DE60018411T2

DE60018411T2 - Mehrschichtiger gefrierlagersack

Info

Publication number: DE60018411T2
Application number: DE60018411T
Authority: DE
Inventors: E. Zain SAAD; A. David Smith; D. William PRICE; Richard Dawkins; C. Lawrence STANOS
Original assignee: SC Johnson Home Storage Inc
Current assignee: SC Johnson Home Storage Inc
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2020-06-03
Also published as: AR026127A1; JP2003500299A; KR100396419B1; WO2000072651A3; AU751499B2; US20010043763A1; CA2374321C; AR034453A2; CA2374321A1; TW498043B; CN1183008C; MXPA01012361A; NZ515931A; AU5178500A; CN1359346A; EP1181196A2; ZA200110063B; AR034454A2; DE60018411D1; KR20020035000A

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft allgemein das Verpacken von Lebensmitteln, insbesondere Fleisch. Die Erfindung ergab sich aus Versuchen, verbesserte "Gefrierlagersäcke" bzw. Gefrierbeutel zum Umpacken und zur Gefrierlagerung von rohem rotem Fleisch durch den Endverbraucher auf eine Weise bereit zu stellen, die den so genannten "Gefrierbrand" reduziert. Andere Aspekte der Erfindung sind bspw. Verfahren zum Herstellen der Gefrierbeutel sowie Werkstoffe und Verfahren zum Einsatz der Beutel.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Wiederverschließbare Kunststoffbeutel sind auf dem fraglichen Gebiet verhältnismäßig alt. Typischerweise sind Kunststoffbeutel für den Endverbraucher in Kartons für die empfohlene Verwendung erhältlich (bspw. Aufbewahrungsbeutel, Gefrierbeutel für hohe Beanspruchung, Gemüsebeutel, Müllbeutel). Oft ist auch der Beutel selbst nach seinem Verwendungszweck benannt – bspw. als "ZIPLOC^® BRAND Heavy Duty Freezer Bag."
Der Ausdruck "Gefrierbeutel" soll hier einen Beutel mit signifikantem Einsatznutzen für die Aufbewahrung von Lebensmitteln in einem Gefrierfach bzw. -möbel bezeichnen. Gefrierbeutel sind typischerweise in den Größen 2 Gallonen, 1 Gallone, 1/2 Gallone gefaltet, Quart und Pint erhältlich.
Der Ausdruck "Gefrierbrand" soll hier die Entwässerung beim Aufbewahren un- oder falsch verpackter Lebensmittel in der feuchtigkeitsarmen Atmosphäre eines Gefriermöbels bezeichnen (vergl. Wilmer A. Jenkins und James P. Harrington, "Packaging Foods With Plastics", 1991 Technomic Publishing Co., Inc., S. 305). Der Endverbraucher beschreibt den Gefrierbrand typischerweise an drei sichtbaren Hauptattributen: Eiskristallbildung, Entwässerung und Verfärbung.
Trotz des gewerblichen Erfolgs von dickwandigen Kunststoff-Gefrierbeuteln stellt der Gefrierbrand nach wie vor einen Haupteinwand der Endverbraucher dar. Kurzfristig kann er reversibel sein. Langfristig bewirkt er jedoch eine komplexe Beeinträchtigung der Qualität der Lebensmittel mit unerwünschten Texturänderungen, gefolgt von chemischen Veränderungen wie einer Pigmentdegradation und einem oxidativen Ranzigwerden von Lipiden. Der Geschmack, das Arome, die Mundigkeit und die Farbe können allesamt leiden. Der Gefrierbrand von rohem roten Fleisch ist besonders kritisch wegen seiner Wirkung auf die Fleischfarbe.
Das oben genannte Buch bietet eine ausgezeichnete Zusammenfassung des Standes der Technik mit allen Informationen zum (gewerblichen) "Verpacken von rotem Frischfleisch" im Kapitel 7. Merkwürdigerweise erwähnt dieses Buch den Gefrierbrand nur definitionsweise im Glossar.
Zusätzliche Referenzinformationen enthält der Artikel "Keeping Food Fresh" in der Zeitschrift Consumer Reports, März 1994, S 143–147, der eine Übersicht von Lebensmittellagerprodukten enthält. Insbesondere versucht er eine Antwort auf Fragen dahingehend, welches Verpackungsmaterial (Kunststoff, Aluminium, Wachspapier, Beutel, Einwickelfolie oder wiederverwendbare Behälter) am ehesten geeignet sind, (1) Lebensmittel längerfristig frisch zu halten und dies (2) mit den niedrigsten Gesamtkosten und (3) bei geringstmöglicher Beeinträch tigung der Umwelt zu erreichen. Auf S. 145 erhalten die Beutel des Typs ZIPLOC^® Pleated Freezer Bags" die beste Beurteilung. Das Buch weist jedoch darauf hin, dass in Kunststoffbehältern aufbewahrte Lebensmittel u.U. Gefrierbrand erleiden, wenn die Behälter zu viel Luft enthalten. Was Einwickelfolien (Kunststoff und Papier) anbetrifft, wird interessanterweise aus Kosten- und Umweltgründen von einem doppelten Einwickeln abgeraten und darauf hingewiesen, dass nach Tests der dortigen Autoren ein doppeltes Einwickeln sowieso keinen zusätzlichen Schutz bietet.
Die Patentliteratur enthält Beschreibungen verschiedenartige Beutel mit Auskleidungen oder doppelten Wänden sowie einem Zwischenraum zwischen den Wandlagen. Einige dieser Patente betreffen den Versand und die Lagerung von Lebensmitteln. Die US-PS 4 211 091 (Campbell) betrifft einen "Insulated Lunch Bag", die US-PS 4 211267 (Skovgaard) einen "Carrying Bag" zum Heimtragen von tiefgefrorenen Lebensmitteln vor dem Auftauen. Die US-PS 4 797 010 (Inhaberin: Nabisco Brands) offenbart einen Doppel-Papierbeutel als "wiedererwärm- und -verschließbare Verpackung für heiß zubereitete Lebensmittel". Die US-PS 4 358 466 (Inhaberin: The Dow Chemical Company) betrifft einen verbesserten "Freezer to Microwave Oven Bag." Dieser Behälter ist aus zwei flügelförmigen Beuteln beiderseits eines stehenden Ausgusses ausgebildet. Die US-PS 5 005 679 (Hjelle) betrifft "Tote Bags Equipped With A Coolling Chamber". Alle diese Beutel und Taschen scheinen im Vergleich zu der zu beschreibenden Erfindung sehr dicke Wandflächen aufzuweisen, die mit dem Lebensmittelinhalt in Berührung stehen. Keine dieser Patentschriften scheint sich mit dem Gefrierbrand zu befassen.
Eine jüngere Entwicklung ist in der US-PS 5 804 265 (Inhaber: S. C. Johnson Home Storage, Inc.) offenbart. Diese Patentschrift offenbart einen neuartigen Beutel-im-Beutel-Aufbau insbesondere, aber nicht ausschließlich zur Bekämpfung des Gefrierbrands. Zwar haben Tests ergeben, dass diese Beutel-im-Beutel- Ausführung einen deutlichen Fortschritt gegenüber anderen bekannten Aufbewahrungsbeuteln bietet, sind weitere Verbesserungen hinsichtlich u.a. der Produkteffizienz und der Materialkostenersparnis wünschenswert.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Nach einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen mehrlagigen Beutel mit einem Außenbeutel und mindestens einer Innenauskleidung bereit, wobei der äußere Beutel zwei Seitenflächen jeweils mit einer Innen- und einer Außenfläche aufweist und die Seitenflächen entlang Seitenkanten aneinandergefügt sind sind die Mündung des mehrlagigen Beutels bilden und eine gefaltete Kante den unteren Abschluss des mehrlagigen Beutels bildet, und wobei die Innenauskleidung mindestens eine Seitenfläche aufweist, die mit einer obere Kante an der Innenfläche des äußeren Beutels befestigt ist; dieser Beutel ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Seitenfläche der Innenauskleidung mindestens eine freie Kante aufweist.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Beutels mit einem Außenbeutel und einer Innenauskleidung mit folgenden Schritten bereit: Zuführen einer ersten thermoplastischen Folienbahn von mehr als 1 mil (25,4 μm) Dicke und einer ersten Bahn-Querbreite zwischen parallelen Kanten; Zuführen einer zweiten thermoplastischen Folienbahn mit weniger als 2 mil (50,6 μm) Dicke und einer zweiten Bahn-Querbreite zwischen parallelen Kanten, wobei die zweite Bahn-Querbreite kleiner ist als die Breite der ersten thermoplastischen Folie; Auflegen der zweiten auf die erste thermoplastische Folienbahn zwischen den parallelen Kanten der ersten Folienbahn; Ansetzen der zweiten an die erste thermoplastische Folienbahn entlang paralleler Kanten der zweiten thermoplastischen Folienbahn, Falten der Folienbahnen in der Querrichtung; und Zertrennen und Verschließen der gefalteten Folienbahnen zwecks Ausbildung eines mehrlagigen Beutels; dadurch gekennzeichnet, dass die zweite thermoplastische Folienbahn als erste und zweite aneinander grenzende Bahnen oder als einzelne Bahn bereit gestellt werden, in welchem Fall der Schritt eines Perforierens oder Schlitzens der zweiten thermoplastischen Folie in Längsrichtung vorgesehen ist derart, dass auf einer Auskleidungslage des fertigen mehrlagigen Beutels eine freie Kante erzeugt wird.
Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Herstellen mehrlagiger Beutel mit mindestens einem inneren Auskleidungsbeutel und einem äußeren Stützbeutel bereit gestellt, die aufweist: Einrichtungen zum Zuführen einer ersten thermoplastischen Folienbahn mit mehr als 1 mil (25,4 μm) Dicke und einer ersen Quer-Bahnbreite zwischen parallelen Kanten; Einrichtungen zum Zuführen mindestens einer zweiten thermoplastischen Folienbahn mit weniger als 2 mils (50,6 μm) Dicke und einer zweiten Quer-Bahnbreite zwischen parallelen Kanten, wobei die zweite Quer-bahnbreite kleiner ist als die Breite der ersten thermoplastischen Folie; Einrichtungen zum Auflegen der zweiten auf die erste thermoplastische Folienbahn zwischen parallelen Kanten der ersten thermoplastischen Folie; Einrichtungen zum Falten der Folien in der Querrichtung; und Einrichtungen zum Zertrennen und Verschließen der gefalteten Folien, um Beutel auszubilden; dadurch gekennzeichnet, dass entweder eine Einrichtung zum Perforieren oder Schlitzen der zweiten Querbahn in Längsrichtung vorgesehen ist oder die zweite thermoplastische Folienbahn zwei getrennte aneinander grenzende Bögen aufweist derart, dass auf mindestens einer Seite der Auskleidung von mittels der Vorrichtung hergestellten mehrlagigen Beuteln eine freie Kante erzeugt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a ist ein Aufriss von vorn einer ersten Ausführungsform eines wiederverschließbaren mehrlagigen Beutels;
1b ist ein Schnitt durch den Beutel der 1a mit einer perforierten Innenauskleidung;
1c zeigt vergrößert die Innenauskleidung der 1b;
1d ist ein Schnitt durch die Innenauskleidung der 1a nach dem Zerreißen entlang der Perforation;
1e ist ein erster Aufriss einer alternativen Ausführungsform der 1a;
2a ist ein erster Aufriss einer zweiten Ausführungsform eines wiederverschließbaren mehrlagigen Beutels;
2b ist ein Schnitt durch den Beutel der 2a mit einer perforierten Innenauskleidung;
2c zeigt vergrößert die Innenauskleidung der 2a;
2d ist ein Schnitt durch die Innenauskleidung der 2a nach dem Zerreißen an der Perforation;
2e ist ein Aufriss einer alternativen Ausführungsform des Beutels der 2a von vorn;
3a ist ein Aufriss von vorn einer dritten Ausführungsform eines wiederverschließbaren mehrlagigen Beutels;
3b ist ein Schnitt durch den mehrlagigen Beutel der 3a;
3c ist ein Schnitt durch den Beutel der 3a mit zwei durch die Innenauskleidung getrennten Fleischstücken;
4a ist ein Aufriss von vorn einer vierten Ausführungsform eines wiederverschließbaren mehrlagigen Beutels;
4b ist ein Schnitt durch den mehrlagigen Beutel der 4a;
4c ist ein Schnitt durch den Beutel der 4a, der ein Stück Fleisch enthält;
5a ist ein Aufriss eines mehrlagigen Beutels mit texturierter Innenauskleidung;
5b ist ein Schnitt in der Ebene 5b-5b der 5a;
5c ist ein vergrößerter Schnitt durch eines Deckverschlusses zum Ansetzen der Oberkanten des Auskleidungs- an die Seitenflächen des Stützbeutels;
5d ist ein vergrößerter Schnitt einer anderen Ausführungsform eines Deckverschlusses zum Ansetzen der Oberkanten des Auskleidungs- an die Seitenflächen des Stützbeutels;
6a–6f sind vergrößerte Schnitte und Draufsichten verschiedener Prägemuster für die Innenauskleidung;
7 zeigt schaubildlich als Flussdiagramm ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen von Gefrierbeuteln mit gemeinsamen Kantenabschluss zwischen dem Innen- und dem Außenbeutel;
8 zeigt isometrisch ein Verfahren zum Vorbereiten und Verschließen erfindungsgemäßer mehrlagige Beutel mit einem Deckverschluss; und
8a zeigt im Schnitt die mehrlagige Beutelwandfläche, die in der Vorrichtung nach 8 hergestellt wird;
9 zeigt im Schnitt eine erste Vorrichtung zum Herstellen mehrlagiger Beutel nach vorliegender Erfindung;
10 zeigt isometrisch eine andere Vorrichtung zum Vorbereiten und Verschließen erfindungsgemäßer mehrlagiger Beutel mit einem Deckveschluss;
10a zeigt topografisch die erste und die zweite Bahn eines mit der Vorrichtung der 10 hergestellten mehrlagigen Beutels;
10b zeigt die mit der Vorrichtung der 10 hergestellte mehrlagige Beutel-Seitenfläche im Schnitt;
11 zeigt isometrisch eine noch andere Vorrichtung zum Vorbereiten und Verschließen erfindungsgemäßer mehrlagiger Beutel mit einem Deckverschluss;
11a zeigt topografisch die zweite Bahn als zwei separate Bögen;
11b zeigt die mit der Vorrichtung der 11 erzeugte mehrlagige Beutelfläche im Schnitt;
12 zeigt isometrisch eine weitere Vorrichtung zum Vorbereiten und Verschließen eines erfindungsgemäßen mehrlagigen Beutels mit einem Deckverschluss; und
12a ist ein Schnitt durch die mit der Vorrichtung der 12 erzeugte mehrlagige Beutelfläche.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die 1a–1e zeigen einen mehrlagigen Beutel nach der Lehre der vorliegenden Erfindung. Der mehrlagige Beutel 10 weist allgemein einen Außenbeutel 12 und eine Innenauskleidung 14 auf. Der Außenbeutel 12 ist von dicht verschlossenen Seitenkanten 18, 18' und einer gefalteten Kante 20 an einem ersten Ende (Boden) 22 des Außenbeutels umschlossen. Entlang eines zweiten (oberen) Endes 24 des Außenbeutels befindet sich ein wiederverwendbarer Verschluss 16, der bspw. ein Einsteck- und ein komplementäres Aufnahmeelement aufweist und ein zuverlässiges Verschließen des mehrlagigen Beutels erlaubt. Die Innenauskleidung 14 weist Seitenkanten 26, 26' auf, die in der Ausführungsform der 1a sich einen gemeinsamen Kantenverschluss mit dem Außenbeutel teilen, wie mit den Bezugszeichen 18, 18' gekennzeichnet. Optional können die Seitenkanten 26, 26' der Innenauskleidung frei stehend (nicht angesetzt und dicht verschlossen) oder separat von den Seitenkanten des Außenbeutels verschlossen sein, wie in 1e gezeigt.
Wie insbesondere die 1b, 1d zeigen, weist die Innenauskleidung zwei Seitenflächen 32, 32' auf, die beim Schlitzen der Innenauskleidung 14 entstehen; die ersten Enden 30, 30' der beiden Seitenflächen 32, 32' werden ultraschallgeschweißt oder sonstwie an die Innenseiten 34, 34' des Außenbeutels 12 angesetzt. Wie dargestellt, erstrecken die Seitenflächen 32, 32' sich bevorzugt, aber nicht notwendig über fast die gesamte Länge des mehrlagigen Beutels 10.
Wie in 1c dargestellt, ist die Innenauskleidung an den seitlichen Linien x, z, die entlang der Einfaltung 40 auftreten, perforiert, so dass beim Ausüben eines ausreichenden Drucks auf die Innenauskleidung dieser entlang mindestens einer der Perforationslinien zerreißt und dann die Seitenflächen 32, 32' nicht mehr durchgehend sind, wie am deutlichsten in 1d gezeigt.
Wie in den verschiedenen Figuren gezeigt, ist die Innenauskleidung generell von den Seitenflächen 36, 36' des Außenbeutels 12 trennbar – außer in denjenigen Ausführungsformen, in denen gemeinsame Kantenverschlüsse eingesetzt werden. Wie anhand der zusätzlichen Figuren gezeigt werden wird, lässt sich durch Auseinanderziehen des Verschlusses 16 eine Öffnung 38 bilden, durch die Lebensmittel in den mehrlagigen Beutel zwischen die Lagen 32, 32' eingebringbar sind.
Unter den zahlreichen einsetzbaren Verschlüssen finden sich Beispiele für bevorzugte mehrfach benutzbare Verschlüsse und Informationen zu deren Herstellung in den UIS-PSn 4 561 109, 4 363 345, 4 528 224, 5 070 854 und 5 804 265, deren Offenbarung durch die Bezugnahme als Teil der vorliegenden Anmeldung gelten soll. Andere mögliche Verschlusssysteme sind u.a. Kleb- und Klettverschlüsse, mechanische und Gleitschieberverschlüsse, Schnur- oder Band-Zugverschlüsse, Kantenumfalt- und Magnetverschlüsse, Totfaltverschlüsse (d.h. Aluminiumfolie, Faltdraht, -band), Verschweißungen, Klammern, Kabel- oder verdrillbare Binder u.a.
Indem man die Innenauskleidung entlang der Perforationslinie zerreißt und die Innenauskleidung vorschlitzt oder die Innenauskleidung oder Folienbahn aus mehreren Bögen ausbildet, wie unten ausführlich beschrieben, lassen sich die Lüftungslöcher eliminieren, die die US-PS 5 804 265 als bevorzugt angibt. Lufteinschlüsse, die zwischen dem Innen- und dem Außenbeutel der vorgenannten Patentschrift möglich sind, sind dann unproblematisch.
Die 2a–2e zeigen einen alternativen mehrlagigen Beutel nach der Lehre der vorliegenden Erfindung. Es sei darauf hingewiesen, dass für identische Beutelbestandteile, wie sie für die Ausführungsformen der 1a–1e und 2a–2e beschrieben sind, die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.
Im Prinzip liegt der einzige Unterschied zwischen den Ausführungsformen der 1a–1e einerseits und 2a–2e andererseits im Aufbau der Einfaltung 40 der Ausführungsformen. Wie in den 2b, 2c gezeigt, weist die Einfaltung 40' eine einzige seitliche Perforationslinie x auf. Demgegenüber enthält die Einfaltung 40 der 1a–1e mehrere seitliche Perforationslinien x, z entlang überschüssigen Materials der Innenauskleidung. Wie die 2a, 2e zeigen, können, falls vorhanden, die seitlichen Verschlüsse zwischen dem Außenbeutel und der Innenauskleidung als beiden gemeinsam oder beabstandet vorliegen.
Bringt man ein Lebensmittel 44 durch die Öffnung 38 ein, wie am klarsten in der 2d gezeigt, reißt die Perforationslinie x, so dass die Seitenflächen 32, 32' der Innenauskleidung 14 sich trennen. Abhängig von der Gestalt des Lebensmittels passt sich das erste Ende 22 des mehrlagigen Beutels 10 allgemein der Gestalt des Lebensmittels an, d.h. es wird runder.
Die 3a–3c zeigen einen weiteren mehrlagigen Beutel nach der Lehre der vorliegenden Erfindung. Der Außenbeutel 12 entspricht im wesentlichen dem für die vorigen Ausführungsformen erläuterten. Jedoch ist das erste Ende 30 der Innenauskleidung 14 der einzige Teil, der an die Innenseite 34 des Außenbeutels angesetzt ist. Das zweite Ende 30' ist freistehend. Die Länge der Innenauskleidung reicht aus, dass ihr zweites Ende 30' an das zweiten Ende 24 des mehrlagigen Beutels heranreicht. Indem man eine längliche durchgehende Innenauskleidung 14 vorsieht, wie am deutlichsten in der 3c gezeigt, lassen sich mehrere Lebensmittelstücke 44, 44' in den Beutel einbringen, wo die Seiten fläche 32' sie trennt. In dieser Ausführungsform werden die Lebensmittel vorzugsweise mit waagerecht liegenden Beutel aufbewahrt, wobei der Außenbeutel mit seiner ersten Seitenfläche 36 auf dem Boden des Kühl- oder Gefrierschranks (nicht gezeigt) aufliegt. Ordnet man den mehrlagigen Beutel der 3a–3c auf diese Weise an, kann die Innenauskleidung 14 sich der Gestalt der Lebensmittel in ihr anpassen und sie so vor unerwünschten Zuständen wie Gefrierbrand schützen.
Die 4a–4c zeigen eine noch andere Ausführungsform des mehrlagigen Beutels. Im Außenbeutel 12 befindet sich eine abgeschnittene Innenauskleidung 14, die entlang eines ersten Endes 30 an die Innenseite 34 des Außenbeutels angesetzt ist. Das freie Ende 30' der Innenauskleidung endet nahe dem ersten Ende (Boden) 22 des Außenbeutels. Auch hier kann, wenn man den Beutel flach legt, die Innenauskleidung sich dem Lebensmittelinhalt 44 anpassen, was sehr erwünscht ist. Während die 4a zeigt, dass die Innenauskleidung 14 sich mit dem Außenbeutel einen gemeinsamen Seitenanschluss entlang einer oder beider Seitenflächen teilen kann, kann auch die Innenauskleidung 14 – abgesehen vom Ansatz 30 – im Außenbeutel frei herab hängen.
Die 5a, 5b zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des mehrlagigen Beutels nach der vorliegenden Erfindung. Nach dieser Ausführungsform weist die Innenauskleidung 14 vorzugsweise eine texturierte Oberfläche 50 auf. Indem man die Folie der Innenauskleidung texturiert oder prägt, zeigt letztere verbesserte Leistungsmerkmale, die sich einer Zunahme des Flächeninhalts der Folienoberfläche zuschreiben lassen, die an der Oberfläche des Beutelinhalts besser als eine glatte Folie haftet. Zusätzlich reduziert diese Textur bzw. Prägung effektiv die Gesamt-Steife der Innenauskleidung, was die Haftung ebenfalls verbessert. Unter den zahlreichen verfügbaren Mustern und Gestaltungen haben Rauten, Waben, Quadrate, Kugeln, Dreiecke, Kegel, Pyramiden und dergl., wie sie die 6a–6f zeigen, ein gutes Leistungsverhalten gezeigt. Die hier beschriebenen Textur- oder Prägemuster kanalisieren auch die Luft vom Beutelinhalt weg, wenn die Innenauskleidung in Berührung mit den Lebensmitteln gerät, und lässt erstere sich deren Gestalt ebenfalls besser anpassen. Die für ein spezielles Muster spezifische Dichte der Texturelemente kann im Bereich von 6 bis 50 Einheiten und bevorzugt von etwa 10 bis etwa 20 Einheiten pro linearem Inch auf der Oberfläche der Innenauskleidung liegen. Die texturierten Oberflächen weisen allgemein eine Vielzahl von Vorsprüngen auf, die einwärts vorstehen. Verschiedene geometrische Vorsprünge sind weiterhin in den 6a–6f gezeigt.
Das Ansetzen der Innenauskleidung an den Außenbeutel kann nach einem beliebigen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgen – bspw. einem mechanischen und/oder Klebeverfahren. Bspw. lässt die Innenauskleidung sich entlang der oberen Kanten durchgehend und gleichmäßig oder unstetig bzw. intermittierend ansetzen. Nützliche Beispiele für das Ansetzen der Innenauskleidung sind u.a. und ohne Einschränkung das Extrusionslaminieren, das Schweißen mit Heizstäben, einer Heizrolle oder einem Heizband, das Aufkleben mit Klebefolienstreifen sowie das Heißluft-, Ultraschall-, Infrarot-, HF- oder Vibrationschweißen. Weiterhin lässt die Innenauskleidung sich an den Stützbeutel bei der Fertigung durch nachträgliches Aufbringen von Verschlussprofilen auf und über den Kanten der Innenauskleidung ansetzen. Ein Scharnier-Abdeckverschluss, wie er in den 5c, 5d gezeigt ist, ist ausführlich in der US-PS 5 804 265 beschrieben, die durch die Bezugsnahme als Teil der vorliegenden Anmeldung gelten soll.
Generell sind der Außen- bzw. Stützbeutel und die Innenauskleidung der erfindungsgemäßen mehrlagigen Beutel aus einem oder mehr thermoplastischen Materialien im Gemisch hergestellt und können sie aus dem gleichen oder unterschiedlichen Materialien bestehen. Die Folien lassen sich nach einem herkömmlichen Gieß- oder Blasverfahren herstellen. Nützliche Thermoplaste sind u.a. Polyolefine wie HD-Polyethylen (HDPE), LD-Polyethylen (LDPE), lineares LD-Polyethylen (LLDPE) und Polypropylen (PP); thermoplastiche Elastomere wie Styrol-Blockpolymerisate, Polyolefin-Mischungen, Elastomer-Legierungen, thermoplastische Polyurethane, thermoplastische Copolyester und thermoplastische Polyamide; Polymerisate und Copolymerisate von Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylidenchlorid (PVDC), Saran-Polymerisate, Ethylen/Vinylacetet-Copolymerisate, Celluloseacetate, Polyethylenterephthalat(PET), Ionomere (Surlyn), Polystyrol, Polycarbonate, Styrolacrylnitril, aromatische Polyester, lineare Polyester, thermoplastische Polyvinylalcohole sowie oben genannte nützliche Materialien, die zum Herstellen einer inneren Folienlage geeignet sind. Vorzugsweise bestehen sowohl der äußere Stütz- als auch der Auskleidungsbeutel aus Polyethylen, noch besser aus einer Mischung aus LD-Polyethylen (LDPE; Dichte etwa 0,92) und linearem LD-Poylethylen (LLDPE; Dichte etwa 0,925). Vorzugsweise hat die innere Auskleidungsfolie eine Dichte von weniger als 0,930 g/cm³.
Vorzugsweise hat die Innenauskleidung einen 2%-Secantmodul in Querrichtung (TDSM) von weniger als 40.000 psi (2,75×10⁸ Pa) und vorzugsweise von weniger als 27.000 psi (1,86×10⁸ Pa), wie nach ASTM D 832-83, Methode A, mit einem Backenspalt von 4 in., einer Probenbreite von 1 in., einer Anfangs- Dehnungsrate von 0,25 in./in./min. und einer Quer-Kopfgeschwindigkeit von 1 in./ min. ermittelt. Der Modul einer Folie in der Quer- oder der Maschinenrichtung der Folie ist im allgemeinen ein Maß für deren Steife. Typischerweise haben nach bekannten Gießverfahren hergestellte thermoplastische PolyolefinFolien TDSM-Werte von etwa 20.000 psi bis etwa 40.000 psi. Beispiele handelsüblicher Harze, die zu Gieß- oder Blasfolien mit diesen Zugeigenschaften führen, sind LDPE 748 und LDPE 690 der Fa. The Dow Chemical Company.
Eine weitere nützliche Eigenschaft der Folie der Innenauskleidung ist deren Z-Zahl, wie sie nach der Beziehung PxTDSM definiert ist, in der t die Foliendicke in mils und TDSM der oben definiert Quermodul ist. Die Z-Zahl beschreibt die relative Steife der Folie als Funktion ihrer Dicke und ihres Moduls. Generell hat die Innenauskleidung eine Z-Zahl von weniger als 60.000 mil³psi. Vorzugsweise hat die Innenauskleidung eine Z-Zahl von wenige als 20.000 mil³psi, besser von etwa 2000 bis etwa 10.000 mil³psi und am besten von etwa 3000 bis etwa 6000 mil³psi.
Vorzugsweise hat der Außenstützbeutel einen Z-Wert im Bereich von etwa 50.000 bis etwa 150.000 mil³psi (5,6 bis 16,9 mm³kPa).
Generell wird der äußere Stützbeutel eine Nenn-Seitenwanddicke von etwa 1 bis etwa 4 mil, vorzugsweise von etwa 1,3 bis etwa 3,0 mil und am besten von etwa 1,5 bis etwa 2,0 mil aufweisen. Die Nenndicke bezeichnet die Dicke der Folie vor jeglicher Oberflächenbehandlung wie Ritzen, Texturieren, Prägen und dergl.
Generell hat die Innenauskleidung eine Nenn-Seitenwanddicke von etwa 0,3 bis etwa 1,0 mil und vorzugsweise von etwa 0,5 bis etwa 0,7 mil.
Vorzugsweise hat die Innenseite der Innenauskleidung einen Kontaktwinkel im Bereich von 65° bis 75° bei 20 °C für Rohrindfleischsaft, wie mit einem Kontaktgoniometer wie dem Modell Nr. A-100 der Fa. Rame-Hart bestimmt. Der Kontaktwinkel ist dabei definiert als der Winkel, der sich zwischen einem horizontalen Substrat und einer Tangente an die Oberfläche eines Flüssigkeitstropfens an dem Punkt bildet, wo die Oberfläche des Flüssigkeitstropfens das horizontale Substrat trifft. Der Kontaktwinkel ist eine Funktion der Oberflächenspannung der Flüssigkeit. Ein kleinerer Kontaktwinkel bezeichnet einen höheren Benetzungsgrad bzw. eine stärkere Haftung der Flüssigkeit am Substrat.
Der Kontaktwinkel wird wie folgt gemessen: (1) Tropfen der Messflüssigkeit (etwa 1 μ ) werden auf die Messfläche (Auskleidungsfolie) des Kontaktgoniometers aufgetragen; (2) die Kontaktwinkel werden beiderseits jedes von fünf Tropfen gemessen; (3) der Schritt (2) wird auf unterschiedlichen Bereichen der Innenfläche wiederholt und die Ergebnisse zu einem Durchschnittswert des Kontaktwinkels gemittelt. Ein Beispiel einer Folie mit einem Kontaktwinkel zwischen 65° und 75° bei 20 °C für Rohrindfleischsaft ist u.a. eine LDPE-LLDPE-Mischung der Fa. The Dow Chemical Company.
Der erfindungsgemäße mehrlagige Beutel lässt sich auch aus Folien unterschiedlicher Farbe herstellen, um die Auskleidung innerhalb eines Beutelaufbaus gegenüber dem Verbraucher hervorzuheben. Bspw. können die Innenauskleidung und der Stützbeutel unterschiedlich gefärbt oder einzeln oder beide opak oder durchsichtig sein.
Der erfindungsgemäße mehrlagige Beutel kann auch eine Innenauskleidung und/oder einen Außenbeutel aufweisen, der aus einer Folie oder einem Substrat besteht, die/das koronabehandelt worden ist, um deren Benetzungseigenschaften und damit die Haftung an Fleisch und/oder ihre Druckeigenschaften zu verbessern. Vorzugsweise wird die Innenauskleidung auf der die Innen- bzw. den Beutelinhalt berührenden Seite koronabehandelt. Nützliches zur Koronabehandlung von Kunststofffolien ist in der US-PS 5 328 705 beschrieben, die mit der Bezugnahme als Teil der vorliegenden Anmeldung gelten soll.
Die erfindungsgemäßen mehrlagigen Beutel können auf dem Stützbeutel und/oder der Innenauskleidung auch einen bedruckten Bereich aufweisen. Derartige Flächen sind nützlich, da sie beschreibbar sind, um Informationen zum Beutelinhalt festzuhalten.
Ohne Bindung an eine bestimmte Theorie wird dafür gehalten, dass der Gefrierbrand von Fleisch in den erfindungsgemäßen mehrlagigen Beuteln dadurch verhindert wird, dass die Folie der Innenauskleidung an der Fleischoberfläche haftet und sich ihr anpasst; dadurch verhindert sie einen Feuchtigkeitsverlust und schließt letztere gegen einen Luftzutritt ab. Der Ausschluss von Feuchtigkeitsverlusten aus der und des Luftzutritts zur Fleischoberfläche verringert die Bildung von Eiskristallen, die zum Gefrierbrand oder einer Entwässerung des Fleisches führen.
Die 7 zeigt ein Flussdiagramm zur Ausführung eines Verfahrens zur Herstellung mehrlagiger Beutel nach der Lehre der vorliegenden Erfindung. Wie in dem mit dem Kästchen 300 gekennzeichneten Schritt gezeigt, lässt die Innenauskleidungs- bzw. die zweite Folie (ob in einer oder zwei Lagen) sich extrudieren oder von einem Abwickelgestell her zuführen. Beim Extrudieren der Auskleidungsfolie kann es sich um ein Blas- oder Gießextrudieren eines thermoplastischen Materials handeln, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Im Schritt des Kästchens 310 wird dafür gesorgt, dass die erste thermoplastische Folie mit Verschlussprofilen in der Art eines Zipper-Verschlusses auf den Folienkanten extrudiert wird. Das Extrudat kann eine herkömmlich gegossene oder geblasene Folie sein. Ein Beispiel eines einheitlichen Foliengießprozesses ist in der US-PS 4 263 079 beschrieben, die durch die Bezugbahme als Teil der Anmeldung gelten soll. Vorzugsweise werden beide Folien gießextrudiert.
Wie danach mit dem Kästchen 320 gezeigt, kann die Innenfolie geschlitzt oder perforiert werden, wobei die Innenauskleidung aus einem einzigen Bogen hergestellt wird. In dem Schritt des Kästchens 330 wird die Innen- bzw. zweite Folie auf die erste Folie gelegt. Die zweite Folie wird so ausgerichtet, dass ihre Kanten zwischen den Verschlussprofilen der ersten liegen. Das Auflegen und Ausrichten der zweiten Folie auf die bzw. mit der ersten erfolgt mittels herkömmlicher Führungen wie Leit- und Quetschrollen. In dem Schritt des Käst chens 335 werden die parallelen Kanten der Auskleidungs- bzw. zweiten Folie mit der Stütz- bzw. ersten Folie verschweißt. Hierzu kann eine herkömmliche Schweißeinrichtung wie eine Heizstangen- oder Heißluft-Schweißeinrichtung, durch Extrusionslaminieren, mit Heißrollen oder -riemen und dergl. erfolgen. Im Schritt des Kästchens 340 wird die Bahn aus den aneinander gesetzten Folien gefaltet und werden die Veschlussprofile in den Eingriff gedrückt. Die Bahn kann mittels aus dem Stand der Technik bekannter Falteinrichtungen gefaltet werden. In dem Schritt des Kästchens 350 wird die gefaltete Folie zu Beuteln zerteilt, die man stapelt und gestapelt in einen Behälter verpackt. Das Zertrennen kann nach dem Verfahren der US-PS 5 062 825 erfolgen die durch die Bezugnahme als Teil der vorliegenden Anmeldung gelten soll. Vorzugsweise werden die Einsteck- und die Aufnahme-Verschlusselemente nach dem Falten der Folien und vor dem Zertrennen in den Eingriff gebracht. Die fertigen Beutel stapelt man, gibt sie aus und verpackt sie in Behälter, wie in den US-PS 5 302 080 , 5 108 085 und 5 185 987 beschrieben, die durch die Bezugnahme als Teil der vorliegenden Anmeldung gelten sollen.
Eine oder beide der Folien kann/können bspw. durch Prägen texturiert sein. Eine oder beide Folien können vor oder nach dem Aneinandersetzen koronabehandelt werden. Vorzugsweise wird die zweite thermoplastische Folie koronabehandelt und geprägt, bevor man sie auf die erste thermoplastische Folie auflegt.
Die zweite bzw. Auskleidungsfolie kann nach einem Verfahren und einer Vorrichtung entsprechend denen der US-PS 5 405 561 perforiert bzw. geschlitzt werden, bevor man sie auf die erste bzw. Stützfolie auflegt.
Eine Vorrichtung zum Durchführen eines bevorzugten Verfahrens zur Herstellung der Folienbahn für die erfindungsgemäßen mehrlagigen Beutel ist in der 8, eine Vorrichtung zum Aneinandersetzen der beiden Folienbahnen in der
9 gezeigt. Die 8 ist eine schaubildliche Seitenansicht des Verfahrens zum Bereitstellen und Aneinandersetzen der Folienbahnen 400, während die 9 in einer isometrischen Darstellung ein Verfahren zum Aneinandersetzen der Folienbahnen vor dem Herstellen von Beuteln zeigt. Im Folgenden werden – wo immer möglich – wegen der weitgehenden Ähnlichkeit der zum Herstellen der erfindungsgemäßen mehrlagigen Beutel eingesetzten Vorrichtungen identische Bezugszeichen benutzt.
Wie die 9 zeigt, weist der Prozess 400 allgemein eine Einrichtung 410 zum Bereitstellen einer Stütz- bzw. ersten Folienbahn, eine Einrichtung 430 zum Bereitstellen einer Auskleidungs- bzw. zweiten Folie, eine Zugregeleinrichtung 440, eine Einrichtung 460 zum Perforieren oder Schlitzen der zweiten Folienbahn sowie bei 450 eine Schweiß- bzw. Ansetzeinrichtung auf. Die Einrichtung 410 weist allgemein eine Extrudiereinrichtung 412 in Extrudierausrichtung mit einer Gießrolle 416 zum Bilden einer Stütz- bzw. ersten Folie 414 auf. Die Einrichtung zum Bereitstellen der ersten Folienbahn kann beliebig und aus dem stand der Technik bekannt sein; es kann sich um einen Extrusionsprozess handeln, wie er in der US-PS 5 049 223 beschrieben ist. Die Filmbahn 414 durchläuft eine herkömmliche Dickenregeleinrichtung 418 und zu einer Koronabehandlungseinrichtung 420, wo die erste Filmbahn 414, wie oben beschrieben, koronabehandelt wird, um sie für das spätere Bedrucken vorzubereiten.
Eine Auskleidungs- bzw. zweite Folienbahn 432 wird von einem Rollen- bzw. Abwickelgestell 431 her zugeführt. Die zweite Folie 432 kann auch mit einem herkömmlichen Blas- oder Gießprozess bereit gestellt werden, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Die zweite Folienbahn hat eine kleinere Breite in Querrichtung als die erste Folienbahn 414. Die Folienbahnen 414, 432 werden in eine Zugregelung wie bspw. die Quetsch- bzw. Spaltrollen 440 eingegeben, um die Verformung der Folien einander anzupassen. Dieses Anpassen der jeweiligen Verformung ist im Folgenden ausführlicher beschrieben.
Während die zweite Folienbahn sich als vorperforierte Rolle bereit stellen lässt, wie in 8 gezeigt, kann man die Bahn auch schlitzen bzw. perforieren, während sie auf die Rollen 472 zuläuft, wie in anderen Ausführungsformen gezeigt. Die erste und die zweite Folienbahn 414, 432 werden an der Rolle 434 ausgerichtet und zur Bahn 436 aufeinander gelegt. Die Bahn 436 wird in die allgemein als 450 gezeigte Schweißeinrichtung eingeführt. Die Schweißeinrichtung 450 weist allgemein eine Extrudiereinrichtung (Extruder) 452, die Rolle 454 und die Andruckrolle 456 auf. Eine bevorzugte Verschlussvorrichtung ist in der 8 gezeigt und unten beschrieben. Der Extruder 452 liefert ein Ansetz- bzw. Verschlussband 458. Das Verschlussband 458 wird auf die Bahn 436 gegeben und überlappt die parallele Kante der Auskleidungs- bzw. zweiten Folie 432. Das Verschlussband 458 auf der Bahn 436 läuft zwischen der Rolle 454 und der Andruckrolle 456 durch und bildet einen Abdeckverschluss ("blanket seal") aus. Die Extrudiereinrichtung (Extruder) 456 liefert Verschlussprofile 460. Die Verschlussprofile 460 werden an die gegenüberliegenden parallelen Kanten der ersten Folie 414 angesetzt, wie in der US-PS 5 049 223 beschrieben, wobei eine Bahn 462 mit einem Abdeckverschluss und Verschlussprofilen entsteht. Die Bahn 462 mit den Verschlussprofilen wird dann gefaltet, verschweißt und zugeschnitten, gestapelt und verpackt, wie in der 7 gezeigt und beschrieben. Eine oder beide Folienbahnen kann/können texturiert oder koronabehandelt sein, wie oben beschrieben.
Die zweite thermoplastische bzw. Auskleidungsfolie lässt sich an die erste thermoplastische bzw. Stützfolie mit einem extrudierten Abdeckverschluss (die Seitenkanten der Auskleidungsfolie über- oder unterlappend), einem Heißschmelzklebstoff (über oder unter der Kante der oberen Folienlage aufgetragen), beheizten Rollen oder Gurten, Klebebandstreifen, Ultraschall-, Infrarot-, HF- oder Vibrationsschweißen ansetzen. Der Einsatz einer beliebigen der oben angegebenen Methoden des Aneinandersetzens zweier Folienbahnen hängt größtenteils von deren chemischen und physikalischen Eigenschaften ab. Vorzugsweise setzt man die Auskleidungs- an die Stützfolie mit einem extrudierten Abdeckverschluss 97 in der Art eines Folienscharniers an, wie er in der 5c gezeigt und im Folgenden beschrieben ist. Der in der 7 gezeigte Prozess kann kontinuierlich oder diskontinuierlich sein; vorzugsweise ist er kontinuierlich.
Die 10 zeigt allgemein bei 450a einen Prozess zum Ansetzen der zweiten thermoplastischen Folienbahn 432 an die erste thermoplastische Folienbahn 414. Beim erfindungsgemäßen Ansetzen einer zweiten thermoplastischen Folienbahn 432 an eine erste thermoplastische Folienbahn 470 entlang paralleler Kanten 470 der ersteren wird die zweite thermoplastische Folienbahn 432 mit der ersten thermoplastischen Folienbahn 414 ausgerichtet auf sie aufgelegt, so dass eine Folienbahn 436 entsteht. Die Folienbahnen laufen zwischen den Quetschrollen 472 und unter einem Verschlussbandextruder 452 hindurch. Ein Ansetz- bzw. Verschlussband 458 aus geschmolzenem thermoplatischem Material wird auf die in der Maschinenrichtung durchlaufenden Bahnen die Kante 470 der zweiten Folienbahn überlappend und auf beide Folienbahnen ausgepresst, die folglich aneinander befestigt werden. Die miteinander verbundenen Folienbahnen werden durch eine Andruck- oder Quetschrollengruppe 454, 456 geführt, so dass ein Abdeckverschluss 459 entsteht. Ein herkömmlicher zweiter Verschlussbandextruder dient dazu, die gegenüberliegende parallele Kante der zweiten Folienbahn auf der ersten Folienbahn festzulegen. Die Folienbahn 436 mit einem Abdeckverschluss 459 durchläuft dann herkömmliche Führungsrollen 474, 476, um die Bahn 436 zum Falten, Verschließen und Zerschneiden zur Ausbildung von Beuteln auszurichten.
Beim Abdeckverschluss 459 kann es sich um ein Scharnier-Abdeckverschluss 97 (5c) oder um einen Aufschweiß-Abdeckverschluss 110 (5d) handeln. Die Vorteile eines Abdeckverschlusses sind u.a., dass die Folien sich kon tinuierlich mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit aneinander setzen lassen, der Abdeckverschluss für die Verbraucher solide und ansprechend aussieht und dass der Vorgang gegenüber anderen Schwankungen unempfindlich ist und frei ist von den bei anderen bekannten Verfahren entstehenden Folien-"Schwänzen".
Generell lassen die Verschlussbänder sich auf beliebige Weise so aufsetzen, dass die beiden Folien aneinander befestigt werden. Vorzugsweise weist die erste thermoplastische Folie entlang gegenüberliegenden Kanten verlaufende, komplementär ineinander steckbare Verschlusselemente auf und werden die Verschlussbänder äquidistant von den zugeordneten Verschlussprofilen angeordnet; noch besser werden die Verschlussbänder äquidistant von den zugehörigen Kanten der ersten thermoplastischen Folie so angeordnet, dass die komplementären Verschlusselemente sich nach dem Aneinandersetzen der Folienbahnen auf die Stütz- bzw. erste thermoplastische Folie aufbringen lassen.
Generell kann das Verschlussband aus einem beliebigen geeigneten Material oder aus einer Kombination von Materialien herstellen, die auf mindestens die zu verbindenden Teile der thermoplastischen Folien aufschweißbar sind. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Verschlussband um Polyethylen, insbesondere LD-Polyethylen. Ein Beispiel eines für die vorliegende Erfindung geeigneten handelsüblichen LDPE ist das von der Fa. The Dow Chemical Company erhältliche LDPE 748.
Beim Ausbilden eines Scharnier-Abdeckverschlusses kann die Breite des Verschlussbandes allgemein im Bereich von etwa 3 mm bis zur Breite der Stütz- bzw. ersten Folienbahn liegen. vorzugsweise liegt die Breite des Verschlussbandes im Bereich von etwa 3 mm bis etwa 76 mm, insbesondere von etwa 6 mm bis etwa 19 mm.
Generell hat das zum Ausbilden eines Scharnier-Abdeckverschlusses benutzte Verschlussband eine Dicke von etwa 13 μm bis 254 μm (0,5 bis 10 mils ), vorzugsweise von etwa 25 μm bis etwa 51 μm (1 bis 2 mils ) und insbesondere von etwa 25,5 μm bis etwa 38,2 μm (1,0 bis 1,5 mils ).
Die Verschlussbänder können getönt, farbig oder texturiert sein, um die Auskleidung in einem Beutel für den Verbraucher hervorzuheben.
Da das Verschlussband normalerweise die zweite nicht mit der ersten Folie verschweißt, lässt es sich mit Vorteil dazu verwenden, Folien aufeinander zu setzen, die sich normalerweise nicht verschweißen lassen. Reichen jedoch die Temperatur, die Wärmekapazität und die Masse des Verschlussbandes aus und hat die Auskleidungsfolie eine geeignete Dicke und beim Herstellen des An- bzw. Verschlusses eine ausreichende Temperatur, überträgt das extrudierte Verschlussband genug Wärme durch die Auskleidungsfolie hindurch, um sie mit der Stützfolie zu verschweißen.
Generell ist die Breite der Auskleidungs- bzw. zweiten Folienbahn geringer als die der ersten, so dass nach dem Aufbringen das Verschlussband nicht über die Kante der ersten Folienbahn hängt. Vorzugsweise ist die Auskleidungs- bzw. zweite Folie schmaler als die erste Folie, so dass sich ein Einsteck- und ein Aufnahmeprofil entlang gegenüberliegender paralleler Kanten der ersten Folienbahn aufbringen lassen.
Generell ist bekannt, dass, um zwei Bahnen aneinander zu setzen, es wünschenswert ist, deren prozentuale Dehnung bzw. Verformung an der Verbindungsstelle aneinander anzupassen. Dadurch vermeidet man das Aufrollen in Querrichtung beim Wegfallen der Spannung. In Maschinenrichtung lässt sich die Spannung in jeder Bahn wie folgt ausdrücken:
Im elastischen Bereich:

mit o = Spannung (psi)
E = Elastizitätsmodul (psi)
e = Verformung (in./in.)
T = Zug (PLI)
t = Dicke (in.)

Durch Umformen ergibt sich:
Um die Faltenbildung in Maschinenrichtung zu vermeiden, die auftritt, wenn eine innere Auskleidungsfolie auf eine äußere Folie aufgesetzt wird, setzt man Set ∈ Liner = ∈ Outer film
Für elastische Folien ist bekannt, dass ein in Maschinenrichtung unter Spannung stehendes Material sich als Funktion einer als Poisson-Konstante v bekannten Materialeigenschaft in Querrichtung kontrahiert bzw. einschnürt. Die Poisson-Konstante ist ein Verhältnis der Lateral- zur Axialverformung und beträgt für Polyethylen typischerweise etwa 0,3. Setzt man über die Poisson-Konstante die Lateral- mit der Axialverformung in Beziehung und wiederholt man die oben ausgeführte Ableitung, ergibt sich für ein Anpassen der Querverformung und das Vermeiden des Aufrollens in Maschinenrichtung folgende Bedingung:
In der Praxis ist erwünscht, die Verformung in sowohl der Maschinen- als auch der Querrichtung anzupassen. Die Faltenbildung vermeidet man auf verschie dene Art und Weise – einschl. des Aneinandersetzens von Bahnen mit vergleichbarem Modul und/oder vergleichbarer Poisson-Konstante.
Für einen gegebenen Satz Materialien lässt die Faltenbildung sich minimieren, indem man beim Aneinandersetzen der Folien mit niedriger Spannung arbeitet, so dass eine geringere Rückstellung erfolgt. Abhängig von der Anwendung lässt die Faltenbildung in Querrichtung – im Vergleich zu der in Maschinenrichtung – sich als belanglos betrachten.
Es ist also wünschenswert, in beiden Bahnen eine verhältnismäßig niedrige Spannung zu erreichen und die Verformungen an der Verbindungsstelle einander anzupassen. Bekanntermaßen liegt zum wirkungsvollen Transport der Bahnen eine empfohlene Spannung in Maschinenrichtung im Bereich von 10 % – 25 % der Fließgrenze (in PLI-Einheiten); bei weniger als 10 % der Fließgrenze kann die Folienführung ungenau werden. Während die Spannung in Maschinenrichtung bei jeder Bahn im Bereich von 0 % – 100 % der Fließgrenze liegen kann, hat sich gezeigt, dass sich bei mehr als 25 % der Fließgrenze u.U. örtlich verdünnte Stellen bilden, an denen die Fließgrenze überschritten und die Folie nichtelastisch gereckt wird. Für ein erfolgreiches Ansetzen extrudierter Verschlussbänder liegt die Spannung vorzugsweise im Bereich von 2 % – 15 % der Fließgrenze in Maschinenrichtung.
Für die bevorzugte Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft erwiesen, im Gewicht leichte Leerlaufrollen mit reibungsarmen Lagern zu verwenden, um den Widerstand zwischen dem Zufuhrpunkt der Auskleidungsfolie und dem Punkt, an dem ein Abdeckverschluss aufgebracht wird, zu minimieren. Auch dann ist jedoch die Spannung in der Auskleidungsfolie am Zufuhrpunkt so niedrig, dass ein Kompromiss nötig ist zwischen einer Spannung, die niedrig genug, um eine Faltenbildung bzw. ein Recken zu vermeiden, und andererseits hoch genug ist, um ein einwandfreies Führen der Folienbahn zu gewährleisten.
Folglich hat die Ausführungsform der 9 eine Quetschrollengruppe zwischen den beiden Bahnzufuhrpunkten und dem Punkt, an dem der Abdeckverschluss aufgebracht wird. Dann lassen sich die Spannungen in beiden Bahnen vor den Quetschrollen auf einem etwas höheren Niveau – bspw. 15 % der Fließgrenze – einander anpassen. Quetschrollen erlauben verschiedene Spannungsregelzonen. Die Bahnverformungen lassen sich durch eine geeignete Spannungsregelung zwischen den Zufuhrpunkten und der Quetschrolle anpassen. Die Andruckrolle lässt man mit etwas geringerer Drehzahl laufen als die Quetschrollen, um die Spannung in Maschinenrichtung teilweise freizusetzen und in den Sollbereich von 2 % – 15 % für das Aufbringen des Abdeckbands zu reduzieren. Optional kann man eine zweite Quetschrollengruppe vorsehen derart, dass die Bahnen unmittelbar vor dem Zusammenfügen separate Quetschspalte durchlaufen und separat spannungsgeregelt werden, wie in 8 gezeigt.
Wie wieder die 9 zeigt, wird, wie bekannt, mit einem Satz Andruck- bzw. Quetschrollen 440 die Spannung der Auskleidungs- bzw. zweiten thermoplastischen Folie (für 0,6-mil PE) allgemein in den Bereich von etwa 0,05 bis etwa 1 PLI ("pounds per linear inch width") geregelt. In der bevorzugten Ausführungsform läuft jede der Folienbahnen durch Quetschrollen, um die Verformungen einander anzupassen. Das Ausrichten der Auskleidungs- bzw. zweiten Folie lässt sich mit herkömmlichen Kantenführungen und/oder einem Zuschneiden der Folienbahn auf die Sollbreite erreichen.
Wie wiederum die 8 zeigt, regelt man, um ein Recken der warmen Bänder zu vermeiden, die Spannung des Folienverbunds nach dem Aufsetzen des Verschlussbandes in den Bereich von etwa 0,02 bis etwa 2,0 PLI (für PE-Folien) ein. Die Spannung im Folienverbund lässt sich mit üblichen Quetschrollen 472 regeln. Ein Recken der Abdeckbänder kann im endgültigen Produkt zu einer Wellen- und/oder Faltenbildung führen.
Die 10 zeigt einen alternativen erfindungsgemäßen Prozess zum Verschweißen mindestens zweier Folienbahnen mit folgenden Schritten: Bereitstellen mindestens einer ersten und einer zweiten Folienbahn, die miteinander verschweißbar sind; Auflegen der zweiten Folienbahn auf die erste; Bereitstellen mindestens eines An- bzw. Verschlussbandes auf einem Material mit einer Temperatur, einer Masse und einer Wärmekapazität, die ausreichen, um die zweite thermoplastische Folie auf die erste zu schweißen und das Band aus Verschlussmaterial auf die aufeinander liegenden Folienbahnen aufzusetzen. Dieser Prozess entspricht dem der 8, wobei jedoch der Verschlussbandextruder 452 über einem beliebigen Teil der Folienbahn 436 angeordnet werden kann, um die Folienbahnen in Maschinenrichtung an einer beliebigen Stelle quer über der Bahn zu verschweißen. Vorzugsweise wird das Verschlussband nach dem Aufsetzen zwischen den Rollen 454, 456 komprimiert. Mehrere Verschlussbandextruder 452 dienen dazu, mehrere Verschlussbänder 458 in Maschinenrichtung der Folienbahn bereit zu stellen, um, wie in der 5d gezeigt, mehrere aufgeschweißte Abdeckbänder auszubilden. Die Folienbahnen lassen sich durch Extrudieren oder Abwickeln von einem Abwickelgerüst zuführen. Die zu verschweißenden Folienbahnen können aus beliebigen verschweißbaren thermoplastischen Materialien bestehen – einschl. den oben beschriebenen. Die Folienbahnen können die gleiche oder verschiedene Breiten haben. Generell kann man das Verschlussband aus einem beliebigen extrudierbaren Material herstellen, mit dem die Folienbahnen sich verschweißen lassen. Vorzugsweise wird das Verschlussbandaus thermoplastischen Materialien wie u.a. LDPE 746 der Fa. The Dow Chemical Company hergestellt.
Generell hat das Verschlussband eine solche Temperatur, Wärmekapazität und Masse, dass die beiden Folien sich verschweißen lassen. Generell ist die Temperatur des Verschlussbandes diejenige, bei der sich das jeweilige Material ohne Qualitätsverlust extrudieren lässt.
Generell sollte die zu schweißende Folie so dick sein, dass ein Wärmeübergang vom Verschlussband zur Folie möglich ist, um diese mit der darunter liegenden Folie zu verbinden. Generell kann die Dicke des zum Herstellen eines Schweiß-Abdeckverschlusses verwendeten Verschlussbands im Bereich von etwa 0,5 mils bis etwa 10 mils, vorzugsweise etwa 1,5 mils bis etwa 3,0 mils und insbesondere etwa 1,5 mils bis etwa 2 mils liegen.
Generell liegt die Breite des Verschlussbandes, das zum Herstellen eines Schweiß-Abdeckverschlusses dient, im Bereich von etwa 3 mm bis zur Breite der Stütz- bzw. ersten Folienbahn, vorzugsweise etwa 3 mm bis etwa 76 mm und insbesondere etwa 6 mm bis etwa 19 mm. Wie in 8a im Schnitt gezeigt, ist die zweite Folie 432 der resultierenden Fläche unter den jeweiligen Abdeckverschlüssen 459 dicht abschließend angesetzt.
Die 12 zeigt einen anderen erfindungsgemäßen Prozess zum Aneinandersetzen mindestens zweier Folienbahnen mit folgenden Schritten: Bereitstellen mindestens einer ersten und einer zweiten Folienbahn mit einer ersten bzw. zweiten Breite, von denen die zweite Breite kleiner ist als die erste; optionales Perforieren oder Schlitzen der zweiten Folie; Auflegen der zweiten Folienbahn auf die erste zwischen parallelen Kanten der ersten Folienbahn; Bereitstellen mindestens eines Bandes Verschlussmaterial und Aufbringen des Verschlussmaterialbandes entlang und über parallele Kanten der zweiten Folienbahn. Vorzugsweise wird das Verschlussband 458 mittels einem oder mehr Extrudern 452 auf die Folienbahnen aufgebracht. Die Extruder 452 können an beliebiger Stelle über den Folienbahnen angeordnet sein, damit sich mit ihnen die Folienbahnen durch Ausbilden einer Scharnier-Abdeckverschlusses in Maschinenrichtung aneinandersetzen lassen. Bspw. lassen sich mehrere Extruder 452 versetzt über den parallelen Kanten von drei oder mehr Folienbahnen anordnen, um letztere nacheinander miteinander zu verbinden. Vorzugsweise wird das Verschlussband 452 nach dem Auftragen auf die parallelen Kanten der Folienbahn bzw. -bahnen zwischen Rollen 454, 456 komprimieren.
Vorzugsweise werden die Verschlussbänder 458, die zum Ausbilden von scharnierartigen Abdeckverschlüssen dienen, äquidistant von den zugehörigen Kanten der ersten thermoplastischen Folie aufgetragen. Generell kann das Verschlussband aus einem beliebigen geeigneten thermoplastischen Material oder einer Kombination thermoplastischer Materialien bestehen, die auf mindestens die zusammenzufügenden Folienbahnbereiche aufschweißbar sind. Die zusammenzufügenden Folienbahnen können bspw. thermoplastische Kunststoffe, wie oben erläutert, nicht thermoplastische Kunststoffe, Tuche, Vliese, coextrudierte Folien und dergl. sein. Die Foliensubstrate werden mit dem Verschlussband aufeinander gesetzt, wie in 5c gezeigt.
Beim Herstellen eines Scharnier-Abdeckverschlusses kann die Breite des Verschlussbandes generell im Bereich von etwa 3 mm bis zur Breite der Stütz- bzw. ersten Folienbahn, vorzugsweise von etwa 3 mm bis etwa 76 mm und insbesondere von etwa 6 mm bis etwa 19 mm liegen.
Generell hat das zum Herstellen eines Scharnier-Abdeckverschlusses dienende Verschlussband eine Dicke von etwa 13 m bis etwa 254 m (0,5 bis 10 mils), vorzugsweise etwa 25 m bis etwa 51 m (1 bis 2 mils) und insbesondere etwa 25,5 m bis etwa 38,2 m (1,0 bis 1,5 mils).
Der mehrlagige Beutel der 10, 10a und 10b entspricht dem der 8, wobei jedoch die Innenauskleidung 432 in Form eines einzelnen perforierten Blatts mit vergrößerter Bahnbreite vorliegt. Das Blatt bzw. die Folie, wie sie auch bezeichnet wird, wird beim Vorlauf zwischen den Rollen 472 hindurch umgefaltet und dann an der Perforation zerrissen.
Die in den 11, 11a und 11b gezeigte unterscheidet sich hauptsächlich dahingehend von den anderen Ausführungsformen, dass die Innenauskleidung von zwei separaten Blattrollen her kommend, nicht aus einem einzelnen Blatt ausgebildet wird, das perforiert oder geschlitzt wird. Beim Vorlauf der beiden Blätter zwischen den Rollen 472 hindurch werden erstere übereinander gelegt, wie am klarsten in der 11b gezeigt.
Wie schließlich in den 12 und 12a gezeigt, ist es, obgleich hinsichtlich der Beutelfestigkeit bevorzugt, durchaus möglich, die Innenfläche(n) auf die Außenseiten 482 der Abdeckverschlüsse 459 aufzusetzen, nicht auf die Innenfläche 480, wie es normalerweise der Fall ist, wenn Abdeckverschlüsse an Stelle eines Aufschweißens oder anderer oben aufgeführten Aufsetztechniken eingesetzt werden.
Während die hier offenbarten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung die angegebenen Ziele zu erreichen gestatten, ist einzusehen, dass Modifikationen, Variationen und Änderungen möglich sind, ohne die Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.

Claims

Mehrlagiger Beutel (12) mit einem Außenbeutel (12) und mindestens einer Innenauskleidung (14), wobei der Außenbeutel (12) zwei Seitenflächen (36, 36') jeweils mit einer Innenseite (34, 34') und einer Außenseite hat und die Seitenflächen (36, 36') entlang zugehöriger Seitenkanten (18, 18'), die die Öffnung des mehrlagigen Beutels (10) bilden, und einer gefalteten Kante (20) zusammengefügt sind, die den Boden des mehrlagigen Beutels (10) bildet, wobei die Innenauskleidung (14) mindestens eine Seitenfläche (32, 32') mit einer oberen Kante (30, 30') aufweist, die an die Innenseite (34, 34') des Außenbeutels (12) angesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Seitenfläche der Innenauskleidung (14) mindestens eine freie Kante aufweist.
Mehrlagiger Beutel nach Anspruch 1, bei dem die oberste Kante (30, 30') der Innenauskleidung (14) an die Innenseite (34, 34') des Außenbeutels (12) angesetzt und von der Öffnung des mehrlagigen Beutels beabstandet ist.
Mehrlagiger Beutel nach Anspruch 1, bei dem die Seitenflächen (32, 32') der Innenauskleidung eine Nenndicke von 0,3 bis 1,0 mils haben.
Mehrlagiger Beutel nach Anspruch 3, bei dem die Innenauskleidung (14) eine thermoplastische Folie mit einem 2%-Secantmodul in Querrichtung (TDSM) von weniger als 40.000 psi nach ASTM D 832-83, Methode A, bei einem Backenspalt von 4 in. für Proben mit 1 in. Breite aufweist, außer dass die Anfangs-Verformungsrate 0,25 in./in./min. bei einer Quer-Kopfgeschwindigkeit von 1 in./min. beträgt.
Mehrlagiger Beutel nach Anspruch 4, bei dem die Innenauskleidung (14) eine thermoplastische Folie mit einer Z-Zahl von weniger als 60.000 mil³psi aufweist, wobei Z = (t³)×(TDSM), t die Foliendicke in mils und TDSM der Secantmodul in Querrichtung nach ASTM D 83283, Methode A, bei einem Backenspalt von 4 in. für Proben mit 1 in. Breite ist, außer dass die Anfangs-Verformungsrate 0,25 in./in./min. bei einer Quer-Kopfgeschwindigkeit von 1 in./min. beträgt.
Mehrlagiger Beutel nach Anspruch 5, bei dem die Z-Zahl der Innenauskleidung niedriger als 20.000 mil³psi ist.
Mehrlagiger Beutel nach Anspruch 3, bei dem der Außenbeutel (12) eine Folie mit einem Z-Wert im Bereich von 50.000 bis 150.000 mil³psi aufweist.
Mehrlagiger Beutel nach Anspruch 7, bei dem die Innenauskleidung (14) eine thermoplastische Folie aus Ethylen-Homo- und Copolymerisaten aufweist.
Mehrlagiger Beutel nach Anspruch 1, bei dem die oberste Kante (30, 30') der Innenauskleidung (14) mit einem Scharnier- oder einem Aufschweiß-Abdeckverschluss an eine Seitenfläche (36, 36') des Außenbeutels (12) angesetzt ist.
Mehrlagiger Beutel nach Anspruch 1, dessen Innenauskleidung (14) texturiert ist.
Mehrlagiger Beutel nach Anspruch 1, dessen Außenbeutel (12) entlang gegenüberliegender Innenseiten komplementäre, in den gegenseitigen Eingriff bringbare Verschlusselement aufweist.
Mehrlagiger Beutel nach Anspruch 11, dessen Innenauskleidung (14) entlang seitlicher Kanten der gemeinsamen Kantenverschlüsse zusätzlich an den Außenbeutel (12) angesetzt ist.
Mehrlagiger Beutel nach Anspruch 12, bei dem die oberste Kante (30, 30') der Innenauskleidung (14) mit einem Abdeckverschluss an eine Seitenfläche des Außenbeutels angesetzt ist.
Mehrlagiger Beutel nach Anspruch 13, bei dem die Innenseite der Seitenfläche der Innenauskleidung koronabehandelt ist.
Mehrlagiger Beutel nach Anspruch 1, bei dem die Kantenverschlüsse der Innenauskleidung von den Kantenverschlüssen des Außenbeutels getrennt vorliegen.
Mehrlagiger Beutel nach Anspruch 1, bei dem die oberste Kante (30, 30') der Innenauskleidung (14) mit einem Heißschmelzklebstoff oder einem Heißluft-Saumverschluss an eine Seitenfläche (36, 36') des Stützbeutels angesetzt ist.
Mehrlagiger Beutel nach Anspruch 1, dessen Innenauskleidung (14) eine Farbe hat, die sich von der mindestens eines Teils des Stützbeutels (12) unterscheidet.
Mehrlagiger Beutel nach Anspruch 1, dessen Innenauskleidung (14) ein erstes Blatt, das entlang der Innenseite einer ersten Seitenfläche angesetzt ist, und ein zweites Blatt aufweist, das entlang der Innenseite einer zweiten Seitenfläche angesetzt ist, wobei das erste und das zweite Blatt diskontinuierlich sind.
Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Beutels mit einem Außenbeutel (12) und einer Innenauskleidung (14), das folgende Schritte aufweist: Heranführen einer ersten thermoplastischen Folienbahn (414) einer Dicke von mehr als 1 mil (25,4μm) und einer ersten Bahnbreite in Querrichtung zwischen parallen Kanten; Heranführen mindestens einer zweiten thermoplastischen Folienbahn (432) einer Dicke von weniger als 2 mils (50,8 μm) und einer zweiten Bahnbreite in Querrichtung zwischen parallelen Kanten, wobei die zweite Quer-Bahnbreite kleiner ist als die Breite der ersten thermoplastischen Folie (414); Auflegen der zweiten thermoplastischen Folienbahn (432) auf die erste thermoplastische Folienbahn (414) zwischen den parallelen Kanten der letzteren; Ansetzen der zweiten thermoplastischen Folienbahn (432) an die erste thermoplastische Folienbahn (414) entlang paralleler Kanten der zweiten thermoplastischen Folienbahn (432); Falten der Folienbahnen (414, 432) in Querrichtung; und Verschließen und Zertrennen der gefalteten Folienbahnen (414, 432), um einen mehrlagigen Beutel auszubilden; dadurch gekennzeichnet, dass die zweite thermoplastische Folienbahn (432) als separate erste und zweite aneinandergrenzende Bahn oder als eine einzige Bahn bereit gestellt werden, in welchem Fall der Schritt eines Perforierens oder Schlitzens der zweiten thermoplastischen Folie (432) hinzutritt, um auf einer Auskleidungslage des fertigen mehrlagigen Beutels eine freie Kante auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 19 mit dem Schritt des Aufbringens in den gegenseitigen Eingriff bringbarer komplementärer Verschlusselemente (460) entlang gegenüber liegende paralleler Kanten der ersten thermoplastischen Folienbahn (414).
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Folien durch Aufbringen eines Scharnier-Abdeckverschlusses (459, 97) oder eines Aufschweiß-Abdeckverschlusses (459, 110) angesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die erste thermoplastische Folienbahn (414) entlang gegenüberliegender paralleler Kanten in den gegenseitigen Eingriff bringbare komplementäre Verschlusselemente (460) aufweist und die zweite thermoplastische Folienbahn (432) zwischen den Verschlusselementen (460) auf die erste thermoplastische Folienbahn (414) aufgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die zweite thermoplastische Folienbahn (432) koronabehandelt ist.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die zweiten thermoplastischen Folienbahnen (432) aus Polyethylen sind.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Innenauskleidung (14) ein erstes Blatt, das entlang der Innenseite einer ersten Seitenfläche (36) angesetzt ist, und ein zweites Blatt aufweist, das entlang der Innenseite einer zweiten Seitenfläche (36') angesetzt ist.
Vorrichtung zum Herstellen mehrlagiger Beutel mit mindestens einem inneren Auskleidungsbeutel und einem äußeren Stützbeutel, die aufweist: eine Einrichtung (410) zum Heranführen einer ersten thermoplastischen Folienbahn (414) mit einer Dicke von mehr als 1 mil (25,4 μm) und einer ersten Bahnbreite in Querrichtung zwischen paralleler Kanten; eine Einrichtung (430) zum Heranführen mindestens einer zweiten thermoplastischen Folienbahn mit einer Dicke von weniger als 2 mils (50,8 μm) und eine zweiten Bahnbreite in Querrichtung zwischen parallelen Kanten, wobei die zweite Quer-Bahnbreite kleiner ist als die Breite der ersten thermoplastischen Folie; eine Einrichtung (434) zum Auflegen der zweiten thermoplastischen Folienbahn (432) auf die erste thermoplastische Folienbahn (414) zwischen parallelen Kanten der ersten thermoplastischen Folie; eine Einrichtung zum Falten der Folien in Querrichtung; und eine Einrichtung zum Verschließen und Zertrennen der gefalteten Folien zu Beuteln; dadurch gekennzeichnet, dass entweder eine Einrichtung zum Perforieren oder Schlitzen der zweiten Folienbahn in Längsrichtung vorgesehen ist oder die zweite thermoplastische Folienbahn zwei getrennte aneinandergrenzende Blätter aufweist, um auf mindestens einer Seite der Auskleidung von mittels der Vorrichtung gefertigten mehrlagigen Beuteln eine freie Kante auszubilden.