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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Folienverpackung, umfassend einen im ungeöffneten, erstverschlossenen Zustand von Polymerfolienabschnitten umgebenen Verpackungsraum, wobei wenigstens zwei Polymerfolienabschnitte mit zum Verpackungsraum freiliegenden Innenseiten in einem den Verpackungsraum umgebenden Bereich längs einer Heißsiegelzone durch Heißsiegeln miteinander verbunden sind, wobei die Heißsiegelzone eine durch Wärmekontakt-Heißsiegeln mit dauerbeheizten Kontaktsiegelbacken erzeugte Kontakt-Siegelnahtanordnung umfasst.
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Derartige Verpackungen sind in der Fachwelt hinreichend bekannt als Flowpacks, Drei- oder Vier-Seiten-Siegelrandbeutel, Stehbeutel und dergleichen.
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Bei der Herstellung derartiger Verpackungen werden siegelfähige außen liegende Lagen der beiden zu verbindenden Polymerfolienabschnitte miteinander in Kontakt gebracht, dann durch Wärmeeintrag mit den dauerbeheizten Kontaktsiegelbacken aufgeschmolzen und für eine vorbestimmte Siegeldauer mit einem vorbestimmten Siegeldruck zusammengedrückt. Schließlich lässt man die so gebildeten Heißsiegelzonen abkühlen. Durch das Aufschmelzen und das Zusammendrücken aufgeschmolzener Siegellagen aus kompatiblen Kunststoffen wird eine die beiden Polymerfolienabschnitte verbindende Siegelnaht erzeugt.
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Siegelfähige Lagen umfassen in der Regel eine Trägerschicht aus wirtschaftlich kostengünstigem, einfachem Polymermaterial und eine, verglichen mit der Trägerschicht, erheblich dünnere auf die Trägerschicht aufgebrachte Funktionsschicht. Das Material der Funktionsschicht, die beim Wärmekontakt-Heißsiegeln die eigentliche Siegelverbindung der siegelfähigen Lage erzeugt, ist bezogen auf ihr Gewicht teurer als das einfache Material der Trägerschicht. Daher ist man bestrebt, Funktionsschichten möglichst dünn oder/und mit möglichst geringem Flächengewicht auszubilden.
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Mit immer dünner werdenden Funktionsschichten ist es jedoch immer schwieriger, durch das in der Verpackungstechnik am weitesten verbreitete Siegelverfahren: Wärmekontakt-Heißsiegeln mit dauerbeheizten Kontaktsiegelbacken, Siegelnähte mit ausreichenden Siegelnahtfestigkeiten herzustellen.
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Hier spielt aus wirtschaftlicher Sicht auch die sogenannte „Hot-Tack“-Eigenschaft einer Siegelnaht eine große Rolle. Mit „Hot-Tack“-Eigenschaft ist die Tragfähigkeit eine Siegelnaht im noch nicht vollständig abgekühlten Zustand bezeichnet.
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Bei Verfahren, bei welchen die Bildung einer Verpackung und ihre Befüllung mit Verpackungsgut zeitlich parallelisiert erfolgen, muss eine noch nicht vollständig abgekühlte Siegelnaht zeitlich sehr kurz nach ihrer Erzeugung wenigstens einen Teil, gegebenenfalls sogar einen Großteil des Gewichts des Verpackungsguts tragen können. Solche parallelisierte Verpackungsbildungs- und Füllverfahren sind je nach Vorschubrichtung des Folienmaterials beispielsweise als VFFS = „Vertical Form Fill Seal“ oder als HFFS = „Horizontal Form Fill Seal“ bekannt. Dabei spielt die Hot-Tack-Eigenschaft beim VFFS in der Regel eine wichtigere Rolle, da die nacheinander getaktet erzeugten Verpackungen längs der Schwerkraftwirkungsrichtung bewegt werden, in welche die Gewichtskraft des jeweils gerade eingefüllten Verpackungsguts wirkt. Je höher die Dichte des Verpackungsguts ist und je größer die Gebindegröße ist, desto mehr Tragfähigkeit muss eine gerade gebildete und noch nicht vollständig abgekühlte Siegelnaht besitzen, um die Integrität des Verpackungsraums zu wahren und das Verpackungsgut darin zu halten. Als Beispiele für Verpackungsgüter, die Siegelnähte in den Grenzbereich ihrer Hot-Tack-Eigenschaft führen, seien Gastronomiegebinde für Kaffeepulver, Kaffeebohnen oder Waschmittelpulver genannt, also beispielsweise Schüttgüter, welche als Schüttung mit geringem Porenvolumen vorliegen, wie etwa auch Zucker und Salz, Mehl usw.
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Die Hot-Tack-Eigenschaft einer Siegelnaht wird nicht nur durch vom Material der zu ihrer Bildung beitragenden Siegelschichten beeinflusst, sondern auch durch die lokale Gestalt der miteinander durch Wärmekontakt-Heißsiegeln verbundenen Polymerfolienabschnitte.
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So stellen beispielsweise Faltungen der miteinander verbundenen Polymerfolienabschnitte ein Problem für die Hot-Tack-Eigenschaft einer daraus gebildeten Siegelnaht dar. Denn aufgrund der für Faltungen typischen kleinen Radien an den Faltstellen können verhältnismäßig große durch die unvermeidliche Materialelastizität der Polymerfolienabschnitte bewirkte elastische Kräfte wirken, welche in Öffnungs- oder Schälrichtung auf die die Faltung enthaltende Siegelnaht wirken.
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Ebenso schwächend können sich Stellen auf die Hot-Tack-Eigenschaft einer Siegelnahtanordnung auswirken, an welchen zwei Siegelnähte aus unterschiedlichen Richtungen aufeinandertreffen und einen nur schwer verschließbaren Zwickel bilden. Eine solche Stelle besteht beispielsweise bei Flowpacks dort, wo die Quersiegelnaht eines Flowpacks mit der „Fin-Seal“-Längssiegelnaht des Flowpacks zusammentrifft. Bei einem vertikal geformten und gleichzeitig befüllten sowie zeitnah abschließend gesiegelten Flowpack wirkt die Gewichtskraft des Füllguts spreizend auf einen solchen Zwickel in der Quersiegelnaht des Flowpacks.
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Weitere für die Hot-Tack-Eigenschaft einer Siegelnaht problematische Formationen sind Lagensprünge, wenn etwa bei Fortschreiten längs der Heißsiegelzone ein Übergang von nur zwei übereinander liegenden Polymerfolienabschnitten auf vier übereinanderliegende Polymerfolienabschnitte stattfindet, wie es beispielsweise an den gesiegelten Rändern von eingefalteten Böden von Stehbeutelverpackungen der Fall ist (siehe hierzu beispielsweise die
WO 2015/150511 A1 ).
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Folienverpackung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass sie wirtschaftlich gebildet und verarbeitet werden kann und gleichzeitig eine ausreichende Siegelnahtfestigkeit und insbesondere eine ausreichende Hot-Tack-Eigenschaft besitzt.
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Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung durch eine Folienverpackung der eingangs genannten Art, deren Heißsiegelzone als Kombinations-Heißsiegelzone zusätzlich zur Kontakt-Siegelnahtanordnung eine durch ein Alternativ-Siegelwerkzeug ohne dauerbeheizte Kontakt-Siegelbacken erzeugte Alternativ-Siegelnahtanordnung aufweist, wobei die Alternativ-Siegelnahtanordnung derart längs der Kontakt-Siegelnahtanordnung verläuft, dass der Abstand der Alternativ-Siegelnahtanordnung von der Kontakt-Siegelnahtanordnung nicht größer ist als die Breite der Kontakt-Siegelnahtanordnung.
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Durch die Ausbildung der Heißsiegelzone als Kombinations-Heißsiegelzone mit einer Alternativ-Siegelnahtanordnung zusätzlich zur Kontakt-Siegelnahtanordnung können somit die durch unterschiedliche Siegelwerkzeuge erzielbaren Siegelnahtfestigkeiten miteinander kombiniert werden. Somit können unterschiedliche Siegelverfahren, die unterschiedliche Stärken und Schwächen aufweisen, an ein und derselben Heißsiegelzone eingesetzt, sich wechselseitig durch ihre Stärken ergänzen und ihre jeweiligen Schwächen beseitigen oder wenigstens abmildern.
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Durch die räumliche Nähe von Kontakt-Siegelnahtanordnung und Alternativ-Siegelnahtanordnung wirken Kontakt- und Alternativ-Siegelnahtanordnung der Kombinations-Heißsiegelzone der gleichen Belastung entgegen.
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Mit dem Verlauf der Alternativ-Siegelnahtanordnung längs der Kontakt-Siegelnahtanordnung soll ausgesagt sein, dass beide Siegelnahtanordnungen in einem makroskopischen Sinne den gleichen Verlauf aufweisen, wobei bei detaillierter „mikroskopischer“ Betrachtung Unterschiede in der lokalen Orientierung der Siegelnahtanordnungen bestehen können. So kann beispielsweise eine Siegelnahtanordnung aus Kontakt- und Alternativ-Siegelnahtanordnung zickzack- oder wellenförmig in eine Richtung verlaufen, während die jeweils andere Siegelnahtanordnung geradlinig oder mit einer anderen Zickzack- oder Wellenform als die eine Siegelnahtanordnung im Wesentlichen in dieselbe Richtung verlaufen kann. So können die Siegelnahtanordnungen im Wesentlichen die gleiche „globale“ Verlaufsrichtung aufweisen, definiert durch ihre jeweiligen Start- und Endbereiche. Besonders bei einem zickzackförmigen Verlauf um die (globale) Verlaufsrichtung herum, kann die lokale Orientierung der Siegelnahtanordnung - je nach dem betrachteten Ort - erheblich von der globalen Verlaufsrichtung abweichen.
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Wenngleich die Verlaufsrichtungen der beiden unterschiedlichen Siegelnahtanordnungen geringfügig voneinander abweichen können, je nach Länge der Siegelnahtanordnungen etwa bis zu 30°, ist zur Erzielung einer möglichst hohen Siegelnahtfestigkeit über möglichst die gesamte Länge der Kombinations-Heißsiegelzone bevorzugt, dass die Kontakt-Siegelnahtanordnung und die Alternativ-Siegelnahtanordnung parallel zueinander verlaufen. Die Länge der Kombinations-Heißsiegelzone ist dabei die größte an der Kombinations-Heißsiegelzone auftretende Abmessung. Die Breite der Kombinations-Heißsiegelzone als ihre zweitgrößte Abmessung verläuft orthogonal zur Länge und orthogonal zur Dicke. Die Dicke der Kombinations-Heißsiegelzone entspricht im Wesentlichen der Summendicke der an der Siegelstelle miteinander verbundenen Polymerfolienabschnitte.
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Mit dem Begriff „Polymerfolie“ soll im Sinne der vorliegenden Anmeldung ausgesagt sein, dass eine Folie wenigstens eine Polymerlage aufweist. Es soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass eine Polymerfolie mehr als eine Polymerlage aufweist oder/und zusätzlich zu der wenigstens einer Polymerlage eine Lage aus anderem Material aufweist, wie beispielsweise eine Metallfolienlage, insbesondere Aluminiumfolienlage. Ebenso kann eine Lage der Polymerfolie metallisiert oder/und bedruckt oder/und beschichtet sein.
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Die miteinander verbundenen Polymerfolienabschnitte können Abschnitte unterschiedlicher Polymerfolienstücke sein, so etwa beim Vier-Rand-Siegelbeutel, oder können Abschnitte eines einzigen Polymerfolienstücks sein, wie etwa beim Flowpack oder beim Drei-Rand-Siegelbeutel.
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Konstruktiv kann die Kombinations-Heißsiegelzone wenigstens abschnittsweise oder bevorzugt vollständig derart ausgestaltet sein, dass sich beiderseits der einen Siegelnahtanordnung aus Alternativ-Siegelnahtanordnung und Kontakt-Siegelnahtanordnung je ein Abschnitt der jeweils anderen Siegelnahtanordnung derselben Kombinations-Heißsiegelzone befindet. Da die Kontakt-Siegelnahtanordnung in der Regel eine größere Breite als die Alternativ-Siegelnahtanordnung aufweist, ist es einfacher zu realisieren, dass sich beiderseits der Alternativ-Siegelnahtanordnung je ein Abschnitt der Kontakt-Siegelnahtanordnung derselben Kombinations-Heißsiegelzone befindet.
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In der Regel liefert das Wärmekontakt-Heißsiegeln vor allem bei den oben genannten aus Kostengründen bevorzugten dünnen Siegelschichten eine schwächere Siegelnahtfestigkeit als eine Siegelung mit dem Alternativ-Siegelwerkzeug ohne dauerbeheizte Kontakt-Siegelbacken. Allerdings kann die Alternativ-Siegelnahtanordnung aufgrund eines häufig lokal größeren thermischen Energieeintrags durch das Alternativ-Siegelwerkzeug spröder sein als die Kontakt-Siegelnahtanordnung. Durch Anordnung von Abschnitten der Kontakt-Siegelnahtanordnung auf beiden Seiten der Alternativ-Siegelnahtanordnung, also beiderseits der Haupterstreckungsrichtungen der Alternativ-Siegelnahtanordnung, kann die Alternativ-Siegelnahtanordnung mechanisch entlastet werden, da die Kräfte, welche auf die an der Kombinations-Heißsiegelzone beteiligten Polymerfolienabschnitten wirken, zunächst auf die Kontakt-Siegelnahtanordnung einwirken und erst beim Versagen eines auf einer Seite der Alternativ-Siegelnahtanordnung gelegenen Abschnitts der Kontakt-Siegelnahtanordnung voll auf die Alternativ-Siegelnahtanordnung wirken.
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Die vorteilhafte Anordnung der Alternativ-Siegelnahtanordnung zwischen zwei Abschnitten der Kontakt-Siegelnahtanordnung lässt sich konstruktiv auf unterschiedliche Art und Weise realisieren. Eine Ausführungsform mit besonders hoher Siegelnahtfestigkeit kann dadurch erhalten werden, dass sich die Alternativ-Siegelnahtanordnung in der Kontakt-Siegelnahtanordnung befindet. Dies erfordert jedoch in der Regel die Herstellung von Kontakt-Siegelnahtanordnung und Alternativ-Siegelnahtanordnung zeitlich nacheinander, da sich dann die Alternativ-Siegelnahtanordnung und die Kontakt-Siegelnahtanordnung örtlich überlappen.
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Eine besonders schnell herstellbare Ausführungsform einer Kombinations-Heißsiegelzone mit zwischen zwei Abschnitten einer Kontakt-Siegelnahtanordnung gelegener Alternativ-Siegelnahtanordnung kann dadurch erhalten werden, dass die Kontakt-Siegelnahtanordnung zwei durch einen zwischen ihnen gelegenen Spalt getrennte, nebeneinander verlaufende Kontakt-Siegelnähte aufweist, wobei die Alternativ-Siegelnahtanordnung in dem Spalt zwischen den Kontakt-Siegelnähten ausgebildet ist. Dann kann nämlich die Kombinations-Heißsiegelzone in einem Arbeitsschritt mit zeitlich paralleler Ausbildung der Kontakt-Siegelnahtanordnung und der Alternativ-Siegelnahtanordnung hergestellt werden, etwa durch das weiter unten beschriebene Kombinations-Siegelwerkzeug.
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Bevorzugt weist die Kontakt-Siegelnahtanordnung eine kontinuierlich zusammenhängende Kontakt-Siegelnaht auf, um den Verpackungsraum möglichst hermetisch zu verschließen. Eine Anordnung der Alternativ-Siegelnahtanordnung in der Kontakt-Siegelnahtanordnung bedeutet dann bevorzugt, dass sich die Alternativ-Siegelnahtanordnung innerhalb der Erstreckungsfläche der Kontakt-Siegelnaht befindet. Die Alternativ-Siegelnahtanordnung kann sich mit nur einem Abschnitt oder mit nur mehreren Abschnitten innerhalb der Erstreckungsfläche der Kontakt-Siegelnaht befinden oder kann sich vollständig innerhalb der Erstreckungsfläche befinden. Die letztgenannte Option ermöglicht die Ausbildung hochfester Kombinations-Heißsiegelzonen mit verhältnismäßig kleiner Erstreckungsfläche und damit mit vorteilhaft geringem Ressourceneinsatz.
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Eine Siegelnahtanordnung kann eine oder mehrere Siegelnähte aufweisen. Weist eine Siegelnahtanordnung nur eine einzige Siegelnaht auf, dann ist die Siegelnaht auch die Siegelnahtanordnung.
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Grundsätzlich kann eine Alternativ-Siegelnahtanordnung einer Kombinations-Heißsiegelzone genau eine Alternativ-Siegelnaht aufweisen. Vorteilhaft kann im Hinblick auf einen möglichst sparsamen Ressourceneinsatz die Alternativ-Siegelnahtanordnung nur an für die Siegelnahtfestigkeit kritischen Stellen der Kontakt-Siegelnahtanordnung ausgebildet werden. So kann eine Gefährdung der Kontakt-Siegelnahtanordnung durch derartige kritische Stellen, wie etwa die eingangs genannten Faltungen oder Zwickel oder Lagensprünge, vermieden werden. Mit Wegfall dieser Gefährdung kann räumlich zwischen diesen kritischen Stellen die Ausbildung nur einer Kontakt-Siegelnaht ausreichen. Daher kann gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die Kombinations-Heißsiegelzone eine Mehrzahl von mit Abstand zueinander angeordneten Alternativ-Siegelnähten aufweist, deren jeweilige Verlaufsrichtungen sich winkelmäßig um nicht mehr als 30° unterscheiden.
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Dabei ist, wie bereits oben dargelegt, die Verlaufsrichtung einer Siegelnaht von ihrer konkreten Gestalt und lokal möglicherweise unterschiedlichen Orientierung losgelöst zu betrachten. Bei geradlinigen Siegelnähten ist ihre Verlaufsrichtung mit der lokalen Orientierung einer Siegelnaht an jedem Punkt identisch. Bei zickzack- oder wellenförmigen Siegelnahtverläufen unterscheidet sich die Verlaufsrichtung der Siegelnaht von ihrer lokalen Orientierung an mehr als einem Punkt. Die Verlaufsrichtung ist also im Wesentlichen definiert durch die Verbindungsgerade von Anfangs- und Endbereich einer Siegelnaht. Bevorzugt sind die Alternativ-Siegelnähte geradlinig und schließen untereinander einen Winkel von nicht mehr als 30° ein. Besonders bevorzugt sind zur vereinfachten Herstellung der Alternativ-Siegelnähte ihre jeweiligen Verlaufsrichtungen, oder/und die Alternativ-Siegelnähte selbst, zueinander parallel oder kollinear.
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Um einen Verpackungsraum auf möglichst vielen Seiten durch eine Siegelnahtanordnung zu begrenzen, kann vorgesehen sein, dass die Folienverpackung eine Mehrzahl von in unterschiedlichen Richtungen verlaufenden Heißsiegelzonen aufweist, welche den Verpackungsraum wenigstens teilweise umgeben, wobei wenigstens ein Teil der Heißsiegelzonen jeweils als Kombinations-Heißsiegelzone, wie sie oben beschrieben und weitergebildet ist, ausgebildet sind. Eine Heißsiegelzone wird dabei durch einen Siegelwerkzeugeinsatz, also Heißsiegelvorgang, gebildet. Weist die Verpackung eine zusammenhängende Kontakt-Siegelnahtfläche auf, welche aus in unterschiedliche Richtungen verlaufenden Kontakt-Siegelnähten zusammengesetzt ist und deren Herstellung jeweils einen gesonderten Siegelwerkzeugeinsatz, also gesonderte Siegelvorgänge erfordert, dann handelt es sich um zwei räumlich zusammenhängende Heißsiegelzonen im Sinne der vorliegenden Erfindung.
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Beispielsweise kann die Folienverpackung ein Vier-Rand-Siegelbeutel sein, so dass um den Verpackungsraum ein geschlossener Ring aus einer Kontakt-Siegelnahtanordnung umläuft. Ebenso kann die Folienverpackung ein Drei-Rand-Siegelbeutel sein, welcher dann bevorzugt aus nur einem einzigen umgefalteten Polymerfolienstück gebildet ist. Die Faltung bildet dann in der Regel den vierten Rand des Siegelbeutels.
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Zum möglichst dichten, hermetischen Verschluss des Vier-Rand-Siegelbeutels kann um den Verpackungsraum ein geschlossener Ring aus einer Alternativ-Siegelnahtanordnung vollständig umlaufen. Eine solche Folienverpackung, aber auch jede andere Folienverpackung der vorliegenden Erfindung, kann an einem ihrer Ränder in an sich bekannter Weise eine Einreißhilfe aufweisen, wie beispielsweise eine Kerbe oder einen Schlitz, um den Verpackungsraum durch Aufreißen der Verpackung zugänglich zu machen.
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Es kann sein, dass die durch eine Kontakt-Heißsiegelzone alleine bereitgestellte niedrigere Siegelnahtfestigkeit lokal gewünscht ist, um dort ein Öffnen der Verpackung durch Trennen der Kontakt-Siegelnaht der Kontakt-Heißsiegelzone zu bewirken. Zu diesem Zweck kann die Folienverpackung gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung zusätzlich zur Kombinations-Heißsiegelzone eine Kontakt-Heißsiegelzone aufweisen, in welcher die beiden Polymerfolienabschnitte nur durch eine Kontakt-Siegelnahtanordnung ohne Beteiligung einer Alternativ-Siegelnahtanordnung verbunden sind.
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Die Kontakt-Siegelnahtanordnung kann eine Siegelnaht-Festigkeit von weniger als 300g/15mm, vorzugsweise von weniger als 200g/15mm aufweisen. Bevorzugt ist die Kontakt-Siegelnahtanordnung peelfähig, um eine Verpackung an einer dafür vorgesehenen Stelle, an welcher nur die Kontakt-Siegelnahtanordnung vorliegt, mit geringem Kraftaufwand öffnen zu können.
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Im Gegensatz dazu ist bevorzugt, dass die Alternativ-Siegelnahtanordnung eine Siegelnaht-Festigkeit von wenigstens 300g/15mm aufweist. Die Alternativ-Siegelnahtanordnung ist zur Erzielung hoher Verbindungskräfte zwischen den Polymerfolienabschnitten vorzugsweise nicht peelfähig.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Folienverpackung wiederverschließbar sein. Hierzu kann sowohl eine Kontakt-Siegelnaht der Kontakt-Siegelnahtanordnung als auch eine Alternativ-Siegelnaht der Alternativ-Siegelnahtanordnung über eine Wiederverschlussvorrichtung, wie etwa einen Zipper, hinwegverlaufen. Somit kann die Kombinations-Heißsiegelzone auf einfache und sichere Weise eine Wiederverschlussvorrichtung mit wenigstens einem Polymerfolienabschnitt, vorzugsweise mit zwei Polymerfolienabschnitten der Folienverpackung verbinden.
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Wie oben bereits angedeutet wurde, kann eine Alternativ-Siegelnaht der Alternativ-Siegelnahtanordnung zur Beseitigung von für die Kontakt-Siegelnahtanordnung alleine kritischen Stellen eine Faltung eines Polymerfolienabschnitts oder beider Polymerfolienabschnitte, vorzugsweise orthogonal zur Faltachse der Faltung, oder/und einen Ort eines Lagensprungs oder/und einen durch Zusammentreffen zweier Kontakt-Siegelnähte bzw. zweier Kontakt-Siegelnahtanordnungen gebildeten Zwickel überstreichen, um an diesen Stellen durch zusätzlichen Energieeintrag die Verbindungsfestigkeit zu erhöhen.
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Zur Erzielung einer möglichst hohen Siegelnahtfestigkeit umfasst die Folienverpackung eine Polymerfolie mit einer siegelfähigen Funktionsschicht. Diese siegelfähige Funktionsschicht weist eine nach außen freiliegende Außenseite auf. An ihrer von der freiliegenden Außenseite wegweisenden Grenzfläche schließt sich an die Funktionsschicht eine weitere Schicht aus einem Material an, das mit dem Material der Funktionsschicht kompatibel ist. Diese weitere Schicht kann die eingangs genannte Trägerschicht sein.
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Üblicherweise werden dann durch das Wärmekontakt-Heißsiegeln mit den dauerbeheizten Kontaktsiegelbacken nur die Funktionsschichten der an der entstehenden Kontakt-Siegelnahtanordnung beteiligten Polymerfolienabschnitte aufgeschmolzen, während die weitere Schicht durch die dauerbeheizten Kontaktsiegelbacken nicht aufgeschmolzen wird. Die weitere Schicht wird dagegen bevorzugt durch das Alternativ-Siegelwerkzeug aufgeschmolzen, sodass im Bereich der Alternativ-Siegelnahtanordnung auch die weitere Schicht zur Siegelung und somit Siegelnahtfestigkeit der so gebildeten Kombinations-Heißsiegelzone beiträgt.
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Durch Vorsehen einer Kombinations-Heißsiegelzone kann beispielsweise siegelfähiges biaxial orientiertes Polypropylen (BOPP) mit hoher Siegelnahtfestigkeit gesiegelt werden. Siegelfähiges BOPP umfasst eine Trägerschicht aus einfachem BOPP-Homopolymer, welches erst bei Temperaturen von in der Regel mehr als 160 °C siegelfähig ist. Das BOPP-Homopolymer kann damit grundsätzlich zu einer Siegelung beitragen, wobei jedoch die dafür notwendigen hohen Prozesstemperaturen beim Wärmekontakt-Heißsiegeln mit dauerbeheizten Kontakt-Siegelbacken in der Regel nicht erreicht werden. Siegelfähiges BOPP umfasst außerdem eine Funktionsschicht aus einem Polypropylen-Copolymer, welches bei erheblich niedrigeren Temperaturen siegelfähig ist. Diese Funktionsschicht ist üblicherweise weniger als 4, vorzugsweise sogar weniger als 3 µm dick. Durch Wärmekontakt-Heißsiegeln wird in der Regel nur die Funktionsschicht aufgeschmolzen, durch das Alternativ-Siegelwerkzeug dagegen auch die kompatible Trägerschicht, deren Material in der Regel einen höheren Schmelzflussindex aufweist als jenes der Funktionsschicht (gemessen nach ISO 1133 mit jeweils denselben Messparametern an Funktions- und Trägerschicht). Die Folienverpackung kann daher siegelfähiges BOPP umfassen oder sogar nur mit siegelfähigem BOPP als einzigem Polymerfolienmaterial gebildet sein.
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Die Alternativ-Siegelnahtanordnung kann gebildet sein durch Ultraschallsiegeln mit einer Sonotrode als dem Alternativ-Siegelwerkzeug. Ebenso kann die Alternativ-Siegelnahtanordnung gebildet sein durch Lasersiegeln mit einem Laser als dem Alternativ-Siegelwerkzeug. Auch kann die Alternativ-Siegelnahtanordnung gebildet sein durch Impuls-Siegeln mit impulsbeheizten Impuls-Siegelbacken als dem Alternativ-Siegelwerkzeug. Als weitere Option kann die Alternativ-Siegelnahtanordnung gebildet sein durch Hochfrequenz-Siegeln mit Hochfrequenz-Backen als dem Alternativ-S iegelwerkzeug.
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Durch jedes der genannten Alternativ-Siegelwerkzeuge kann lokal in derselben Zeitdauer eine höhere Energiemenge pro Fläche in die Polymerfolienabschnitte eingetragen werden als mit den dauerbeheizten Kontakt-Siegelbacken, wodurch über die Funktionsschicht hinaus auch die sie tragende weitere Schicht aufgeschmolzen werden kann. Dies ermöglicht, wie oben beschrieben, die höhere Siegelnahtfestigkeit der Alternativ-Siegelnahtanordnung. In der Regel weist die Alternativ-Siegelnahtanordnung bei gleicher Länge eine deutlich geringere Breite auf als die Kontakt-Siegelnahtanordnung. Bevorzugt ist die Kontakt-Siegelnahtanordnung wenigstens doppelt so breit wie die Alternativ-Siegelnahtanordnung.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Kombinations-Siegelwerkzeug, welches die Bildung einer Kombinations-Heißsiegelzone mit einer Kontakt-Siegelnahtanordnung und einer Alternativ-Siegelnahtanordnung ermöglicht, wie sie oben beschrieben und weitergebildet ist. Das Kombinations-Siegelwerkzeug umfasst:
- - einen im Siegelbetrieb dauerbeheizten Kontakt-Siegelbackenabschnitt mit einer freiliegenden Kontaktfläche und
- - einen eine Sonotrode oder einen im Siegelbetrieb impulsbeheizten Impuls-Siegelbacken oder einen mit einer Hochfrequenzspannungsquelle gekoppelten Hochfrequenz-Backen aufweisenden Alternativ-Siegelwerkzeugabschnitt mit einer freiliegenden Siegel-Wirkfläche,
wobei die freiliegenden Flächen: Kontaktfläche und Wirkfläche in die gleiche Richtung weisen und wobei der Alternativ-Siegelabschnitt längs des Kontakt-Siegelabschnitts verläuft.
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Durch die beschriebene Anordnung der für eine Herstellung einer Siegelnahtanordnung relevanten freiliegenden Flächen: Kontaktfläche und Wirkfläche ist sichergestellt, dass mit dem Kombinations-Siegelwerkzeug gleichzeitig bei ein und demselben Kontakt mit einer Oberfläche eines Polymerfolienabschnitts die Kontakt-Siegelnahtanordnung und die Alternativ-Siegelnahtanordnung gebildet werden kann.
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Der Alternativ-Siegelwerkzeugabschnitt kann durch einen Luftspalt oder durch Zwischenanordnung von thermisch isolierenden Material, wie beispielsweise Glas- oder Keramikfasergewirr oder -gewebe oder ähnlichem, thermisch gegenüber dem Kontakt-Siegelbackenabschnitt isoliert sein, um eine wechselseitige thermische Beeinflussung der beiden Abschnitte möglichst gering zu halten. Da an der Siegel-Wirkfläche des Alternativ-Siegelwerkzeugabschnitts wenigstens kurzzeitig höhere Temperaturen als an der dauerbeheizten Kontaktfläche des Kontakt-Siegelbackenabschnitts auftreten können - die dauerbeheizte Kontaktfläche weist dagegen bevorzugt über mehrere Siegelzyklen hinweg eine konstante Temperatur auf - kann zur Verhinderung einer Verklebung des zu siegelenden oder gesiegelten Polymerfolienabschnitts mit der Siegel-Wirkfläche die Siegel-Wirkfläche aus PTFE (Polytetrafluorethylen) oder einem ähnlich thermisch stabilen und verklebungsresistenten Werkstoff gebildet sein.
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Eine räumlich kompakte und somit eine flächenmäßig kleine Kombinations-Heißsiegelzone ermöglichende Ausgestaltung des Siegelwerkzeugs kann dadurch erhalten werden, dass die eine freiliegende Fläche aus Kontaktfläche und Siegel-Wirkfläche zwei zueinander parallele und mit Abstand voneinander angeordnete Teil-Flächen aufweist, wobei die jeweils andere freiliegende Fläche zwischen den beiden Teil-Flächen angeordnet ist. Bevorzugt ist die Kontaktfläche in Teil-Flächen unterteilt und die Siegel-Wirkfläche zwischen den Teil-Flächen angeordnet.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:
- 1 eine grobschematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Folienverpackung in Gestalt eines Vier-Rand-Siegelbeutels,
- 2 eine grobschematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Folienverpackung in Gestalt eines Vier-Rand-Siegelbeutels mit einem zum Öffnen der Verpackung bestimmten Siegelrandabschnitt
- 3A eine grobschematische Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Folienverpackung in Gestalt eines Flowpacks,
- 3B eine grobschematische Schnittansicht durch die obere Quersiegelnaht des Flowpacks von 3A entlang der Schnittebene III B-III B von 3A,
- 4A eine grobschematische Draufsicht auf ein Kombination-Siegelwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung, welches zur gleichzeitigen Ausbildung einer Kontakt-Siegelnahtanordnung und einer Alternativ-Siegelnahtanordnung in Gestalt einer Impuls-Siegelnahtanordnung konfiguriert ist, und
- 4B eine grobschematische Schnittansicht durch das Siegelwerkzeug von 4A entlang der Schnittebene IV B-IV B von 4A.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Folienverpackung in Gestalt eines Vier-Rand-Siegelbeutels allgemein mit 10 bezeichnet. Der Siegelbeutel 10 ist in an sich bekannter Weise gebildet aus einem in 1 sichtbaren vorderen Polymerfolienstück 12 und einem in 1 nicht erkennbaren, weil exakt hinter dem vorderen Polymerfolienstück 12 gelegenen hinteren Polymerfolienstück. Das vordere Polymerfolienstück 12 und das ursprünglich davon gesonderte hintere Polymerfolienstück bilden je einen miteinander zur Folienverpackung 10 verbundenen Polymerfolienabschnitt im Sinne der vorliegenden Erfindung.
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Die Folienverpackung 10 weist einen zentralen Verpackungsraum 14 auf, welcher in Richtung zum Betrachter der 1 hin vom Polymerfolienstück 12 begrenzt ist, in Richtung vom Betrachter der 1 weg von dem hinter dem Polymerfolienstück 12 gelegenen hinteren Polymerfolienstück und in radialer Richtung durch eine schraffiert dargestellte Heißsiegelzone 16.
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Die Heißsiegelzone 16 läuft vollständig und geschlossen um den Verpackungsraum 14 herum. Die Heißsiegelzone 16 bildet eine Kombinations-Heißsiegelzone 18, denn sie umfasst eine erste, breitere Kontakt-Siegelnahtanordnung 20 und eine zweite, schmalere Alternativ-Siegelnahtanordnung 22. Beide Siegelnahtanordnungen 20 und 22 laufen jeweils vollständig geschlossen um den Verpackungsraum 14 herum.
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Die Kontakt-Siegelnahtanordnung 20 ist durch Wärmekontakt-Heißsiegeln mit dauerbeheizten Kontakt-Siegelbacken erzeugt worden. Die dauerbeheizten Kontakt-Siegelbacken, welche über mehrere Heißsiegelzyklen hinweg, also sowohl während eines Siegelvorgangs als auch zwischen zwei Siegelvorgängen, an ihrer mit den Polymerfolienstücken in Kontakt tretenden Kontaktflächen eine im Wesentlichen konstante Temperatur aufweisen, können bereits eine der Rechteckgestalt der Kontakt-Siegelnahtanordnung 20 entsprechende Gestalt aufweisen. Beispielsweise können die beiden während eines Siegelvorgangs das vordere und das hintere Polymerfolienstück zwischen sich einklemmenden Kontakt-Siegelbacken als Siegelstempel, auch Rollen-Siegelstempel, eine hohle rechteckige Kontur aufweisen, die als Abbild beim Heißsiegeln die Kontakt-Siegelnahtanordnung 20 in einem einzigen Siegelschritt erzeugt.
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Die Alternativ-Siegelnahtanordnung 22 kann durch unterschiedliche, sich von den oben beschriebenen dauerbeheizten Kontakt-Siegelbacken unterscheidende Siegelwerkzeuge erzeugt sein. Beispielsweise kann die Alternativ-Siegelnahtanordnung 22 mit einem Laser, mit einer Sonotrode, mit Hochfrequenz-Siegelbacken oder mit impulsbeheizten Impuls-Siegelbacken erzeugt sein. Die Alternativ-Siegelnahtanordnung 22 kann je nach dem dafür gewählten Siegelverfahren ebenfalls in einem einzigen Alternativ-Siegelschritt oder abschnittsweise in mehreren Alternativ-Siegelschritten erzeugt sein.
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Vorliegend soll die Alternativ-Siegelnahtanordnung 22 als Impuls-Siegelnahtanordnung angenommen sein, hergestellt durch impulsbeheizte Impuls-Siegelbacken.
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Ein Kennzeichen der vorliegend empfohlenen Kombinations-Heißsiegelzone 18 ist, dass die sie konstituierenden Siegelnahtanordnungen 20 und 22 räumlich ausreichend nahe beieinander liegen, d. h. dass die Alternativ-Siegelnahtanordnung 22 nicht weiter von der Kontakt-Siegelnahtanordnung 20 als die Breite der Kontakt-Siegelnahtanordnung 20 entfernt ist.
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Umfassen dabei die beiden Siegelnahtanordnungen 20 und 22 mehrere sich hinsichtlich ihrer Verläufe unterscheidende Abschnitte und ist für manche Abschnitte die obige Abstandsbedingung eingehalten und für andere nicht, dann bilden die Abschnitte, in welchen die Abstandsbedingung eingehalten ist, eine Kombinations-Heißsiegelzone, die anderen Abschnitte dagegen nicht. Weist die Heißsiegelzone längs ihres Verlaufs unterschiedliche Breiten auf, ist jeweils lokal an einem Untersuchungsort anhand der dort vorliegenden Breite der Heißsiegelzone zu untersuchen, ob die Abstandsbedingung am Untersuchungsort eingehalten ist oder nicht.
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Im ersten Ausführungsbeispiel der 1 liegt die Alternativ-Siegelnahtanordnung 22 längs ihres gesamten Verlaufs vollständig in der Erstreckungsfläche der Kontakt-Siegelnahtanordnung 20. Es befindet sich also beiderseits der Alternativ-Siegelnahtanordnung 22 je ein Abschnitt der Kontakt-Siegelnahtanordnung 20, im dargestellten Beispiel etwa ein bezüglich des Verpackungsraums 14 radial außerhalb der Alternativ-Siegelnahtanordnung 22 gelegener äußerer Abschnitt 20a und ein radial innerhalb der Alternativ-Siegelnahtanordnung 22 gelegener innerer Abschnitt 20b.
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Durch die Ausbildung der Kombinations-Heißsiegelzone 18 kann die Siegelverbindung zwischen dem vorderen und dem hinteren Polymerfolienstück auch dann mit hoher Siegelnahtfestigkeit erzeugt werden, wenn die siegelfähige Lage der Polymerfolienstücke nur eine sehr dünne Siegel-Funktionsschicht mit einer Dicke im niedrigen einstelligen Mikrometerbereich aufweist. Durch das Wärmekontakt-Heißsiegeln mit dauerbeheizten Kontakt-Siegelbacken wird in der Regel nur die Siegel-Funktionsschicht aufgeschmolzen, sodass nur diese zur hergestellten Siegelverbindung beitragen kann. Durch das zusätzlich angewendete Alternativ-Siegelverfahren kann auch eine hinter der Siegel-Funktionsschicht gelegene Polymerschicht aufgeschmolzen werden und so zur Siegelverbindung beitragen, welche durch die dauerbeheizten Kontakt-Siegelbacken nicht für die Siegelverbindung aktivierbar wäre.
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Dadurch, dass die häufig sprödere Alternativ-Siegelnahtanordnung 22 beiderseits ihres Verlaufs den Abschnitten 20a und 20b der Kontakt-Siegelnahtanordnung 20 benachbart ist, können diese Abschnitte 20a und 20b Kräfte aufnehmen und so die Alternativ-Siegelnahtanordnung 22 mechanisch entlasten. Im Gegenzug erhöht die Alternativ-Siegelnahtanordnung 22 die mechanische Festigkeit in der Kombinations-Heißsiegelzone 18 und verhindert so ein unerwünschtes Öffnen der Kontakt-Siegelnahtanordnung 20. Gerade bei Verwendung der oben genannten dünnen Siegel-Funktionsschichten an den Polymerfolienstücken werden durch dauerbeheizte Kontakt-Siegelbacken häufig nur Siegelnahtfestigkeiten von weniger als 300 N pro 15 mm oder sogar von weniger als 200 N pro 15 mm erreicht, sodass die Kontakt-Siegelnahtanordnung 20 für sich alleine genommen eine leicht zu öffnende peelfähige Siegelung bildet.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass zwischen dem vorderen Polymerfolienstück 12 und dem hinteren Polymerfolienstück ein in 1 lediglich strichliniert dargestellter Zipper als Wiederverschlussvorrichtung angeordnet und durch die beiden angewandten Heißsiegelverfahren in an sich bekannter Weise mit den beiden Polymerfolienstücken verbunden sein kann, um die Folienverpackung 10 wiederverschließbar zu machen.
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Weiter kann, ebenfalls in an sich bekannter Weise, an einem Randabschnitt der Verpackung 10 eine Kerbe 26 als Einreißhilfe vorgesehen sein, um Verwendern der Folienverpackung 10 ein Öffnen der aufgrund der Kombinations-Heißsiegelzone 18 mit hoher Siegelnahtfestigkeit verschlossenen Verpackung 10 zu erleichtern.
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In 2 ist eine zweite Ausführungsform einer Folienverpackung 110 gezeigt. Die zweite Ausführungsform wird nachfolgend nur insofern beschrieben werden, als sie sich von der ersten Ausführungsform von 1 unterscheidet, auf deren Beschreibung ansonsten auch zur Erläuterung der zweiten Ausführungsform von 2 verwiesen wird. Gleiche und funktionsgleiche Bauteile bzw. Bauteilabschnitte der zweiten Ausführungsform sind mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in der ersten Ausführungsform, jedoch erhöht um die Zahl 100.
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Wiederum erstreckt sich eine Heißsiegelzone 116 vollständig geschlossen um einen Verpackungsraum 114 der wieder als Vier-Rand-Siegelbeutel ausgebildeten Folienverpackung 110. Allerdings verläuft im Gegensatz zur ersten Ausführungsform bei der zweiten Ausführungsform nur die Kontakt-Siegelnahtanordnung 120 vollständig geschlossen um den Verpackungsraum 114 herum. Die ebenfalls vorhandene Alternativ-Siegelnahtanordnung 122 hat im Gegensatz zur ersten Ausführungsform eine U-förmige Gestalt und verläuft nur entlang von 3 der 4 Ränder der Folienverpackung 110.
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An den Randabschnitten 110a, 110b und 110c, an welchen die Alternativ-Siegelnahtanordnung 122 ausgebildet ist, ist die Heißsiegelzone 116 als Kombinations-Heißsiegelzone 118 ausgebildet und weist eine Siegelnahtfestigkeit von mehr als 300 N pro 15 mm auf. Die Kombinations-Heißsiegelzone 118 ist daher nicht peelbar.
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An dem Randabschnitt 110d, an welchem ein Abschnitt 116d der Heißsiegelzone 116 ausschließlich durch die Kontakt-Siegelnahtanordnung 120 ausgebildet ist und an welcher folglich keine Kombinations-Heißsiegelzone vorliegt, ist die Siegelnahtfestigkeit der Heißsiegelzone 116 bzw. ihres Abschnitts 116d geringer, sodass die Folienverpackung 110 an dieser Stelle mit geringem Kraftaufwand, etwa durch Auseinanderziehen des vorderen und des hinteren Polymerfolienstücks im Bereich des Verpackungsraum 114 voneinander, geöffnet werden kann.
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Die zweite Ausführungsform ist ohne Wiederverschlussvorrichtung gezeigt, wenngleich diese, wie etwa in der ersten Ausführungform, auch an der zweiten Ausführungsform vorgesehen sein kann.
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In 3 ist eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Folienverpackung 210 in Gestalt eines Flowpacks gezeigt. Wiederum sind gleiche und funktionsgleiche Bauteile bzw. Bauteilabschnitte wie in den ersten beiden Ausführungsformen in der dritten Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen versehen, jedoch erhöht um die Zahl 200 bzw. 100. Die dritte Ausführungsform wird nachfolgend nur insofern beschrieben werden, als sie sich von den ersten beiden Ausführungsformen unterscheidet, auf deren Beschreibung ansonsten auch zur Erläuterung der dritten Ausführungsform ausdrücklich hingewiesen wird.
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Abweichend von den ersten beiden Ausführungsformen ist die Folienverpackung 210 der dritten Ausführungsform, wie für Flowpacks typisch, nur mehr aus einem einzigen Folienstück 212 durch Falten und abschnittsweises Siegeln desselben erzeugt.
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Die Folienverpackung 210 weist in der grobschematischen Draufsicht von 3 die für Flowpacks typischen parallelen Quersiegelnähte 228 und 230 an ihren beiden Längsenden und die die beiden Quersiegelnähte 228 und 230 verbindende, als „Fin-Seal“ innen gegen innen gesiegelte Längssiegelnaht 232 auf.
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Die Folienverpackung 210 ist in Längsrichtung verkürzt dargestellt, daher die Darstellung der Konturen in irregulären Zickzacklinien im Bereich der Längsmitte der Folienverpackung 210.
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Zeitlich als erstes wurde die untere Quersiegelnaht 230 hergestellt. Sie umfasst eine Heißsiegelzone 216. Als nächstes wurde die Längssiegelnaht 232 erzeugt, sie umfasst eine Heißsiegelzone 234. Während der Bildung der Längssiegelnaht 232 wurde der Verpackungsraum 214 gebildet und mit Fortschreiten seiner Bildung befüllt. Abschließend wurde die Folienverpackung 210 durch Bildung der oberen Quersiegelnaht 128 verschlossen. Sie umfasst eine Heißsiegelzone 236.
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Wie in der grobschematischen Schnittansicht von 3B zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt ist, ist das Polymerfolienstück 212 an seinen beiden Rändern zwischen den Quersiegelnähten 228 und 230 auf sich selbst gefaltet. Es ist daher in den Quersiegelnähten 228 und 230 ein vorderer Polymerfolienabschnitt 212a mit einem hinteren Polymerfolienabschnitt 212b desselben Polymerfolienstücks 212 gesiegelt. Zusätzlich sind in der Längssiegelnaht 232 weitere Abschnitte 212c und 212d miteinander gesiegelt.
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An den Faltstellen 238 und 240 - die Faltachsen der jeweiligen Faltungen verlaufen orthogonal zur Zeichenebene der 3B - können aufgrund von unvermeidlichen Materialelastizitäten sehr große im Sinne einer Rückstellung der Faltung wirkende Kräfte auf die Polymerfolienabschnitte 212a und 212b der betroffenen Heißsiegelzonen 216 und 236 wirken. Diese rückstellenden Kräfte können die Integrität der Heißsiegelzonen 216 und 236 gefährden.
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Außerdem kann dort, wo die Längssiegelnaht 232 mit den Quersiegelnähten 216 und 236 zusammentrifft, ein Zwickel 242 gebildet sein, welcher durch bloßes Wärmekontakt-Heißsiegeln mit dauerbeheizten Kontakt-Siegelbacken nur schwierig und häufig unvollständig verschlossen werden kann. Da das Gewicht des Verpackungsguts im Verpackungsraum 214 je nach Orientierung der Folienverpackung 210 auf einem der beiden Zwickel 242 lastet, wirkt diese Gewichtskraft spreizend auf den Zwickel 242 und kann so wiederum die Integrität der Heißsiegelzonen 216 und 236 gefährden.
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Außerdem tritt, wie unschwer in der grobschematischen Schnittansicht von 3B erkennbar ist, dort, wo die Längssiegelnaht 132 auf die Quersiegelnähte 216 und 236 trifft, ein Lagensprung auf, welcher schlagartig die Dicke des lokal gebildeten Lagenstapels erhöht. Auch dies kann zu Problemen in den Heißsiegelzonen 216 und 136 führen.
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Zur Sicherung der genannten kritischen Stellen der Heißsiegelzonen 216 und 136 sind diese als Kombinations-Heißsiegelzonen 218 bzw. 237 ausgebildet. Sie enthalten jeweils eine Alternativ-Siegelnahtanordnung 222 bzw. 244.
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Anders als die vorhergehende beschriebenen Alternativ-Siegelnahtanordnungen 22 und 122 umfasst jede der alternativ-Siegelnahtanordnungen 222 und 244 nicht lediglich eine, sondern drei Siegelnahtanordnungen 246, 248 und 250 in der Kombinations-Heißsiegelzone 218 sowie 252, 254 und 256 in der Kombinations-Heißsiegelzone 237. Lediglich der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass jede der Heißsiegelzonen 216, 234 und 236 eine durch die breite Schräg-Schraffur von links unten nach rechts oben dargestellte Kontakt-Siegelnahtanordnung 220 (für die Heißsiegelzone 216), 258 (für die Heißsiegelzone 236) und 260 (für die Heißsiegelzone 234) umfasst.
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Die Heißsiegelzone 234 der Längssiegelnaht 232 ist keine Kombinations-Heißsiegelzone. Zwar verlaufen die Alternativ-Siegelnähte 248 und 254 in die Heißsiegelzone 234 hinein, jedoch mit ihrem Verlauf orthogonal zum Verlauf der Kontakt-Siegelnahtanordnung 260 und nicht längs derselben, sodass hieraus keine Kombinations-Heißsiegelzone entsteht.
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Die Alternativ-Siegelnähte 246, 250, 252 und 256 verstärken die Kontakt-Siegelnahtanordnungen 220 bzw. 258 der Quersiegelnähte 228 und 230 im Bereich ihrer Faltungen 238 und 240. Die Alternativ-Siegelnähte 248 und 254 verstärken die Kontakt-Siegelnahtanordnungen 220 bzw. 258 der Quersiegelnähte 228 und 230 im Bereich ihrer Zwickel 242.
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Wie diese Verstärkung im Detail funktioniert ist in der Lupenvergrößerung von 3B gezeigt. Diese zeigt, wie die umgefalteten Polymerfolienabschnitte 212b und 212b im linken Teil der Lupenvergrößerung alleine durch die Kontakt-Siegelnahtanordnung 258 verbunden sind und im rechten Teil der Lupenvergrößerung zusätzlich durch die Alternativ-Siegelnaht 256.
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Das Polymerfolienstück 212 weist eine mittlere dicke Trägerschicht 262 und eine dünne äußere Funktionsschicht 264 auf. Sie weist auch eine dünne innere Funktionsschicht auf, die jedoch aufgrund der Siegelvorgänge nicht mehr erhalten ist. Sie soll für das vorliegende Beispiel als dimensionsmäßig identisch mit der äußeren Funktionsschicht 264 angenommen werden.
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Dort, wo nur die Kontakt-Siegelnahtanordnung 258 vorhanden ist, sind nur die beiden inneren Funktionsschichten der aufeinander zu gefalteten Polymerfolienabschnitte 212a und 212b durch das Wärmekontakt-Heißsiegeln mit dauerbeheizten Kontakt-Siegelbacken aufgeschmolzen und miteinander verbunden worden. Dort dagegen, wo sich die Alternativ-Siegelnaht 256 erstreckt, ist zusätzlich auch Material der Trägerschicht 262 aufgeschmolzen worden. Hier hat sich in einer Siegelzone das Material der dünnen inneren Funktionsschichten der beiden Abschnitte 212a und 212b sowie das aufgeschmolzene den Funktionsschichten näher gelegene Material der Trägerschicht 262 verbunden und eine verglichen mit der Kontakt-Siegelnahtanordnung 258 wesentlich dickere Schmelz- und damit Siegelzone gebildet. Aus der erhöhten Dicke des aufgeschmolzenen und gesiegelten Bereichs resultiert die erhöhte Siegelnahtfestigkeit.
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In 4 ist in grobschematischer Draufsicht ein Kombinations-Siegelwerkzeug 70 gezeigt. Das Siegelwerkzeug 70 weist einen Kontakt-Siegelbackenabschnitt 72 und einen Alternativ-Siegelwerkzeugabschnitt 74 auf. Eine freiliegende Kontaktfläche 76, umfassend Teil-Kontaktflächen 76a und 76b, erstreckt sich parallel zur Zeichenebene von 4 und weist zum Betrachter von 4A hin.
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Zwischen den Teil-Kontaktflächen 76a und 76b ist eine freiliegende Siegel-Wirkfläche 78 des Alternativ-Siegelwerkzeugabschnitts 74 angeordnet. Auch die Siegel-Wirkfläche 78 ist parallel zur Zeichenebene von 4 und dem Betrachter von 4A zugewandt. Die Teil-Kontaktflächen 76a und 76b sowie die Siegel-Wirkfläche 78 sind komplanar.
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An einem Längsende des Siegelwerkzeugs 70 kann sich ein Steuergerät 80 befinden, welches über Leitungen 82 mit elektrischer Energie versorgbar ist. Am entgegengesetzten Längsende kann in einer Endkappe 84 eine etwaige technisch notwendige Verschaltung von Schaltelementen des Siegelwerkzeugs 70 ausgebildet sein.
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4B zeigt eine grobschematische Querschnittsansicht durch das Siegelwerkzeug 70. Im Kontakt-Siegelbackenabschnitt 72 sind in entsprechenden Öffnungen zwei Heizelemente 86 aufgenommen, welche über das Steuergerät 80 im Dauerbetrieb bestromt werden, um den Kontakt-Siegelbacken Abschnitt 72 und insbesondere seine Kontaktfläche 76 dauerbeheizt auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur zu halten.
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Der Alternativ-Siegelwerkzeugabschnitt 74 umfasst einen Grundkörper 88, in welchem ein Heizelement 90 aufgenommen ist. Das Heizelement 90 wird durch das Steuergerät 80 impulsbeheizt und erreicht dadurch kurzfristig höhere Oberflächentemperaturen an der Wirkfläche 78 als an der Kontaktfläche 76. Zwischen Siegelvorgängen ist das Heizelement 90 nicht bestromt und daher ohne Heizleistung.
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Zur Vermeidung von Wärmeübergängen ist der Basiskörper 88 vom Kontakt-Siegelbackenabschnitt 72 durch einen Luftspalt 92 sowie durch thermische isolierende Elemente 94 thermisch abgekoppelt. Der Basiskörper 88 befindet sich in einer Längsnut 96 im Kontakt-Siegelbackenabschnitt 72. Da der impulsbeheizte Alternativ-Siegelwerkzeugabschnitt 74 in der Regel vorübergehend beim Siegeln in Kontakt mit einer Polymerfolie an seiner Siegel-Wirkfläche 78 eine höhere Temperatur erreicht als die Kontaktfläche 76 ist die Siegel-Wirkfläche 78 aus einem Anti-Haftmaterial gebildet, wie etwa Polytetrafluorethylen, um ein Verkleben der Siegel-Wirkfläche 78 mit der Polymerfolie beim Siegeln zu vermeiden.
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Mit dem in den 4A und 4B dargestellten Kombinations-Siegelwerkzeug 70 kann gleichzeitig und in einem einzigen Arbeitsschritt eine Kombinations-Heißsiegelzone mit einer zwischen zwei Abschnitten einer Kontakt-Siegelnahtanordnung gelegenen Alternativ-Siegelnahtanordnung erzeugen.
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Anstelle des Impuls-Siegelwerkzeugs könnte in der Nut 96 des Kontakt-Siegelbackenabschnitts 72 auch ein anderes Alternativ-Siegelwerkzeug aufgenommen sein, beispielsweise eine Sonotrode oder ein Hochfrequenz-Siegelbacken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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