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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung rohrförmiger Verbundbehälter und
insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung solcher
Behälter,
indem ein Auskleidungs- bzw. Deckstreifen und mindestens ein Pappestreifen
um eine Achse gewickelt und die verschiedenen Streifen miteinander
verklebt werden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Lebensmittel- und Getränkeprodukte
sowie andere verderbliche Erzeugnisse werden häufig in rohrförmigen Behältern verpackt,
die an beiden Enden verschlossen sind. Diese rohrförmigen Behälter enthalten
typischerweise mindestens eine stützende Körperlage und werden durch Wickeln
eines endlosen Streifens des Körperlagenmaterials
um einen Dorn der gewünschten
Form gebildet, um eine rohrförmige
Struktur zu erzeugen. Die Körperlage
kann spiralförmig
um den Dorn gewickelt oder durch eine Reihe Formelemente geführt werden,
sodass sie in einer gefalteten Form um den Dorn gewickelt wird. Am
stromabwärtigen
Ende des Dorns wird das Rohr auf bestimmte Längen zugeschnitten und dann
mit Verschlusskappen versehen, um den Behälter zu bilden.
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Rohrförmige Behälter dieses Typs enthalten typischerweise
eine Auskleidungs- bzw. Decklage auf der Innenoberfläche der
Körperlage
aus Pappe. Die Auskleidung verhindert, dass Flüssigkeiten wie Saft aus dem
Behälter
austreten, wie sie außerdem Flüssigkeiten
daran hindert, in den Behälter
einzudringen und möglicherweise
das darin enthaltene Lebensmittelprodukt zu verunreinigen. Die Auskleidungslage
ist vorzugsweise außerdem
beständig
gegen den Durchtritt von Gasen, um das Entweichen von Gerüchen aus
dem Behälter
und das Eindringen von Umgebungsluft in den Behälter, durch die das Lebensmittelprodukt
verdorben wird, zu verhindern. Die Auskleidungslage stellt al so
Sperreigenschaften und die Körperlage
stützende
Eigenschaften bereit.
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Herkömmliche Ruskleidungslagen enthalten meistens
einen Papier-/Aluminiumfolienschichtstoff, der gute Sperreigenschaften
sowie vorteilhafte Festigkeitseigenschaften hat. Insbesondere wird
die Auskleidung vor dem Wickeln der Körperlage auf den Dorn gewickelt
und muss hinreichend stark und steif sein, um ohne Dehnung oder
Faltenbildung unabhängig
auf den Dorn gewickelt werden zu können. Aufgrund des durch die
Folienschicht der Auskleidung bereitgestellten Absteifung sind derartige
Auskleidungen als "abgesteifte" Auskleidungen bekannt.
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Wie erwähnt enthält der Schichtstoff bzw. das
Laminat eine Schicht aus Aluminiumfolie und eine Kraftpapier-Unterlage,
damit die Folienschicht mit der Pappekörperlage verklebt werden kann.
Kleber auf wässriger
Basis (oder "Nasskleber") werden zum Verkleben der Auskleidungslage
mit der Körperlage
bevorzugt, da Kleber auf Lösungsmittelbasis
angesichts verschiedener Bedenken bezüglich ihrer umweltverträglichen
Anwendung und Entsorgung auf Ablehnung stoßen. Es war bisher jedoch schwierig, ein
zuverlässiges
Haftenbleiben der wässrigen
Kleber auf der glatten und undurchlässigen Oberfläche der
Aluminiumfolienschicht zu erreichen. Demzufolge wurde eine Kraftpapier-Unterlage
mit der Folienschicht vorverklebt, sodass die Auskleidung an der Pappekörperlage
mit Nassklebern verklebt werden kann. Allerdings wird die Auskleidung
durch das Kraftpapier teurer und dicker.
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Typischerweise enthält eine
als Papier/Folienschichtstoff gebildete Auskleidung eine Polymerschicht
auf der Oberfläche
der Folie, die einwärts zum
Innern des resultierenden Behälters
weist. Die Polymerschicht verhindert, dass das Produkt im Behälter mit
der Folienschicht in Kontakt kommt, was in manchen Fällen eine
Reaktion verursachen kann, durch die die Folie korrodiert und das
Produkt verfärbt
oder auf andere Weise verändert.
Die Polymerschicht ist normalerweise ein heißsiegelfähiges Material, wobei ein Randabschnitt
des Auskleidungsstreifens mit einem darüber liegenden gegenüberliegenden
Randabschnitt des Streifens heißgesiegelt werden
kann. Die Polymerschicht kann auch die Abriebbeständigkeit
der Folie verbessern und wirkt als Sperre, falls in der Folie winzige
Nadellöcher
vorhanden sind.
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Bei der Herstellung rohrförmiger Verbundbehälter wird
ein Streifen eines Auskleidungsmaterials um einen Formdorn gewickelt
und über
den Dorn vorwärtsbewegt,
während
der rohrförmige
Verbundbehälter
gebildet wird. Bei den derzeit in der industriellen Fertigung solcher
Behälter üblichen
Geschwindigkeiten der Fertigungsstraßen wird der Auskleidungsstreifen
typischerweise mit einer linearen Geschwindigkeit von 21,87 m/s
bzw. 122m/min(400 Fuß/min)
oder darüber
vorgeschoben und durch einen auf die Auskleidung gewickelten Pappestreifen und
durch das Band oder an anderes Gerät, das den rohrförmigen Behälter über den
Dorn vorschiebt auf den Dorn gepresst. Folglich entsteht eine erhebliche Reibung
zwischen dem Dorn und der Auskleidung, durch die Wärme erzeugt
wird. Diese Wärme
kann eine Erweichung der Polymerschicht der mit dem Dorn in Kontakt
stehenden Auskleidung verursachen, mit dem Ergebnis, dass die Auskleidung
dazu neigt, am Dorn haften zu bleiben und auf dem Weg über den
Dorn "abgescheuert" wird.
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Um dieser Tendenz zum Scheuern entgegenzuwirken,
wird typischerweise ein Schmiermittel auf die Innenoberfläche der
Auskleidung aufgebracht. Außerdem
wird der Dorn in manchen Fällen gekühlt, um
seine Temperatur hinreichend niedrig zu halten, sodass die Polymerschicht
der Auskleidung weniger leicht zu Erweichen und Anhaften am Dorn neigt.
Wenn allerdings die Polymerfilmschicht die Funktion einer Heißsiegelschicht
zu erfüllen
hat, ergibt sich ein gewisser Zwiespalt, da einerseits eine niedrige
Dorntemperatur wünschenswert
ist, um Scheuern und Haftenbleiben der Auskleidung auf dem Dorn
zu verringern, während
andererseits eine höhere
Dorntemperatur zur Förderung
der Aktivierung der heißsiegelfähigen Polymerschicht
zur Bildung einer Dichtung wünschenswert
ist.
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Bei Verwendung einer abgesteiften
Auskleidung kann dieses Dilemma weitgehend vermieden werden, indem
die Auskleidung oder zumindest die Randabschnitte, die zur Bildung
einer Dichtung überlappt
sind, unmittelbar vor dem Wickeln der Auskleidung um den Dorn auf
eine Temperatur über
der Siegeltemperatur für
die Polymerschicht erwärmt
wird. Die relativ große
Masse der Folie und der Kraftpapierschichten wirkt als Kühlkörper, der
die Wärme lang
genug hält,
sodass die Randabschnitte der Auskleidung miteinander heißgesiegelt
werden können, wenn
der Auskleidungsstreifen auf den Dorn gewickelt wird.
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Folien und Kraftpapiere sind jedoch
teuer und vergrößern die
Dicke, sodass es wünschenswert ist,
einen Behälter
und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Behälters bereitzustellen,
der eine "nicht abgesteifte" Polymerauskleidung mit den erforderlichen
Sperreigenschaften ohne die Aluminiumfolien- und die Kraftpapierschicht
enthält.
Wird jedoch eine nicht abgesteifte Auskleidung verwendet, entfällt die
Kühlkörperfunktion
der Folien- und Kraftpapierschichten. Die relativ dünne Polymerfilmauskleidung ist
folglich schwer zu erwärmen,
da ihre geringe Masse die Wärme
rasch abstrahlt.
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Die Verwendung nicht abgesteifter
Auskleidungen bringt auch andere technische Herausforderungen mit
sich. So war es beispielsweise aufgrund der Probleme im Zusammenhang
mit dem Wickeln einer nicht abgesteiften Auskleidung auf den Dorn wie
Dehnung, Faltenbildung oder eine sonstige Verformung der Auskleidung
mit herkömmlichen
Wickelvorrichtungen und -verfahren nicht wirtschaftlich oder in
wirtschaftlicher Weise durchführ bar,
einen Behälter mit
einer nicht abgesteiften Auskleidungslage herzustellen. Angesichts
der erheblichen Einsparungen an Material und Kosten, die solche
nicht abgesteiften Auskleidungen bieten, wäre es dennoch äußerst erstrebenswert,
Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung rohrförmiger Verbundbehälter mit
nicht abgesteiften Auskleidungen bereitzustellen.
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Nicht abgesteifte Auskleidungen bieten
außer
den Material- und Kosteneinsparungen noch weitere Vorteile. Im Einzelnen
führt der
Wegfall der Kraftpapier- und Folienschichten zu einer erheblichen Verringerung
der Dicke der Faltdichtung, mittels der ein Rand eines Auskleidungsstreifens
mit einem gegenüberliegenden
Rand eines Auskleidungsstreifens gesiegelt wird. Bei herkömmlichen
abgesteiften Auskleidungen waren schlangenartige bzw. Anaconda-Faltungen
erforderlich, um einen Rand der Auskleidung mit dem gegenüberliegenden
Rand zu siegeln, um so eine kontinuierliche dichte Auskleidung zu
erhalten. Bei einer schlangenartigen Faltung wird der unten liegende
Rand der Auskleidungsschicht in sich selbst zurückgefaltet und mit dem darüber liegenden
Rand verklebt. Die schlangenartige Faltung ermöglicht ein Heißsiegeln
der Polymerschichten auf der Oberfläche der Folienschicht, miteinander.
Alternativ kann ein Schmelzkleber verwendet werden, um den unten
liegenden Rand der Auskleidungslage mit dem darüber liegenden Rand zu verkleben.
Der Rand des Kraftpapiers wird also nicht dem Innern des Behälters ausgesetzt
und somit werden Flüssigkeiten im
Behälter
nicht vom Kraftpapier aufgesaugt. Ein Beispiel einer solchen Faltung
ist in U. S.-Patent Nr. 5,084,284, erteilt an McDilda et al. dargestellt.
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Die Dicke einer schlangenartig gefalteten Naht
ist gleich der dreifachen Dicke der Auskleidungslage. Bei relativ
dicken abgesteiften Auskleidungen bedeutet also die schlangenartige
Faltung eine erhebliche Dicke und verursacht Schwierigkeiten, wenn
die Enden des rohrförmigen
Behälters
hermetisch abgedich tet werden sollen. Insbesondere werden die Enden
des Rohrs nach dem Abschneiden häufig
nach außen
umgestülpt,
um eine gerollte kreisförmige
Wulst oder einen gerollten kreisförmigen Flansch an einem oder
beiden Enden des Rohrs zu bilden, auf die bzw. den dann Verschlusskappen
oder Membranen angebracht und normalerweise mit der Wulst mittels
eines Kleberdichtmittels, Heißsiegeln oder
einer anderen Technik gesiegelt werden. In dem Bereich jedoch, in
dem die schlangenartig gefaltete Naht einen Abschnitt der Kantenoberfläche bildet, kann
die Stirnfläche
der Wulst oder des Flansches stark uneben sein und berg- und talartige
Unregelmäßigkeiten
bilden. Demzufolge ist eine zusätzliche Menge
Kleberdichtmittel oder Heißsiegelmaterial
erforderlich, um diese Unregelmäßigkeiten
auszufüllen und
das Verschlusselement hermetisch auf dem rohrförmigen Behälter abzudichten. Das zusätzliche Aufbringen
von Kleberdichtmittel oder Heißsiegelmaterial
ist nachteilig, da zusätzliches
Dichtmittel verwendet werden muss, und es für den Verbraucher schwieriger
ist, die Dichtung wegen des zusätzlichen Dichtmittels
zu entfernen. Enthält
beispielsweise eine Membran eine Heißsiegelschicht, muss die gesamte Heißsiegelschicht
dicker ausgeführt
werden, obwohl die größere Dicke
eigentlich nur um den Umfang der Membran, wo sie mit der Wulst in
Kontakt kommt, benötigt
wird.
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Aufgrund der oben beschriebenen Probleme in
Zusammenhang mit abgesteiften Auskleidungen sind Anstrengungen zur
Entwicklung von Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung rohrförmiger Verbundbehälter mit
nicht abgesteiften Auskleidungen unternommen worden, bei denen die
Folien- und Kraftpapierschichten der Auskleidung weggelassen worden
sind. Außerdem
wurde nach Verfahren und Vorrichtungen gesucht, um Verbundbehälter mit
Auskleidungen ohne schlangenartig gefaltete Naht oder mit deutlich
geringeren Dicken der schlangenartig gefalteten Naht herzustellen.
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Eine Auskleidung, die vollständig aus
einer oder mehreren relativ dünnen
Polymerschichten besteht, wäre
besonders vorteilhaft, da die zusätzlichen Folien- und Kraftpapierschichten
mit den entsprechenden Kosten entfallen würden, und die Auskleidungsnaht
am umgestülpten
Ende des Behälters
einen relativ kleinen Buckel darstellen würde, sodass die Probleme in
Zusammenhang mit der hermetischen Abdichtung von Verschlüssen an
den Behälterenden
deutlich vermindert werden würden.
Demzufolge hat der Inhaber der vorliegenden Erfindung Anstrengungen
zur Entwicklung durchführbarer
Verfahren und funktionsfähiger
Vorrichtungen zur Herstellung von Behältern mit solchen nicht abgesteiften
Filmauskleidungen unternommen. Der Inhaber der vorliegenden Erfindung
hat z. B. Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Verbundbehältern mit nicht
abgesteiften Auskleidungen aus Polymerfilm und ohne schlangenartig
gefaltete Nähte
entwickelt, wie sie in der europäischen
Patentanmeldung Nr. 0857567, veröffentlicht
am 12. August 1998, mit dem Titel "Polymeric Liner Ply for Tubular
Containers and Methods and Apparatus for Manufacturing Same" und
in US-Patent Nr. 5,829,669 mit dem Titel "Tubular Container and
Methods and Apparatus for Manufacturing Same", erteilt am 3. November
1998, offenbart werden.
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Die Patentanmeldung '567 und das
Patent '669 offenbaren Verfahren und Vorrichtungen zum Formen von
Verbundbehältern,
bei denen gemäß einer
Ausführungsform
ein Polymerauskleidungsstreifen mit einem einen Körper formenden
Pappestreifen vor dem Wickeln um einen Formdorn verklebt wird. Durch
"Vorlaminieren" des Polymerauskleidungsstreifens und des Pappestreifens
wird die Auskleidung wirksam vom Pappestreifen abgesteift, sodass sie
sich relativ leicht zum Dorn vorwärtsbewegen lässt, ohne
bei diesem Prozess übermäßig gedehnt oder
anderweitig verformt zu werden. Der Polymerauskleidungsstreifen
ist relativ zur Pappe, mit der er verklebt wird, so versetzt, dass
sich ein schmaler Randabschnitt des Auskleidungsstreifens über einen Rand
des Pappestreifen hinaus erstreckt. Der laminierte Pappe-/Polymerstreifen
wird um den Dorn gewickelt, sodass die Ränder des Pappestreifens einander überlappen
und die schmalen Randabschnitte der Polymerauskleidung einander überlappen.
Einer der schmalen Randabschnitte des Auskleidungsstreifens enthält eine
nicht wässrige
Kleberschicht, die durch Wärme
aktivierbar ist. Vor und/oder während
der laminierte Pappe-/Polymerstreifen um den Dorn gewickelt wird,
wird die nicht wässrige
Kleberschicht auf dem schmalen Randabschnitt auf mindestens ihre
Aktivierungstemperatur erwärmt
und die überlappenden
Ränder
miteinander heißgesiegelt. Der
resultierende Verbundbehälter
hat also eine Polymerauskleidung ohne schlangenartig gefaltete Naht.
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Die Vorrichtung zum Laminieren der
Körper- und
Auskleidungslagen vor dem Aufwickeln der Lagen auf den Dorn ist
jedoch bei manchen Anwendungen möglicherweise
nicht die vorteilhafteste. So ist beispielsweise in manchen Fällen ein
getrennter Satz Feuchtpressen erforderlich, um die Laminierung vorzunehmen.
Außerdem
dürfte
klar sein, dass die Vorratsrollen sowohl der Auskleidungs- als auch
der Körperlage
auf derselben Seite des Dorns angeordnet werden müssen, was
die Anordnung der Vorratsrollen und die Führung der Lagen zum Dorn komplizierter
macht als dies der Fall wäre,
wenn die Auskleidungs- und Körperlagen
dem Dorn nicht von derselben Seite aus zugeführt werden müssten. Das
Auswechseln der Rollen kann ebenfalls erschwert sein, wenn die beiden
Rollen nahe beieinander liegen, was wahrscheinlich ist, um den Platz
wirksam zu nutzen.
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Angesichts dieser Nachteile haben
wir Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung rohrförmiger Behälter mit
nicht abgesteiften Filmauskleidungen entwickelt, die entweder das
gleich-seitige oder das gegen-seitige Aufwickeln des Auskleidungsstreifens
auf den Dorn gestatten. Ein Beispiel ist die US-A-5556365. Andere
Verfahren und Vorrichtungen werden in der europäischen Patentanmeldung Nr.
00 306 731.1 (Aktenzeichen 1080874) beschrieben, die gleichzeitig
mit dieser Anmeldung eingereicht wurde und den Titel "Tubular Composite
Containers Having Unsupported Film Liners and Methods and Apparatus
for Making Same" trägt,
die die Priorität
der US-Patentanmeldung Nr. 09/385,900, eingereicht am 30. August
1999 beansprucht. Gemäß dieser
Verfahren und Vorrichtungen wird eine Polymerfilmauskleidung von
einer Auskleidungsvorratsrolle abgezogen und durch eine die Spannung
steuernde Vorrichtung geführt,
die die Spannung der Auskleidung hinreichend niedrig hält, um eine
deutliche Verformung des Auskleidungsstreifens zu verhindern, und
der Auskleidungsstreifen wird um den Dorn gewickelt, bevor der oder
die Pappekörperstreifen
auf den Dorn gewickelt wird bzw. werden. Die Innenoberfläche der
Auskleidung, die mit dem Dorn in Kontakt steht, wenn der rohrförmige Behälter über den
Dorn vorgeschoben wird, weist ein heißsiegelfähiges Material auf, und ein heißsiegelfähiges Material
bildet auch zumindest einen Teil der Außenoberfläche der Auskleidung, die mit
der Pappekörperlage
durch einen Kleber auf Wasserbasis, einen sog. "Nass"-Kleber verklebt
ist. Ein Rand des Auskleidungsstreifens überlappt einen gegenüberliegenden
Rand des Auskleidungsstreifens, sodass die heißsiegelfähigen Materialien auf der Innen- und Außenoberfläche des
Streifens einander berühren.
Der Abschnitt des Dorns, den die Überlappungsverbindung passiert,
wird auf eine höhere Temperatur
unmittelbar unter der Siegeltemperatur, bei der die heißsiegelfähigen Materialien
aktiviert werden, um miteinander gesiegelt zu werden, erwärmt, wodurch
die Überlappungsverbindung
vorgewärmt
wird. Zusätzliche
Wärme wird
lokal durch fokussierte Infrarot- und/oder Umluftheizgeräte zugeführt, um
die Temperatur der Überlappungsverbindung
auf mindestens die Siegeltemperatur zu erhöhen und dadurch die Überlappungsverbindung
zu siegeln.
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Bei diesen Verfahren wird das heißsiegelfähige Material
auf der Innenoberfläche
beim Übergang über den
erwärmten
Abschnitt des Dorns erweicht und diese Erweichung führt zu einer
ausgeprägteren
Reibung zischen dem Auskleidungsstreifen und dem Dorn. Um dazu beizutragen,
diese Reibung zu verringern, kann unmittelbar vor dem Wickeln der
Auskleidung auf den Dorn ein Schmiermittel auf die Innenoberfläche des
Auskleidungsstreifens mit Ausnahme des heißzusiegelnden Randabschnitts
aufgebracht werden. Das Schmiermittel kann das heißsiegelfähige Material
kühlen
und dadurch dazu beitragen, dass der Randabschnitt auf einer höheren Temperatur
verbleibt als der Rest des heißsiegelfähigen Materials.
Zahlreiche allgemein übliche
Schmiermittel hinterlassen jedoch einen klebrigen Rückstand
auf dem Dorn, auf dem Staub haften bleibt und sich ansammelt, was
unerwünscht
ist. Schmiermittel können
außerdem
einen nachteiligen Einfluss auf die Siegelung der Membranen auf
den Enden des Behälters
haben. Außerdem
müssen
die Schmiermittel FDA-zugelassen (Food and Drug Administration)
sein, wenn sie zur Herstellung von Behältern für Lebensmittelprodukte verwendet
werden, wodurch die Arten und Mengen der verwendbaren Schmiermittel
beschränkt
werden.
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Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei Auskleidungen
mit herkömmlicher
schlangenartig gefalteter Dichtung ein heißsiegelfähiges Material auf der Innenoberfläche der
Auskleidung, die zum Dorn weist, erforderlich ist, da der Rand der
Auskleidung nach außen
gefaltet wird, um das heißsiegelfähige Material
in eine gegenüberliegende
Beziehung zum darüber
liegenden gegenüberliegenden
Rand der Auskleidung zu bringen, auf dessen Innenoberfläche sich
ebenfalls das heißsiegelfähige Material
befindet, sodass die Ränder
miteinander heißgesiegelt
werden können.
Im Fall der abgesteiften Auskleidungen mit einer Kraftpapier-Unterlage
dient die schlangenartig gefaltete Dichtung zur Siegelung der Ränder der Auskleidung
aufeinander, um eine ununterbrochene innere Sperre zu bilden, die
undurchlässig
gegenüber
Feuchtigkeit und/oder Gasen ist. Ein alternativer Typ der Auskleidungsnaht
ist eine gerade Überlappungsnaht, bei
dem ein Rand der Auskleidung den gegenüberliegenden Rand so überlappt,
dass die Innenoberfläche
des oben liegenden Randes die Außenoberfläche des unten liegenden Randes
berührt.
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Zum Heißsiegeln solcher geraden Überlappungsnähte muss
ein heißsiegelfähiges Material
auf der Innenoberfläche
der Auskleidung zumindest über die
Länge des
oben liegenden Randabschnitts sowie auf der Außenoberfläche der Auskleidung zumindest über den
unten liegenden Randabschnitt vorgesehen werden. Polymerfilm-Auskleidungsmaterialien,
bei denen das heißsiegelfähige Material
bereits auf einer oder beiden Seiten eines Basisfilms aufgebracht
ist, werden typischerweise durch Mehrschichtenextrudieren des heißsiegelfähigen Materials
und des Basisfilmmaterials, auf dem es aufgebracht wird, hergestellt,
und das heißsiegelfähige Material
wird im Allgemeinen auf die gesamte(n) Oberfläche (oder Oberflächen) des
Basisfilms aufgebracht. Das heißsiegelfähige Material
bedeckt also typischerweise die gesamte Innenoberfläche der
Auskleidung, gleichgültig, ob
es sich um eine abgesteifte oder nicht abgesteifte Auskleidung handelt.
Bei entweder nach außen
gefalteten Dichtungen oder geraden Überlappungsnähten wird
demzufolge das heißsiegelfähige Material auf
der Innenoberfläche
die Tendenz haben, am Dorn zu scheuern, wenn es auf seine Aktivierungs- oder Siegeltemperatur
erwärmt
wird.
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Angesichts des oben Gesagten wäre es äußerst wünschenswert,
Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, die in der Lage sind,
einen Verbundbehälter
mit einer nicht abgesteiften Polymerfilmauskleidung herzustellen.
Ferner wäre
es wünschenswert,
Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, die die Bildung eines
solchen Behälters
ohne Vorlaminieren der Körper-
und Auskleidungslagen gestatten. Es wäre weiterhin wünschenswert,
Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, die eine Verringerung
der Auskleidungsreibung auf dem Dorn und damit höhere Geschwindigkeiten der
Fertigungsstraßen bei
der Produktion von Verbundbehältern
mit nicht abgesteiften Polymerfilmauskleidungen ermöglichen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Von der vorliegenden Erfindung werden
die obigen und andere Aufgaben erfüllt und weitere Vorteile erzielt,
wobei die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Verbundbehälters enthält, der
einen Pappekörperstreifen
und einen mit diesem verklebten nicht abgesteiften Polymerfilm-Auskleidungsstreifen
bzw. -Deckstreifen aufweist, wobei die Innenoberfläche der
Auskleidung aus einem harten Polymermaterial mit einem relativ hohen
Schmelzpunkt gebildet wird, der Abscheuern selbst bei hohen Temperaturen
standhält,
und die Außenoberfläche aus
einem heißsiegelfähigen Material gebildet
wird, dessen Siegeltemperatur erheblich niedriger ist als der Schmelzpunkt
des harten Polymermaterials. Die Auskleidungsnaht wird gebildet,
indem ein Rand des Auskleidungsstreifens nach innen gefaltet wird,
sodass das heißsiegelfähige Material auf
dem gefalteten Rand nach innen zum Dorn weist, wobei der Auskleidungsstreifen
so um den Dorn gewickelt wird, dass der gefaltete Randabschnitt
einen gegenüberliegenden
Randabschnitt des Auskleidungsstreifens überlagert, und der gefaltete
Rand mit dem darunter liegenden gegenüberliegenden Randabschnitt
des Auskleidungsstreifens heißgesiegelt
wird. Somit besteht die in Berührung
mit dem Dorn stehende Oberfläche
des Auskleidungsstreifens aus dem harten Polymermaterial, das selbst dann
leichter über
den Dorn gleiten kann als das heißsiegelfähige Material, wenn der Dorn
erwärmt wird,
um das Heißsiegeln
der überlappenden Randabschnitte
zu unterstützen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann durch Falten des Randes der Auskleidung nach innen anstatt
nach außen
auf das heißsiegelfähige Material
auf der Innenoberfläche
der Auskleidung verzichtet werden. Dadurch ergeben sich mehrere
wesentliche Vorteile: Erstens verringert die Bereitstellung des
harten Polymermaterials auf der Innenoberfläche des Auskleidungsstreifens
das Scheuern des Auskleidungsstreifens am Dorn. Zweitens wird die Auskleidungsdicke
relativ zu einer Auskleidung mit heißsiegelfähigem Material sowohl auf der
Innen- als auch auf der Außenoberfläche (wie
bei Auskleidungen mit heißgesiegelten
geraden Überlappungsnähten) um
einen Betrag gleich der Dicke des auf der Innenoberfläche entfallenden
heißsiegelfähigen Materials
verringert. Drittens führt
der Wegfall der heißsiegelfähigen Beschichtung
auf der Innenoberfläche
der Auskleidung zu niedrigeren Kosten für die Auskleidung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung werden zumindest die überlappenden Randabschnitte
des Auskleidungsstreifens beim Übergang über einen
erwärmten
Abschnitt des Dorns erwärmt,
sodass das heißsiegelfähige Material
eine erhöhte
Temperatur unter seiner vorgegebenen Siegeltemperatur erreicht.
Durch Erwärmen
eines Abschnitts des Dorns, über
den der Auskleidungsstreifen wandert, kann der Auskleidungsstreifen
länger erwärmt werden,
sodass das heißsiegelfähige Material
ausreichend Zeit hat, die erhöhte
Temperatur zu erreichen. Zusätzliche
Wärme wird
dann der Überlappungsverbindung
der rohrförmigen
Auskleidung in einer am Dorn befindlichen zweiten Erwärmungsstation
lokal zugeführt,
um die Temperatur des heißsiegelfähigen Materials
weiter auf mindestens die vorgegebene Siegeltemperatur zu erhöhen und
die Randabschnitte zusammen zu siegeln. Auf diese Weise kann die
Dorntemperatur auf einer relativ niedrigeren Temperatur gehalten
werden als erforderlich wäre,
wenn die gesamte Erwärmung
zur Aktivierung des heißsiegelfähige Materials
durch Erwärmen
des Dorns erfolgen müsste.
Die Bereitstellung der harten Polymerschicht auf der Innenoberfläche der
Auskleidung fördert
die Nutzung der Dornwärme
beim Heißsiegelvorgang,
da die harte Polymerschicht sogar über den erwärmten Abschnitt des Dorns leicht
gleiten kann.
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Gemäß einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung wird die zusätzliche
Wärme zur
Aktivierung des heißsiegelfähigen Materials
lokal auf die Überlappungsnaht
der Auskleidung aufgebracht, indem ein Abschnitt der Dornoberfläche, über den
die Überlappungsnaht
wandert, auf eine höhere Temperatur
erwärmt
wird als die des Dornabschnitts mit erhöhter Temperatur. Vorteilhafterweise
wird Infrarotstrahlung auf die Überlappungsnaht
fokussiert und durchdringt die Randabschnitte der Auskleidung in
der Weise, dass die Dornoberfläche
unter der Überlappungsnaht
auf eine Temperatur über
der Siegeltemperatur des heißsiegelfähigen Materials
erwärmt
wird. Zusätzlich
zu oder anstelle des Infrarotstrahlers können jedoch auch andere Heizgeräte verwendet
werden, einschließlich
Umluft-Heißluftgeräte, die
auf die Überlappungsnaht
gerichtet werden, im Dorn angeordnete elektrische Heizgeräte oder
andere in der Heizungstechnik bekannte Heizgeräte.
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Zum Verkleben der Auskleidungs- und
Pappekörperstreifen
wird ein Kleber auf die Oberfläche des
Pappekörperstreifens
aufgebracht, der zur Außenoberfläche der
rohrförmigen
Auskleidung weist. Vorteilhafterweise wird die Oberfläche des
Auskleidungsstreifens, die die Außenoberfläche der rohrförmigen Auskleidung
bildet, behandelt, um die Adhäsion
des Klebers daran zu verbessern. Die Oberflächenbehandlung bei einer bevorzugten
Ausführungsform
weist eine Koronaentladungsbehandlung auf. Alternativ kann Beflammen
angewendet werden.
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Um die Haftung der Auskleidung auf
dem Pappekörper
weiter zu verbessern, hat der Auskleidungsstreifen gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung eine adhäsionsfördernde
Beschichtung, die die zum Pappekörper
weisende Oberfläche
der Heißsiegelschicht
bedeckt. Die adhäsionsfördernde
Beschichtung bedeckt jedoch nicht die Randabschnitte, sodass die
Heißsiegelschicht
auf den Randabschnitten frei bleibt. Wird der Auskleidungs streifen
in der Form geliefert, dass die adhäsionsfördernde Beschichtung die gesamte
Oberfläche
der Heißsiegelschicht
bedeckt, enthält
das Verfahren gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung den Schritt des Entfernens der Beschichtung von den Randabschnitten,
um die Heißsiegelschicht
vor dem Falten des einen Randabschnitts des Auskleidungsstreifens
nach innen und des Wickelns des Auskleidungsstreifens auf den Dorn
freizulegen. Die adhäsionsfördernde
Beschichtung kann entweder mechanisch oder mittels Wärme entfernt
werden.
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Dünne
Polymerfilme sind dehnbar und deshalb wird die Spannung des Polymerfilm-Auskleidungsstreifens
vorzugsweise gesteuert, um sie hinreichend niedrig zu halten, sodass
eine Dehnung des Auskleidungsstreifens im Wesentlichen vermieden wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird deshalb die Spannung des Auskleidungsstreifens
so gesteuert, dass sie unter ca. 179 g/cm (1 pound per inch) der
Breite des Auskleidungsstreifens liegt, womit Filme mit Dicken bis
herunter zu 1,27*10–3 bzw. 12, 7 × 10–3 mm
(0,0005 Inch) als Auskleidungsstreifen verwendet werden können.
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Die Erfindung umfasst auch rohrförmige Behälter mit
nicht abgesteiften Auskleidungen aus Polymerfilm. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung weist ein rohrförmiger
Behälter
mindestens eine aus Pappe gebildete Körperlage, die zu einer Rohrform
mit einer Innenoberfläche
gewickelt wird, und eine Polymerauskleidungslage auf, die zu einer
rohrförmigen
Auskleidung gewickelt wird und eine Außenoberfläche hat, die mit der Innenoberfläche der
Körperlage
verklebt wird. Die rohrförmige Auskleidung
enthält
mindestens eine Faltdichtung, die sich allgemein in Längsrichtung über den
Behälter
erstreckt, wobei die Faltdichtung durch einen ersten Randabschnitt
der Auskleidungslage, der zum Innern des Behälters nach innen gefaltet wird,
und einem gegenüberliegenden
zweiten Randabschnitt der Auskleidungslage, der den gefalteten ersten Randabschnitt überlappt
und mit diesem gesiegelt wird, gebildet wird.
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Die Auskleidungslage enthält eine
Heißsiegelschicht,
die zur Körperlage
weist und aus einem heißsiegelfähigen Material
mit einer Siegeltemperatur gebildet ist, bei der das heißsiegelfähige Material weich
wird und sich in sich selbst siegelt, wobei die Auskleidungslage
eine die Innenoberfläche
des Behälters
bildende harte Polymerlage enthält,
die aus einem Polymermaterial mit einem Schmelzpunkt erheblich über der
Siegeltemperatur der Heißsiegelschicht
gebildet ist. Die harte Polymerlage der Auskleidungslage weist vorzugsweise
ein Sperrmaterial auf, das gegenüber
Feuchtigkeit und Gasen im Wesentlichen undurchlässig ist, und bei dem es sich
u. a. beispielsweise um metallisiertes OPET und metallisiertes OPP
handeln kann. Die Heißsiegelschicht enthält vorzugsweise
Polyester oder eine Mischung aus Polyester und einem Ethylenvinylacetatcopolymer.
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Bei einer Ausführungsform enthält der Auskleidungsstreifen
eine Beschichtung aus einem adhäsionsfördernden
Material, das auf der Oberfläche der
zur Körperlage
weisenden Heißsiegelschicht
aufgebracht ist, um die Haftung der Auskleidungslage an der Körperlage
zu verbessern. Die adhäsionsfördernde
Beschichtung endet so neben den Randabschnitten des Auskleidungsstreifens,
dass die Heißsiegelschicht
auf den Randabschnitten freiliegt. Bei einer solchen nicht abgesteiften
Auskleidung ist das Randfaltverfahren der vorliegenden Erfindung
einer einfachen Überlappungsdichtung
vorzuziehen, da diese eventuell keine ausreichende Haftfestigkeit
zwischen dem Heißsiegelmaterial
auf der einen Seite des Films und dem vom Heißsiegelmaterial verschiedenen
Material auf der anderen Seite bereitstellt, um Operationen wie
Sicken und Versiegeln der Endverschlüsse standzuhalten.
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Außerdem kann der gefaltete Randabschnitt der
Auskleidung vorteilhaft mit dem Rest der Auskleidung mittels Schmelzkleber,
Ethylenmethylacrylat oder Mischungen davon verklebt werden, um eine gute
Faltbindung bereitzustellen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und
Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung
bestimmter bevorzugter Ausführungsformen
in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen weiter verdeutlicht;
es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines rohrförmigen Verbundbehälters mit
einer nicht abgesteiften Auskleidung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in 1 durch die Auskleidungs-Überlappungsverbindung
des Behälters;
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3 eine
schematische Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in 2, die den mehrschichtigen Aufbau
der Polymerfilmauskleidung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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4 eine
schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung zur Herstellung rohrförmiger
Verbundbehälter
mit nicht abgesteiften Polymerfilmauskleidungen;
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5 eine
Schnittansicht durch eine Überlappungsverbindung
eines Behälters
gemäß einer anderen
Ausführungsform
der Erfindung, bei der eine adhäsionsfördernde
Beschichtung die zur Körperlage
weisende Oberfläche
der Auskleidung bedeckt; und
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6 eine
Ansicht ähnlich
der von 5, die eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung zeigt, bei der ein Dichtmittel zwischen dem gefalteten Randabschnitt
des Auskleidungsstreifens und dem Rest des Auskleidungsstreifens
aufgebracht ist.
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Detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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Die Erfindung wird nunmehr unter
Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen erläutert. Es
versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt ist,
sondern andere Formen innerhalb des Gültigkeitsbereichs der beigefügten Ansprüche annehmen kann.
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1 und 2 zeigen einen Verbundbehälter 10 mit
einer nicht abgesteiften Auskleidung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Obwohl der rohrförmige Behälter 10 mit
einem kreisförmigen
Querschnitt dargestellt ist, kann er jede Querschnittsform haben,
die sich durch Wickeln des Rohrs um einen entsprechend geformten
Dorn herstellen lässt.
Das Rohr kann beispielsweise rechteckig mit abgerundeten Ecken geformt
werden. Die in 1 dargestellte Ausführungsform
ist besonders vorteilhaft zur Verpackung von Kartoffel-Crisps oder
-Chips und enthält eine
flexible Membrandichtung 11 sowie eine wieder verwendbare Kunststoffverschlusskappe 12 über der Dichtung.
Je nach Art des zu verpackenden Produkts können jedoch verschiedene andere
Endverschlüsse verwendet
werden. Ist z. B. Teig zu verpacken, bestehen die Verschlusskappen
typischerweise aus Metall und werden durch Bördeln abdichtend an den Enden des
Behälters
angebracht.
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Wie detaillierter in 2 dargestellt enthält der rohrförmige Behälter 10 eine
wand mit einer Körperlage 13,
die vorzugsweise aus Pappe gebildet ist, und eine Auskleidungs-
bzw. Decklage 14, die vorzugsweise aus einem Polymermaterial
gebildet ist, das mit der Innenoberfläche der Körperlage 13 verklebt
wird. Das obere Ende des rohrförmigen
Behälters 10 wird
umgestülpt,
um eine Wulst 15 oder einen Flansch zu bilden, und die
Membrandichtung 11 wird hermetisch dicht auf der Oberfläche der
Wulst mit einem Dichtmittel (nicht dargestellt), das typischerweise
Bestandteil der Membran ist, angebracht. Die Verschlusskappe 12 wird
dann über
der Wulst 15 eingerastet und kann wieder verwendet werden,
nachdem den Membrandichtung 11 entfernt worden ist. Ein Metallverschluss
(nicht dargestellt) kann am gegenüberliegenden Ende des Behälters 10 befestigt
werden.
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Die Nähte, mit denen die verschiedenen
Lagen miteinander verbunden werden, sind in 2 dargestellt. Die Pappekörperlage 13 besteht
aus einer relativ dicken und steifen Pappe. Demzufolge werden bei
manchen Behältertypen
wie selbstöffnenden
Behältern
die Kanten zuerst abgeschrägt
und dann während
des Rohrformungsprozesses mit einem Kleber 20 zusammengefügt, um eine
starke Naht zu bilden. Die Auskleidungslage 14 wird mit
der Innenoberfläche
der Körperlage 13 mittels
Nasskleber 21 verklebt und die überlappenden Ränder der Auskleidungslage
werden miteinander verklebt, um sicherzustellen, dass der Behälter 10 vollkommen dicht
ist. Eine Etikettenlage 22 wird vorzugsweise mit der Außenoberfläche der
Körperlage 13 verklebt,
auf der sich grafische Darstellungen und/oder gedruckte Angaben
bezüglich
des Produktes im Behälter
befinden.
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Die Auskleidungslage 14 enthält eine
Faltdichtung 16, die durch Überlappen eines gefalteten ersten
Randabschnitts 17 der Auskleidung mit einem gegenüberliegenden
zweiten Randabschnitt der Auskleidung und Siegeln der überlappenden Randabschnitte
gebildet wird, wie nachstehend näher
beschrieben wird. Der gefaltete Randabschnitt 17 wird aus
Gründen,
die nachstehend erläutert
werden, zum Innern des Behälters
nach innen gefaltet.
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Eine Vorrichtung zur Herstellung
rohrförmiger
Behälter
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in 4 dargestellt.
Ein kontinuierlicher Streifen aus Pappekörperlagenmaterial 13 wird
der Vorrichtung zugeführt
und durchläuft
zuerst ein Paar einander gegenüberliegender
Kantenschneider 31. Die Kantenschneider entfernen einen
Teil der quadratischen Kante der Körper tage 13, um erste 32 und
zweite 33 Kanten mit abgefaster Ausführung zu erzeugen.
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Die Körperlage 13 wird dann
durch einen Kleberapplikator 34 geführt, der einen Kleber 21 auf die
obere Oberfläche
der Körperlage
aufbringt. Der Kleber 21 ist vorteilhafterweise ein wässriger
Kleber, durch den die zahlreichen Probleme in Zusammenhang mit Klebern
auf Lösungsmittelbasis überwunden
werden. Aus dem Kleber verdampfende Lösungsmittel brauchen nicht
mit einer Spezialausrüstung
gesammelt zu werden, um Umweltvorschriften zu genügen. Ein
bevorzugter Kleber ist Nr. 72–4172, von
der National Starch and Chemical Company. Ein anderer Kleber, der
ebenfalls verwendet werden kann, ist Nr. 33-4060, der ebenfalls
von der National Starch and Chemical Company verfügbar ist.
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Die Körperlage 13 und der
darauf aufgebrachte Kleber 21 werden dann unter einem Heizgerät 35 durchgeführt, das
zumindest einen Teil des Wasseranteils des wässrigen Klebers 21 verdampft, um
den Kleber gut klebend zu machen. Es ist wichtig, dass dem Kleber
die korrekte Wärmemenge
zugeführt
wird. Zu wenig Wärme
verdampft nicht genug Wasser in einer ausreichend kurzen Zeitdauer,
was dazu führt,
dass der Kleber nicht ausreichend klebrig wird. Umgekehrt trocknet
zu viel Wärme
den Kleber aus, sodass er an Klebrigkeit verliert. Es wurde festgestellt,
dass mindestens etwa 100.000 J/m2 eine geeignete
Wärmemenge
ist, um den Nasskleber klebrig zu machen. Insbesondere wird eine
Erwärmung
des Klebers mit mindestens ca. 460.000 J/m2 bevorzugt. Es
wurde festgestellt, dass bei einer Geschwindigkeit der Körperlage 13 von
ca. 2,73 m/s bzw. 15,24 m/min(50 Fuß/min) (oder bei einer Erwärmungsdauer
unter ca. 3 Sekunden) die Erwärmung
des Klebers 21 mit einem Heizgerät 35, das einen Wärmefluss von
200.000 W/m2 hat, die Temperatur der Pappekörperlage 13 mindestens
auf den Siedepunkt von Wasser, d. h. 100°C (212°F auf Meereshöhe), und
maximal auf 160°C
(320°F)
erhöht.
Für den Durchschnittsfachmann
versteht es sich jedoch, dass diese Parameter in Abhängigkeit
von verschiedenen Faktoren einschließlich der Dicke der Kleberschicht 21, des
Wirkungsgrades der Wärmequelle,
der Geschwindigkeit der Körperlage
(bei Geschwindigkeiten der Fertigungsstraße von bis zu 21,87 m/s bzw.
122 m/min (400 Fuß/min)
und der Art des verwendeten Klebers variieren können. Eine ausreichende Wärmemenge
ist also dafür
maßgeblich,
dass der Kleber in einer kurzen Zeitspanne klebrig wird ohne auszutrocknen.
Ein bevorzugter Typ Wärmequelle
ist ein Infrarotheizgerät,
obwohl auch verschiedene andere Wärmequellen z. B. Umlufterwärmung oder
dgl. verwendet werden können.
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3 zeigt
einen bevorzugten Aufbau der Auskleidung, die eine Heißsiegelschicht 60 und
eine Sperrschicht 61 enthält. Die Sperrschicht 61 bildet die
Innenoberfläche
der Auskleidung, die zum Innern des Behälters weist, und außerdem mit
dem Dorn in Kontakt kommt, wenn die Auskleidung auf den Dorn gewickelt
wird wie nachstehend beschrieben. Die Sperrschicht 61 weist
deshalb vorzugsweise ein relativ hartes Polymer auf, d. h. ein Polymer
mit einem relativ zur Temperatur, bei der die Heißsiegelschicht
aktiviert wird, relativ hohen Schmelzpunkt. Die Sperrschicht 61 ist
vorzugsweise undurchlässig
für Flüssigkeiten
und/oder Gase wie Sauerstoff. Wird eine Sperre sowohl für Flüssigkeiten
als auch vorzugsweise für
Gase gefordert, ist metallisiertes Polyester ein bevorzugtes Sperrmaterial.
So stellt beispielsweise metallisiertes Polyethylenterephthalat
(PET) eine gute Sperre gegen den Durchgang von Flüssigkeiten und
Gasen bereit und hat einen relativ hohen Schmelzpunkt von ca. 177°C (350°F). Für manche Lebensmittelprodukte
z. B. verschiedene Säfte
ist jedoch keine Gassperre erforderlich und andere Sperrmaterialien
können
verwendet werden (obwohl die Sperre auch grundsätzlich undurchlässig für Gase sein
kann). Es versteht sich, dass verschiedene Sperrmaterialien oder -eigenschaften
je nach dem zu verpackenden Produkt eingesetzt werden können.
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Alternative harte Sperrfilme enthalten
metallisiertes OPP, metallisiertes gerichtetes HDPE, metallisiertes
Nylon und dgl., was für
den Fachmann deutlich ist. Eine Oberfläche der Sperrschicht 61 kann eine
dünne metallisierte
Beschichtung 62 enthalten, um ein metallisches Aussehen
zu erzielen und um außerdem
die Sperreigenschaften zu verbessern. Die metallisierte Beschichtung 62,
die aus Aluminium gebildet werden kann, ist jedoch wesentlich dünner als
eine Folienschicht und ist bei bestimmten Anwendungen nicht erforderlich,
um Festigkeits- oder Sperreigenschaften bereitzustellen. Somit kann
auf eine dicke und teure Folienschicht in vorteilhafter Weise verzichtet
werden. Die Sperre kann eine Siliziumdioxidbeschichtung haben. Die
Auskleidungslage 14 hat vorzugsweise eine Gesamtdicke von
weniger als ca. 0,0508 mm (2 mil) und beträgt mehr bevorzugt ca. 0,0254
mm (1 mil) oder weniger.
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Die Heißsiegelschicht 60 weist
ein heißsiegelfähiges Material
auf, das erweicht und sich leicht mit sich selbst verklebt, wenn
es auf seine Siegeltemperatur erwärmt wird. Beispiele geeigneter
heißsiegelfähiger Materialien
sind u. a. Polyester, Ethylenvinylacetatcopolymer (EVAC), Ethylenmethylacrylat und
Mischungen aus diesen.
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Nunmehr sei erneut auf 4 verwiesen, aus der ersichtlich
ist, wie die Auskleidung 14 von einer Auskleidungsvorratsrolle 36 über eine
Spannungssteuerungseinrichtung 37 auf ihrem Weg zum Wickeln
um den Dorn 47 vorwärts
transportiert wird. Zur Steuerung der Auskleidunqsspannung können verschiedene
Typen von Einrichtungen verwendet werden. Wie dargestellt enthält die Spannungssteuerungseinrichtung 37 einen
Motor 38 und eine Bremse 39 zur Beschleunigung
bzw. Verzögerung
der Auskleidungsvorratsrolle 36 sowie einen Bahnspeicher, die
eine Mehr zahl senkrecht beabstandeter Walzen 40 aufweist,
sodass die Auskleidung 14 serpentinenartig um die Walzen 40 gewickelt
wird. Mindestens eine der Walzen 40 ist relativ zu den
anderen Walzen 40 senkrecht beweglich, sodass die im Bahnspeicher angesammelte
Bahnlänge
variiert werden kann. Ein Sensor (nicht dargestellt) erfasst die
Länge der
im Speicher angesammelten Bahn und auf Basis des Signals vom Sensor
wird der Motor 38 betätigt
oder die Bremse 39 angelegt, um die Länge der angesammelten Bahn
innerhalb vorgegebener Grenzwerte zu halten. Ungeachtet der spezifischen
zur Steuerung der Auskleidungsspannung gewählten Einrichtung ist jedoch
vorteilhafterweise die Spannungssteuerungseinrichtung 37 in
der Lage, eine Auskleidungsspannung unter ca. 179 g/cm (1 pound
per Inch) der Breite der Auskleidung 14 und mehr bevorzugt
unter ca. 90 g/cm (0,5 pound per inch) der Breite zu halten. Bei
einer Auskleidung 14 mit einer Breite von beispielsweise
17,78 cm (7 Inch) sollte die Spannungssteuerungseinrichtung 37 vorzugsweise
die Auskleidungsspannung auf ca. 358 is 537 g bzw. ca. 910 bis 1360 g
(2 bis 3 pounds) halten.
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Nach der Spannungssteuerungseinrichtung 37 durchläuft die
Auskleidung 14 eine Oberflächenbehandlungseinheit 42,
in der die Außenoberfläche der
Auskleidung 14 (d. h. die nach außen vom Dorn 47 weg
weisende und mit dem Pappekörperstreifen 13 zu
verklebende Oberfläche)
behandelt wird, um die Benetzung und die Adhäsion des Klebers darauf zu
verbessern. Die Oberflächenbehandlungseinheit einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist eine Koronaentladungseinheit auf. Es können jedoch
statt dessen andere Geräte
wie Beflammungsbehandlungsgeräte
verwendet werden. Nach dem Durchgang durch die Oberflächenbehandlungseinheit 42 durchläuft die
Auskleidung 14 eine optionale Schmiereinrichtung 44,
in der ein Schmiermittel auf die Innenoberfläche der Auskleidung 14 (d.
h. auf die Oberfläche,
die mit dem Dorn 47 in Kontakt kommt) mit Ausnahme des
heißzusiegelnden Randabschnitts
aufgebracht wird, um den Vor schub der Auskleidung 14 über den
Dorn 47 zu unterstützen.
Bei manchen Anwendungen ist möglicherweise kein
Schmiermittel erforderlich, sodass die Schmiereinrichtung 44 entfallen
kann.
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Nach dem Durchgang durch die Schmiereinrichtung 44 durchläuft die
Auskleidung 14 einen Randfalter 45, der den stromabwärtigen Randabschnitt 17 des
Auskleidungsstreifens nach innen faltet, sodass der gefaltete Randabschnitt 17 zum
Dorn 47 weist. Der Auskleidungsstreifen wird dann spiralförmig um
den Dorn 47 gewickelt, sodass der gefaltete Randabschnitt 17 einen
gegenüberliegenden
(stromaufwärtigen)
Randabschnitt 18 einer zuvor aufgewickelten Spirallage
der Auskleidung 14 überlappt,
um dazwischen eine Überlappungsverbindung 16 (2) zu bilden. Die Überlappungsverbindung 16 wird
gesiegelt, indem die Auskleidung 14 erwärmt wird, um die Temperatur
der Auskleidung 14 auf mindestens die Siegeltemperatur
der Heißsiegelschicht 60 zu
erhöhen.
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Ein vorteilhaftes Merkmal des Aufbaus
des Auskleidungsstreifens 14 mit der Heißsiegelschicht 60 und
der harten Polymersperrschicht 61 ist, dass die Sperrschicht 61 einen
erheblich höheren Schmelzpunkt
als die Heißsiegelschicht 60 hat.
Wie oben erläutert
wird der erste Randabschnitt 17 der Auskleidungslage 14 so
weit erwärmt,
dass die Heißsiegelschicht 60 aktiviert
wird. Bestünde
die Sperrschicht 61 aus dem gleichen Polymer wie die Heißsiegelschicht 60 oder
hätte sie
einen Schmelzpunkt gleich oder unter der Siegeltemperatur der Heißsiegelschicht 60,
würde die
Sperrschicht 61 schmelzen und am Dorn 47 haften
bleiben, wodurch der Wicklungsprozess stark behindert werden würde.
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Da die Auskleidung 14 sehr
dünn ist,
hat sie eine sehr geringe Wärmespeicherungskapazität. Ein Erwärmen der
Auskleidung 14 bevor diese 14 auf den Dorn 47 gewickelt
wird, wäre
deshalb angesichts der raschen Abkühlung nach dem Heizgerät und vor dem
Wickeln um den Dorn unwirksam und außerdem schwer durchführbar. Demzufolge
erfolgt die Erwärmung
der Auskleidung 14 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in einem zweistufigen Prozess, während sich
die Auskleidung 14 auf dem Dorn 47 befindet, in
dem der Dorn als Kühlkörper zur
wirksamen Erwärmung
der Überlappungsverbindung
der Auskleidung wirkt. Im Einzelnen hat ein Abschnitt 48 des
Dorns einen Fluidkanal 49, durch den ein erwärmtes Fluid
zirkuliert, um die Temperatur des Abschnitts 48 auf eine
Temperatur unterhalb der Siegeltemperatur der Heißsiegelschicht 60 der
Auskleidung zu erhöhen.
Beträgt
beispielsweise die Siegeltemperatur der Heißsiegelschicht 60 ca. 82 bis
104°C (180– 220°F), wird
der erwärmte
Abschnitt 48 des Dorns auf ca. 54 bis 77°C (130–170°F) erwärmt (also
etwa 28°C
(50°F) unter der
Siegeltemperatur des Heißsiegelschicht).
Die Auskleidung 14 läuft
dann über
den erwärmten
Dornabschnitt 48, während
sie um den Dorn gewickelt wird, und wird somit auf eine Temperatur
vorerwärmt, die
der des Dornabschnitts 48 im Wesentlichen gleich ist. Die überlappenden
Randabschnitte 17 und 18 der Auskleidung 14 werden
dann durch ein Paar lokaler Heizgeräte, spezielle eines Infrarotheizgeräts 50a und
eines Umluftheizgeräts 50b,
die die Wärme lokal
auf die Überlappungsverbindung
der Auskleidung richten, auf mindestens die Siegeltemperatur der
Heißsiegelschicht 60 weiter
erwärmt.
Das Infrarotheizgerät 50a richtet
die Infrarotstrahlung auf die Überlappungsverbindung 48.
Die Infrarotstrahlung durchdringt die überlappenden Randabschnitte 17 und 18 der
Auskleidung und erwärmt
einen unter den Randabschnitten 17, 18 liegenden
Abschnitt der Oberfläche
des Dorns 47 lokal auf eine Temperatur, die mindestens
so hoch ist wie und vorzugsweise höher ist als die Siegeltemperatur
der Heißsiegelschicht 60.
Das Infrarotheizgerät 50a und/oder
das Umluftheizgerät 50b können in
Spiralrichtung verlängert ausgeführt werden.
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Nachdem die Auskleidungsränder gesiegelt worden
sind, um ein Polymerfilmrohr auf dem Dorn 47 zu bilden,
wird der Pappestreifen 13 (oder mehrere Pappelagen im Falle
einer mehrlagigen Körperwand)
auf die Auskleidung 14 gewickelt und mit dieser durch den
Kleber 21 auf dem Pappestreifen 13 verklebt. Das
Rohr wird dann über
den Dorn 47 durch einen Rohrförderer, z. B. ein um ein Paar
gegenüberliegende
Riemenscheiben 52 gewickelter Wickelriemen 51 vorgeschoben.
Der Wickelriemen 51 hat nicht nur die Funktion, das Rohr
zu drehen und vorzuschieben, sondern übt auch Druck auf die überlappenden
Ränder
der Körperlage 13 und
der Auskleidungslage 14 aus, um eine feste Verbindung zwischen
den jeweiligen Lagenrändern
sicherzustellen.
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Eine äußere Etikettenlage 22 wird
dann vorzugsweise über
einen Kleberapplikator 53 geführt und um die Körperlage 13 gewickelt.
Die Etikettenlage 22 könnte
vor dem Wickelriemen 51 aufgebracht werden. In einer Schneidestation 54 wird
das kontinuierliche Rohr auf bestimmte Längen zugeschnitten und vom
Dorn 47 abgenommen.
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5 zeigt
eine alternative bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung, bei der der Auskleidungsstreifen 14 eine
adhäsionsfördernde
Beschichtung 56 enthält,
die die zur Körperlage
13-weisende Außenoberfläche des
Auskleidungsstreifens bedeckt. Die Beschichtung 56 kann
z. B. in vorteilhafter Weise Ethylenmethylacrylat (EMA), ein Ethylenvinylacetatcopolymer
(EVAC) oder eine in mehreren Schichten bzw. coextrudierte Beschichtung
mit einer Schicht aus Ethylenacrylsäure (EAA) und einer Schicht
aus Ethylenmethylacrylat sein. Die EMA- oder EVRC-Schicht haftet gut
auf dem Nasskleber 21 und bietet somit eine gute Bindung
zwischen der Auskleidung 14 und der Körperlage 13.
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Die Beschichtung 56 ist
jedoch auf den Randabschnitten 17 und 18 des Auskleidungsstreifens 14 nicht
erforderlich, sodass die Beschichtung 56 vorzugsweise neben
den Randabschnitten endet wie in 5 dargestellt.
Wird der Auskleidungsstreifen 14 in der Form geliefert,
dass die Beschichtung 56 die gesamte Außenoberfläche des Auskleidungsstreifens
bedeckt (z. B. ein Streifen, der durch Coextrudieren der Beschichtung,
der Heißsiegelschicht und
der Sperrschicht gebildet wird), ist es wünschenswert, die Beschichtung 56 von
den Randabschnitten zu entfernen, sodass die Heißsiegelschicht (z. B. die in 3 dargestellte Heißsiegelschicht 60)
an den Randabschnitten freigelegt wird. In diesem Fall enthält die in 4 dargestellte Vorrichtung zur Herstellung
von Behältern
vorzugsweise Kantenschneider 58 zum Abschälen der
Beschichtung 56 entlang der Randabschnitte 17 und 18.
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Wie aus 6 ersichtlich ist, ist es wünschenswert,
den gefalteten Randabschnitt 17 zur Innenoberfläche des
restlichen Auskleidungsstreifens 14 mit einem Dichtmittel 64,
z. B. mit einem Flüssigkleber
oder einem hitzeaktiviertem Schmelzkleber, zu siegeln. Zum Beispiel
können
die Schmelzkleber 72-4781, 72-4667,
34-2734 oder 34-2791 von der National Starch and Chemical Company
verwendet werden. Dementsprechend kann die Vorrichtung einen Dichtmittelapplikator 66 für die Falte
zum Aufbringen eines Dichtmittels auf die Innenoberfläche des
Randabschnitts 17 des Auskleidungsstreifens 14 enthalten.
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Eine vorteilhafte Eigenschaft eines
Behälters wie
des gemäß der vorliegenden
Erfindung geformten Behälters 10 besteht
darin, dass durch die Tatsache, dass die Auskleidung 14 auf
den Dorn gewickelt wird, ohne sie zuerst mit der Körperlage 13 zu
laminieren, die Auskleidung 14 entspannt sein kann (d.
h. nicht durch eine nennenswerte Spannung in Umfangsrichtung oder
einen Druck beaufschlagt ist) und flach an der angrenzenden Körperlage 13 anliegen kann.
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Nachdem die Behälter 10 geformt worden sind,
werden die Enden der Behälter 10 nach
außen gestülpt, um
die Wulst 15 oder einen Flansch zu bilden. Ein weiteres
vorteilhaftes Merkmal der Polymerauskleidungslage gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, dass die Elastizität des Polymers eine Dehnung
der Auskleidung und ein leichteres Umstülpen zu einer Wulst 15 gestattet,
und folglich ist es weniger wahrscheinlich, dass sich die Wulst
nach ihrer Bildung wieder zurückrollt.
Herkömmliche
Folienauskleidungen haben sehr hohe Zugfestigkeiten und können deshalb
eine Neigung haben, während
des Wulstbildungsprozesses zu reißen und auch die Wulst 15 wieder
zurückzurollen,
was ein Problem beim Verschließen
der Enden darstellen kann.
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Nach dem Befüllen mit dem Lebensmittelprodukt
wird vorzugsweise ein oder beide Enden des Behälters 10 mit einer
Membrandichtung 11 verschlossen. Über die Dichtung 11 kann
dann eine Endkappe 12 gesetzt werden. Die nicht abgesteifte Auskleidungslage 14 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist erheblich dünner
als herkömmliche
abgesteifte Auskleidungen, und somit ist die Faltdichtung wesentlich
dünner
als eine schlangenartig gefaltete Dichtung einer herkömmlichen
abgesteiften Auskleidung. Demzufolge sind an der Stelle, an der
die Naht die Wulst schneidet, wesentlich kleinere Unregelmäßigkeiten
vorhanden. Die Membrandichtung 11 kann also auf preiswerte
und einfache Weise mit einer minimalen Menge Kleberdichtmittel an
der Wulst 15 angebracht und Sitz sowie Abnehmbarkeit der
darüber angebrachten
Kappen können
verbessert werden.
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Zahlreiche Modifikationen und andere
Ausführungsformen,
die den Nutzen der Lehre der obigen Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen aufweisen,
werden sich für
den Fachmann auf dem Gebiet dieser Erfindung ergeben. Es versteht
sich deshalb, dass die Erfindung nicht auf die spezifischen offenbarten
Ausführungsformen
beschränkt ist,
und dass Modifikationen und andere Ausführungsformen vom Gültigkeitsbereich
der beiliegenden Ansprüche
abgedeckt sein sollen. So sind beispielsweise die rohrförmigen Behälter gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht notwendigerweise spiralförmig gewickelt, sondern können statt
dessen in Längsrichtung
gewickelt werden, um ein "übereinander
gewickeltes (convolute)" Rohr mit einer sich axial erstreckenden
Naht zu bilden. Obwohl die rohrförmigen
Behälter
gemäß der vorliegenden
Erfindung vor allem in Zusammenhang mit Lebensmittelprodukten beschrieben
worden sind, versteht es sich außerdem, dass die Behälter auch
für andere
Produkte verwendet werden könnten,
für die
die Auskleidungslage von Vorteil ist, wie z. B. Tusche oder Dichtmaterial. Obwohl
hierin spezielle Begriffe verwendet worden sind, sind sie nur im
allgemeinen und beschreibenden und nicht im einschränkenden
Sinne zu verstehen.