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Die Erfindung betrifft den Öffnungsbereich eines Verpackungsmaterials für kartonbasierte Verpackungslösungen mit wenigstens einer Perforation zur partiellen Schwächung der Festigkeitseigenschaften wenigstens einer Verpackungsmaterialschicht.
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Um verschiedene Güter, Produkte, Lebensmittel und andere schutzbedürftige Gegenstände zu verpacken, zu portionieren, einzuhausen und dergleichen werden eine Vielzahl in ihren Eigenschaften, Ausgestaltungen und Techniken variierende Verpackungslösungen angewendet.
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Bei der Verpackung und, oder Portionierung von Lebensmitteln und insbesondere schütt- oder fließfähigen Nahrungsmitteln wie beispielsweise Säfte, Tees, Milch, Suppen, Saucen, Pulver, Granulate sind als Verpackungslösungen Glasbehälter, Kunststoffflaschen, Schlauchbeutel, Blisterlösungen und Kartonverpackungen vorgesehen.
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Kartonagebasierte Verpackungslösungen für fließ- oder schüttfähige Produkte haben grundsätzlich die Aufgabe, das zu verpackende Produkt zuverlässig und wenigstens temporär aufzunehmen, zu bevorraten und bei Bedarf wieder freizugeben. Sind die zu verpackenden fließ- oder schüttfähige Produkte Lebensmittel im weiteren Sinn können weitere Anforderungen an die Verpackungslösung hinzutreten. Dazu zählen insbesondere Schutzfunktionen, die das Lebensmittel wenigstens zeitweise derart bevorraten, dass das Lebensmittel die für den Verzehr erforderlichen Eigenschaften und Zustände einnimmt oder beibehält.
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Eine in diesem Zusammenhang wichtige Schutzfunktion ist das zuverlässige Fernhalten von zumeist äußeren Einwirkungen auf das verpackte Lebensmittel. Sehr wesentlich für die Haltbarkeit, das heißt die Aufrechterhaltung der lebensmittelbiologischen Eigenschaften zum Zeitpunkt des Verpackens ist der Schutz vor schädlichen Klein- und Kleinstlebewesens wie beispielsweise Keimen, Sporen, Einzellern und so weiter. Bei der Einwirkung von Keimen durch Kontakt mit dem jeweiligen Lebensmittel werden biologische Prozesse ausgelöst, die zum Verderben des Lebensmittels und damit zur Ungenießbarkeit führen.
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Eine andere wichtige Schutzfunktion hinsichtlich Lichteinwirkung und insbesondere auch dessen Ausbildung in verschiedenen elektromagnetischen Wellenspektren kann je nach zu verpackendem Lebensmittel erforderlich sein. Lichteinwirkungen können beispielsweise dazu führen, dass infrarot- oder ultraviolettlichtempfindliche Vitamine und andere Bestandteile zerstört werden, sodass Qualität und Nährwertgehalte von Lebensmitteln reduziert beziehungsweise verschlechtert werden. Lichteinwirkungen können auch unansehnliche und unappetitliche Verfärbungen hervorrufen.
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Werden kartonagebasierte Verpackungslösungen für fließ- oder schüttfähige Produkte und insbesondere Lebensmittel eingesetzt müssen Maßnahmen ergriffen werden, um die jeweils erforderlichen Schutzfunktionen zu realisieren.
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Karton als primärer Werkstoff für kartonagebasierte Verpackungslösungen ist ein aus Zellstoff, Altpapier und, oder Holzschliff aus verschiedenen Holzarten hergestelltes Basismaterial, das die vorgenannten Schutzfunktionen nicht, nicht ohne weiteres oder in nicht ausreichender Weise unterstützt.
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Um in kartonagebasierten Verpackungslösungen wenigstens eine der Schutzfunktionen zu implementieren und, oder die für flüssige oder fließfähige Produkte oder Lebensmittel wichtige Eigenschaft der hermetischen Dichtheit zu erzeugen werden mehrschichtige sogenannte Packstoffe für solche Verpackungslösungen geschaffen. Bei diesen Packstoffen dient der Karton als primärer Werkstoff praktisch als Träger- und Basismaterial zur Realisierung der mechanisch erforderlichen Eigenschaften und, oder der strukturellen Integrität. Ergänzt wird der Karton durch wenigstens ein einseitig oder beidseitig aufgebrachtes Beschichtungsmaterial.
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Beschichtungsmaterialien zur Realisierung von beispielsweise einer Lichtbarriere zur Verhinderung oder Reduzierung von Lichteinwirkung kann Aluminium sein. Aluminium in verschiedenen Formen beispielsweise als Bahn oder Bogen, als aufgedampfte Partikel oder gelöst in einer Suspension kann bei ausreichender Schichtdicke die Lichteinwirkung verhindern.
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Beschichtungsmaterialien zur Realisierung von beispielsweise einer hermetischen Packstoffdichtheit können aus verschiedenen Kunststoffen wie beispielsweise Polyethylen (PE), Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) oder auch Polypropylen (PP) gebildet sein und Barriere- und oder Haftvermittlereigenschaften in unterschiedlicher Ausprägung aufweisen. Additiv oder alternativ können kunststoffbasierte Beschichtungsmaterialien der kartonbasierten Verpackungslösung oder den Packstoffen weitere funktionale Eigenschaften wie beispielsweise gute Bedruckfähigkeit, Oberflächeneigenschaften, Oberflächenbeschaffenheiten und dergleichen verleihen.
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Die mechanischen Eigenschaften von Kartonwerkstoffen sind unter anderem abhängig von dem Basismaterial, der Holzsorte, der Faserorientierung, den jeweiligen Herstellungsschritten, den zugesetzten Additiven, der Werkstoffdichte beziehungsweise dessen Grammatur und der Werkstoffdicke und können infolge Fasertypen, -dichte und deren Ausrichtung auch lokal im Werkstoff variieren mit der Folge, dass ein wenigstens bereichsweise und richtungsabhängig anisotroper Basiswerkstoff vorliegt.
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Neben den zuvor genannten Aufgaben, Eigenschaften und Anforderungen an Verpackungslösungen für verschiedene Güter, Produkte, Lebensmittel und andere schutzbedürftige Gegenstände kann es erforderlich sein, die Öffnung der Verpackungslösung und, oder das Wiederverschließen der Verpackung bei der lediglich teilweisen Entnahme von Produkten zu bewerkstelligen. Dazu werden verschiedene Varianten eingesetzt die dem Grundgedanken entsprechen, die mechanischen Eigenschaften und, oder die strukturelle Integrität des festigkeitsbestimmenden Basiswerkstoffes Karton gezielt und partiell begrenzt in einer für die Öffnung und gegebenenfalls das (Wieder-)Verschließen geeigneten Weise zu beeinflussen oder zu modifizieren.
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Häufig besteht die öffnungs- oder verschließunterstützende Modifikation in einer partiellen Schwächung der Festigkeitseigenschaften und, oder Entfernen eines Teilflächenelementes des Basiskartons.
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Eine erste Variante kann beispielsweise darin bestehen, vor der Beschichtung des Basiskartons aus diesem ein Flächenstück, meist in Form eines kreisförmigen Loches, zu entfernen. Anschließend werden die erforderlichen Beschichtungsmaterialien ganzflächig, das heißt über dem Karton und dem entfernten Flächenstückbereich aufgebracht. Auf diese Weise ist das Verpackungsmaterial partiell in öffnungs- und, oder verschließunterstützender Art modifiziert. Besonders Vorteilhaft ist diese Modifikation bei dem Einsatz von Öffnungshilfen, Verschlüssen und insbesondere Drehverschlüssen oder Trinkhalmen, die mit der partiellen Modifikation zusammenwirken.
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Eine andere Variante unterstützt die Öffnung der Verpackungslösung durch die partielle Schwächung des Packstoffes beziehungsweise des zu einem Verpackungsmaterial wenigstens teilweise beschichteten Basiskartons. Dazu wird in wenigstens zwei Schichten des Verpackungsmaterials beziehungsweise des Packstoffes eine Perforation unterschiedlicher geometrischer Ausgestaltung eingebracht. Vorzugsweise ist die Perforation in dem Basiskarton und wenigstens einem Beschichtungsmaterial vorgesehen. Um die Barriereeigenschaften hinsichtlich Lichteinwirkung beizubehalten kann es vorteilhaft sein, die Aluminiumbeschichtung nicht zu perforieren.
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Durch diese Vorgehensweise nicht alle Schichten und, oder Laminatbestandteile eines Verpackungsmaterials beziehungsweise Packstoffes zu perforieren ergibt sich die Anforderung, die Perforation auf eine genau definierte Packstoff-/Verpackungsmaterialtiefe zu begrenzen, sodass die mechanischen Eigenschaften wie zuvor beschrieben modifiziert und die jeweiligen Schutzfunktionen durch Beschichtungsmaterialien wenigstens teilweise unangetastet sind. Man spricht in diesem Zusammenhang von Schnitt-/Steg-Perforationen, weil der perforierte Werkstoff in Dickenrichtung einen Schnitt und einen (nicht geschnittenen) Steg aufweist.
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Andere denkbare Perforationen können auf Mikrolochstanzungen (Mikroperforation) oder Abkantung beziehungsweise Abknicken (Knickperforation) basieren.
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Um Perforationen mit verschiedenen geometrischen Ausbildungen (beispielsweise sogenannte Schnitte, Stege oder Halfcut) zu realisieren werden verschiedene Fertigungsverfahren und Werkzeuge eingesetzt, beispielsweise Laserschneiden oder mechanisch basierte Perforationseinbringung durch rotativ bewegte Stanzbleche oder Segmente oder durch lineare Bewegungskinematiken beispielsweise auf einer Flachbettstanze.
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Eingebracht werden können Perforationen in verschiedenen Stadien der Packstoffherstellung und, oder vor der Füllung einer Verpackungslösung mit einem zu schützenden Produkt. Dazu können Rollenschneider, Beschichtungsanlagen, Druckmaschinen, Stanzen, Längsnahtmaschinen und, oder Füllmaschinen mit entsprechend geeigneten Einrichtungen ausgestattet sein.
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Perforationen und, oder überbeschichtete Flächenstücke der vorgenannten Art können mit verschiedenen Öffnungshilfen funktional zusammenwirken:
- – Öffnungshilfen mit Schneidelementen basieren auf Vielzahngeometrien,
- – Öffnungshilfen mit einer oder zwei Zähnen aufweisend unterschiedliche Bewegungskinematiken in einer oder mehrerer Raumrichtungen,
- – Öffnungshilfen mit Schneiden geeignet auch für Karton oder nur für Beschichtungsmaterialien,
- – Öffnungshilfen basierend auf Drückfunktionen mit Bewegungskinematiken in vorwiegend einer Raumrichtung.
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Verpackungslösungen, Packstoffe und Verpackungsmaterial können insbesondere im Zusammenhang mit Öffnungshilfen beziehungsweise mit öffnungs- oder verschließunterstützenden Modifikationen des Basiskartons durch partielle Schwächung der Festigkeitseigenschaften und, oder Entfernen eines Teilflächenelementes erhebliche Probleme und, oder Nachteile aufweisen.
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Durch die lokal verringerten Festigkeitseigenschaften ist die Empfindlichkeit des Packstoffes in seiner bahn- oder bogenförmigen Gestalt erheblich gesteigert verbunden mit dem Risiko unbeabsichtigter Beschädigung beispielsweise bei der weiteren Fertigung, Handhabung oder Transport.
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Vielfach sind die öffnungs- oder verschließunterstützenden Modifikationen des Basiskartons sowie die vorbereitenden oder nachfolgenden Fertigungsschritte teuer, aufwändig und, oder kompliziert. Auch sind gegebenenfalls spezielle maschinelle Ausgestaltungen der Fertigungsanlagen erforderlich.
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Bei der fertigungstechnischen Realisierung der öffnungs- oder verschließunterstützenden Modifikationen durch Laserschneiden können sich Qualitätsdefizite durch Aussetzungen des Laserstrahls während des Schnittes (diskontinuierlicher Laserstrahl) oder infolge abweichender, das heißt insbesondere zeitverzögerter Start- und Stoppeffekte ergeben.
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Ein weiteres Problem bei der partiellen Schwächung der Festigkeitseigenschaften und, oder Entfernen eines Teilflächenelementes des Basiskartons und, oder des Packstoffes beziehungsweise des Verpackungsmaterials durch oder mittels Laserschnitte kann sich durch das physikalische Wirkprinzip dieser Fertigungsform ergeben. Laser oder allgemeiner gebündeltes und in der Regel hochkonzentriertes Licht resultiert in ein thermisches Schneidverfahren. Durch die partielle Einwirkung sehr hoher Temperaturen kann der Basiskarton und, oder andere Verpackungsmaterialkomponenten lokale Verbrennungen, Schmaucheffekte und, oder andere Verkohlungen erleiden. Effekte dieser Art können sich in geschmacklich negativer Weise auf das zu verpackende Lebensmittel auswirken.
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Wird die Schwächung der Festigkeitseigenschaften des Basiskartons und, oder des Packstoffes beziehungsweise des Verpackungsmaterials durch Perforation herbeigeführt ist eine hochpräzise und nicht immer zuverlässig einzuhaltende Eintauch- beziehungsweise Schnitttiefe erforderlich. Dieser Umstand ist primär, aber nicht ausschließlich auf zwei Einflussfaktoren zurückzuführen: Zum einen ist eine sehr toleranzarme Fertigungssteuerung erforderlich, zum anderen ist bereits die Ermittlung der richtigen Eintauch- beziehungsweise Schnitttiefe erheblich toleranz- und ungenauigkeitsbehaftet. Weiterhin liegt häufig die Situation vor, dass die Werkstoffdicken des Basiskartons und der Beschichtungsmaterialien sehr erheblich voneinander abweichen können.
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Infolge dieser Unwägbarkeiten besteht das latente Risiko, dass die partielle Schwächung der Festigkeitseigenschaften des Basiskartons und, oder des Packstoffes beziehungsweise des Verpackungsmaterials bei zu geringer Perforationstiefe zumindest lokal nicht den angestrebten Werten entspricht oder das bei zu hoher Perforationstiefe die jeweiligen Schutzfunktionen der Beschichtungsmaterialien beeinträchtigt sind.
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Infolge des Einsatzes von Polyethylen (PE) als ein Beschichtungsmaterial kann sich im Zusammenhang mit der partiellen Schwächung der Festigkeitseigenschaften und, oder Entfernen eines Teilflächenelementes des Basiskartons und, oder des Packstoffes beziehungsweise des Verpackungsmaterials das sogenannte Problem des „PE-Ziehens” ergeben. Darunter verstehen Verpackungsfachleute das wenigstens temporär auftretende elastisch-plastische Materialverhalten des PE vor allem, aber nicht nur bei der Öffnung der Verpackung. Das PE kann als Folge seines Materialverhaltens Fäden ziehen und, oder ähnlich einer elastischen Membran nicht durchtrennt werden. Der elastische Anteil des Materialverhaltens kann in Rückstellkräften resultieren und die sich bildende Produktentnahmeöffnung der Verpackung in ungünstigen Fällen teilweise oder vollständig ungewollt verschließen.
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Als fertigungstechnische Herausforderung gestalten sich regelmäßig die einzuhaltenden Form- und Lagetoleranzen der partiellen Schwächungen der Festigkeitseigenschaften und, oder Entfernen eines Teilflächenelementes des Basiskartons und, oder des Packstoffes beziehungsweise des Verpackungsmaterials in ihrer geometrischen Ausgestaltung in absoluter oder relativer Hinsicht zueinander und, oder die relative Lage zu einer Öffnungshilfe. Besonders problematisch sind die sich gegebenenfalls in unerwünschter Weise aufaddierenden Toleranzen der daran beteiligten Fertigungsschritte.
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Es ist Aufgabe der Erfindung kartonagebasierte Verpackungslösungen mit wenigstens einer Schutzfunktion hinsichtlich vorzusehender öffnungs- oder verschließunterstützender Modifikationen durch partielle Schwächungen der Festigkeitseigenschaften und, oder Entfernen eines Teilflächenelementes weiterzubilden und bestehende Nachteile zumindest teilweise zu reduzieren.
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Die erfindungsgemäße Lehre erkennt, dass Perforationen durch eine Kombination mit Rillungen geeignet sind, die lokalen Werkstoffeigenschaften des zu perforierenden bahn- oder bogenförmigen Verpackungsmaterials beziehungsweise Packstoffes in einem definiert-geometrischen Bereich derart zu beeinflussen, dass die Eintauch- beziehungsweise Schnitttiefe des Perforationswerkzeuges erheblich genauer und toleranzreduziert erfolgt. Im Ergebnis werden Perforationen in Verpackungsmaterialien beziehungsweise Packstoffen unterstützt, deren Schnitttiefe beziehungsweise Stegdicke in sehr engen Toleranzbereichen liegen und sowohl definiert als auch reproduzierbar sind.
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Bei den bisher bekannten Perforationen dringt ein Perforationswerkzeug, das beispielsweise durch einen oder eine Mehrzahl von Schneidzähnen gebildet ist, infolge einer auf das Perforationswerkzeug einwirkenden und im Wesentlichen lotrecht auf das zu perforierende Werkstück wirkende Kraft in die Beschichtungsmaterialien und, oder den Basiskarton des Verpackungsmaterials beziehungsweise Packstoffes ein. Der Karton mit seinen wenigstens lokal vorhandenen anisotropen mechanischen Eigenschaften wird infolge dessen innerhalb eines diskreten Volumenelementes zunächst gestaucht beziehungsweise zusammengepresst bevor die Kartonfasern reißen oder durchtrennt werden.
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Diese prinzipiell auf elastisch-plastischem Werkstoffverhalten basierenden Effekte sind bei Kartonagen nicht nur besonders ausgeprägt, sondern bereichsweise erheblich variierend und nicht im Vorhinein definierbar. Primär verantwortlich sind die statistisch regellosen Ausrichtungen der Holzfasern innerhalb des Kartons sowie die Verwendung von unterschiedlichen Holzsorten mit ungleichen strukturellen Eigenschaften und Materialdicken in einer Charge für die Kartonherstellung.
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Die Erfindung erkennt, dass nicht nur aber insbesondere die elastische Komponente des Materialverhaltens maßgeblichen Einfluss auf die Schnitttiefe und, oder die Stegdicke und, oder das Verhältnis beider zueinander hat und sich dadurch deren erhebliche Toleranzbreiten ergeben.
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Als Folge der sich ergebenden Tiefentoleranzen kann entweder der Basiskarton nicht ausreichend, das heißt über seiner Materialdicke perforiert werden oder es wird auch der in Perforationsrichtung an den Karton angrenzende Beschichtungswerkstoff eingeschnitten oder es werden in diesen durch den Schnittkeil des Perforationswerkzeugs Spannungen induziert. Ist der angrenzende Beschichtungswerkstoff beispielsweise ein Aluminium können durch die verringerten mechanischen Eigenschaften direkt oder in der weiteren Folge Risse entstehen oder er wird durchtrennt, sodass die Barriereeigenschaften verloren gehen.
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Die Erfindung erkennt weiterhin, dass Rillungen geeignet sind zur signifikanten Beeinflussung der elastischen Komponente des Materialverhaltens des Basiskartons und, oder wenigstens einem der Beschichtungsmaterialien. Unter Rillungen im Sinn der Erfindung sind alle vorzugsweise linienförmigen und kerbartigen, von einer Oberfläche des Packstoffes beziehungsweise des Verpackungsmaterials ausgehenden Werkstoffkomprimierungen zu verstehen.
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Die komprimierten Werkstoffbereiche erstrecken sich insbesondere bei dem Kartonagematerial in einem lokal begrenzten und direkten Umfeld der Rilllinien, welche praktisch Oberflächenkerben darstellen. Weiterhin erkennt die Erfindung, dass die Werkstoffreaktion auf die Rillung durch einen Komprimierungsgradienten geprägt ist. Das bedeutet, dass die resultierende Werkstoffverdichtung im direkten Umfeld der Oberflächenkerbe diskontinuierlich in Querrichtung zur Rilllinie ist und ein relatives Komprimierungsmaximum im Kerbgrund vorliegt.
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Die wenigstens lokale Komprimierung durch Rillungen ist Ergebnis eines Stauchungsprozesses resultierend aus einer Kraftbelastung, die vorzugsweise annähernd lotrecht durch das Rillwerkzeug auf das zu rillende Werkstück aufgebracht und dem Betrag nach so gewählt wird, dass der elastische Verformungsanteil vollständig und der plastische Verformungsanteil des Packstoffes beziehungsweise des Verpackungsmaterials teilweise provoziert wird. Ergebnis eines Rillungsprozesses ist eine von der Werkstückoberfläche ausgehende Kerbe mit einem lokal gestauchten Komprimierungsbereich in Form einer bleibenden Verformung.
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Ein weiterer Erfindungsinhalt liegt darin zu erkennen, wie sich durch wenigstens eine Rillung die Nachteile bei der herkömmlichen Perforation in einen Packstoff beziehungsweise Verpackungsmaterial wenigstens teilweise reduzieren lassen. Die Erfindung erkennt, dass die partiellen Stauchungsresultate der Rillungen in oder benachbart von Perforationen die gewünschten Perforationsergebnisse maßgeblich verbessern können. Die partiellen Stauchungen unterstützen lokale Werkstoffeigenschaften mit geringerem elastischem Werkstoffverformungsanteil. Infolge dessen sind die lokalen, diskontinuierlich auftretenden, anisotropen elastisch-plastischen Werkstoffverhaltensmuster des Kartons und oder der Beschichtungsmaterialien des Packstoffes beziehungsweise des Verpackungsmaterials reduziert und, oder insbesondere vergleichmäßigt, sodass reproduzierbare Perforationstiefen mit engtolerierten Schnitttiefen beziehungsweise Stegbreiten oder deren Tiefenverhältnis zueinander unterstützt ist.
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Durch die zuvor beschriebenen lokal veränderten Werkstoffeigenschaften durch die Rillung und, oder die Verbesserungen der Perforationsausbildung ergeben sich neben der wenigstens teilweise Reduzierung der Nachteile der bekannten Perforationen durch die Erfindung weitere Vorteile in additiver oder alternativer Weise:
- – das lokal definierte und, oder vergleichmäßigte Werkstoffverhalten des Packstoffes beziehungsweise des Verpackungsmaterials verbessert die genauere Lageposition der Perforation,
- – gleiches gilt für deren Schnitttiefe,
- – die Schneiden beziehungsweise Zähne von mit der Perforation zusammenwirkenden Öffnungshilfen werden besser geführt,
- – eine Sollbruchstelle zur Öffnung der Verpackungslösung wird mit definierten Eigenschaften bereitgestellt,
- – die Stabilitätsmodifikation des Kartons und der Sollbruchstelle kann PE-Ziehen in seiner Ausprägung reduzieren oder verhindern,
- – Stabilitätserhöhung von Flächenausnehmungen an seiner scharnierähnlichen Klappstelle,
- – die Flächenausnehmung (der sogenannte Wegklapplappen) ist mit seinem Kartonbestandteil stabiler und besser geschützt als die vor dem Überbeschichten entfernten Flächenelemente (OCH – overcoated hole) ohne Kartonbasismaterial,
- – es wird eine Abreißlinie erzeugt um Materialspaltungen zwischen den Lagen des Kartons und der Beschichtungsmaterialien zu vermeiden,
- – Tiefe, Lage und Linearerstreckungsgenauigkeit der Schnitte, Perforationen oder Rillungen wird verbessert,
- – Führungverbesserung des Schneidzahnes oder Druckzahnes.
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Die Erfindung sieht vor, dass zur Erzielung wenigstens einer der genannten Vorteile, Verbesserungen oder Reduzierung von Nachteilen die Rilllinien wenigstens bereichsweise mit der Perforation interagieren dadurch, dass wenigstens ein Rilllinienabschnitt mit wenigstens einem Perforationsabschnitt in einem Flächenbereich benachbart sind derart, dass die induzierten Werkstoffverhaltensänderungen durch die Rillung im geometrischen Einflussbereich des wenigstens einen Perforationsabschnittes liegt.
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Prinzipiell können die Rilllinien vor, unmittelbar während oder nach der Perforation in den Packstoff beziehungsweise das Verpackungsmaterial eingebracht werden. Dabei ist es unerheblich, ob es sich um Bahn- oder bogenförmiges Ausgangsmaterial handelt.
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Wird die Rillung vor der Perforation realisiert greifen in der Regel alle zuvor ausgeführten Zusammenhänge uneingeschränkt. Wird die Rillung unmittelbar während der Perforation realisiert greifen die zuvor ausgeführten Zusammenhänge überwiegend und weitgehend. Wird die Rillung nach der Perforation realisiert greifen die zuvor ausgeführten Zusammenhänge eingeschränkt dahingehend, dass primär die veränderten lokalen, diskontinuierlich auftretenden, anisotropen elastisch-plastischen Werkstoffverhaltensmuster des Kartons und oder der Beschichtungsmaterialien des Packstoffes beziehungsweise des Verpackungsmaterials das funktionelle Zusammenwirken mit optional einsetzbaren Öffnungshilfen verbessert.
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Der Erfindungsgedanke unterstützt alle möglichen Ausgestaltungen und Varianten von Perforationen und Rillungen hinsichtlich
- – geometrischer Längserstreckung, beispielsweise ovaler, runder, linearer oder teillinearer Verläufe,
- – Perforationstypen wie beispielsweise Schnitt, Schnitt-Steg, Schnitt mit Brücken, Mikroperforation, HalfCut ect.,
- – Ein- und, oder Mehrfachanordnungen von wenigstens Teilbereichen der Rillungen und Perforationen sowie
- – deren relative Anordnung zumindest bereichsweise zueinander.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung eines bekannten Verpackungsmaterials (1) mit einem exemplarischen, mehrschichtigen Aufbau und
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2 die Schnittdarstellung eines bekannten Verpackungsmaterials (1) mit einem exemplarischen, mehrschichtigen Aufbau enthaltend eine Flächenelementfehlstelle (100) und
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3 die Schnittdarstellung eines bekannten Verpackungsmaterials (1) mit einem exemplarischen, mehrschichtigen Aufbau sowie einer Perforation (200) mit einer Schnitttiefe t, einer Schnittbreite b und einer Stegdicke s und
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4 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kombination von Perforation (200) und Rillung (300) in einem mehrschichtig aufgebauten Verpackungsmaterial (1) und
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5 eine Draufsicht auf eine mögliche Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Kombination wenigstens einer Perforation (200) in Teilkreisbogenform und wenigstens einer dazu außen vorgesehenen Rillung (300) in einer Kreisbogenform eingebracht in ein Verpackungsmaterial (1) und
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6 eine Draufsicht auf eine weitere mögliche Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Kombination wenigstens einer Perforation (200) in Teilkreisbogenform und wenigstens einer dazu innen vorgesehenen Rillung (300) in einer Kreisbogenform eingebracht in ein Verpackungsmaterial (1) und
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7 eine Draufsicht auf eine weitere mögliche Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Kombination wenigstens einer Perforation (200) in Kreisbogenform und zwei sowohl dazu innen als auch außen vorgesehenen Rillungen (300) in Kreisbogenform eingebracht in ein Verpackungsmaterial (1) und
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8 eine Draufsicht auf eine weitere mögliche Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Kombination wenigstens einer Perforation (200) in Teilkreisbogenform und zwei sowohl dazu innen als auch außen vorgesehenen Rillungen (300) in Kreisbogenform eingebracht in ein Verpackungsmaterial (1) und
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9 eine Draufsicht auf eine Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Mehrfachkombination von wenigstens zwei Perforationen (200) in Kreisbogenform und wenigstens drei sowohl dazu innen als auch außen vorgesehenen Rillungen (300) in Kreisbogenform eingebracht in ein Verpackungsmaterial (1) sowie
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10 eine Draufsicht auf eine weitere mögliche Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Kombination wenigstens einer Perforation (200) in Kreisbogenform und zwei sowohl dazu innen als auch außen vorgesehenen Rillungen (300) in Kreisbogenform kombiniert mit wenigstens einer Bogenabschnittsrillung (300') eingebracht in ein Verpackungsmaterial (1).
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1 bildet die Schnittdarstellung eines bekannten Verpackungsmaterials (1) mit einem exemplarischen, mehrschichtigen Aufbau ab. Gattungsgemäße Verpackungsmaterialien (1) dieser Art sind auch als Packstoff bekannt, die aus wenigstens einem Karton-Basismaterial (10) und wenigstens einem Beschichtungsmaterial (20, 60, 40, 50, 60) aufgebaut sind.
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Zwischen der wenigstens einen ersten Kartonschicht (10) und der wenigstens einen weiteren Schicht (20, 30, 40, 50, 60) können weitere Schichten, insbesondere Haftvermittlersubstanzen verschiedener Art ein- oder aufgebracht sein. Häufig ist die wenigstens eine weitere Beschichtung durch einen Aluminiumwerkstoff (30) gebildet, der als Partikel in einer Suspension gelöst aufgesprüht oder aufgedampft wird oder als bahn- beziehungsweise bogenförmiges Halbzeug auf beispielsweise den Karton (10) oder ein anderes Beschichtungsmaterial (20, 40, 50, 60) auflaminiert oder aufgedruckt wird.
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Infolge der Verwendung von Verpackungsmaterial (1) als ein das zu verpackende Produkt P einhüllenden Behälter ist wenigstens eine äußere Fläche des bahn- oder bogenförmigen Packstoffes (1) dem Produkt P zugewandt und mit diesem häufig auch in direktem Kontakt. Eine äußere Fläche des bahn- oder bogenförmigen Packstoffes (1) ist dem Produkt P üblicherweise abgewandt und kann eine nach außen sichtbare Oberfläche aufweisen.
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Die wenigstens eine äußere Fläche des bahn- oder bogenförmigen Packstoffes (1), die dem Produkt P zugewandt ist und in direktem Kontakt dazu steht kann insbesondere bei flüssigen und, oder fließfähigen Produkten P flüssigkeitsdichtende Eigenschaften aufweisen müssen. Bewährt haben sich in diesem Zusammenhang insbesondere kunststoffbasierte Beschichtungen (20).
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An die wenigstens eine nach außen sichtbare äußere Fläche des bahn- oder bogenförmigen Packstoffes (1) können optische, farbliche und, oder haptische Anforderungen gestellt werden. Geeignete Beschichtungsmaterialien sind beispielsweise Farbaufträge oder Offset-Druck (60) sowie im Fall der Beschichtung (40, 50) direkt auf das Kartonbasismaterial in Form von Kartonageaufdruck durch Offset-, Flexo- oder Tiefdruckverfahren
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Der Grundgedanke kartonbasierter, mehrschichtiger Verpackungsmaterialien (1) besteht darin, die mechanischen Eigenschaften des Kartons (10) für die Stabilität der daraus gebildeten Verpackung zu nutzen und die dem Karton (10) nicht zu eigenen Eigenschaften je nach gestellter Anforderung wie beispielsweise Keim- und, oder Lichtbarriere, hermetische Flüssigkeitsdichtheit, Oberflächenglattheit und so weiter praktisch „hinzu-zu-laminieren”.
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2 zeigt die Schnittdarstellung eines bekannten Verpackungsmaterials (1) mit einem exemplarischen, mehrschichtigen Aufbau enthaltend eine Flächenelementfehlstelle (100) ab. Unter Flächenelementfehlstelle (100) wird die wenigstens teilweise Entfernung eines Flächenabschnittes des Kartons (10) verstanden, sodass in diesem Flächenbereich des Verpackungsmaterials (1) der mehrschichtige Aufbau ohne die Kartonschicht vorliegt.
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Diese als überbeschichteten Löcher (OHC – overcoated hole) bekannten Flächenelementfehlstellen (100) können über einen stirnseitig des Ausschnittes liegenden Hohlraumbereich (101) verfügen, der durch die Schnittfläche am Karton (10) und die Beschichtungsmaterialien (40, 50, 20, 30, 60) umschlossen ist.
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Flächenelementfehlstellen (100) verfügen durch ihren konstruktiven Aufbau und infolge des Fehlens von Kartonmaterial (10) über verringerte mechanische und, oder strukturelle Festigkeitseigenschaften unter Beibehaltung der durch die jeweiligen Beschichtungsmaterialien (20, 30, 40, 50, 60) unterstützten Eigenschaften.
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Häufig, aber nicht zwingend sind Flächenelementfehlstellen (100) kreisförmig gestaltet, sodass sie mit beispielsweise Trinkhalmen oder Öffnungshilfen zur Entnahme von Produkt aus der Verpackungslösung funktionell zusammenwirken. Grundsätzlich sind Flächenelementfehlstellen (100) in allen geometrischen Ausgestaltungen realisierbar.
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3 illustriert in einer schematischen Schnittdarstellung ein bekanntes Verpackungsmaterials (1) mit einem exemplarischen, mehrschichtigen Aufbau sowie einer Perforation (200) mit einer Schnitttiefe t, einer Schnittbreite b und einer Stegdicke s.
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Eine Perforation (200) dieser Art kann in Längsrichtung als Schnitt-Steg-Folge oder als sogenannter HalfCut ausgeführt sein. In Dickenrichtung des Verpackungsmaterials (1) wird die Schnitttiefe t so gewählt, dass wenigstens das Kartonage-Basismaterial (10) mit seinen für die spätere Verpackungslösung festigkeitsbestimmenden Eigenschaften zumindest teilweise durchschnitten ist. Auf diese Weise wird eine gezielt lokale Festigkeitsverringerung erreicht, welche die Öffnung der Verpackungslösung und, oder deren Produktentnahme auf verschieden Arten unterstützt.
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Korrespondierend mit der Schnitttiefe t der Perforation (200) in Verbindung mit der Gesamtdicke des Packstofflaminates (1) ist die Stegdicke s. Der Perforationssteg umfasst die nicht oder nur teilweise geschnittenen Materialschichten des Verpackungsmaterials (1), sodass die Barriere-, Schutz- und, oder die jeweils zugeordneten sonstigen Beschichtungseigenschaften zumindest teilweise erhalten bleiben. Im gezeigten, lediglich als exemplarisch zu verstehenden Ausführungsbeispiel ist der Steg schematisch durch zwei Beschichtungsmaterialien (20, 30) gebildet.
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4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kombination von Perforation (200) und Rillung (300) in einem mehrschichtig aufgebauten Verpackungsmaterial (1).
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Sowohl die wenigstens eine Perforation (200) als auch die wenigstens eine Rillung (300) sind von der dem Produkt P beziehungsweise dem zu verpackenden Lebensmittel abgewandten Oberflächenseite und somit von außenseitig der späteren Verpackung eingebracht. Der Stegbereich der Perforation (200) grenzt folglich an die dem Produkt P beziehungsweise dem zu verpackenden Lebensmittel zugewandten Oberflächenseite. Das Ausführungsbeispiel in 4 zeigt eine Perforation (200) mit zwei benachbart dazu vorgesehenen Rillungen (300).
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Alternativ zu der Darstellung in 4 kann die wenigstens eine Rillung (300) auch von der Perforation (200) abgewandten Seite des Verpackungsmaterials (1) realisiert werden. Sind zwei oder mehrere Rillungen (300) vorgesehen können diese von einer oder beiden Seiten, symmetrisch oder unsymmetrisch in Lage und Anzahl eingebracht sein.
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Die Erfindung erkennt, dass wenigstens eine Rillung (300) in einem Abstandsbereich von 0 bis zu 10*b, vorzugsweise 0 bis 5*b den zuvor dargelegten werkstofftechnischen Vorteil unterstützt. Im Fall des Abstands Null liegt die Situation vor, dass Rillung (300) und Perforation (200) deckungsgleich übereinander liegen.
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5 umfasst die Draufsicht auf eine mögliche Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Kombination wenigstens einer Perforation (200) in Teilkreisbogenform und wenigstens einer dazu außen vorgesehenen Rillung (300) in einer Kreisbogenform eingebracht in ein Verpackungsmaterial (1).
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Die in diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel gezeigte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine teilkreisförmige Perforation (200) vor, sodass zumindest auf einem Abschnittsbereich des dazu kongruent projizierten (gedachten) Kreises keine Perforation (200) vorhanden ist. Auf diese Weise wird die sollbruchbildende Materialschwächung auf einen Teilkreis begrenzt und praktisch ein Scharnier (111) durch den nichtgeschwächten Teilkreis gebildet.
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Durch die der wenigstens eine Perforation (200) und, oder der wenigstens einen Rillung (300) wird im Ergebnis ein Öffnungsflächenelement (110) mit einem Scharnier (111) gebildet, welches den erleichterten Zugang zum Produkt P beziehungsweise das Öffnen der Verpackungslösung unterstützt.
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Das Scharnier (111) dient dazu, den Öffnungsbereich (110) beim und, oder nach dem Öffnen entlang der Perforation (200) aus der Verpackungsmaterialebene hinauszuklappen beziehungsweise zu verschwenken, sodass ein geöffneter Bereich vorliegt. Die Klappfunktion des Scharniers (111) kann durch die wenigstens eine Rillung (300) in dem perforationsfreien Bereich richtungsabhängig unterstützt werden.
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Nicht dargestellt, aber gleichfalls erfindungsgemäß möglich kann die Klappfunktion des Scharniers (111) statt oder ergänzend zu wenigstens einer Rillung (300) durch eine Perforation (200) mit verringerter Schnitttiefe t unterstützt sein.
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Die in diesem Beispiel die Perforation (200) außen umfassende Rillung (300) ist konzentrisch dazu angeordnet, sodass ein im Rahmen von Fertigungstoleranzen möglicher gleicher Abstand zueinander vorliegt. Andere Realisierungsmöglichkeiten können auch nichtkonzentrische relative Lagen und, oder von der Kreisgeometrie abweichende beliebige Linienverläufe der wenigstens einen Perforation (200) und, oder der wenigstens einen Rillung (300) umfassen.
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Wenigstens eine Positionsreferenz (70), die als Druckmarke realisiert werden kann ist nutzbar, um die relative Lage der wenigstens einen Perforation (200) und, oder der wenigstens einen Rillung (300) auf dem Verpackungsmaterial (1) zu definieren. Dazu kann durch eine beispielsweise optisch oder optoelektronisch gesteuerte Perforations- und, oder Rillungsvorrichtung die gewünschte Relativlage gewährleistet sein.
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6 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere mögliche Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Kombination wenigstens einer Perforation (200) in Teilkreisbogenform und wenigstens einer dazu innen vorgesehenen Rillung (300) in einer Kreisbogenform eingebracht in ein Verpackungsmaterial (1). Durch die das Öffnungsflächenelement (110) bereichsweise außen umschließende Perforation (200) kann die sich nach dem Öffnungsvorgang ergebende Schnittfläche relativ gratarm gestalten und eine saubere Schnittkontur wird erreicht.
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Eine weitere erfindungsgemäße Variante im Bereich der Öffnungsstelle eines Verpackungsmaterials (1) zeigt 7. Dargestellt ist eine Draufsicht auf eine andere mögliche Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Kombination wenigstens einer Perforation (200) in Kreisbogenform und zwei sowohl dazu innen als auch außen vorgesehenen Rillungen (300) in Kreisbogenform eingebracht in ein Verpackungsmaterial (1).
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8 illustriert eine Draufsicht der Schnittdarstellung von 4 auf eine weitere mögliche Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Kombination wenigstens einer Perforation (200) in Teilkreisbogenform und zwei sowohl dazu innen als auch außen vorgesehenen Rillungen (300) in Kreisbogenform eingebracht in ein Verpackungsmaterial (1). Auch diese Variante nutzt das Scharnier (111) dazu, den Öffnungsbereich (110) beim und, oder nach dem Öffnen entlang der Perforation (200) aus der Verpackungsmaterialebene hinauszuschwenken, sodass ein geöffneter Bereich unterstützt ist.
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Die Klappfunktion des Scharniers (111) kann durch die zwei Rillungen (300) in dem perforationsfreien Bereich gegenüber der Variante mit einer Rillung (300) gemäß 5 oder 6 nochmals verbessert werden. Auch erkennt die Erfindung dass es möglich ist, durch die relative Lage wenigstens einer Rillung (300) innerhalb oder ausserhalb der Perforation (200) die Lage der Klapp-Position des Scharniers (111), das heißt den Drehmittelpunkt der Schwenkbewegung gezielt zu beeinflussen.
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9 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Mehrfachkombination von wenigstens zwei Perforationen (200) in Kreisbogenform und wenigstens drei sowohl dazu innen als auch außen vorgesehenen Rillungen (300) in Kreisbogenform eingebracht in ein Verpackungsmaterial (1). Diese erfindungsgemäße Ausgestaltungsform kann bei der Verwendung möglicher Öffnungshilfen deren Formtoleranzen und, oder Größenungenauigkeiten und, oder einen Lageversatz von Öffnungshilfe und Perforationen (200) zueinander funktionell derart unterstützen, dass ein Zusammenwirken von Öffnungsbereich und Öffnungshilfe hinsichtlich der Öffnung der Verpackung und, oder Produktentnahme auch in diesen Fällen sichergestellt ist.
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10 umfasst eine Draufsicht auf eine weitere mögliche Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Kombination wenigstens einer Perforation (200) in Kreisbogenform und zwei sowohl dazu innen als auch außen vorgesehenen Rillungen (300) in Kreisbogenform kombiniert mit wenigstens einer Bogenabschnittsrillung (300') eingebracht in ein Verpackungsmaterial (1). Die wenigstens eine Bogenabschnittsrillung (300') ist fächerartig ausgebildet und nach innenseitig des Öffnungsbereiches (110) orientiert, sodass der wenigstens eine Zahn einer korrespondierenden Öffnungshilfe zu der Schnittlinie der Perforation (200) geführt und ein verbessertes Öffnen der Verpackungslösung im Öffnungsbereich (110) unterstützt ist. Ein weiterer additiv oder alternativ dazu sich ergebender Vorteil besteht darin, das sogenannte Aufsetztoleranzen, das heißt ein toleranzbehafteter Lageversatz von Öffnungshilfe und Öffnungsbereich (110) relativ zueinander ausgeglichen wird derart, dass die Öffnungsfunktion infolge des Zusammenwirkens nicht oder nur gering funktionell verschlechtert ist.
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Dem Grunde nach sind alle gezeigten erfindungsgemäßen Kombinationen wenigstens einer Perforation (200) und wenigstens einer Rillung (300) geeignet, mit verschiedenen Öffnungshilfen und, oder Trinkhalmen zusammenzuwirken. Gleiches gilt auch für die Öffnungsunterstützung auch ohne oder anderer Öffnungshilfsmittel.
