargestellten Dosendeckels 19 kann ein erfindungsgemäßes Verfahren unter Verwendung der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung eingesetzt werden. Hierfür wird das aus Kunststoff hergestellte Verschlusselement 18 in das untere Presswerkzeug 15 derart eingelegt, dass die dem Dosendeckel 19 zugewandte Seite nach oben zeigt. Auf das Verschlusselement 18 wird der Grundkörper 64 gelegt, der zuvor auf seiner Unterseite mit der Kunststofffolie 67 bestückt wurde. Dann wird die Presse 20 geschlossen und der Induktor 21 wird in Betrieb gesetzt.

Aufgrund von Wirbelströmen im Metall wird der Grundkörper 64 erwärmt, beispielsweise auf etwa 200° C. Der erwärmte Grundkörper 64 erwärmt seinerseits die Kunststofffolie 67 und das Verschlusselement 18, die dadurch angeschmolzen werden. Dadurch ergibt sich eine Kunststoffschweißverbindung zwischen dem metallischen Grundkörper 64 und der Kunststofffolie 67 einerseits und dem Verschlusselement 18 andererseits. Zur Verbesserung der Kunststoffschweißverbindung kann ein Haftvermittler verwendet werden, bevorzugt ein Haftvermittler, der denselben Kunststoff enthält wie die Kunststofffolie 67 bzw. das Verschlusselement 18. Nach erfolgter Verschweißung der Kunststofffolie 67 und des Verschlusselements 18 mit dem metallischen Grundkörper 64 wird die Presse 20 geöffnet und der fertige Dosendeckel 19 entnommen.

Während des Betriebs der Presse 20 sorgt die Temperier-Vorrichtung 25 (Fig. 1 ) dafür, dass die Temperatur der Presswerkzeuge 15, 16 stabilisiert wird. Hierfür wird mittels der Temperier-Vorrichtung 25 Wasser durch den an die Leitungsanordnung 27 angeschlossenen Fluidkanal 29 des oberen Presswerkzeugs 16 gepumpt. Auf diese Weise hält die Temperier-Vorrichtung 25 die Temperatur der Presse 20 etwa auf Raumtemperatur und verhindert dadurch eine allmähliche Erwärmung der Presswerkzeuge 15, 16 durch die erwärmten Grundkörper 64. Die Prozesssicherheit wird dadurch beträchtlich gesteigert. Sollte eine erweiterte Temperier-Leistung erforderlich sein, könnte in dem unteren Presswerkzeug 15 ein zusätzlicher Fluidkanal ausgebildet sein, durch den ebenfalls Wasser gepumpt wird. Ferner könnte der Induktor 21 als Hohlleiter ausgeführt und wassergekühlt sein.

Bezuqszeichenliste

Pressvorrichtung

12 Untergestell

13 oberes Pressenteil

14 Führungszylinder

15 unteres Presswerkzeug

16 oberes Presswerkzeug

17 Kavität

18 Verschlusselement

19 Dosendeckel

20 Presse

21 Induktor

25 T emperier-Vorrichtung

27 Leitungsanordnung

29 Fluidkanal

30 elektronische Steuereinrichtung

31 unteres Werkzeugteil

32 oberes Werkzeugteil

35 Vorsprung

37 Aufnahme

39 Freiraum

40 Zwischenbereich

41 Klebstoff

43 Kupferlitze

45 Spalt

47 Zentralabschnitt

49 Basisebene

51 Umfangsabschnitt

53 Kontaktfläche

55 Einzelwicklung

64 Grundkörper

65 fester Deckelbereich

66 Öffnungsabschnitt

67 Kunststofffolie

69 Dichtrahmen

70 Verschließeinheit