Induktives Direktsiegelverfahren für Kunststoff-, Glas- und Metallbehälter

Bei der Versiegelung von Behältern nach dem klassischen Wärmekontaktsiegelverfahren (Conduction Sealing) kommen permanent heiße Siegelköpfe mit den unterschiedlichsten Designs zum Einsatz. Bei vorgegebenen (Siegel-) Temperaturen, (Siegel-) Zeiten und (Siegel-) Drücken erfolgt eine leichte (peelbare) bis feste Versiegelung der Folien auf Behältern, oder was auch immer es zu versiegeln gilt.

Zur Erzielung hoher Taktzahlen ist es notwendig, geeignete Wärmequellen (Heizkartuschen oder Ringheizungen) sowie Materialien zur Fertigung der Siegelköpfe (Wärmeaufnahme, -speicherung und -abgabe) auszuwählen.

Die Versiegelung erfolgt, indem die Wärme des Siegelkopfes auf die zu versiegelnde Folie übertragen wird, dann durch den Wärmetransport im Packstoff bis in die thermoplastische Siegelschicht gelangt und dabei das Siegelmedium sowie der Mündungsbereich des zu versiegelnden Behälters erwärmt wird und unter Druck eine mehr oder weniger feste Verbindung entsteht.       

Für das Wärmekontakt-Siegelverfahren sprechen, verglichen mit dem induktiven Direktsiegelverfahren, geringere Anschaffungskosten. Nachteile des Wärmekontakt-Siegelverfahrens:

• Wartezeit während der Aufheizphase des Siegelkopfes (Produktionsbeginn)
• Wartezeit während Reparaturarbeiten oder Formatwechsel (Abkühl- und Aufheizphase)
• Trägheit der Heizsysteme und dadurch Schwankungen der Siegelnahtfestigkeit
• permanentes Aufheizen der Umgebung
• hoher Energiebedarf (Kosten)
• Die Kontaktzeit des (heißen) Siegelkopfes ist limitiert. Lange Siegelzeiten erzeugen einen hohen Innendruck im Kopfraum der Behälter, wodurch die Siegelnähte bei dem Abheben des Siegelkopfes stark beansprucht werden. Sensible Füllgüter, wie zum Beispiel Cremes, werden erwärmt und dadurch unter Umständen geschädigt.

Das induktive Kontaktsiegelverfahren

Mitte der 1960er-Jahre entwickelte der Verfahrenstechniker Jack Palmer für die FR Corporation, Bronx, New York, USA, ein wesentlich effizienteres, schonendes Siegel-Schweißverfahren – die „induktive Direktversiegelung“ (Induction Direct Sealing).

Mittels eines Generators wird Netzstrom in einen regulierten Wechselstrom mittlerer Frequenz (55-90 kHz) konvertiert, den die Siegelspule in ein magnetisches Feld umsetzt, dem die Siegelfolien ausgesetzt werden. Die Alufolie im Siegel wirkt aufgrund ihrer Leitfähigkeit wie ein Widerstand und erwärmt sich, wobei das thermoplastische Siegelmedium sowie der Mündungsbereich des zu versiegelnden Behälters erwärmt werden und unter Druck eine mehr oder weniger feste Verbindung entsteht.       

Vorteile des induktiven Kontaktsiegelverfahrens:

• circa 25 Prozent Energieeinsparung verglichen mit dem klassischen Wärmekontaktsiegelverfahren. (Energie- Effizienz nach ISO 16001 steigern und nachhaltig Energiekosten senken, dadurch die Umwelt entlasten, die Wirtschaftlichkeit steigern und Ressourcen schonen), Energie wird nur für den aktuellen Siegelvorgang „abgerufen“
• Siegelkopf heizt nicht unnötig die Umgebung auf (geschlossener Maschinenaufbau im Reinraum), Energie (Wärme) wird nur unmittelbar im Siegel(rand)bereich erzeugt -> Schonung der Druckfarben und der Produkte 
• keine Aufheiz- beziehungsweise Abkühlzeiten des Siegelkopfes, sofortiger Start bei Produktionsbeginn, kein Zeitverlust bei Formatwechsel, kein Zeitverlust bei Reparaturarbeiten 
• Gummis unterschiedlicher Shore-Härte erlauben ein optimales „Andrücken“ der Siegelfolie auf den Behälterrand auch über die Radien hinaus, dadurch Vergrößerung der Siegelfläche (wichtig bei Glas- und Metallbehältern) 
• Erlaubt den Verbleib des Siegelkopfes nach erfolgtem Siegelvorgang auf dem Behälterrand (Nachsiegeln), wichtig bei Heißabfüllung und entstehendem Innendruck, Siegelmedium kann dann unter „Druck“ abbinden, die Siegelnaht wird nicht geschädigt. 

Nachteile des induktiven Kontaktsiegelverfahrens sind die höheren Anschaffungskosten verglichen mit dem konduktiven Direktsiegelverfahren.

In der Praxis

Bei der Versiegelung von Glasbehältern nach dem klassischen Wärmekontaktsiegelverfahren mussten die Siegelköpfe Temperaturen von teilweise bis zu 300° C aufweisen und mit Siegelzeiten um die 1,5 sec. produziert werden, um einigermaßen zufriedenstellende Siegelresultate zu erzielen. Bei dem induktiven Kontaktsiegelverfahren liegen die Siegelzeiten heutzutage bei < 0,5 sec.     

Die Versiegelung von Dosen aus Aluminium oder Weißblech für kosmetische Cremes mittels Wärmekontakt-Siegelverfahren war bis vor Kurzem noch undenkbar. Um gute Siegelresultate zu erzielen, musste mit sowohl hohen Siegeltemperaturen als auch langen Siegelzeiten gearbeitet werden. Bedingt durch die extrem gute Wärmeleitfähigkeit beider Behälterwerkstoffe erwärmen sich die Seitenwände der Dosen so stark, dass dadurch die anliegende Creme ebenfalls erwärmt und dabei geschädigt wird – ein nicht gewünschter Zustand.

Ganz anders bei dem induktiven Kontaktsiegelverfahren. Das ausgereifte Design der Induktionsspulen in den Siegelköpfen erlaubt es, die benötigte Energie punktgenau da zu erzeugen, wo die Versiegelung vonstattengehen soll – nämlich im Mündungsrandbereich der Dosen. Die solchermaßen erzeugte Wärme reicht zwar aus, um gute Siegelresultate zu erzeugen, nicht jedoch, um die Dosenwände zu erwärmen.

Induktions-Siegelmaschinen oder OEM-Komponenten zum Einbau in neue oder gebrauchte Verpackungslinien werden von Relco UK Ltd. in Watford, England, hergestellt. Beispielsweise das P-800-„Solid-State“-Induktions-Siegelsystem in modularer Bauweise zur Einbindung in eine breite Palette an linearen und Rundläufer-Verpackungsanlagen.     

Soll eine ältere Anlage von Wärmekontaktversiegelung auf induktive Direktversiegelung umgestellt werden, können die bereits erprobten und eingesetzten Siegelfolien ohne Weiteres weiterverwendet werden. Soll von Rolle aus gearbeitet werden, steht das sogenannte „Puch-&-Seal“-Induktions-Siegelsystem zur Verfügung. Hierbei wird die Folie in das aus Keramik bestehende Stanzwerkzeug eingeleitet und in einem Arbeitsgang gestanzt, auf den Behälterrand aufgebracht und versiegelt. 

Die kleinste semiautomatische Relco-FCS-1-Maschine ist freistehend und für kleine Losgrößen konzipiert. Für höhere Losgrößen können Module mit 1 bis x Stanz- Siegeleinheiten nebeneinander oder hintereinander in vorgefertigten Modulen angeordnet und bereit zum Einbau geliefert werden.