DE60121223T2

DE60121223T2 - Verfahren zur herstellung von verpackungsmaterial

Info

Publication number: DE60121223T2
Application number: DE60121223T
Authority: DE
Inventors: Ragnar Winberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: EP1358071A1; AU2001248965A1; SE516297C2; SE0001389L; WO2001078982A1; EP1358071B1; SE0001389D0; DE60121223D1

Description

Eines der seit Langem gebräuchlichsten Verpackungsmaterialien ist Wellpappe. Unter den steifen Wellpappen ist die gängigste Form die einwellige Wellpappe, die aus einer gewellten Bahn mit je einer glatten Deckenbahn auf beiden Seiten der gewellten Bahn besteht. Wellpappe wird auch als zweiwellige Wellpappe (Doppelwelle) hergestellt, die aus zwei gewellten Bahnen und drei Deckenbahnen besteht. Normale Wellpappe besteht aus Papier. Bei der Herstellung werden die Spitzen der gewellten Bahn mit Leim benetzt und anschließend zwischen den Deckenbahnen eingeklebt. Einwellige und zweiwellige Wellpappe wird in flachen Platten hergestellt. Aus den Platten können dann durch Stanzen und Biegen Kartonagezuschnitte hergestellt werden. Wellpappe ist leicht, steif und kann mit geringem Kostenaufwand hergestellt werden. Für spezielle Aufgabenstellungen, bei denen größere Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit gefordert ist, wird die Wellpapp-Platte aus gewachstem oder kunststoffbezogenem Papier hergestellt. Bei lange andauerndem Kontakt mit Feuchtigkeit verlieren aber auch diese ihre Stabilität.
Für bestimmte Waren bedarf es besonders reiner Verpackungen, wenn z.B. lose Faser des Papiermaterials nicht hingenommen werden können. An Verpackungen kann auch die Anforderung gestellt werden, dass sie lange Zeit Wasser und Feuchtigkeit aushalten, ohne ihre Stabilität zu verlieren. Für diese Aufgaben kann keine Wellpappe eingesetzt werden, die Papier enthält. Verpackungsmaterial, das ausschließlich aus Kunststoff besteht, kann für diese Zwecke geeignet sein. Ein solches Material wird im Spritzgussverfahren hergestellt. Es besteht aus zwei Außenflächen, die durch dünne Stege zusammengehalten werden, die aus Gründen der Herstellung in der gleichen Richtung angeordnet sind wie die Herstellungsrichtung des Materials. Unter anderem wegen der Kosten intensiven Maschinenausrüstung und niedrigen Herstellungskapazität ist das Material teuer.
Im US-Patent 4 897 146 wird ein Kunststoffmaterial beschrieben, das aus drei Lagen besteht. Die mittlere Lage wird durch Erwärmung und Dehnung geformt mit Hilfe eines festen Dorngestänges, über das das Material gleitet. Gleichzeitig mit der Formgebung wird die mittlere Lage mit der erwärmten unteren Lage großflächig verschweißt. Eine erwärmte obere Lage wird dann auf die warme mittlere Lage gepresst. Die Materialbahnen, die eingesetzt werden, sind verhältnismäßig dick und steif und das fertige Material ist geeignet für den Einsatz als Dach- oder Wandplatten. Das Material ist nicht geeignet, Wellpappe als Verpackungsmaterial zu ersetzen. Die gesamte mittlere Lage 106 wird erwärmt bei 28a und 28b und kurz danach von einer Walze 30 geformt, die mit Ringen 38 versehen ist, mit denen die mittlere Lage gegen die untere Lage 102 gepresst wird. Für die Formgebung gibt es feste Dorne 34, auf denen die untere Lage 102 und die mittlere Lage 106 gleiten. Wegen der Erwärmung der Lagen 102 und 106 erwärmen sich diese Dorne stark, außerdem wird die mittlere Lage 106 beim Anpressen der oberen Lage 104 auf die mittlere Lage 106 stark erwärmt und hat damit dem Druck keinerlei Widerstand entgegen zu setzen. Die eingeschobenen Dorne 34 müssen den Druck zwischen oberer und unterer Bahn aufnehmen.
Im US-Patent 4 188 253 wird eine dreischichtiges Material beschrieben, bei dem die Spitzen der mittleren Lage quer zur Herstellungsrichtung liegen. Das Verschweißen der mittleren mit der unteren Lage erfolgt dadurch, dass beim Schweißvorgang Wärme an den Wellentälern der mittleren Lage aufgebracht wird. Die Wärme muss also die mittlere Lage durchdringen, um die Außenseiten der Wellenspitzen mit der unteren Lage zu verschweißen. Durch die Konstruktion der Bauteile (14, 42), die die Wärme zuführen, werden auch die Flanken zwischen den Wellenspitzen der mittleren Lage erwärmt.
In den französischen Patenten 2 081 256 und 2 088 069 scheint die gesamte Zwischenlage beim Verschweißen erwärmt zu werden und im Querschnitt gibt es keine gerade Seitenflächen.
Für Wellpappe gibt es Standarddicken. Die gesamte Dicke beträgt bei Microwelle 1,2 mm, 2,4 mm bei Feinwelle und 3,6 mm bei Mittelwelle. Es kann sinnvoll sein, diese Abmessungen beim Verpackungsmaterial gemäß vorliegender Erfindung einzuhalten.
Bei der Herstellung von Wellkunststoff in geringen Dicken müsste das Dorngestänge gemäß der schwedischen Patentanmeldung 9902826-8 einen sehr kleinen Querschnitt haben. Dabei kann kaum verhindert werden, dass das gesamte Gestänge etwa die gleiche Temperatur annimmt. Das Gestänge wird damit auch die mittlere Lage in den Bereichen zwischen den Wellenspitzen erwärmen. Durch den Druck von außen und die Reibung zwischen dem Kunststoffmaterial und dem Gestänge wird dieses sicher bei kontinuierlichem Vorschub in kurzer Zeit verschleißen.
Mit der vorliegenden Erfindung kann ein Verpackungsmaterial hergestellt werden, das in gewisser Hinsicht bessere Eigenschaften hat als bisher bekanntes.
Das Ausgangsmaterial für das Verpackungsmaterial gemäß Erfindung ist eine Thermoplastfolie bspw. aus Polystyrol. Das ist auf dem Markt in unterschiedlichen Qualitäten erhältlich. Ein anderes Material ist Polyethylen mit einer großen Menge an Füllstoffen aus Kreide, die den Kunststoff bei Sonnenlicht verspröden lassen. Styrolkunststoff ist umweltfreundlich in der Form, dass bei vollständiger Verbrennung nur Kohlendioxid und Wasser entstehen. Gebrauchte Verpackungen können klein gemahlen werden und als neuer Rohstoff dienen. Das Verpackungsmaterial selbst beinhaltet keinen Leim sondern wird nur durch Verschweißen der eingehenden Kunststofffolien zusammengesetzt. Das Verpackungsmaterial ist völlig unempfindlich gegen Feuchtigkeit, es ist sauber und enthält weder Staub noch Fasern. Dadurch, dass die Fertigungseinrichtungen verhältnismäßig niedrige Anschaffungskosten haben und die Herstellung kontinuierlich und schnell erfolgt, können die Herstellungskosten niedrig gehalten werden. Durch die Anordnung der Falten längs zur Herstellungsrichtung lassen sich Vorteile erzielen. Wenn bei der Herstellung ein vorbestimmtes Maß zugeschnitten wird und die abgeschnittenen Platten um 90° gedreht und anschließend parallel zu den Falten verschweißt werden, erhält man eine neue Bahn, deren Breite unabhängig von der Rollenbreite der Kunststofffolie ist. Aus dieser neuen Bahn können Platten beliebiger Länge hergestellt werden. So kann der Materialverschnitt beim Ausstanzen der Zuschnitte geringer gehalten werden, als wenn die Materialbreite immer genau der Rollenbreite des Ausgangsmaterials entspräche. Die Kartonagen müssen so ausgestanzt werden, dass die Falten senkrecht zum fertigen Karton verlaufen. Die Ausformung der Falten erfolgt bei der Herstellung so, dass die Wellenspitzen parallel zur Herstellungsrichtung des Materials verlaufen. Sie können dabei eine definierte Form mit scharfkantigen Spitzen bekommen, was die Stabilität des Materials erhöht.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch die Besonderheiten, die aus den Patentansprüchen hervorgehen.
Das Prinzip für ein paar Ausführungsformen sollen im Folgenden anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung sind gewisse Maße übertrieben. Die gezeigten Verfahren sind nur beispielhaft und die Erfindung wird nur durch die Patentansprüche eingeschränkt.
1 zeigt das Prinzip eines ersten Herstellverfahrens
2 zeigt in Vergrößerung einen Teil von Schnitt A-A
3 zeigt in Vergrößerung einen Teil von Schnitt B-B
4 zeigt in Vergrößerung einen Teil von Schnitt C-C
5 zeigt in Vergrößerung einen Teil von Schnitt D-D
6 zeigt das Prinzip eines zweiten Herstellverfahrens
7 zeigt in Vergrößerung einen Teil von Schnitt E-E
8 zeigt in Vergrößerung einen Teil von Schnitt F-F
9 zeigt in Vergrößerung einen Teil von Schnitt G-G
10 zeigt in Vergrößerung einen Teil von Schnitt H-H
11 zeigt in Vergrößerung einen Teil von Schnitt J-J
Bild 1 zeigt das Prinzip eines Verfahrens zur Herstellung eines Verpackungsmaterials mit zwei glatten Deckschichten, zusammengehalten durch eine gefaltete Mittelschicht (Einwelle). Mit 1 wird eine Thermoplastfolie bezeichnet. Die Folie kann bspw. 0,4 Millimeter dick sein und die gleiche Breite haben, wie das fertige Verpackungsmaterial. Mit 2 wird ein Heizaggregat bezeichnet, mit dem die Folie beim Vorschub in bekannter Weise so erwärmt wird, dass sie durch Strecken leicht formbar wird. Mit 3 werden vier rotierende Walzen bezeichnet. Über jedes Walzenpaar verläuft ein Endlosband aus Silikon 4. Diese Bänder sind so geformt, dass sie auf ihren Außenseiten in Förderrichtung vorstehende Rippen 5 und 6 haben, deren Querschnitt die Form von gleichseitigen Dreiecken hat. Die Rippen des oberen und unteren Bandes sind seitlich so gegeneinander verschoben, dass die Rippen 5 des oberen Bandes in die Zwischenräume zwischen der Rippen 6 des unteren Bandes hineinpassen. Die Stützen 7 und 8, an denen die Innenseiten der Bänder anliegen, leiten von links nach rechts die Bänder Stück für Stück immer dichter aneinander heran, wodurch die Rippen des oberen Bandes immer mehr in die Zwischenräumen zwischen den Rippen des unteren Bandes eintauchen. Die erwärmte Folie wird dabei immer weiter gestreckt, gleichzeitig verringert sich ihre Dicke. Wenn die Bänder, geführt durch die Stützen 7 und 8, die links zueinander geneigt sind, rechts aber parallel zueinander verlaufen, einander angenähert sind, hat die Folie ihre gefaltete Form angenommen und dadurch, dass die Folie dicht an den kalten Rippen anliegt, erstarrt sie so weit, dass sie ihre gefaltete Form beibehält, wenn sie die Bänder verlässt. Die Stützen 7 und 8 können gekühlt werden. Weitere Kühlung erhält man durch die Kühlelemente 9 und 10. Die gefaltete Folie wird weitergefördert und kommt zwischen zwei geheizte Platten 11 und 12, die die Spitzen der Folie erhitzen. Mit 13 und 14 werden die beiden Folien bezeichnet, die die Außenschichten des Verpackungsmaterials bilden. Sie können ungefähr die Hälfte der Dicke haben, die die unbearbeitete Folie 1 besitzt. Die beiden Folien werden über die Umlenkrollen 15 und 16 zu den geheizten Walzen 17 und 18 geführt. Auf deren Außenseite sind Rillen 19, an denen die Folien nicht mit den Walzen in Kontakt kommen. Die Folie kommt nur mit den schmalen Stegen 20 in Kontakt, die zwischen den Rillen liegen. Die Stege können mit Teflon beschichtet sein und eine hohe Temperatur halten. Die Folie wird so auf der Innenseite längs in schmalen, parallelen Bereichen erhitzt und trifft nach der Umlenkung zwischen den Platten 21 und 22 auf die erhitzten Wellenspitzen. Die Platten üben einen gewissen Druck aufeinander aus, wodurch die Wellenspitzen mit den erhitzen Bereichen der Folieninnenseite verschweißt werden. Durch die Form der Faltung und dadurch, dass die gefaltete Folie außer an den Wellenspitzen kühl ist, hält sie einem enormen Druck stand, wodurch das Verschweißen erleichtert wird. Eine Vorschubeinrichtung wird allgemein mit 23 bezeichnet. Sie ist mit Endlosbändern 24 und 25 ausgestattet. Kühleinheiten 26 und 27 sollen die Bänder kühlen. Das weiter transportierte, fertige Verpackungsmaterial wird auf bekannte Art zu Platten gewünschter Länge zugeschnitten.
2 zeigt in Vergrößerung einen Teil des Schnittes A-A mit dem Beginn der Faltung von Folie 1 durch Streckung.
3 zeigt in Vergrößerung einen Teil des Schnittes B-B, in dem die Folie ihre fertig gefaltete Form bekommen hat.
4 zeigt in Vergrößerung einen Teil des Schnittes C-C, in dem die Stege 20 der Walze deutlich sichtbar sind.
5 zeigt in Vergrößerung einen Teil des Schnittes D-D mit dem fertiggestellten Verpackungsmaterial.
6 zeigt das Prinzip eines zweiten Herstellverfahrens für ein Verpackungsmaterial mit zwei glatten Deckschichten, zusammengehalten durch eine gefaltete Zwischenschicht. Mit 28 wird eine Thermoplastfolie bezeichnet. Die Folie kann bspw. 0,2 Millimeter dick sein, d.h. ungefähr so dick wie die Kunststofffolie in der Deckschicht. Folie 28 ist ungefähr doppelt so breit wie das fertige Verpackungsmaterial. Die Folie wird zwischen geriffelten Walzenpaaren 29, 30, 31, 32 und 33 geführt, die die Faltung erzeugen. Je tiefer die Falten werden, desto mehr vermindert sich die Breite der Folie. Wenn Folie 28 zwei Meter breit ist, kann es sich über mehrere Meter in Herstellungsrichtung erstrecken, bis die Folie fertig geformt ist und sich ihre Breite etwa auf die Hälfte verringert hat. Mit 34 wird ein Paar Lenkrollen bezeichnet, die gefaltete Folie so lenken, dass die Wellenspitzen parallel zur Herstellungsrichtung liegen. 35 und 36 stellen die Folien für die beiden Deckschichten dar. Mit 37 werden vier Walzen bezeichnet. Auf jedem Walzenpaar gibt es ein Endlosband 38 und 39, das aus zahlreichen, mit Scharnieren 40 verbundenen Aluminiumplättchen 41 besteht. Die Länge der Plättchen entspricht der Breite des Verpackungsmaterials. Die Plättchen haben auf ihrer Außenseite Rillen 42 und zwischen diesen Stege 43. Die Stege sind parallel zur Förderrichtung und der Teilungsabstand zwischen ihnen entspricht dem Abstand zwischen den Spitzen der Mittelschicht. Die Stege 43 sind mit Teflon beschichtet. Parallel zu den Spitzen gibt es auf der Innenseite der Plättchen Führungen 44, die in die Führungsschienen 45 und 46 eingreifen. In diesen werden die Plättchen so geführt, dass sie leicht im oberen und unteren Band auf die zwischen ihnen vorgeschobene Zwischenschicht mit den sie einhüllenden Deckschichten 35 und 36 pressen. Die Führungsschienen leiten auch die Spitzen in den Plättchen so, dass sie genau über den Spitzen in der Zwischenschicht zu liegen kommen. Die Plättchen an den Bändern werden dadurch erwärmt, dass sie beim Vorschub die Heizelemente 47 und 48 durchlaufen. Das Verschweißen der ebenen Folien mit den Spitzen der Zwischenschicht erfolgt kontinuierlich. Eine Vorschubeinrichtung wird allgemein mit 49 bezeichnet.
7 zeigt in Vergrößerung einen Teil des Schnittes E-E, in dem die Folie begonnen hat sich zu falten.
8 zeigt in Vergrößerung einen Teil des Schnittes F-F, in dem die Folie sich schon so weit gefaltet hat, dass die Falten tiefer geworden sind und sich gleichzeitig der Abstand zwischen den Spitzen der Falten verringert hat.
9 zeigt in Vergrößerung einen Teil des Schnittes G-G, in dem die Folie fertig ausgeformt ist.
10 zeigt in Vergrößerung einen Teil des Schnittes H-H. Ein Scharnier wird hier mit 40 bezeichnet. Diese halten die Plättchen 41 zu einem Endlosband zusammen. Die Stege 43 sind diejenigen Teile, die die Wärme so auf die Folienoberfläche aufbringen sollen, dass die Folie in genau den Bereichen, wo sie die Spitzen berührt, mit diesen verschweißt wird. Die Außenseite der Plättchen, d.h. die zur Folie gerichtete Seite, ist mit Teflon beschichtet. Die Plättchen sind auf ihrer Innenseite mit Führungen 44 versehen. Heizungen werden mit 48 bezeichnet.
11 zeigt in Vergrößerung einen Teil des Schnittes J-J, der das fertige Verpackungsmaterial zeigt.
Zweiwelliges Material kann hergestellt werden, indem nach Herstellung einer einwelligen Bahn eine gefaltete Mittelschicht zugeführt wird. Da diese in Längsrichtung sehr steif ist, kann dies erst ein ganzes Stück hinter der Stelle erfolgen, an der die fertige, einwellige Bahn austritt. Die Zwischenschicht kann an der Stelle, wo sie in Position gebracht wird, mit einer Vorrichtung wie in 6 verschweißt werden, bei der nur das obere Band 38 aktiv ist. Die Stege 43 müssen hier in den Wellentälern der Zwischenschicht verschweißen. Nach diesem Schweißvorgang wird die oberste, glatte Kunststofffolie zugeführt. Diese kann mit den Spitzen der oberen Zwischenschicht mit einer Vorrichtung aus den Teilen 11, 13, 15, 17 und 21 verschweißt werden.
Die Rollen 17 und 18 können eine glatte Oberfläche besitzen, wodurch die kompletten Kunststofffolien 13 und 14 auf ihren Innenseiten erhitzt werden. Eine genaue Steuerung der Spitzen der Mittelschicht ist dadurch verzichtbar.
Die Plättchen 41 können außen flach sein, wodurch die kompletten Kunststofffolien 35 und 36 erhitzt werden. Eine genaue Steuerung der Spitzen der Mittelschicht ist dadurch verzichtbar.
Die Stege 20 an der Walzen 17 und 18 genauso wie die Stege 43 an den Plättchen 41 können unterbrochen sein, so dass die Schweißungen nicht ununterbrochen entlang einer Linie erfolgen, sondern punktweise, bspw. alle drei Millimeter mit einer Schweißlänge von einem Millimeter.
Durch die definierte Formgebung und die glatten Flanken zwischen den Spitzen und Tälern erhält die Zwischenschicht eine größere Stabilität gegen Druckbeanspruchung, als wenn die Faltung wie bei herkömmlicher Wellpappe mehr sinusförmig ausgeführt wäre.
Wenn nur die kleinen Flächen erwärmt werden, die verschweißt werden sollen, bleibt die gesamte Erwärmung gering. Die Erwärmung bleibt auch geringer, wenn sie direkt auf den Seiten erfolgt, die verschweißt werden sollen, als wenn sie das gesamte Material erst durchdringen muss, d.h. wenn die Erwärmung von der Außenseite der Deckschicht oder von der Innenseite einer Falte erfolgt.
Durch die geringere Erwärmung bleiben die Flächen ebener und sehen besser aus und eignen sich besser, um Druckbilder oder Text darauf aufzubringen.
Durch die geringere Erwärmung ist die Abkühlung einfacher und benötigt weniger Platz. Besonders dadurch, dass das Material zwischen den Spitzen nicht erwärmt wird, verkürzt sich die Abkühlung, da gerade dieser Bereich nicht leicht zu kühlen ist.
Dadurch, dass das Material der Zwischenschicht zwischen den Spitzen nicht erwärmt wird, behält es eine höhere Tragfestigkeit, als wenn es erwärmt worden wäre. Das ist bedeutsam beim Weitertransport des verschweißten Verpackungsmateriales besonders im Hinblick auf den bevorstehenden Zuschnitt zu fertigen Platten. Auch dass die Deckschichten nur auf den Innenseiten erwärmt werden, und zwar in sehr eng begrenzten Bereichen, hat Auswirkungen auf die Tragfähigkeit des Materials unmittelbar, nachdem die drei Schichten miteinander verschweißt wurden.
Die glatten Deckschichten können aus Laminat bestehen mit einer leichter schmelzenden Schicht auf der Seite, die mit der Zwischenschicht verschweißt werden soll.
Selbstverständlich kann das Material für die Schichten ebenso wie dessen Dimensionierung frei gewählt werden.

Claims

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Verpackungsmaterials von der Art, die aus zwei ebenen, parallelen Deckschichten (13, 14, 35, 36) bestehen, die Thermoplast beinhalten, und die zusammengehalten werden von einer Zwischenschicht (1, 28), die aus einer ebenen Folie, die Thermoplast enthält, in eine gefaltete Form umgeformt wurde, bei der die Falten parallel zur Herstellungsrichtung des Verpackungsmaterials angeordnet sind und bei der die Spitzen der Falten mit den Deckschichten verschweißt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht zuerst so geformt wird, dass sie im Querschnitt eine Form von aneinander anliegenden, geraden Seiten erhält, dass die Zwischenschicht beim Verschweißen nur an der Außenseite der Teile erhitzt wird, die mit der Deckschicht verschweißt werden sollen, während die geraden Bereiche dazwischen kalt bleiben, so dass sie ihre Widerstandsfähigkeit gegen Deformierung behalten, und dass beim Verschweißen auf die Außenseiten der Deckschichten derart Druck aufgebracht wird, dass dieser gleichzeitig die Deckschichten auf einander zu drückt, wobei nur die geraden Seiten der Zwischenschicht dem Zusammendrücken Widerstand leisten.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Deckschichten nur Wärme (20) zugeführt wird auf den zur Zwischenschicht hin gerichteten Seiten in schmalen, parallelen Bereichen, die unmittelbar nach der Erwärmung mit der Zwischenschicht verschweißt werden.
Verfahren gemäß vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass keine zusätzliche Wärme zugeführt wird, nachdem die drei Schichten vereinigt wurden.
Verfahren gemäß vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der Deckschichten geschieht, wenn diese bewegungslos an den Teilen (17, 18) anliegen, die die Wärme übertragen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme zum Verschweißen von der Außenseite der beiden Deckschichten aufgebracht wird, wenn diese an den Spitzen anliegen.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme zugeführt wird (43) in schmalen, parallelen Bereichen außerhalb der Spitzen.