DE3338849A1 - Verfahren zur herstellung eines wasserdichten behaelters aus papier - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines wasserdichten behaelters aus papier

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Description

LEfNWiEBER & ZIMMERMANN
HIROMICHI INAGAKI AICHI (Japan)
PATENTANWÄLTE european patent attorneys
Dipl.-lng.H. Leinweber (1930-76) Dipl.-Ing. Heinz Zimmermann Dipl.-Ing. A. Gf. v. Wengersky Dipl.-Phys. Dr. Jürgen Kraus
Rosental 7, D-8000 München 2 2. Aufgang (Kustermann-Passage) Telefon (089) 2 60 39 89 Telex 52 8191 lepatd Telegr.-Adr. Leinpat München
26. Oktober 1983
Unser Zeichen ZU
Verfahren zur Herstellung eines
Wasserdichter Behältexsaus Papier
Die vorliegende Erfindung betrifft einen wasserdichten Behälter aus Papier, der nach dem Einfüllen eines Produktes zu einer Retortensterilisation geeignet ist, und die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines
solchen Behälters.
Die Sterilisierung eines in einem verschweißten Behälter enthaltenen Produktes durch Aufbringen von heißem Wasser oder Dampf auf die Außenseite des Behälters ist notwendig, um das Produkt für einen längeren Zeitraum haltbar zu machen. Ein Verfahren in dieser Richtung besteht in der Verwendung einer Dose aus Aluminium oder Stahl. Dies ist jedoch wegen der Beseitigung der leeren Dosen mit Umweltproblemen verbunden, wobei das Einsammeln der leeren Dosen viel Zeit und Geld kostet.
Von dieser Situation ausgehend wird vorgeschlagen, Metalldosen durch andere Behälter zu ersetzen. Da jedes Ersatzmaterial wegen der Retortensterilisation gegen Hitze, Wasser und Druck beständig sein muß, ist es bis heute noch nicht gelungen, Metalldosen zu ersetzen.
Selbstverständlich befinden sich Glasbehälter in weitem Gebrauch, diese neigen aber beim Transport zum Bruch, sind schwer und teuer und führen ähnlich wie Metalldosen zu Umweltproblemen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Papierbehälter zu schaffen, der sowohl an der Innen- als auch an der Außenseite wasserdicht ist und eine Retortensterilisation ermöglicht, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Behälters zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in folgenden Verfahrensschritten: Eine warmschrumpfbare Kunststoff-Folie wird in ein doppelwandiges Rohr mit einem Boden umgeformt, in das ein Papierrohr eingesetzt wird. Sodann wird die innerhalb des doppelwand!gen Rohres befindliche Luft so weit als möglich abgesaugt, und das Papier-
rohr wird sandwichartig versiegelt. Die auf diese Weise gebildete offene Mündung des Papierrohres wird mit einem gefalzten Metalldeckel verschlossen, so daß ein luftdichter Papierbehälter entsteht.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die bezüglich der Offenbarung aller nicht im Text beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:
Pig. I einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Papierbehälter,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines doppelwandigen Rohres aus einer warmschrumpfbaren Folie in welchem ein Papierrohr angeordnet ist,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch das eine Ende eines Papierrohres, das mit einer warmschrumpfbaren Folie versiegelt ist,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Papierrohr, dessen oberes und unteres Ende mit einer warmschrumpf baren Kunststoffolie versiegelt ist,
Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Papierbehälter, dessen Mündung mit einem gefalzten Metalldekkel verschlossen ist,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein Papierrohr und eine Matrize zur Herstellung des erfindungsgemäßen Papierbehälters,
Fig. 7 einen Längsschnitt, der zeigt;wie das Papierrohr zusammen mit einer Kunststoffolie in den Hohlraum der in Fig. 6 gezeigten Matrize eingebracht wird,
Fig. 8 einen Längsschnitt durch den Papierbehälter, dessen Boden im Anschluß an Fig. 7 warmverschweißt wird,
Fig. 9 einen Längsschnitt durch den mit dem Verfahren nach den Fig. 6 bis 8 hergestellten Papierbehälter ,
Fig. 10 einen Längsschnitt durch einen Papierbehälter,
wobei eine Mündung der diesen bedeckenden warmschrumpfbaren Kunststoffolie mit einem Ring verschlossen ist,
Fig. 11 einen Längsschnitt durch einen mit Saft gefüllten Papierbehälter,
Fig. 12 einen Längsschnitt durch eine Matrize zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Papierbehälters, wobei eine Papierscheibe in den Boden des Behälters eingesetzt wird,
Fig. 13 einen Längsschnitt durch einen mit dem Verfahren nach Fig. 12 hergestellten Papierbehälter,
Fig. 14 eine perspektivische Darstellung eines Papierblattes, das mit einer warmschrumpfbaren Kunststoffolie luftdicht bedeckt ist,
Fig. 15 einen Schnitt nach der Linie A-A in Fig. 14, und
BAD ORIGINAL
Fig. 16 einen Papierbehälter, der durch Rollen des in Fig. 14 gezeigten beschichteten Papierblattes gebildet wurde.
Gemäß Fig. 1 ist ein in üblicher Weise spiralig gerolltes Papierrohr 1 in ein doppelwandiges Rohr 2, 3 aus einer warmschrumpfbaren Kunstsfoff-Folie mit einem Boden eingesetzt. Nachdem in einer Unterdruckeinrichtung die Luft in einem maximalen Ausmaß aus dem doppelwandigen Rohr 2, 3 abgesaugt wurde, wird das doppelwandige Rohr warmverschweißt, wobei das Papierrohr 1 zwischen den Wänden 2 und 3 des Folienrohres angeordnet ist. Bei dieser Ausfuhrungsform besteht die warmschrumpfbare Kunststoff-Folie aus warmschrumpfbarem Nylon 7, dessen Innenseite mit Polyäthylen 8 beschichtet ist, um die Warmverschweißung zu verbessern.
Das in dieser Weise ausgebildete Papierrohr 1 wird sodann an der oberen und unteren Mündung mit einem gefalzten Metalldeckel versehen. Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch ein Papierrohr, dessen obere Mündung mit einem gefalzten Metalldeckel 4 verschlossen ist. Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der das doppelwandige Rohr 2, 3 anders als das in Fig. 1 gezeigte doppelwandige Rohr sowohl am oberen als auch am unteren Ende 5 und 6 offen und an beiden Enden warmverschweißt ist.
Wie dies vorstehend erläutert wurde, handelt es sich bei dieser Ausführungsform um ein Papierrohr 1, das in einem doppelwandigen Rohr 2, 3 sandwichartig verschweißt ist, wobei die obere und die untere Mündung mit einem gefalzten Metalldeckel verschlossen sind. Dieser Papierbehälter, der demzufolge sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite absolut wasserdicht ist, kann für Fruchtsaft
und andere Flüssigkeiten benutzt werden. Da sich innerhalb des doppelwandigen Rohres 2, 3 Iceine restliche Luft befindet, besteht kein Problem, daß sich Papier und Folie voneinander trennen, oder daß sich das Papierrohr 1 infolge der Expansion von restlicher Luft innerhalb des Doppelrohres 2, 3 bei der Retortensterilisation verformt. Der erfindungsgemäße Papierbehälter eignet sich daher für ein weites Anwendungsgebiet.
Bei der gemäß der Erfindung zu einem doppelwandigen Rohr geformten warmschrumpfbaren Kunststoff-Folie hat jegliche Erwärmung, beispielsweise bei der Retortensterilisation zur Folge, daß das doppelwandige Rohr schrumpft und an der Innen- und Außenseite des Papierrohres anhaftet. In diesem Fall schrumpft die Innenseite 3 der Folie nicht zum Zentrum hin, sondern sie bleibt an der Innenseite des Papierrohres 1 haften.
In den Fig. 6 bis 9 ist das Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Papierbehälters dargestellt. Gemäß Fig. 6 wird die Kunststoff-Folie a auf einer Matrize la angeordnet, die aus einem Innenteil 2a und einem Außenteil 3a besteht. Die Oberfläche der Kunststoff-Folie ist mit einer Polyäthylenfolie beschichtet. Sodann wird das Papierrohr 5a - der Hauptbestandteil des Papierbehälters in der in Fig. 7 gezeigten Weise in den vom Innen- und Aussenteil 2a und 3a der Matrize la begrenzten Hohlraum 4a eingeführt. Infolgedessen haftet die Kunststoff-Folie a an der Außen- und Innenfläche des Papierrohres 5a an. An der Oberseite des Innenteils 2a der Matrize ist die Oberseite des Papierrohres 5a durch die Kunststoff-Folie a1 verschlossen. Wie dies in Fig. 8 gezeigt ist, wird sodann der Rand der Kunststoff-Folie a über die Stirnkante 5a1 des Papierrohres 5a
zurückgefaltet und warmverschweißt. Die gesamte Oberfläche des Papierrohres 5a ist daher mit der Kunststoff-Folie a verschweißt. Während dieses Schweißvorganges kann die Innenseite des doppelwandigen Rohres soweit als möglich evakuiert werden. Fig. 9 zeigt einen Längsschnitt durch den auf diese Weise hergestellten Papierbehälter. Die Kunststoff-Folie a bedeckt die gesamte Oberseite des Papierrohres 5a, so daß kein Teil des Papierrohres 5a mit Luft in Berührung kommt. Nach dem Füllen mit Fruchtsaft wird die andere offene Mündung des Behälters mit einem Metalldeckel verschlossen, so daß der Behälter die herkömmlichen Metalldosen ersetzen kann. Bei dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren erscheinen sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite des Papierrohres 5a Falten der Kunststoff-Folie. Diese Falten sind vernachlässigbar, wenn sie auf der Innenseite auftreten, sie können aber nicht vernachlässigt werden, wenn sie auf der Außenseite auftreten. Abgesehen davon, daß die Außenseite des Papierrohres mit einem dekorativen Papier bedeckt werden kann, besteht eine Maßnahme zur Lösung dieses Problems in der Verwendung einer warmschrumpfbaren Kunststoff-Folie, um die im Inneren befindliche Luft soweit als möglich zu beseitigen, während das Papierrohr 5a verschweißt wird. Auf diese Weise haftet die Kunststoff-Folie a an dem Papierrohr 5a und eine nachfolgende Erhitzung bewirkt eine Schrumpfung der anhaftenden Kunststoff-Folie a, wodurch die vorstehend erwähnten Falten beseitigt werden.
Gemäß der Erfindung ist das Papierrohr 5a oder der Hauptkörper des Papierbehälters über seine gesamte Oberfläche luftdicht verschweißt, so daß kein Teil des Behälters mit Luft in Berührung kommt, während gleichzeitig der warmverschweißte Teil der Kunststoff-Folie a einen Teil des
Behälterbodens bildet, so daß im Inneren des Behälters kein verschweißter Bereich sichtbar ist. Dadurch werden sämtliche Schwierigkeiten einer schadhaften Verschweißung, wie z.B. kleine Löcher usw. umgangen. Es ist daher möglich, einen überaus zuverlässigen Papierbehälter für Flüssigkeiten zu schaffen.
In den Fig. 10 und 11 ist eine andere Ausfuhrungsform eines erfindungsgemäßen Papierbehälters gezeigt. Der zylindrisch gerollte Papierkörper Ib ist auf der Innenseite mit einer laminierten Aluminiumschicht Ix versehen. Mit dem Bezugszeichen 2b ist ein doppelwandiges Rohr aus einer warmschrumpf baren Folie mit einem Boden bezeichnet, das den gesamten Körper Ib bedeckt. Die offene Mündung des Folienrohrs 2b wird mit einem Drahtring 3b verschlossen, nachdem die im Inneren befindliche Luft so weit als möglich beseitigt wurde.
Wenn ein Papierbehälter der vorstehend beschriebenen Ausbildung in seiner Gesamtheit mit Heißluft oder heißem Wasser erhitzt wird, dann schrumpft das Folienrohr 2b, so daß die bei der Luftabsaugung erzeugten Falten verschwinden. Dieses Erhitzen zur Beseitigung der Falten kann durchgeführt werden, bevor ein Produkt eingefüllt wird, oder gleichzeitig mit der Sterilisationserhitzung nach dem Einfüllen des Produkts.
Fig. 11 zeigt einen Längsschnitt durch einen Papierbehälter nach dem Füllen mit einem Handelsprodukt und dessen beide offene Mündungen verschlossen sind. Die mit dem Ring 3b verschlossene offene Mündung kann mit einem dekorativen Boden 4b verdeckt sein, und die andere offene Seite ist mit einem Metalldeckel 5b verschlossen, der am Rand zur Bildung eines Falzes gerollt ist.
BAD
Bei dieser Ausfuhrungsform ist der Papierkörper Ib
von dem Folienrohr 2b vollständig bedeckt wnd an der Innen- und Außenseite absolut wasserdicht. Dieser Behälter ist daher für Fruchtsaft geeignet, und der leere Behälter -kann
nach dem Verbrauch in einer Verbrennungsanlage od. dgl.
mühelos beseitigt werden.
Da dieses Ausführungsbeispxel ein warmschrumpfbares
Folienrohr verwendet, verschwinden die während der Luftabsaugung erzeugten Falten auf der Oberfläche des Körpers Ib beim Erhitzen, wodurch eine Beeinträchtigung des Aussehens des Behälters verhindert wird.
Bei diesem Ausführungsbeispxel wird ein Papierrohr in ein doppelwandiges Rohr aus einer warmschrumpfbaren Kunststoff-Folie eingesetzt, woraufhin die Luft aus dem Inneren des Rohres beseitigt und das doppelwandige Rohr mit dem
Clip 3b dicht verschlossen wird. Dieses Herstellungsverfahren ist demzufolge einfach, so daß der Behälter in Massenproduktion mit geringen Kosten herstellbar ist.
In den Fig. 12 und 13 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt. Fig. 13 zeigt einen Längsschnitt durch einen Papierbehälter gemäß dieser Ausführungsform. Mit dem Bezugszeichen 2c ist eine Bodenplatte aus Papier bezeichnet, die in eine offene Mündung eines zylindrischen Papierkörpers Ic eingesetzt ist. Eine Kunststoff-Folie 3c bedeckt den Papierkörper Ic und die Innenseite der Bodenplatte 2c, und der Rand 3c1 der Kunststoff-Folie ist mit der Außenseite der Bodenplatte 2c verschweißt. Das Verschweißen des Randes 3c1 der Kunststoff-Folie mit der Bodenplatte 2c kann durch Aufbringen von Wärme nach dem Aufbringen einer Polyäthylenschicht auf der Außenseite der Bodenplatte 2c oder mit einem Dichtungsmittel erfolgen.
In Fig. 12 ist ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Behälters gemäß dieser Ausfuhrungsform gezeigt. Die Kunststoff-Folie 3c wird auf die aus der inneren Matrize 4c und der äußeren Matrize 5c bestehende Form 6c aufgelegt, und die Bodenplatte 2c wird auf die Folie 3c aufgelegt. Sodann wird der Papierkörper Ic von der Oberseite der Bodenplatte 2c her in Richtung des Pfeils in den Hohlraum 7c der Form 6c eingeführt. Die Bodenplatte 2c und die Innen- und Außenseite des Papierkörpers Ic sind demzufolge mit der Kunststoff-Folie 3c bedeckt, und der Rand 3c' der Kunststoff-Folie 3c wird nach hinten umgefaltet und mit der Außenseite der Bodenplatte 2c warmverschweißt.
Bei der Herstellung eines Behälters mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird eine warmschrumpfbare Kunststoff-Folie 3c verwendet. Wenn die innerhalb des Folienrohres befindliche Luft soweit als möglich beseitigt wird, während der Rand 3c1 mit der Bodenplatte 2c verschweißt wird, woran sich eine vollständige Verschweißung anschließt, dann beseitigt eine nachfolgende Erhitzung des gesamten Papierbehälters die Falten auf der Innen- und Außenseite des Behälters infolge der Warmschrumpfung der Folie.
Bei dieser Ausfuhrungsform bedeckt ein Stück Kunststoff-Folie 3c den Papierkörper Ic und die Bodenplatte 2c. Der warmverschwexßte Bereich befindet sich lediglich auf der Außenseite des Behälters und keine Schnittbereiche des Ausgangsmaterials kommen mit Luft in Berührung, so daß durch solche Schnittbereiche keine Flüssigkeit eindringen oder ein Bruch erfolgen kann. Wie dies aus Fig. 13 ersichtlich ist, kann der Behälter sehr einfach mit geringen Kosten hergestellt werden.
In den Fig. 14 bis 16 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt. Mit dem Bezugszeichen Id ist ein Ausgangsmaterial aus Papier bezeichnet, das in ein Papierrohr umgeformt wird, und mit dem Bezugszeichen 2d ist eine beutelartige warmschrumpfbare Kunststoff-Folie bezeichnet, die das Ausgangsmaterial Id bedeckt. Wie dies in Fig. 15 gezeigt ist, wird die im Inneren der warmschrumpfbaren Kunststoff-Folie 2d befindliche Luft soweit als möglich beseitigt, und die offene Mündung 3d wird warmverschweißt. Gemäß Fig. 16 wird auf dem folienbedeckten Ausgangsmaterial ein Papierrohr gebildet, und der Überlappungsbereich 4d wird verschweißt. Nach dem Anbringen eines Deckels und eines Bodens an den offenen Mündungen 5d und 6d erhält man einen Behälter.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Ausgangsmaterial aus Papier mit einer warmschrumpfbaren Kunststoff-Folie bedeckt, die im Inneren des Folienrohres befindliche Luft wird vor dem Verschweißen soweit als möglich beseitigt, und man erhält einen Papierbehälter. Selbst wenn ein Deckel und ein Boden, die beide aus Metall bestehen, für den Behälter benutzt werden, so besteht dieser hauptsächlich aus Papier, so daß der leere Behälter beispielsweise in einer Verbrennungsanlage leicht beseitigt werden kann.
Nach der Beschichtung mit der warmschrumpfbaren Kunststoff-Folie erlaubt der Papierbehälter kein Eindringen des flüssigen Inhalts und er kann für flüssige Nahrungsmittel, wie z.B. Fruchtsaft und Milch verwendet werden. Da der Behälter auch kein Eindringen von Wasser von der Außenseite her erlaubt, kann der mit einem Produkt gefüllte Behälter unmittelbar in einem Kessel zur Heißwasser-Steriliaierung angeordnet werden. Der Behälter eignet sich daher für solche Produkte, die eine Sterilisierung fordern. Im Falle
einer Retortensterilisierung bewirkt das heiße Wasser ein Schrumpfen der warmschrumpfbaren Kunststoff-Folie, so daß diese noch besser an der Oberfläche des Papierrohres anhaftet und keine Falten zurückbleiben, so daß der Behälter ein gutes Aussehen behält.
Neben den vorstehend genannten Vorteilen zeichnet sich der erfxndungsgemäße Papierbehälter auch dadurch aus, daß er im Vergleich zu Metalldosen leichter, besser zu bedrucken, billiger und stoßfester ist.
.45-
Wasserdichter Behälter aus Papier und Verfahren zu dessen Herstellung
Bezugszeichenliste :
1 Papierrohr Fig. 1-5
2, 3 doppelwandiges Folienrohr aus Kunststoff
4 Deckel
5 oberes Ende von 2,
6 unteres Ende von 2,
7 Nylonfolie
8 Polyäthylenschicht
la Matrize Fig. 6 bis
2a Innenteil von la
3a Außenteil von la
4a Hohlraum zwischen 2a, 3a
§a Papierrohr
a Kunststoff-Folie
5a' Stirnkante von 5a
Ib Papierkörper Fig. 10 und
Ix Aluminiums chich t
2b doppelwandiges Folienrohr
3b Drahtring
4b Boden
5b Deckel
lc Papierkörper
2c Bodenplatte
3c Kunststoff-Folie
3C Rand von 3c
4c innere Matrize
5c äußere Matrize
6c Form
7c Hohlraum
ld Äusgangsmaterxal
2d Folienbeutel
3d Öffnung von 2d
4d Überlappungsbereich
5d offenes Ende
6d offenes Ende
Fiff. 12 und 13 Fig. 14 bis 16

Claims (6)

Patentansprüche
1.j Verfahren zur Herstellung eines wasserdichten Behälters aus Papier, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer warmschrumpfbaren Kunststoff-Folie ein doppelwandiges Rohr gebildet wird, in das ein Papierrohr eingesetzt wird und daß nach Beseitigung der im Inneren des doppelwandigen Rohres befindlichen Luft das Papierrohr vor dem Verschweissen zwischen den beiden Folienwänden luftdicht angeordnet wird, woraufhin die offene Mündung des in dieser Weise hergestellten Papierrohres mit einem gefalzten Metalldeckel luftdicht verschlossen wird.
2. Verfahren zur Herstellung eines wasserdichten Behälters aus Papier, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kunststoff-Folie auf einer aus einem Innenteil und einem Außenteil bestehenden Matrize angeordnet wird woraufhin ein Hauptkörper aus Papier von außen her in den vom Innen- und Außenteil gebildeten Hohlraum eingesetzt und mit Ausnahme der zuletzt eingesetzten Stirnkante vollständig mit der Kunststoff-Folie bedeckt wird, wobei diese Stirnkante sodann mit der Kunststoff-Folie bedeckt wird, indem der Rand der Folie zurückgefaltet wird, und daß schließlich der gesamte Hauptkörper mit der Kunststoff-Folie luftdicht verschweißt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Folie warmschrumpfbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zuletzt eingeführte Stirnkante des Hauptkörpers aus Papier luftdicht verschweißt wird, nachdem die zwischen der Kunststoff-Folie und dem Hauptkörper befindliche Luft soweit als möglich beseitigt und in diesem Bereich ein Vakuum erzeugt wurde.
5. Verfahren zur Herstellung eines Papierbehälters, gekennzeichnet durch Einführen eines zylindrischen Körpers aus Papier in ein aus warmschrumpfbarer Kunststoff-Folie gebildetes einseitig geschlossenes doppelwandiges Rohr und bestmögliches Evakuieren des doppelwandigen Rohres und Zubinden der offenen Mündung des doppelwandigen Rohres.
6. Verfahren zur Herstellung eines Behälters, gekennzeichnet durch Einsetzen eines Bodens in eine offene Mündung eines zylindrischen Körpers aus Papier, Bedecken der Innen- und Außenseite des mit dem Boden versehenen zylindrischen Körpers mit einem Stück einer warmschrumpfbaren Kunststoff-Folie und Verschweißen des Randes der Kunststoff-Folie mit dem Boden.
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