DE102017104413A1

DE102017104413A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Siegelverbindung

Info

Publication number: DE102017104413A1
Application number: DE102017104413.2A
Authority: DE
Inventors: Harald Saelens; Henno Hensen
Original assignee: Scaldopack SA
Current assignee: Scaldopack SA
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2018-09-06
Also published as: WO2018158025A1; EP3589480A1; US11203163B2; US20200230889A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer Siegelverbindung zwischen zwei Kunststoff enthaltenden Materiallagen, insbesondere bei einem Produktverpackungsbeutel (2), mit mindestens einer Siegelstation (3), die mindestens zwei einander gegenüberliegende zwischen einer Offenstellung und einer Siegelstellung bewegbare Siegelbacken (4a, 4b) aufweist, die jeweils auf ihrer der jeweils anderen Siegelbacke (4b, 4a) zugewandten Innenseite eine Siegelfläche (5a, 5b) aufweisen, wobei die Siegelstation (3) derart konfiguriert ist, dass in der Offenstellung mindestens zwei miteinander durch Siegeln zu verbindende Materiallagen (6, 7, 8) zwischen den Siegelbacken (4a, 4b) anordenbar sind und in der Siegelstellung die Materiallagen (6, 7, 8) miteinander verpressbar sind. Es wird vorgeschlagen, dass mindestens eine der Siegelbacken (4a, 4b) mindestens einen Schmiermittelkanal (9) aufweist und dass die Vorrichtung (1) eine Schmiermittelzuführeinrichtung (10) aufweist, die konfiguriert ist, ein Schmiermittel durch den Schmiermittelkanal (9) zur Siegelfläche (5a, 5b) der Siegelbacke (4a, 4b) und/oder zur Siegelfläche (5b, 5a) der gegenüberliegenden Siegelbacke (4b, 4a) zu leiten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer Siegelverbindung zwischen zwei Kunststoff enthaltenden Materiallagen, insbesondere bei einem Produktverpackungsbeutel , mit mindestens einer Siegelstation, die mindestens zwei einander gegenüberliegende zwischen einer Offenstellung und einer Siegelstellung bewegbare Siegelbacken aufweist, die jeweils auf ihrer der jeweils anderen Siegelbacke zugewandten Innenseite eine Siegelfläche aufweisen, wobei die Siegelstation derart konfiguriert ist, dass in der Offenstellung mindestens zwei miteinander durch Siegeln zu verbindende Materiallagen anordenbar sind und in der Siegelstellung die Materiallagen miteinander verpressbar sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Siegelverbindung zwischen zwei Kunststoff enthaltenden Materiallagen, insbesondere bei einem Produktverpackungsbeutel .
Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, Ausgießer in vorgefertigte Beutel einzusiegeln. Bei den Beuteln handelt es sich in der Regel um Produktverpackungsbeutel, die beispielsweise als Standbodenbeutel ausgeführt sind. Die Beutel sind bis auf eine letzte, noch nicht hergestellte Siegelnaht fertig geformt und weisen im Kopfbereich eine Öffnung zum Einsetzen eines Ausgießers auf.
Der Ausgießer, der durch Siegeln mit dem Rand der Öffnung verbunden wird, weist gemäß dem Stand der Technik üblicherweise einen schiffchenförmigen unteren Abschnitt auf, d. h. einen Abschnitt mit zwei sich voneinander weg erstreckenden Flügeln. Dieser schiffchenförmige untere Abschnitt wird dann in die noch zu versiegelnde Öffnung des Beutels eingesetzt und zusammen mit dem Beutel einer Siegelstation zugeführt, die über beispielsweise dauerbeheizte Siegelbacken, sog. Heißsiegelbacken, die die vordere und rückseitige Beutelwand bildenden Materiallagen mit dem Ausgießerunterteil verschweißt, d.h. stoffschlüssig verbindet.
Die beiden Materiallagen des Beutels bestehen im Stand der Technik üblicherweise aus mehreren Schichten, wobei die äußere Schicht in der Regel aus PET (Polyethylenterephthalat) und die innere Schicht aus PE (Polyethylen) oder PP (Polypropylen) besteht. Der Ausgießer besteht häufig aus demselben Material wie die innere Schicht der Materiallagen des Beutels, d. h. ebenfalls aus PE oder PP.
Eine Besonderheit in dem zuvor genannten Materialaufbau liegt in den unterschiedlichen Schmelzpunkten der einzelnen Materialien innerhalb des Schichtaufbaus. Die jeweils innere Schicht der Materiallagen sowie das Ausgießermaterial haben einen vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt (PE: ca. 110 - 135°C; PP: ca. 160 - 165°C, Quelle: http://www.chemie.de/lexikon), wohingegen die äußere Schicht der Materiallagen einen deutlich höheren Schmelzpunkt aufweist (PET: > 260°C, Quelle http://www.chemie.de/lexikon). Dies führt beim Siegelvorgang dazu, dass die innenseitigen Schichten der Materiallagen (z.B. PE, PP), die miteinander in Kontakt kommen, aufschmelzen bzw. sich verflüssigen und die außenseitigen Schichten (z.B. PET) weiterhin formstabil bleiben. Dieser Schweißvorgang wird mit dauerbeheizten Siegelbacken durchgeführt, wobei die Siegelparameter „Druck“, „Temperatur“ und „Zeit“ genau eingestellt werden müssen. So führt eine zu hohe Temperatur zum Verbrennen der Folie und zum Auflösen des Stoffschlusses innerhalb des Schichtaufbaus der jeweiligen Materiallage. Ein zu hoher Druck quetscht übermäßig viel des verflüssigten PE oder PP aus dem Verbindungsspalt zwischen den Materiallagen. Und ein zu lange andauernder oder zu häufig zu wiederholender Siegelvorgang an mehreren Siegelstationen ist unwirtschaftlich. Um nun eine möglichst hohe Leistung bei möglichst geringen Kosten zu erreichen, ist es daher gewünscht, mit möglichst wenig Siegelstationen auszukommen und die Dauer des Siegelvorgangs möglichst kurz zu halten. Aus diesem Grund wird aber bei den Siegelparametern „Druck“ und „Temperatur“ an deren Obergrenze gearbeitet, was zwangsläufig zu einem Ausquetschen von Siegelmaterial führt. Dieser Effekt ist aufgrund des relativ geringen Schmelzpunktes bei PE als Siegelmaterial besonders stark.
Problematisch ist dabei, dass sich während des Siegelvorgangs ausgequetschtes PE oder PP an den Siegelbacken und der Umgebung sowie an dem gesiegelten Produkt, beispielsweise einem Produktverpackungsbeutel, absetzt und damit zu ungewünschten Verunreinigungen führt. Um Verunreinigungen zumindest der Siegelbacken zu verhindern, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, ein Teflon-Band von einer Endlosrolle zuzuführen und zwischen jeweiliger Siegelbacke und zu verpressenden Materiallagen anzuordnen, wobei nach einigen Siegelvorgängen das Teflon-Band abschnittsweise weitertransportiert wird, so dass beim nächsten Siegelvorgang wieder ein Abschnitt des Teflon-Bandes zwischen Siegelbacken und Materiallagen angeordnet ist, der frei von Verunreinigungen durch ausgequetschtes PE oder PP ist. Ein Verfahren zur Herstellung einer Siegelverbindung, insbesondere bei einem Produktverpackungsbeutel, bei dem zur Vermeidung von Verunreinigungen ein Teflon-Band eingesetzt wird, ist aber relativ aufwendig und kostenintensiv. Außerdem müssen auch trotz Vorsehen eines Teflon-Bandes die Siegelbacken und deren Umgebung regelmäßig von PE- oder PP-Tropfen gereinigt werden, was zu Stillstandzeiten führt und dadurch die Leistung mindert. Außerdem können die Siegelbacken bei der Reinigung mit scharfen Bürsten oder Metall auch beschädigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Siegelverbindung anzugeben, womit der Reinigungsaufwand und somit Stillstandzeiten reduziert werden können.
Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung bei einer Vorrichtung zur Herstellung einer Siegelverbindung zwischen zwei Kunststoff enthaltenden Materiallagen, insbesondere bei einem Produktverpackungsbeutel, beispielsweise Standbodenbeutel,

- mit mindestens einer Siegelstation, die mindestens zwei einander gegenüberliegende zwischen einer Offenstellung und einer Siegelstellung bewegbare Siegelbacken aufweist, die jeweils auf ihrer der jeweils anderen Siegelbacke zugewandten Innenseite eine Siegelfläche aufweisen,
- wobei die Siegelstation derart konfiguriert ist, dass in der Offenstellung mindestens zwei miteinander durch Siegeln zu verbindende Materiallagen zwischen den Siegelbacken anordenbar sind und in der Siegelstellung die Materiallagen miteinander verpressbar sind, dadurch gelöst,
- dass mindestens eine der Siegelbacken mindestens einen Schmiermittelkanal aufweist und
- dass die Vorrichtung eine Schmiermittelzuführeinrichtung aufweist, die konfiguriert ist, ein Schmiermittel durch den Schmiermittelkanal zur Siegelfläche der Siegelbacke oder zur Siegelfläche der gegenüberliegenden Siegelbacke zu leiten.

Grundsätzlich können die vorschlagsgemäße Vorrichtung und das im weiteren noch beschriebene vorschlagsgemäße Verfahren für jedwede Siegelverbindung zwischen zwei Kunststoff enthaltenden Materiallagen als Siegelpartner verwendet werden. So können, um nur einige Beispiele zu nennen, der oder die Siegelpartner jeweils eine Folie, insbesondere Folie für flexible Beutel, ein Karton, insbesondere Getränkekarton, ein Becher, insbesondere Joghurtbecher, oder ein Deckel, insbesondere Becherdeckel, sein.
Bei der Siegelstation kann es sich sowohl um eine Heißsiegelstation als auch eine Ultraschallsiegelstation handeln. Die vorschlagsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer Siegelverbindung und das im weiteren noch beschriebene, entsprechende Verfahren finden dabei insbesondere Anwendung beim Siegeln von horizontalen oder vertikalen Beuteln (flowpack sealing), beim Siegeln von Beuteln, insbesondere Produktverpackungsbeuteln, vorzugsweise Standbodenbeuteln (pouch sealing), beim Einsiegeln von Ausgießern (spout sealing), beim Siegeln von Schalen (tray sealing) oder Bechern (cup sealing), beim Siegeln von Milchkartons (carton-brick sealing) und beim Siegeln von Beuteln in FFS-Maschinen (form fill seal), die den Beutel in ein und derselben Maschine formen, befüllen und versiegeln. Insbesondere kann die Vorrichtung Teil von einer Beutelherstellmaschine (pouch converting) sein, die in vorgefertigte Beutel, die insbesondere von der Maschine selbst hergestellt sind, den jeweiligen Ausgießer einsiegelt.
Eine wesentliche Erkenntnis besteht darin, dass durch Zuführen eines Schmiermittels an die Siegelfläche(n) bzw. in den Bereich zwischen Siegelfläche und Außenseite der jeweiligen Materiallage eine Anhaftung von ausgequetschtem Siegelmaterial, insbesondere PE oder PP, vermieden oder zumindest deutlich erschwert wird. Dabei wird das Schmiermittel durch einen Schmiermittelkanal geleitet, der vom Material einer der Siegelbacken gebildet wird. Unter einem Schmiermittelkanal wird insbesondere ein vollständig von Material umgebener Kanal, insbesondere eine Bohrung, verstanden, wobei grundsätzlich aber auch vorstellbar ist, dass der Kanal oder ein Abschnitt davon oberflächlich an der Siegelbacke entlang verläuft und eine Nut bildet. Das Schmiermittel wird aus dem Schmiermittelkanal entweder auf die Siegelfläche derselben Siegelbacke und/oder auf die Siegelfläche der gegenüberliegenden Siegelbacke geleitet.
Bei dem Schmiermittel handelt es sich insbesondere um ein flüssiges Schmiermittel, beispielsweise Wasser, eine wasserbasierte oder nicht-wasserbasierte Flüssigkeit, eine Paraffine enthaltende Flüssigkeit, eine Teflon enthaltende Flüssigkeit, eine Fett oder Öl enthaltende Flüssigkeit und/oder eine Silikon enthaltende Flüssigkeit. Zusätzlich oder alternativ kann als Schmiermittel auch ein gasförmiges Schmiermittel vorgesehen sein, beispielsweise Luft, wobei unter einem gasförmigen Schmiermittel aber auch aus einem flüssigen Schmiermittel erzeugter Sprühnebel verstanden wird, der aus der jeweiligen Siegelbacke und/oder auf die jeweils gegenüberliegende Siegelbacke gesprüht werden kann und sich auf der Siegelbacke niederschlägt. Grundsätzlich kann als Schmiermittel zusätzlich oder alternativ auch ein Festschmierstoff vorgesehen sein, der in fester Form und/oder Pulverform vorliegen kann. Das Schmiermittel hat insbesondere eine kinematische Viskosität in einem Bereich von 100 bis 500 cSt, bevorzugt in einem Bereich von 150 bis 450 cSt, besonders bevorzugt in einem Bereich von 200 bis 400 cSt. Vorzugsweise ist das Schmiermittel lebensmittelverträglich, wodurch dieses auch bei der Herstellung von Lebensmittelverpackungen, beispielsweise Standbodenbeuteln für Getränke, Milchkartons o. dgl. Anwendung finden kann.
Das Vorhandensein einer Schmiermittelzuführeinrichtung, mit der ein Schmiermittel wie zuvor beschrieben auf die jeweilige Siegelfläche appliziert werden kann, erlaubt es also, durch Verpressen unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur eine Siegelverbindung, d.h. stoffschlüssige Verbindung, zwischen an ihren Kontaktseiten Kunststoff enthaltenden Materiallagen zu erzeugen. Mit „Materiallagen“ sind vorgefertigte Elemente gemeint, die in dem Fall eines mehrschichtigen Aufbaus aus bereits miteinander stoffschlüssig verbundenen Schichten bestehen. Die Materiallagen bilden also schon vor dem Siegelvorgang einstückige Elemente.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorschlagsgemäßen Vorrichtung, erstreckt sich der mindestens eine Schmiermittelkanal durch das Material der jeweiligen Siegelbacke hindurch, ist also umfänglich vollständig umschlossen, wobei sich der Kanal insbesondere von einer von der Vorderseite abgewandten Rückseite der Siegelbacke bis zur Siegelfläche erstreckt. Grundsätzlich kann sich der Kanal aber auch von einer winklig zur Vorderseite verlaufenden und/oder an die Vorderseite angrenzenden Seite bis zur Siegelfläche erstrecken.
Gemäß noch einer Ausgestaltung der vorschlagsgemäßen Vorrichtung erstreckt sich der jeweilige Schmiermittelkanal von einer Eintrittsöffnung zu einer oder mehreren Austrittsöffnungen in der Siegelfläche. Dabei kann sich der jeweilige Schmiermittelkanal zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung bzw. den Austrittsöffnungen einmal oder mehrfach verzweigen. Mit anderen Worten tritt das Schmiermittel an einer Seite, beispielsweise der Rückseite, der Siegelbacke in diese ein und tritt an mehreren Austrittsöffnungen, die in der Ebene der Siegelfläche enden, aus. Grundsätzlich kann jede der Siegelbacken mehrere Schmiermittelkanäle aufweisen, wobei sich auch jeder dieser Schmiermittelkanäle einmal oder mehrfach verzweigen kann.
Gemäß noch einer Ausgestaltung der vorschlagsgemäßen Vorrichtung haben eine oder mehrere Austrittsöffnungen, insbesondere alle Austrittsöffnungen, eine kleinere Querschnittsfläche als die Eintrittsöffnung desjenigen Schmiermittelkanals, der zu der oder den jeweiligen Austrittsöffnungen führt. Mit anderen Worten verengt sich der Querschnitt des Schmiermittelkanals zwischen der Eintrittsöffnung und der oder den zugeordneten Austrittsöffnungen, insbesondere um ein Mehrfaches, insbesondere derart, dass die Austrittsöffnungen sogenannte Mikroöffnungen oder Mikrodüsen bilden. Dabei ist die Querschnittsfläche einer oder mehrerer Austrittsöffnungen, insbesondere aller Austrittsöffnungen, kleiner als 5mm², bevorzugt kleiner als 2mm², besonders bevorzugt kleiner als 1mm².
Gemäß wieder einer weiteren Ausgestaltung der vorschlagsgemäßen Vorrichtung weist die jeweilige Siegelfläche (im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand der Siegelbacke) eine obere Siegelflächenkante und eine davon in Schwerkraftrichtung beabstandete untere Siegelflächenkante auf, wobei eine oder mehrere Austrittsöffnungen, insbesondere alle Austrittsöffnungen, von der unteren Siegelflächenkante weiter beabstandet sind als von der oberen Siegelflächenkante. Eine solche Anordnung der Austrittsöffnungen gewährleistet, dass austretendes Schmiermittel durch die Schwerkraft bedingt an der Siegelfläche herabfließt und somit zu einer besseren Verteilung auf der Siegelfläche führt. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Löcher in der Siegelfläche dadurch oberhalb des Bereichs oder im oberen Teil des Bereichs der späteren Siegelnaht liegen und somit keinen nennenswerten Einfluss auf die Siegelqualität am Produkt haben.
Gemäß noch einer Ausgestaltung der vorschlagsgemäßen Vorrichtung liegt der Abstand entlang der Oberfläche der Siegelfläche zwischen benachbarten Austrittsöffnungen in einem Bereich von 5 bis 60 mm, bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 50 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 40 mm. Einerseits sind diese Abstände ausreichend, um die jeweilige Siegelfläche optimal mit Schmiermittel zu benetzen, andererseits wird durch die Löcher in der Siegelfläche der Siegelvorgang auch nicht negativ beeinflusst.
Um das Schmiermittel der Siegelstation bzw. der oder den Siegelbacken zuzuführen, weist gemäß noch einer Ausgestaltung der vorschlagsgemäßen Vorrichtung die Schmiermittelzuführeinrichtung mindestens eine Schmiermittelpumpe und ein Schmiermittelreservoir auf, das mit der mindestens einen Schmiermittelpumpe in Fluidverbindung steht, also über eine Fluidleitung verbunden ist. Bei der oder den Schmiermittelpumpen handelt es sich jeweils insbesondere um eine Schlauchpumpe (auch Schlauchquetschpumpe oder Peristaltikpumpe), also insbesondere eine Pumpe, die durch im Innern umlaufende Elemente, z.B. Walzen, auf einen Schlauch einwirken, durch den das Schmiermittel transportiert wird, wobei die umlaufenden Elemente das Schmiermittel durch Zusammendrücken des Schlauchs vor sich her in Richtung des Pumpenauslasses bewegen.
Insbesondere kann die Schmiermittelzuführeinrichtung mehrere Schmiermittelpumpen, beispielsweise Schlauchpumpen, aufweisen, die dann über einen gemeinsamen Motor und insbesondere eine gemeinsame Welle angetrieben werden. In diesem Fall können sich mehrere Zuführleitungen vom Reservoir zu der Pumpeneinheit mit den mehreren Pumpen erstrecken, wobei sich im weiteren Verlauf dann auch von jeder Pumpe eine separate Verbindungsleitung zu der Siegelstation erstreckt. In der Siegelstation kann dann, wie zuvor bereits erläutert wurde, eine Verbindungsleitung je Siegelbacke mit dieser verbunden sein oder es können mehrere Verbindungsleitungen mit der Siegelbacke verbunden sein. In dem Fall, dass nur eine einzelne Schmiermittelpumpe vorgesehen ist, erstreckt sich insbesondere nur eine Zuführleitung vom Schmiermittelreservoir zu der einzelnen Pumpe, wobei im weiteren Verlauf eine oder mehrere Verbindungsleitungen von der Pumpe zur Siegelstation führen können, um dort mit der oder den Siegelbacken eine Fluidverbindung zu bilden.
Bei der oder den Zuführ- und/oder Verbindungsleitung(en) handelt es sich insbesondere um solche, die flexibel sind, vorzugsweise um Kunststoffleitungen.
Gemäß noch einer Ausgestaltung der vorschlagsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei den Siegelbacken, wie bereits zuvor angedeutet, insbesondere um Heißsiegelbacken. Grundsätzlich können zusätzlich oder alternativ aber auch Ultraschallsiegelbacken vorgesehen sein.
Die Aufgabe wird ferner gemäß einer zweiten Lehre gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Siegelverbindung zwischen zwei Kunststoff enthaltenden Materiallagen, insbesondere bei einem Produktverpackungsbeutel, beispielsweise Standbodenbeutel, vorzugsweise unter Verwendung einer wie zuvor definierten Vorrichtung, wobei die folgenden Schritte durchgeführt werden:

a) Bewegen von mindestens zwei einander gegenüberliegenden Siegelbacken einer Siegelstation in eine Offenstellung, wobei die Siegelbacken jeweils eine Siegelfläche aufweisen und wobei die Siegelflächen einander zugewandt sind,
b) Zuführen eines Schmiermittels durch mindestens einen Schmiermittelkanal der jeweiligen Siegelbacke zur Siegelfläche der Siegelbacke oder zur Siegelfläche der gegenüberliegenden Siegelbacke,
c) Anordnen von mindestens zwei Materiallagen zwischen den Siegelflächen der Siegelbacken,
d) Bewegen der mindestens zwei Siegelbacken aufeinander zu in eine Siegelstellung, in der die Materiallagen durch die Siegelflächen miteinander verpresst, d.h. durch Siegeln miteinander verbunden, werden.

Die zuvor genannten Verfahrensschritte werden dabei insbesondere in der zuvor angegebenen Reihenfolge ausgeführt, können aber grundsätzlich auch in anderer Reihenfolge ausgeführt werden. Beispielsweise kann das Anordnen der mindestens zwei Materiallagen zwischen den Siegelflächen auch vor dem Zuführen des Schmiermittels durchgeführt werden.
Nach dem Durchlaufen der oben genannten Schritte a) bis d) kann automatisch ein neuer Siegelvorgang folgen, der wiederum mit Schritt a) beginnt und bei dem dieselben Schritte wie beim vorhergehenden Siegelvorgang ausgeführt werden.
Bevorzugt werden die zuvor genannten Verfahrensschritte automatisch ausgeführt, insbesondere gesteuert über eine Steuereinrichtung der vorschlagsgemäßen Vorrichtung. Die Steuereinrichtung, die mit einer entsprechenden Software betrieben werden kann, kann auch einen automatischen Abschaltmodus (Power down mode) ausführen, beispielsweise für den Fall eines Spannungsabfalls oder Stromausfalls. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinrichtung auch einen Schlafmodus (Sleep mode) ausführen, beispielsweise für den Fall, wenn in einem bestimmten Zeitraum keine Siegelvorgänge stattfinden. Die Steuereinheit kann auch mit einer Bedieneinheit, die eine Tastatur aufweisen kann, und/oder einer Anzeigeeinheit, die einen Bildschirm aufweisen kann, kommunizieren.
Gemäß einer Ausgestaltung des vorschlagsgemäßen Verfahrens werden in einem Raumabschnitt zwischen den Siegelflächen der beiden (einander gegenüberliegenden) Siegelbacken mindestens drei Materiallagen, insbesondere genau drei Materiallagen, miteinander verpresst, nämlich insbesondere zwei Folienabschnitte und ein dazwischen angeordneter Ausgießer. Zusätzlich oder alternativ werden in einem Raumabschnitt zwischen den Siegelflächen, der insbesondere ein anderer Raumabschnitt ist, mindestens zwei Materiallagen, insbesondere genau zwei Materiallagen, miteinander verpresst, nämlich insbesondere zwei Folienabschnitte. Durch das Verpressen unter erhöhtem Druck (bezogen auf atmosphärischen Druck) und erhöhter Temperatur (bezogen auf Raumtemperatur) entsteht dann eine Siegelnaht, die die verpressten Abschnitte stoffschlüssig verbindet.
Beim Einsiegeln eines Ausgießers zwischen einer von einer ersten Materiallage gebildeten vorderen Beutelwand und einer von einer zweiten Materiallage gebildeten hinteren Beutelwand werden im Bereich des Ausgießers drei Materiallagen miteinander verpresst bzw. durch Siegeln miteinander verbunden, nämlich die oberen Abschnitte der beiden Beutelwände, im Folgenden auch Folienabschnitte genannt, und der zum Einsiegeln dienende untere (insbesondere schiffchenförmig ausgebildete) Abschnitt des Ausgießers. Es wird also ein Produktabschnitt mit einem dreilagigen Materialaufbau verpresst. Zu beiden Seiten dieses Produktabschnitts schließt sich jeweils ein anderer Produktabschnitt an, in welchem zwei Materiallagen miteinander verpresst werden, nämlich nur die beiden Beutelwände bzw. Folienabschnitte. Gemäß einer entsprechenden Ausgestaltung des vorschlagsgemäßen Verfahrens werden also als Materiallagen zwei Folienabschnitte, insbesondere mehrschichtige Folienabschnitte, miteinander verpresst und/oder es werden als Materiallagen ein Ausgießer, insbesondere schiffchenförmiger Ausgießer, beidseitig mit je einem Folienabschnitt, insbesondere mehrschichtigen Folienabschnitt, verpresst.
„Mehrschichtig“ meint, dass die jeweiligen Folienabschnitte bzw. Materiallagen beispielsweise einen zweischichtigen oder mehrschichtigen Aufbau haben. Im Falle eines zweischichtigen Aufbaus kann beispielsweise die außenseitige Schicht aus PET und die innenseitige Schicht aus PE oder PP bestehen. Bei einem dreischichtigen Aufbau kann beispielsweise die außenseitige Schicht aus PET, die mittlere Schicht aus Metall, insbesondere Aluminium, und die innenseitige Schicht aus PE oder PP bestehen. Bei einem komplexeren Folienaufbau, der insbesondere für Beutel verwendet wird, die in einem Autoklaven einer Wärmebehandlung unterzogen werden, kann die außenseitige Schicht aus PET, eine mittlere Schicht aus PA (Polyamid) und die innenseitige Schicht ebenfalls aus PE oder PP bestehen. Grundsätzlich können zwischen den einzelnen Schichten auch noch Klebemittelschichten und/oder Farbschichten vorgesehen sein. Entsprechend kann gemäß noch einer Ausgestaltung des vorschlagsgemäßen Verfahrens die der jeweiligen Siegelfläche zugewandte (außenseitige) Schicht der Materiallagen, insbesondere der Folienabschnitte, aus PET und die einander berührenden (innenseitigen) Schichten der Materiallagen, insbesondere der Folienabschnitte und ggfs. des Ausgießers, aus PE oder PP bestehen. Grundsätzlich müssen aber für die Anwendung der vorschlagsgemäßen Vorrichtung oder des vorschlagsgemäßen Verfahrens nicht zwingend mehrschichtige Materiallagen als Siegelpartner vorgesehen sein, sondern es sind auch sog. Monomaterialien denkbar, also Siegelpartner mit nur einer Schicht, wie dies insbesondere bei Ausgießern der Fall ist. Als Siegelpartner sind somit auch Folien denkbar, die ausschließlich aus PE oder PP bestehen.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die vorschlagsgemäße Vorrichtung und das vorschlagsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Diesbezüglich sei einerseits verwiesen auf die den nebengeordneten Patentansprüchen 1 und 15 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

1a und b eine schematische Ansicht verschiedener Ausführungsbeispiele einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer Siegelverbindung,
2 eine schematische Ansicht einer Siegelbacke der Vorrichtung in 1a und b,
3a-f eine schematische Ansicht verschiedener Varianten von Siegelbacken der Vorrichtung in 1a und b,
4 eine schematische Ansicht zu verpressender Materiallagen und
5 eine schematische Ansicht eines Standbodenbeutels, der mit den Vorrichtungen in 1a und b herstellbar ist.

In den 1a und b ist jeweils eine Vorrichtung 1 zur Herstellung einer Siegelverbindung, hier beispielhaft bei einem Kunststoff enthaltenden Produktverpackungsbeutel 2 in Form eines Standbodenbeutels, dargestellt, wobei die Vorrichtung 1 eine Siegelstation 3 und eine Schmiermittelzuführeinrichtung 10 aufweist.
In beiden Ausführungsbeispielen weist die Siegelstation 3 zwei einander gegenüberliegende, zwischen einer Offenstellung und einer Siegelstellung bewegbare Siegelbacken 4a, 4b auf, die jeweils auf ihrer der jeweils anderen Siegelbacke 4b bzw. 4a zugewandten Innenseite eine Siegelfläche 5a bzw. 5b aufweisen. Dabei haben die Siegelbacken 4a, 4b eine an den einzusiegelnden Ausgießer 27 angepasste Form, die es erlaubt, den Folienabschnitt 25 der vordere Beutelwand und den Folienabschnitt 26 der hinteren Beutelwand über die gesamte Breite des Ausgießers 27, der hier schiffchenförmig ausgebildet ist, durch Siegeln stoffschlüssig zu verbinden. Letzteres geschieht in einem ersten, mittleren Raumabschnitt 23 zwischen den Siegelflächen 5a und 5b. Zu beiden Seiten des Ausgießers 27 werden die beiden Folienabschnitte 25 und 26 durch den Siegelvorgang direkt miteinander verbunden, was jeweils in einem äußeren Raumabschnitt 24, der jeweils seitlich an den mittleren Raumabschnitt 23 angrenzt, geschieht.
Die Siegelstation 3 ist jeweils derart konfiguriert, dass in der Offenstellung die drei miteinander durch Siegeln zu verbindenden Materiallagen 6, 7, 8 bzw. 25, 26, 27 zwischen den Siegelbacken 4a, 4b und insbesondere zwischen den beiden Siegelflächen 5a, 5b angeordnet werden können und dass in der Siegelstellung diese Materiallagen miteinander verpressbar sind, so dass eine stoffschlüssige Verbindung durch Aufschmelzen der innenseitigen Schichten der Materiallagen 6 und 8 und des Ausgießers 27 erzielt wird.
Mindestens eine der Siegelbacken 4a bzw. 4b, in diesem Fall beide Siegelbacken 4a, 4b, weisen einen oder mehrere Schmiermittelkanäle 9 auf, durch die ein Schmiermittel zur Siegelfläche 5a bzw. 5b derselben Siegelbacke 4a bzw. 4b oder zur Siegelfläche 5b bzw. 5a der gegenüberliegenden Siegelbacke 4b bzw. 4a geleitet werden kann.
Verschiedene Ausführungsbeispiele von Siegelbacken 4a bzw. 4b mit darin verlaufenden Schmiermittelkanälen 9 sind in den 3a-f dargestellt. Dargestellt ist jeweils nur die Siegelbacke 4a, wobei das Gesagte auch für die andere Siegelbacke 4b gilt.
Beispielsweise können mehrere Verbindungsleitungen 21 jeweils über eine Eintrittsöffnung 14 mit der Siegelbacke 4a verbunden sein, wobei sich von jeder Eintrittsöffnung 14 ein nicht-verzweigter Schmiermittelkanal 9 zu jeweils einer korrespondieren Austrittsöffnung 15 erstreckt, der in der jeweiligen Siegelfläche 5a mündet (3a). Grundsätzlich kann je Siegelbacke 4a auch nur eine einzige Verbindungsleitung 21 und eine entsprechende einzelne Eintrittsöffnung 14 vorgesehen sein, wobei sich dann der Schmiermittelkanal 9 im Innern der Siegelbacke 4a einmal oder mehrfach verzweigt und zu entsprechend mehreren Austrittsöffnungen 15 führt, die innerhalb der jeweiligen Siegelfläche 5a liegen (3b). Entsprechend können auch mehrere Verbindungsleitungen 21 mit der entsprechenden Siegelbacke 4a verbunden sein, wobei sich der dann anschließende Schmiermittelkanal 9 jeweils einmal oder mehrfach verzweigt und in entsprechend mehreren Austrittsöffnungen 15 endet (3c). Die Austrittsöffnungen 15 befinden sich dabei alle an der der gegenüberliegenden Siegelbacke 4b zugewandten Vorderseite 11 der Siegelbacke 4a und die Eintrittsöffnung 14 bzw. Eintrittsöffnungen 14 befindet/befinden sich an der von der Vorderseite 11 abgewandten Rückseite 12 der Siegelbacke 4a (3a-c) und/oder an einer winkelig zur Vorderseite 11 verlaufenden und/oder an die Vorderseite 11 angrenzenden Seite 13 der Siegelbacke 4a (3d-f).
Wie in den 3a-f ebenfalls zu erkennen ist, handelt es sich bei den Austrittsöffnungen 15 um Mikroöffnungen bzw. Mikrodüsen, d. h. Öffnungen mit einer Querschnittsfläche, die kleiner ist als 5 mm², bevorzugt kleiner als 2 mm², besonders bevorzugt kleiner als 1 mm². Insbesondere ist der Querschnitt der Austrittsöffnungen 15 immer kleiner als der der zugeordneten Eintrittsöffnung 14.
In 2 ist die Vorderseite 11 einer Siegelbacke 4a, die baugleich zur Siegelbacke 4b sein kann, und die zugehörige Siegelfläche 5a zu erkennen. Die Siegelfläche 5a erstreckt sich hier beispielhaft nur über einen Teilbereich der Vorderseite 11, kann aber durchaus auch die gesamte Vorderseite 11 einnehmen. Die Austrittsöffnungen 15 liegen gemäß 2 alle in einer Reihe entlang der Siegelfläche 5a bzw. 5b, und zwar näher an der oberen Siegelflächenkante 16 als an der in Schwerkraftrichtung davon beabstandeten unteren Siegelflächenkante 17. Die Austrittsöffnungen sind beispielsweise 5 bis 60 mm, bevorzugt 10 bis 50 mm, besonders bevorzugt 20 bis 40 mm, voneinander beabstandet.
Die Siegelbacken 4a bzw. 4b, bei denen es sich hier beispielhaft um Heißsiegelbacken handelt, die aber auch Ultraschallsiegelbacken sein können, verpressen einen Schichtaufbau, wie er in 4 dargestellt ist, unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur. Die beiden äußeren Materiallagen 6 und 8 bzw. Folienabschnitte 25 und 26 umschließen eine mittlere Materiallage 7 bzw. 27, die von dem unteren Teil des Ausgießers 27 gebildet wird. Die Materiallagen 6 und 8 sind jeweils mehrschichtig aufgebaut, wobei die jeweils äußere Schicht 28 hier beispielhaft aus PET besteht und die jeweils inneren Schichten 29 aus PE oder PP bestehen. Die mittlere Materiallage 7 in Form des unteren Teils des Ausgießers 27 besteht aus demselben Material wie die innenliegenden Schichten 29 und das Material bzw. die äußere Schicht 30 des Ausgießers 27, also ebenfalls aus PE bzw. PP.
Im Folgenden sei noch die Schmiermittelzuführeinrichtung 10 beschrieben, die sich im Falle der 1a von dem in 1b dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass eine einzelne von einem Motor 20 angetriebene Schmiermittelpumpe 18 in Form einer Schlauchpumpe vorgesehen ist, die das Schmiermittel, beispielsweise ein flüssiges oder gasförmiges Schmiermittel und/oder einen Festschmierstoff aus einem Schmiermittelreservoir 19 pumpt und anschließend an die Siegelbacken 4a und 4b verteilt. Gemäß 1a verläuft eine einzelne Zuführleitung 22 von dem Schmiermittelreservoir 19 zur Pumpe 18, wobei sich von der Pumpe 18 mehrere flexible Verbindungsleitungen 21 zu den beiden Siegelbacken 4a und 4b erstrecken.
Gemäß dem alternativen Ausführungsbeispiel in 1b sind anstelle nur einer einzelnen Pumpe 18 mehrere Pumpen 18 vorgesehen, die alle über einen gemeinsamen Motor 20 und eine gemeinsame Antriebswelle angetrieben werden. Auch hier handelt es sich bei den Pumpen 18 um Schlauchpumpen. Dabei verlaufen mehrere Zuführleitungen 22 von dem Reservoir 19 zu der Einheit aus mehreren Pumpen 18, wobei je Pumpe 18 hier genau eine Zuführleitung 22 vorgesehen ist. Im weiteren Verlauf erstreckt sich hier jeweils genau eine Verbindungsleitung 21 von jeder einzelnen Pumpe 18 zu der Einheit aus Siegelbacken 4a und 4b. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind je zwei der Verbindungsleitungen 21 mit einer Siegelbacke 4a bzw. 4b verbunden.
Die beiden Vorrichtungen 1 erlauben nacheinander, hier vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge, die Durchführung der folgenden Verfahrensschritte:

a) Bewegen von mindestens zwei einander gegenüberliegenden Siegelbacken 4a, 4b einer Siegelstation 3 in eine Offenstellung, wobei die Siegelbacken 4a, 4b jeweils eine Siegelfläche 5a bzw. 5b aufweisen und wobei die Siegelflächen 5a, 5b einander zugewandt sind,
b) Zuführen eines Schmiermittels durch mindestens einen Schmiermittelkanal 9 der jeweiligen Siegelbacke 4a bzw. 4b zur Siegelfläche 5a bzw. 5b der Siegelbacke 4a bzw. 4b oder zur Siegelfläche 5b bzw. 5a der gegenüberliegenden Siegelbacke 4b bzw. 4a,
c) Anordnen von mindestens zwei Materiallagen 6, 7, 8 zwischen den Siegelflächen 5a, 5b der Siegelbacken 4a, 4b,
d) Bewegen der mindestens zwei Siegelbacken 4a, 4b aufeinander zu in eine Siegelstellung, in der die Materiallagen 6, 7, 8 durch die Siegelflächen 5a, 5b miteinander verpresst werden, woduhier rch eine Siegelung mit einer Siegelnaht 31 entsteht.

Ein Beispiel für einen fertigen Produktverpackungsbeutel 2 in Form eines Standbodenbeutels mit mittels der vorschlagsgemäßen Vorrichtung 1 eingesiegeltem Ausgießer 27 zeigt schließlich 5, wobei hier die Siegelnaht 31 erkennbar ist, die durch den Siegelvorgang in der Siegelstation 3 hergestellt worden ist, um den Ausgießer 27 mit dem übrigen Beutel 2 stoffschlüssig zu verbinden.

Claims

Vorrichtung zur Herstellung einer Siegelverbindung zwischen zwei Kunststoff enthaltenden Materiallagen, insbesondere bei einem Produktverpackungsbeutel (2), - mit mindestens einer Siegelstation (3), die mindestens zwei einander gegenüberliegende zwischen einer Offenstellung und einer Siegelstellung bewegbare Siegelbacken (4a, 4b) aufweist, die jeweils auf ihrer der jeweils anderen Siegelbacke (4b, 4a) zugewandten Innenseite eine Siegelfläche (5a, 5b) aufweisen, - wobei die Siegelstation (3) derart konfiguriert ist, dass in der Offenstellung mindestens zwei miteinander durch Siegeln zu verbindende Materiallagen (6, 7, 8) zwischen den Siegelbacken (4a, 4b) anordenbar sind und in der Siegelstellung die Materiallagen (6, 7, 8) miteinander verpressbar sind, dadurch gekennzeichnet, - dass mindestens eine der Siegelbacken (4a, 4b) mindestens einen Schmiermittelkanal (9) aufweist und - dass die Vorrichtung (1) eine Schmiermittelzuführeinrichtung (10) aufweist, die konfiguriert ist, ein Schmiermittel durch den Schmiermittelkanal (9) zur Siegelfläche (5a, 5b) der Siegelbacke (4a, 4b) und/oder zur Siegelfläche (5b, 5a) der gegenüberliegenden Siegelbacke (4b, 4a) zu leiten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der mindestens eine Schmiermittelkanal (9) durch das Material der jeweiligen Siegelbacke (4a, 4b) hindurch erstreckt, insbesondere von einer von der Vorderseite (11) abgewandten Rückseite (12) der Siegelbacke (4a, 4b) bis zur Siegelfläche (5a, 5b), und/oder von einer winkelig zur Vorderseite (11) der Siegelbacke (4a, 4b) verlaufenden und/oder an die Vorderseite (11) angrenzenden Seite (13) der Siegelbacke (4a, 4b) bis zur Siegelfläche (5a, 5b).
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der jeweilige Schmiermittelkanal (9) von einer Eintrittsöffnung (14) zu einer oder mehreren Austrittsöffnungen (15) in der Siegelfläche (5a, 5b) erstreckt, wobei sich der jeweilige Schmiermittelkanal (9) insbesondere einmal oder mehrfach verzweigt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Siegelbacke (4a, 4b) mehrere Schmiermittelkanäle (9) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Austrittsöffnungen (15), insbesondere alle Austrittsöffnungen (15), eine kleinere Querschnittsfläche haben als die Eintrittsöffnung (14) desjenigen Schmiermittelkanals (9), der zu der oder den jeweiligen Austrittsöffnung(en) (15) führt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche einer oder mehrerer Austrittsöffnungen (15), insbesondere aller Austrittsöffnungen (15), kleiner als 5 mm², bevorzugt kleiner als 2 mm², besonders bevorzugt kleiner als 1 mm², ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Siegelfläche (5a, 5b) eine obere Siegelflächenkante (16) und eine davon in Schwerkraftrichtung beabstandete untere Siegelflächenkante (17) aufweist, wobei eine oder mehrere Austrittsöffnungen (15), insbesondere alle Austrittsöffnungen (15), von der unteren Siegelflächenkante (16) weiter beabstandet sind als von der oberen Siegelflächenkante (17).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand entlang der Oberfläche der Siegelfläche (5a, 5b) zwischen benachbarten Austrittsöffnungen (15) in einem Bereich von 5 bis 60 mm, bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 50 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 40 mm, liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelzuführeinrichtung (10) mindestens eine Schmiermittelpumpe (18), insbesondere Schlauchpumpe (18), und ein Schmiermittelreservoir (19) aufweist, das mit der mindestens einen Schmiermittelpumpe (18) in Fluidverbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelzuführeinrichtung (10) mehrere Schmiermittelpumpen (18) aufweist, die über einen gemeinsamen Motor (20) angetrieben werden.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweils mindestens eine Verbindungsleitung (21), insbesondere genau eine Verbindungsleitung (21), von der jeweiligen Schmiermittelpumpe (18) zur jeweiligen Siegelbacke (4a, 4b) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweils mindestens eine Zuführleitung (22), insbesondere genau eine Zuführleitung (22), vom Schmiermittelreservoir (19) zur jeweiligen Schmiermittelpumpe (18) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführ- und/oder Verbindungsleitung(en) (21, 22) flexibel ist/sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Siegelbacken (4a, 4b) Heißsiegelbacken oder Ultraschallsiegelbacken sind.
Verfahren zur Herstellung einer Siegelverbindung zwischen zwei Kunststoff enthaltenden Materiallagen, insbesondere bei einem Produktverpackungsbeutel (2), vorzugsweise unter Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Schritte durchgeführt werden: a) Bewegen von mindestens zwei einander gegenüberliegenden Siegelbacken (4a, 4b) einer Siegelstation (3) in eine Offenstellung, wobei die Siegelbacken (4a, 4b) jeweils eine Siegelfläche (5a, 5b) aufweisen und wobei die Siegelflächen (5a, 5b) einander zugewandt sind, b) Zuführen eines Schmiermittels durch mindestens einen Schmiermittelkanal (9) der jeweiligen Siegelbacke (4a, 4b) zur Siegelfläche (5a, 5b) der Siegelbacke (4a, 4b) oder zur Siegelfläche (5b, 5a) der gegenüberliegenden Siegelbacke (4b, 4a), c) Anordnen von mindestens zwei Materiallagen (6, 7, 8) zwischen den Siegelflächen (5a, 5b) der Siegelbacken (4a, 4b), d) Bewegen der mindestens zwei Siegelbacken (4a, 4b) aufeinander zu in eine Siegelstellung, in der die Materiallagen (6, 7, 8) durch die Siegelflächen (5a, 5b) miteinander verpresst werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Raumabschnitt (23) zwischen den Siegelflächen (5a, 5b) der mindestens zwei Siegelbacken (4a, 4b) mindestens drei Materiallagen (6, 7, 8), insbesondere genau drei Materiallagen (6, 7, 8), und/oder in einem Raumabschnitt (24) zwischen den Siegelflächen (5a, 5b) der mindestens zwei Siegelbacken (4a, 4b) mindestens zwei Materiallagen (6, 8), insbesondere genau zwei Materiallagen (6, 8), miteinander verpresst werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Materiallagen (6, 8) zwei Folienabschnitte (25, 26), insbesondere mehrschichtige Folienabschnitte (25, 26), miteinander verpresst werden und/oder als Materiallagen (6, 7, 8) ein Ausgießer (27), insbesondere schiffchenförmiger Ausgießer (27), beidseitig mit je einem Folienabschnitt (25, 26), insbesondere mehrschichtigen Folienabschnitt (25, 26), verpresst wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die der jeweiligen Siegelfläche (5a, 5b) zugewandte Schicht (28) der Materiallagen (6, 8), insbesondere der Folienabschnitte (25, 26), aus PET und die einander berührenden Schichten (29, 30) der Materiallagen (6, 7, 8), insbesondere der Folienabschnitte (25, 26) und ggfs. des Ausgießers (27), aus PE oder PP bestehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Schmiermittel ein flüssiges Schmiermittel, ein gasförmiges Schmiermittel und/oder ein Festschmierstoff verwendet wird, das bzw. der insbesondere lebensmittelverträglich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis d), insbesondere über eine Steuereinrichtung, automatisch ausgeführt werden.