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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Ventil zum gesteuerten Entgasen von
Verpackungen.
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Ventile
zum gesteuerten Entgasen von Verpackungen werden typischerweise
in Verpackungen von Gütern
verwendet, die während
ihrer Lagerung Gase abgeben. Ein besonders wichtiges solcher Güter ist
Kaffee. Er hat die Eigenschaft, dass er im gerösteten Zustande Kohlendioxid
abgibt. Diese Gasabgabe erfolgt umso beschleunigter, desto größer die
wirksame Kaffee-Oberfläche
ist, also desto feiner er gemahlen ist. Dies führt dazu, dass sich in der
Packung ein erhöhter,
die Packung aufblähender
und letztendlich zum Platzen führender
Druck aufbaut.
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Gleichzeitig
muss eine Sauerstoffaufnahme durch die Verpackung oder das Ventil,
die zu einer Oxidation und damit Abschwächung und Verfälschung
der Aromen führen
würde,
so weit als möglich unterbunden
werden.
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Zur
weitestgehenden Entspannung dieser beiden konkurrierenden Forderungen
schlägt
die
FR 1 360 753 A vor,
ein Membranventil einzusetzen, dessen extrem hohe Dichtheit dadurch
sicher gestellt wird, dass zumindest eine der beiden Oberflächen mit
einem zähen
Fluid, vorzugsweise einem Silikonöl, behandelt wird.
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Das
aus der
EP 0 023 703
A bekannte Überdruckventil,
das über
ein Durchgangsloch in der Wand des Verpackungsbehälters angeordnet
ist, hat eine flexible Ventilmembran, die ein kreisförmiges Ventilloch
in einer an der Wand des Verpackungsbehälters dicht verklebten Basisplatte überdeckt
und sich bei einem bestimmten Packungsinnendruck einen Auslasskanal
bildend von der Basisplatte abhebt, durch den Kohlendioxidgas aus
der Packung ins Freie abströmen
kann. Schon ein geringer Packungsinnendruck bläht eine Beutelpackung aus flexiblem
Packstoff unansehnlich auf. Bei dem oben erwähnten Überdruckventil, das sich im
Markt bewährt hat,
liegt der Öffnungsdruck
bei etwa 5 mbar.
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Um
den Öffnungsdruck
zu reduzieren, ist in der
EP
0 738 227 A vorgeschlagen, das kreisförmige Ventilloch durch ein
Langloch zu ersetzen. Damit kann der Öffnungsdruck auf ca. 3 mbar
erniedrigt werden.
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Aus
der
EP 0 760 790 A ist
ein einschlägiges Überdruckventil
bekannt, dessen Ventilloch aus wenigstens zwei sich schneidenden,
kreisförmigen Öffnungen
ausgebildet ist.
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Bei
den hier beschriebenen Ventilen ist das entscheidende Merkmal, dass
bei einem nur geringen Überdruck
in der Packung von 1 bis 7 mbar eine Öffnung des Ventiles stattfindet.
Das Ventil soll dann sofort nach Absinken des Überdruckes unter den für das Ventil
spezifischen Öffnungsdruck
wieder sicher verschließen,
um so die Eindiffusion von Sauerstoff vernachlässigbar klein zu halten.
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Da
dieser Überdruck
sehr klein ist, hat dieser praktisch keinen Einfluss auf das Gesamterscheinungsbild
der Verpackung. Ein erhöhter,
die Packung aufblähender
und zum Platzen führender
Druck kann sich nicht aufbauen.
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Auf
der anderen Seite gilt es zu berücksichtigen,
dass die Alterung der in dem Kaffee befindlichen Aromen, die bekanntlich
bei gemahlenem Kaffee in höherem
Maße problematisch
ist als bei ungemahlenem Kaffee, verzögert wird, wenn in der Packung
ein höherer
Kohlendioxid-Druck aufrecht erhalten bleibt als bisher bekannt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es somit, ein Überdruckventil
für einen
Verpackungsbehälter
dahingehend weiter zu entwickeln, das es einen höheren Überdruck in der Packung halten
kann.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch ein Überdruckventil,
wie es im Hauptanspruch niedergelegt ist. Gegenstand der Unteransprüche sind
dabei vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands sowie
eine mit dem Überdruckventil
ausgerüstete
Packung.
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Demgemäß betrifft
die Erfindung ein Überdruckventil
für einen
Verpackungsbehälter
mit einer an der Wand (der Begriff Wand umfasst auch eventuell vorhandene
Böden oder
Deckel) des Verpackungsbehälters
befestigten Basisplatte, die ein zentrales, Durchgangslöcher in
der Wand des Verpackungsbehälters
deckendes Ventilloch aufweist, und mit einer auf der Basisplatte
befestigten Deckelfolie, wobei zwischen Basisplatte und Deckelfolie
eine einen Kanal freilassende Ventilmembran vorgesehen ist, die
das Ventilloch überdeckt
und in Schließlage des Überdruckventils
auf der Basisplatte dicht aufliegt.
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Dabei
weist das Überdruckventil
die folgende Merkmalskombination auf:
- • Die Ventilmembran
weist eine Dicke auf von mindestens 10 μm, vorzugsweise 20 bis 70 μm, weiter vorzugsweise
20 bis 30 μm.
- • Als
Werkstoff für
die Ventilmembran wird eine Folie aus vorzugsweise PE, PP oder PET
verwendet.
- • Die
Basisplatte weist eine Dicke auf von mindestens 100 μm, vorzugsweise
150 bis 250 μm,
weiter vorzugsweise 180 bis 200 μm.
- • Die
Deckelfolie weist eine Dicke auf von mindestens 100 μm, vorzugsweise
150 bis 250 μm,
weiter vorzugsweise 180 bis 200 μm.
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Als
Werkstoff für
die Ventilmembran wird eine Folie aus vorzugsweise Poylolefinen
wie PE, PP oder PET, für
die Basisplatte und die Deckelfolie vorzugsweise eine Folie aus
PET verwendet.
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Diese
Kombination von den angegebenen Materialien der drei Lagen ergibt
ein optimal funktionierendes Ventil, das heißt, das Ventil schließt zum einen
die Verpackung dicht ab nach innen gegen Gase wie Sauerstoff, zum
anderen erfolgt die Öffnung
bei einem vorgegebenen Innendruck von beispielsweise 30 mbar, so
dass ein Platzen der Verpackung ausgeschlossen ist.
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Daneben
können
aber auch Folien wie zum Beispiel BOPP, MOPP, PA, PU, PVC eingesetzt
werden. Die Folien selbst können
wiederum aus mehreren einzelnen Lagen besteht, beispielsweise aus
zu einer Folie coextrudierten Lagen.
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Bevorzugt
werden Polyolefine, jedoch sind auch Copolymere aus Ethylen und
polaren Monomeren wie Styrol, Vinylacetat, Methylmethacrylat, Butylacrylat
oder Acrylsäure
eingeschlossen. Es kann ein Homopolymer wie HDPE, LDPE, MDPE oder
ein Copolymer aus Ethylen einem weiteren Olefin wie Propen, Buten,
Hexen oder Octen (zum Beispiel LLDPE, VLLDE) sein. Geeignet sind
auch Polypropylene (zum Beispiel Polypropylen-Homopolymere, Polypropylen-Random-Copolymere
oder Polypropylen-Block-Copolymere).
Die Folie kann unverstreckt sein Als Folien einsetzen lassen sich
monoaxial und biaxial gereckte Folien.
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In
einer ersten vorteilhaften Ausführungsform
ist die Deckelfolie mittels einer Klebeschicht auf der Basisplatte
befestigt. Weiter vorzugsweise erstreckt sich die Klebeschicht über die
gesamte Fläche
der Deckelfolie, so dass die darunter befindliche Ventilmembran
durch die Klebeschicht fest mit der Deckelfolie verbunden ist. Auf
diese Weise ergibt sich ein untrennbares Laminat, dessen Steifigkeit
unter anderem dafür
verantwortlich ist, dass das erfindungsgemäße Überdruckventil erst bei deutlich
höheren
Drücken
als die bisher üblichen
aufmacht.
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Die
Kleberschicht kann aber auch partiell auf der Deckelfolie aufgebracht
sein. Beispielsweise kann die Ventilmembran mit zwei parallelen,
sich in Längsrichtung
des Überdruckventils
erstreckenden und jeweils im Kantenbereich der Ventilmembran aufgebrachten
Streifen des Klebers befestigt sein.
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Der
Kleber kann aber auch inaktiviert werden durch Bedruckung, Bestrahlung,
Bepuderung oder andere dem Fachmann geläufige Verfahren.
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Die
Kleberschicht muss gewährleisten,
dass die Ventilmembran und die Deckelfolie fest miteinander verbunden
sind. Sofern dies erfüllt
ist, ist jede Form des partiellen Auftrags des Klebers möglich.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die Deckelfolie
und die Basisplatte die gleichen Außenabmessungen auf, so dass
sie kongruent sind. Die Deckelfolie überdeckt weiter vorzugsweise
beim fertigen Überdruckventil
die Basisplatte vollständig,
ohne dass sie übersteht.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Ventilloch
in Form eines Kreises oder Langlochs gestaltet, bevorzugt in Form
einer Ellipse.
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Dieses
Langloch kann auch zum Beispiel dadurch gebildet werden, dass das
Ventilloch aus wenigstens zwei sich schneidenden, kreisförmigen Öffnungen
ausgebildet ist, deren Mittelpunkte weiter vorzugsweise auf einer
gemeinsamen Mittelpunktsachse) angeordnet sind.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Das
Langloch kann auch eine im Wesentlichen rechteckige Form, deren Ecken
aus fertigungstechnischen Gründen
abgerundet sein sollten (wie eine Nut), aufweisen oder eine Form,
die sich ihrerseits aus mehreren, in einer Reihe angeordneten geometrischen
Formen (zum Beispiel Rauten oder Kreisen) zusammensetzen kann.
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Weiter
vorzugsweise erstreckt sich die Hauptachse des Langlochs senkrecht
zur Längsachse
des Kanals. Damit einhergeht, dass die Nebenachse des Langlochs
in diesem Fall parallel zur Längsachse
des Kanals ausgerichtet ist.
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Durch
diese Anordnung des Langlochs wird erreicht, dass nur ein kleineres
Loch für
die Entgasung freigegeben wird als für den Auftrag des Silikonöles zur
Verfügung
steht.
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Sodann
hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der minimale Abstand
des Ventillochs, vorzugsweise Langlochs zu einem der Ränder der Ventilmembran,
an denen der Kanal endet, bezogen auf die Breite der Ventilmembran
zwischen 0,8:7 bis 2:7, vorzugsweise 1:7 bis 1,5:7 beträgt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt
die Fläche
des Ventillochs zwischen 5 und 18 mm2, vorzugsweise
zwischen 8 und 16 mm2, weiter vorzugsweise
zwischen 12 und 13 mm2.
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In
weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der
Erfindung können
folgende Größenverhältnisse im Überdruckventil
verwirklicht sein:
- • Das Ventilloch hat ein Breiten-/Längenverhältnis im
Bereich von 1:1, vorzugsweise 1:1,3 bis 1:2.
- • Die
Breite des Langlochs ist gleich oder kleiner ist als ein Fünftel der
Längserstreckung
des Überdruckventils
in gleicher Richtung.
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Im
Folgenden sollen beispielhaft Abmessungen für ein Überdruckventil angegeben werden,
wie es auf Verpackungen verwendet wird, in denen sich frisch gemahlener
Kaffee befindet, ohne in irgendeiner Form einschränkend wirken
zu sollen:
Die Außenabmessungen
des Ventils (und somit die der Basisplatte sowie der Deckelfolie)
betragen 20 mm × 20
mm, wobei das Überdruckventil
die Form eines Quadrats mit abgerundeten Ecken aufweist. Das zentral
angeordnete Ventilloch hat – wenn
es kreisförmig
ausgestaltet ist – einen
Durchmesser zwischen 3 und 4 mm. Als Langloch besitzt es eine Fläche, die
dem eines Kreises mit einem Durchmesser von 3 bis 4 mm entspricht.
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Die
Ventilmembran weist eine Breite von 5 bis 10 mm, vorzugsweise 7
mm auf und erstreckt sich in der Länge über das gesamte Überdruckventil.
Die Ventilmembran ist mittig unter der Deckelfolie angeordnet, so
dass sich bezüglich
der Längsachse
des Überdruckventils
ein symmetrischer Aufbau des Ventils ergibt. Der minimale Abstand
des Ventillochs, vorzugsweise Langlochs zu einem der Ränder der
Ventilmembran beträgt
zwischen 1 bis 3 mm.
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Die
Basisplatte ist in einer bevorzugten Ausführungsform mit dem Verpackungsbehälter verklebt. Vorzugsweise
ist hierzu die dem Packungsbehälter zugewandte
Seite der Basisplatte vollflächig
mit einem Kleber beschichtet, weiter vorzugsweise auf Acrylatbasis.
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Als
besonders hervorragend geeignet hat sich dabei der folgende Kleber
erwiesen.
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Polymer 1
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Ein
für radikalische
Polymerisationen konventioneller 200 L-Reaktor wird mit 2400 g Acrylsäure, 64
kg 2-Ethylhexylacrylat, 6,4 kg N-Isopropylacrylamid und 53,3 kg
Aceton/Isopropanol (95:5) befüllt.
Nach 45 Minuten Durchleiten mit Stickstoffgas unter Rühren wird
der Reaktor auf 58°C
hochgeheizt und 40 g 2,2'-Azoisobuttersäurenitril
(AIBN) hinzugegeben. Anschließend
wird das äußere Heizbad
auf 75°C
erwärmt
und die Reaktion konstant bei dieser Außentemperatur durchgeführt. Nach
1 h Reaktionszeit wird wiederum 40 g AIBN hinzugegeben. Nach 5 h
und 10 h wird mit jeweils 15 kg Aceton/Isopropanol (95:5) verdünnt. Nach
6 und 8 h werden jeweils 100 g Dicyclohexylperoxydicarbonat (Perkadox
16®,
Firma Akzo Nobel) gelöst
in jeweils 800 g Aceton hinzugegeben. Die Reaktion wird nach 24
h Reaktionszeit abgebrochen und auf Raumtemperatur abgekühlt.
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Acrylathaftklebemasse
1
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Das
Polymer 1 wird mit Siedegrenzenbenzin 60/95 auf einen Feststoffgehalt
von 30% herunterverdünnt.
Anschließend
werden 25 Gew.-% (bezogen auf den Mengenanteil Polymer 1) Kolophoniumharz (Glycerylester)
ForalTM 85 (Eastman Chemical) und 0,3 Gew.-%
(bezogen auf den Mengenanteil Polymer 1) Aluminium-(III)-acetylacetonat
(als 3%-ige Lösung in
Isopropanol) hinzugerührt
und komplett gelöst.
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Anschließend wird
aus Lösung
mit zum Beispiel einem Kommarakel auf das Substrat beschichtet und
für 10
Minuten bei 120°C
getrocknet.
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Aufgrund
des Innendrucks der Verpackung, der höher ist als bisher üblich (das
Ventil öffnet
später),
bläht sich
die Verpackung weiter auf, was bei Beuteln zu einer Zunahme der
Rundung führt.
Damit einher geht, dass die Überdruckventile
in höherem Maße als bisher
auf Abschälung
von der Verpackung belastet werden. Die beschriebene Klebemasse
hat sich bei den erhöhten
Anforderungen besonders bewährt.
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Anstatt
einer Klebebeschichtung kann die Basisplatte auch mittels eines
doppelseitig klebenden Klebebandabschnitts auf der Verpackung aufgebracht
sein.
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Auf
dem Überdruckventil
können
zwei Verstärkungsstreifen
vorgesehen sein, und zwar auf den Randzonen, mit denen die Deckelfolie
mit der Basisplatte vorzugsweise flächig verklebt ist. Auch die
Verstärkungsstreifen
können
ihrerseits durch eine Verklebung auf der Deckelfolie aufgebracht
sein, wobei ihr Außenrand
mit dem der Deckelfolie bündig
sein sollte.
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Das
erfindungsgemäße Überdruckventil
für einen
Verpackungsbehälter
erfüllt
die an das Membranventil gestellten Forderungen. Es öffnet sich
bei einem Überdruck
zwischen 30 mbar und 120 mbar und verschließt nach einem Abfall des Überdruckes unter
den Öffnungsdruck
wieder reversibel, so dass der gewünschte Überdruck jederzeit aufrecht
erhalten bleibt.
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Als
Dichtungsflüssigkeit
zur Abdichtung zwischen der Basisplatte und der Ventilmembran wird das
Silikonöl
verwendet.
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Anhand
der nachfolgend beschriebenen Figuren wird eine besonders vorteilhafte
Ausführung der
Erfindung näher
erläutert,
ohne damit die Erfindung unnötig
einschränken
zu wollen. Es zeigen
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1 die
Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Überdruckventil,
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2 einen
Verpackungsbehälter,
auf dem das erfindungsgemäße Überdruckventil
aufgebracht ist, und
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3 das Überdruckventil
nach 1 im Querschnitt entlang der Linie A-A.
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In
der 1 ist ein erfindungsgemäßes Überdruckventil 10 in
der Draufsicht gezeigt sowie in der 2 einen
Verpackungsbehälter 1,
auf dem das erfindungsgemäße Überdruckventil 10 nach 1 aufgebracht
ist. 3 zeigt das Überdruckventil 10 nach 1 im
Querschnitt entlang der Linie A-A.
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Das Überdruckventil 10 umfasst
eine steife Basisplatte 11 aus einer Kunststofffolie sowie
eine die Basisplatte 11 vollständig bedeckende und deckungsgleich
angeordnete Deckelfolie 13 ebenfalls aus einer Kunststofffolie,
beide in der Form eines Quadrats mit abgerundeten Ecken. Zwischen
Basisplatte 11 und Deckelfolie 13 ist eine Ventilmembran 12 aus
einer flexiblen, dünnen
Kunststofffolie vorhanden. Auf der Deckelfolie 13 sind
zwei Verstärkungsstreifen 33, 34 aus
einer steifen Kunststofffolie vorgesehen.
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Das Überdruckventil 10 ist
mit der Unterseite der Basisplatte 11, die ein zentrales
Ventilloch 15 hat, mittels einer Kleberschicht 16 an
der Außenseite
der Wandung 2 eines Verpackungsbehälters 1 flächig verklebt,
wobei das Ventilloch 15 die Durchgangslöcher 3 in der Wandung 2 überdeckt.
Die Durchgangslöcher 3 werden
beispielsweise durch dünne
Nadeln in die Wandung 2 perforiert. Das Ventilloch 15 wird von
der Ventilmembran 12 abgedichtet, indem die Ventilmembran 12 das
Ventilloch 15 überspannt.
Die Ventilmembran 12 liegt mit ihren Kantenbereichen auf
der Oberseite der Basisplatte 11 in drucklosem Zustand
dichtend auf.
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Die
Deckelfolie 13 ist unterseitig vollflächig mit einer Klebeschicht 17 versehen,
die zum einen die Fixierung der Deckelfolie 13 auf der
Basisplatte 11 gewährleistet
und zum anderen die Ventilmembran 12 fest mit der Deckelfolie 13 verbindet.
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Die
Verstärkungsstreifen 33, 34 sind
im Kantenbereich der Deckelfolie 13 mittels Kleberschichten 23, 24 befestigt,
wobei ihr Außenrand
mit dem der Deckelfolie 13 bündig ist.
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Auf
einer Seitenwand eines Verpackungsbeutels 1, in dem beispielsweise
frisch gerösteter Kaffee
dicht verpackt ist, ist ein Überdruckventil 10 an der
Wandung 2 über
den Durchgangslöchern
dicht befestigt. Bei Druckaufbau im Inneren des Verpackungsbeutels 1 durch
Abgabe von Kohlendioxidgas seitens des Packguts, beispielsweise
Kaffee, wirkt der Druck durch die Durchgangslöcher 3 in der Wandung 2 und
das Ventilloch 15 in der Basisplatte 11 auf Ventilmembran 12.
Bei steigendem Druck wölbt
und hebt sich die Ventilmembran 12 in Verbindung mit der Deckelfolie 13 blasenförmig von
der Oberseite der Basisplatte 11 ab, so dass sich schließlich zwischen der
Basisplatte 11 und der Ventilmembran 12 ein Kanal
bildet, die bis zu den Kanten der Ventilmembran 12 reicht
und durch die Gas abströmen
kann.
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Um
den Öffnungsdruck
des Überdruckventils 10 entsprechend
hoch zu halten, ist das Ventilloch 15 vorzugsweise in Form
einer Ellipse 50 ausgestaltet, wobei sich die Hauptachse 51 der
Ellipse 50 senkrecht zur Längsachse der Ventilmembran 12 erstreckt.
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Bei
einem Überdruck
im Verpackungsbeutel 1 geht das Abheben der Ventilmembran 12 von
der Basisplatte 11 von den Scheitelpunkten 52, 53 der
Ellipse 50 aus. Daraus ergibt sich, dass die Lage der Scheitelpunkte 52, 53 den Öffnungsdruck
des Überdruckventils 10 beeinflusst.
Ist der Überdruck
im Verpackungsbeutel 1 abgebaut, legt sich die Ventilmembran 12 wieder
an der Basisplatte 11 an.
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Zur
besseren Abdichtung ist in den gattungsgemäßen Überdruckventilen üblicherweise
ein Tropfen Dichtmittel zwischen der Basisplatte 11 und
der Ventilmembran 12 eingebracht. Dies geschieht in der Regel
direkt vor dem Anbringen des Überdruckventils 10 an
der Wandung 2 des Verpackungsbeutels 1. Der Tropfen
wird zentral durch das Ventilloch 15 auf die Unterseite
der Ventilmembran 12 aufgebracht, und es benötigt einige
Zeit, bis dieser sich in dem Kanal verteilt. Durch die erfindungsgemäße Ventillochform
gelangt das Dichtmittel besonders schnell zwischen die Basisplatte 11 und
die Ventilmembran 12, so dass die Weiterverarbeitung der Überdruckventile 10 beziehungsweise
das Befüllen
und Evakuieren des Verpackungsbeutels 1 direkt nach dem
Anbringen der Überdruckventile 10 an
den Verpackungsbeutel 1 erfolgen kann.