CH698959A2

CH698959A2 - Verpackung mit Sollknicklinie und Verfahren zu deren Herstellung.

Info

Publication number: CH698959A2
Application number: CH00499/09A
Authority: CH
Inventors: Sebastian Zander
Original assignee: Jenoptik Automatisierungstechnik Gmbh
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2009-12-15
Also published as: DE102008027357A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verpackung mit einer Trägerschicht (1) aus Papier, Pappe oder Karton, die einseitig mit einer Dekorschicht (2) beschichtet ist und die wenigstens eine Sollknicklinie aufweist, die die Verpackung in an die Sollknicklinie angrenzende Verpackungsbereiche unterteilt, die im geknickten Zustand einen vorgegebenen Knickwinkel miteinander einschliessen, wobei in der Trägerschicht (1) eine in Richtung der Sollknicklinie ausgedehnte keilförmige Materialausnehmung vorgesehen ist, die einen Keilwinkel (a) aufweist, der gleich dem Knickwinkel ist.Die Erfindung betrifft auch ein zur Herstellung der Verpackung geeignetes Verfahren unter Nutzung von Laserstrahlen (3.1, 3.2).

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Verpackung, bestehend aus einer Trägerschicht aus Papier, Pappe oder Karton, die einseitig mit einer Dekorschicht beschichtet ist und die eine Sollknicklinie aufweist sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Verpackung. Beschichten soll im Sinne der Erfindung auch Bedrucken einschliessen.

[0002] In der DE OS 3 742 917 ist ein Verfahren beschrieben bei dem ein Laserstrahl über die Oberfläche eines blattförmigen Materials entlang einer vorgesehenen Falzkante bewegt wird. Vorteilhaft kann der Laserstrahl in mehreren eng benachbarten Zeilen über den Bereich der Falzkante geführt werden. Bei dem blattförmigen Material soll es sich um Kunststoff handeln, um einen bedruckten Datenträger aus Papier oder ein papierähnliches Material, dass zumindest einseitig mit einer Kunststoffschicht laminiert ist.

[0003] Die durch die kurzzeitige Einwirkung des Laserstrahles bewirkten Veränderungen im Kunststoff erklärt die Anmelderin der DE OS 3 742 917 wie folgt.

[0004] Neben dem Aufbrechen der polymeren Molekularstruktur des Kunststoffes ändert sich die Orientierung der Moleküle und es findet ein Materialabtrag durch Verdampfen und Abfliessen des Materials aus dem vom Laserstrahl überstrichenen Bereich nach dessen Rändern hin statt. Die dadurch bewirkte Schwächung des Kunststoffquerschnittes im Bereich der vorgesehenen Falzkante wird noch dadurch verstärkt, dass sich im Kunststoff in dem vom Laserstrahl bestrichenen Bereich Gasblasen einlagern.

[0005] Das hier beschriebene Verfahren führt nicht zum Erfolg, wenn man in eine Verpackung aus beschichtetem Papier, Karton oder Pappe eine Sollknicklinie einbringen möchte, wobei die Beschichtung nicht beeinträchtigt werden und langzeitstabil auch über eine Vielzahl von Knickungen unbeschadet bleiben soll.

[0006] Derartige Verpackungen werden insbesondere als Produktverpackungen verwendet, die nicht nur als Transportverpackungen dienen, sondern insbesondere Verpackungen darstellen in denen der Endkunde das Produkt über dessen Lebensdauer aufbewahrt.
Solche Verpackungen werden über ihre Lebensdauer zum Teil vielfach geöffnet und geschlossen, wobei im geöffneten und/oder geschlossenen Zustand die an eine Sollknicklinie angrenzenden Verpackungsbereiche einen vorgegebenen Knickwinkel miteinander einschliessen.

[0007] Die Verpackung, die z.B. ein Bucheinband, eine Buchhülle oder ein Schmuckkarton ist, soll dem innen liegenden Produkt nicht nur Schutz bieten und eventuell als Informationsträger dienen sondern auch ein dauerhaft attraktives Aussehen verleihen, weshalb zum Beschichten mittels Druckverfahren neben konventionellen Druckfarben spezielle UV-Druckfarben verwendet werden, um die Verpackung am Ende des Druckprozesses mit einem UV-Lack zu lackieren, der der Verpackung einen extremen Glanz verleiht.
Lacke und Farben werden vereinfacht als UV-Farben bzw. UV-Lacke bezeichnet, wenn sie mit Hilfe von UV-Strahlung ausgehärtet werden und sollen nachfolgend zusammenfassend als UV-Materialien bezeichnet werden. Schichten gebildet aus UV-Materialien reagieren im Vergleich zu Schichten aus konventionellen Druckfarben empfindlicher auf Zugspannungen.

Bereits ein einziger Knick kann dazu führen, dass die Oberfläche aufplatzt. Ausserdem sind Oberflächenrisse in Schichten aus UV-Materialien visuell deutlicher wahrnehmbar.

[0008] Es wurden praktische Versuche durchgeführt, bei denen in Verpackungen, aus mit einem UV-Material einseitig beschichteten Pappen unterschiedlicher Dicken, eine Sollknicklinie eingebracht wurde, indem ein Laserstrahl von der unbeschichteten Seite her, senkrecht auf die Verpackungsoberfläche gerichtet, entlang der gewünschten Sollknicklinie geführt wurde. Die Prozessparameter wurden dabei so gewählt, dass in der Trägerschicht aus Pappe ein Materialabtrag bewirkt wurde, der annähernd an die Beschichtung grenzte, jedoch ein Materialrest zur Beschichtung stets erhalten blieb.

[0009] Im Ergebnis wurde entlang der Sollknicklinie, durch den bewirkten Materialabtrag, eine keilförmige Nut erzeugt, deren Keilwinkel unabhängig von der Tiefe der Nut zwischen 5[deg.] und 15[deg.] lag.
Der Herstellung nachfolgende Knickversuche führten zu dem Ergebnis, dass je stärker die beiden an die Sollknicklinie angrenzenden Verpackungsbereiche zueinander geknickt wurden, d.h. je kleiner der Knickwinkel gewählt wurde, desto mehr und breitere Risse bildeten sich entlang der Sollknicklinie in der Dekorschicht aus.
Die beim Knicken entlang einer solchen Sollknicklinie entstehenden Spannungsverhältnisse unterscheiden sich nur unwesentlich von denen, wie sie entstehen, wenn die Verpackung völlig ungeschwächt geknickt wird.

[0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Verpackung mit einer Sollknicklinie eines vorgegebenen Knickwinkels zu schaffen, bei der eine auf der äusseren Oberfläche einer Trägerschicht aufgebrachte Dekorschicht auch bei vielfachem Knicken nicht beschädigt wird.

[0011] Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung ein hierfür geeignetes Herstellungsverfahren zu finden.

[0012] Diese Aufgaben werden für eine Verpackung mit den Merkmalen des Anspruches 1 und für ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 7 gelöst.

[0013] Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

[0014] Für eine Verpackung ist es erfindungswesentlich, dass sie entlang der Sollknicklinie eine keilförmige Materialausnehmung aufweist, die die Trägerschicht nicht vollständig durchdringt und einen Keilwinkel aufweist, der dem vorgegebenen Knickwinkel für die Verpackung entspricht.

[0015] Für ein Verfahren ist es erfindungswesentlich, dass die Sollknicklinie mit zwei Laserschnitten erzeugt wird, die so in die gegenüberliegende Seite der mit der Dekorschicht beschichteten Seite der Trägerschicht eingebracht werden, dass sie sich in einer Ebene senkrecht zur Richtung der Sollknicklinie unter einem Keilwinkel gleich dem vorgegebenen Knickwinkel innerhalb der Trägerschicht schneiden.

[0016] Die Laserschnitte können zeitgleich mit zwei Laserstrahlen oder zeitlich nacheinander mit nur einem Laserstrahl erzeugt werden. Die Trägerschicht kann selbst mehrschichtig sein oder auch auf der mit der Dekorschicht gegenüberliegenden Schicht beschichtet sein.

[0017] Je tiefer die Materialausnehmung ist, bzw. je tiefer die beiden Laserschnitte innerhalb der Trägerschicht aufeinander treffen, desto geringer sind die in der Dekorschicht entstehenden Zugspannungen beim Knicken.

[0018] Anhand der Zeichnung werden die Verpackung und das Verfahren im Folgenden beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
<tb>Fig. 1a<sep>zwei auf eine Verpackung gerichtete Laserstrahlen

<tb>Fig. 1b<sep>eine fertige Verpackung gemäss Fig. 1aim geknickten Zustand

<tb>Fig. 1c<sep>einen Ausschnitt aus Fig. 1b

[0019] In einem ersten Ausführungsbeispiel soll eine Verpackung hergestellt werden, die als Bucheinband dient.
Das Buch hat eine Dicke von beispielsweise 1 cm, sodass in den Zuschnitt der Verpackung zwei Sollknicklinien im Abstand von 1 cm eingebracht werden müssen, jeweils mit einem Knickwinkel [beta] von 90[deg.], damit ein passender Bucheinband entsteht.

[0020] Eine hierfür geeignete Verpackung besteht beispielsweise aus einer 0,5 mm starken Trägerschicht 1 aus Pappe, die einseitig mit einer Dekorschicht 2 aus UV-Material beschichtet ist.

[0021] Zur Erzeugung der Sollknicklinie werden zeitgleich zwei Laserstrahlen 3.1, 3.2 auf die unbeschichtete Oberfläche der Trägerschicht 1 gerichtet. Dabei liegen die Laserstrahlen 3.1, 3.2 in einer gemeinsamen Ebene die senkrecht zur Richtung der Sollknicklinie verläuft und schliessen einen Keilwinkel [alpha] miteinander ein.

[0022] Bei der in Fig. la dargestellten Ausführungsform ist der Keilwinkel [alpha] gleich 90[deg.]. Die Laserstrahlen 3.1 und 3.2 treffen in einer Tiefe in der Trägerschicht 1 aufeinander, die ungefähr 2/3 der Dicke a der Trägerschicht 1 entspricht. Um eine Sollknicklinie zu erzeugen, werden die Laserstrahlen 3.1, 3.2 in fester Relativlage zueinander entlang der gewünschten Sollknicklinie geführt.

[0023] Die entstehende Materialausnehmung wird durch den Laserabtrag und einen sich dazwischen ausbildenden Materialspan 4 gebildet, der entweder bereits während der Entstehung, z.B. durch Absaugen, oder am Ende des Verfahrens entfernt wird.

[0024] Die Materialausnehmung ist idealisiert eine Nut mit dem Querschnitt eines gleichschenkligen Dreieckes mit einem von den Schenkeln eingeschlossenen Keilwinkel [alpha], der gleich dem Knickwinkel [beta] gewählt ist, welcher durch die Verwendung der Verpackung vorgegeben ist. Der Knickwinkel [beta] stellt üblicherweise den Winkel dar, den die beiden an die Sollknicklinie angrenzenden Verpackungsbereiche im geschlossenen Zustand der Verpackung miteinander einschliessen.

[0025] In ihrer späteren Funktion sollen die an die Sollknicklinie angrenzenden Verpackungsbereiche z.T. vielfach zwischen einer ungeknickten Relativlage zueinander (Fig. 1a) und einer durch einen vorgegebenen Knickwinkel [beta] bestimmten Relativlage (Fig. 1b) zueinander bewegbar sein, ohne dass dabei die Dekorschicht 2 einen sichtbaren Schaden erleidet.

[0026] Mit einer erfindungsgemässen Sollknicklinie erfolgt der Prozess des Knickens nahezu kraftfrei. Da das Trägermaterial über die Tiefe der Materialausnehmung über den gesamten Knickbereich entfernt wurde, treffen die an die Materialausnehmung angrenzenden Flächen erst zusammen, wenn der vorgegebene Knickwinkel [beta] eingestellt ist. Das heisst, über die Tiefe der Materialausnehmung entstehen keine Spannungen im Trägermaterial, die eine der Knickbewegung entgegenwirkende Kraft erzeugen würden.

[0027] In Fig. 1c ist das Spannungsbild der Verpackung im geknickten Zustand dargestellt.

[0028] In dem verbleibenden Restmaterial entlang der Sollknicklinie entstehen zur Mitte der Restmaterialdicke hin abnehmende Druckspannungen, die zur Dekorseite hin in zunehmend grosse Zuspannungen übergehen. Je dicker das Restmaterial ist, desto grösser werden die in der Dekorschicht 2 entstehenden Zugspannungen, weshalb die Restmaterialdicke so gering wie möglich und nur unwesentlich geringer der Dicke a der Trägerschicht 1 gewählt werden sollte.
Vorteilhaft wird die Materialausnehmung um die Dicke der Dekorschicht 2 flacher gewählt als die Dicke a der Trägerschicht 1 ist, wodurch in der Dekorschicht 2 keine Druckspannungen und nur geringe Zugspannungen entstehen.

[0029] Für eine Verpackung mit einer Trägerschicht 1 aus Pappe unterschiedlicher Dicke wurde zur Erzeugung der Laserstrahlen 3.1, 3.2 ein CO2-Laser mit einer Leistung von jeweils 10 W und einer Pulsfrequenz von 20 kHz verwendet. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit betrug z. B. für 0,2 mm starke Trägerschichten 1 60 m/min und für 1 mm starke Trägerschichten 1 15 m/min.

[0030] Die Materialausnehmung kann anstatt zeitgleich mit zwei Laserstrahlen 3.1, 3.2 auch mit nur einem Laserstrahl 3.1 erzeugt werden, indem dieser in der beschriebenen Relativlage zur Trägerschicht 1 erst den einen und dann den anderen eine keilförmige Materialausnehmung bildenden Schnitt ausführt. Damit verlängert sich allerdings die Prozessdauer.

[0031] Ein Vorteil der Herstellung einer erfindungsgemässen Verpackung mit einem erfindungsgemässen Verfahren gegenüber der Herstellung mit konventionellen mechanischen Verfahren besteht in der berührungsfreien Bearbeitung, wodurch kein Werkzeugverschleiss entsteht.

[0032] Darüber hinaus kann der gewünschte Keilwinkel [alpha] stufenlos eingestellt werden allein durch eine blosse Änderung der Relativlage der Laserstrahlen 3.1, 3.2 zueinander. Im Unterschied hierzu müssen mechanische Werkzeuge, die geeignet sind eine beschriebene Materialausnehmung herzustellen, wie Schälmesser oder Fräser, in Abhängigkeit vom gewünschten Keilwinkel [alpha] ausgewählt und ausgetauscht werden.

[0033] Die Herstellung einer erfindungsgemässen Verpackung mit mechanischen Werkzeugen hat ausserdem den Nachteil, dass während des Bearbeitungsprozesses Druck auf die Verpackung und damit die Dekorschicht 2 ausgeübt wird, wodurch sich besondere Anforderungen an die Oberfläche der Auflage für die Verpackung ergeben, um die Dekorschicht 2 nicht zu beschädigen.

[0034] Die beschriebenen Nachteile von mechanischen Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemässen Verpackung sind jedoch kein Hindernis die Verpackung so herzustellen.

[0035] Die Verpackung und das hierzu beanspruchte Herstellungsverfahren sind nicht darauf beschränkt, dass die Trägerschicht 1 nur einseitig beschichtet ist. Sie kann auch auf der nicht mit der Dekorschicht 2 versehenen Seite beschichtet sein, wodurch ein mechanischer Schutz der Trägerschicht 1 erreicht wird.
Diese zusätzliche Schicht wird allerdings entlang der Sollknicklinie zertrennt.

[0036] Auch kann die Trägerschicht 1 ein Laminat aus mehreren Papier- oder Pappschichten sein.

Bezugszeichenliste

[0037]
<tb>1<sep>Trägerschicht

<tb>2<sep>Dekorschicht

<tb>3.1<sep>erster Laserstrahl

<tb>3.2<sep>zweiter Laserstrahl

<tb>4<sep>Materialspan

<tb>[alpha]<sep>Keilwinkel

<tb>[beta]<sep>Knickwinkel

<tb>a<sep>Dicke der Trägerschicht

Claims

1. Verpackung mit einer Trägerschicht (1) aus Papier, Pappe oder Karton, die einseitig mit einer Dekorschicht (2) beschichtet ist und die wenigstens eine die Trägerschicht (1) teilweise durchtrennende Sollknicklinie aufweist, die die Verpackung in an die Sollknicklinie angrenzende Verpackungsbereiche unterteilt, die im geknickten Zustand einen vorgegebenen Knickwinkel ([beta]) miteinander einschliessen, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trägerschicht (1) eine in Richtung der Sollknicklinie ausgedehnte keilförmige Materialausnehmung vorgesehen ist, die einen Keilwinkel ([alpha]) aufweist, der gleich dem Knickwinkel ([beta]) ist.

2. Verpackung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Materialausnehmung nur unwesentlich geringer ist als die Dicke (a) der Trägerschicht (1) ist.

3. Verpackung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialausnehmung um die Dicke der Dekorschicht (2) flacher ist als die Dicke (a) der Trägerschicht (1) ist.

4. Verpackung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialausnehmung durch Bearbeitung mittels Laserstrahlen (3.1, 3.2) geschaffen ist.

5. Verpackung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialausnehmung mittels eines Schälmessers geschaffen ist.

6. Verpackung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekorschicht (2) aus einem UV-Material besteht.

7. Verfahren zur Herstellung einer Verpackung mit einer Trägerschicht (1) aus Papier, Pappe oder Karton, die einseitig mit einer Dekorschicht (2) beschichtet ist und die wenigstens eine Sollknicklinie aufweist, entlang der die Verpackung in Verpackungsbereiche unterteilt ist, die im geknickten Zustand einen vorgegebenen Knickwinkel ([beta]) miteinander einschliessen mit folgenden Verfahrensschritten:

a. Richten von zwei Laserstrahlen (3.1, 3.2) auf die Oberfläche der nicht mit der Dekorschicht (2) beschichteten Seite der Trägerschicht (1), wobei die Laserstrahlen (3.1, 3.2) in einer Ebene senkrecht zur Richtung der Sollknicklinie liegen und einen Keilwinkel ([alpha]) miteinander einschliessen, der gleich dem Knickwinkel ([beta]) ist und die Laserstrahlen (3.1, 3.2) innerhalb der Trägerschicht (1) aufeinander treffen und

b. Führen der beiden Laserstrahlen (3.1, 3.2) entlang der Sollknicklinie, sodass eine Materialausnehmung entsteht, die durch den Materialabtrag bewirkt durch die Laserstrahlen (3.1, 3.2) und einen sich bildenden Materialspan (4) gebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlen (3.1, 3.2) nur unwesentlich oberhalb der Dekorschicht (2) aufeinander treffen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialausnehmung um die Dicke der Dekorschicht (2) flacher ausgebildet wird als die Dicke (a) der Trägerschicht (1) ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlen (3.1, 3.2) zeitgleich entlang der Sollknicklinie geführt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlen (3.1, 3.2) zeitlich nacheinander entlang der Sollknicklinie geführt werden.