NO163178B - Anordning for varmeforsegling av to lag av emballasjematerial. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for varmforsegling av to lag av emballasjematerial, idet hvert lag omfatter en elektrisk ledende folie for oppvarming med høyfrekvent strøm og i det minste ett termoplastisk sjikt, samt et bæresjikt av fibermaterial, idet forseglingen skjer ved at ytre termoplastiske sjikt i lagene trykkes mot hverandre og oppvarmes i en forseglingssone, på en slik måte at plastifisert material i de termoplastiske sjikt flyter bort fra et begrenset trykkområde med høyt trykk i forseglingssonen, til naboområder med lavere trykk, og at flytingen stanses ved ut-sidene av disse naboområder ved hjelp av ikke-smeltet material, slik at det plastifiserte material akkumuleres og størkner i naboområdene, hvilken anordning omfatter en stav av elektrisk ledende material, innsatt i et spor i en forseglingsbakke som omfatter en hoveddel av elektrisk ikke-ledende material og danner ytre arbeidsflater som kommer til virkning på hver sin side av naboområdene, hvilken stav er innrettet til å tilføres høyfrekvent strøm, for å oppvarme de ytre termoplastiske sjikt og å trykke disse mot hverandre.

Emballasjebeholdere av engangstype anvendes for melk, fruktdrikker o.l. og fremstilles vanligvis av laminert material. Materialet omfatter et midtre, forholdsvis stivt bæresjikt av papir, som på hver side er belagt med et tynt sjikt av homogent plastmaterial. Materialet kan også omfatte sjikt av aluminiumfolie eller andre materialer. Felles for alle laminater av denne type er at de utvendig, i det minste på den side som skal vende mot innholdet, omfatter et sjikt av termoplastisk material, vanligvis polyetylen, som gjør det mulig å sammenføye væsketett to partier av laminatet som er lagt mot hverandre, ved hjelp av varme og trykk.

For at forseglingen skal få den ønskede styrke og bli væsketett kreves det at de to termoplastsjiktene som forsegles mot hverandre er rene og frie for forurensninger. Dersom dette er tilfelle, kan det skje en fullstendig sammensmelting av termoplastsjiktene, hvilket gir en optimal forsegling når det gjelder både styrke og tetning. Ettersom termoplastsjiktene på flaten vanligvis oppviser et tynt oksydbelegg som dannes i forbindelse med ekstruderingen av termoplastsjiktene på laminatet, hindres ofte en fullstendig sammensmeltning av termoplastsjiktene, slik at forseglingen ikke får den styrke og tetning som teoretisk er mulig. Også andre typer forurensninger kan forekomme på termoplastsjiktets overflate, f. eks rester av innhold, hvilket ytterligere gjør forseglingen dårligere.

Dette er særlig et problem ved den type emballasjefrem-stilling der forseglingen av laminatmaterialet skjer mens innholdet befinner seg i emballasjen, dvs når innholdet først må presses bort fra rommet mellom de to termoplastflåtene som ligger mot hverandre før forseglingen kan utføres. Det er et kjent problem at innholdet i praksis ikke presses fullstendig bort, idet det vil ligge igjen små rester i forseglingsområdet, hvilket svekker forseglingen.

NO-patentansøkning 5035/69 viser forsegling av to lag som hver omfatter et laminat av et sjikt med høy mekanisk styrke og et varmforseglet sjikt. Forseglingen skjer ved trykk og varmetilførsel gjennom lagene med høy styrke, hvorved de varmforseglbare sjikt smelter i forseglingssonen og flyter bort fra midten av forseglingssonen samt flyter sammen.

Sjiktene i hvert lag kan f. eks bestå av aluminium og polypropylen.

Sammentrykningen skjer ved bruk av en plan bakke og en bakke som er svakt møneformet.

Det dannes således ikke noe skarpt avgrenset trykkområde, og det skjer en lite effektiv fortrengning av plast fra trykkområdet.

DE-patent 2.060.403 angir bruk av høyfrekvent strøm for forsegling av to lag som hvert omfatter et ytre sjikt av papp eller papir, et bindesjikt, en metallfolie og et termoplastsjikt, idet metallfoliene utnyttes for induksjonsoppvarming ved hjelp av en spole. Lagene trykkes sammen av to bakker med store, plane overflater.

GB-patent 1.367.176 viser varmeforsegling av plast ved hjelp av verktøy som har ribber med tilnærmet rektangulært tverrsnitt. Ved forseglingen presses plastlagene sammen til minsket tykkelse.

Skriftet viser en ribbe med en trykkflate som har omtrent 8 ganger så stor bredde som tykkelsen til hvert av lagene som skal sammenføyes, og disse lagene er homogene lag av plast, f. eks PVC, som sammenføyes ved å smelte sammen.

SE-patent nr 214.471 viser og beskriver bruk av høyfrekvent strøm for sammenføyning av lag som omfatter sjikt av metall, for dannelse av et rør. Skriftet viser dessuten to klem-bakker, hvorav den ene kan kalles en ribbe. Denne har trapés-tverrsnitt, med stor høyde i forhold til bredden. Ribben har dessuten meget stort tverrsnitt i forhold til tykkelsen til de lag som skal sammenføyes. Bredden av ribbens trykkflate kan anslås til i området 10 ganger tykkelsen til hvert av lagene. Klembakkene bevirker sammentrykning og sammensmeltning i en forholdsvis bred tverrsone av røret.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en anordning som angitt innledningsvis, og som bevirker at det oppnås et skarpt avgrenset trykkområde, som sammen med høyfrekvensoppvarmningen bevirker en hurtig smelting og fortrengning av termoplast fra trykkområdet, slik at det oppnås en vesentlig bedre "turbulens" enn hva som oppnås med anordningen beskrevet i SE-patent nr 214.471 og en mer effektiv innblanding av forurensninger i plasten.

I henhold til oppfinnelsen oppnås dette ved at staven omfatter en ribbe som har hovedsakelig rektangulært tverrsnitt og en høyde som er mindre enn bredden, som tilnærmet tilsvarer tykkelsen til hvert av lagene.

Med den foreliggende oppfinnelse oppnås at plastsjiktene smelter hurtig i et veldefinert trykkområde og utsettes for et slikt trykk at plasten strømmer turbulent til sidene, der plast i de to sjiktene smelter sammen og danner vulstene. Eventuelle forurensninger vil bli "innkapslet" i vulstene og vil ikke påvirke sammenføyningene.

Ribben har en høyde som er mindre enn dens bredde, og denne bredde er tilnærmet lik tykkelsen til hvert av lagene som skal sammenføyes. Det er således tale om et trykkområde med liten bredde, og følgelig om en ribbe med liten bredde, sammenlignet med den ribbe som er vist i SE 214.471.

De to plastsjiktene som presses mot hverandre smelter hurtig og fortrenges til begge sider av trykkområdet. I selve trykkområdet blir det hovedsakelig ikke igjen noe plastmateriale.

En utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere, under henvisning til de vedføyde, skjematiske tegninger, som bare viser de detaljer som er nødvendige for forståelse av oppfinnelsen. Fig. 1 viser i forstørret målestokk et snitt gjennom et emballasjelaminat av en type som kan varmforsegles ved hjelp av anordningen i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 viser forstørret et tverrsnitt gjennom en stav i

anordningen i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 3 viser et snitt gjennom to emballasjelaminater i henhold til fig. 1, hvilke varmforsegles ved hjelp av anordningen i henhold til oppfinnelsen. Fig. 4 viser forstørret et tverrsnitt gjennom en annen utførelsesform av en stav i anordningen, i henhold til oppfinnelsen.

Emballasjelaminatet vist i fig. 1 er av en type som ofte anvendes for emballering av melk og andre drikkevarer. Laminatet har en total tykkelse på 0,4 - 0,5 mm, og omfatter et midtre bæresjikt 1 av fiberholdig material, hvilket sjikt på hver side er belagt med forholdsvis tynne, homogene sjikt 2, 3 av termoplastisk material, fortrinnsvis polyetylen. Mellom det ene, ytre plastsjiktet 3 og bæresjiktet 1 finnes et ytterligere sjikt 4 av aluminiumfolie, hvilket sjikt ved hjelp av termoplast (ikke vist) er forbundet med bæresjiktet og er fullstendig dekket av det ytre, homogene sjiktet 3. Ved hjelp av de to ytre termoplasts:iktene 2, 3 kan laminatet enkelt varmforsegles, ved at de deler som skal festes til hverandre trykkes mot hverandre samtidig med oppvarming av termoplasten til smeltetemperatur.

Fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom en forseglingsbakke 5 i anordningen i henhold til oppfinnelsen. Forseglingsbakken 5 omfatter en hoveddel 6, som er fremstilt av et ikke-elektrisk ledende material og som i sin ene endeflate oppviser et spor, i hvilket en stav 7 av et elektrisk ledende material, fortrinnsvis kobber, er innfelt. Staven 7, som befinner seg midt i hoveddelens ene sideflate, danner sammen med de om-givende deler av hoveddelen 6 en arbeidsflate 8 på forseglingsbakken 5. Arbeidsflaten 8 befinner seg på en ribbe 9 utformet på staven 7. Ribben 9 har hovedsakelig firkantet tverrsnitt og en høyde som kan være 0,2 - 0,8 x laminatets tykkelsen, fortrinnsvis 0,5 x laminatets tykkelse, og en bredde som hovedsakelig er lik laminatets tykkelse. Arbeidsflaten 8 på forseglingsbakken 5 omfatter således et midtre område som oppvarmer laminatet, hvilket område omfatter tildels ribben 9 og tildels i det minste et tilgrensende område ved siden av ribben. Det område som oppvarmer laminatet kan via materialet i staven 7 forbindes med en strømkilde, hvilken er av høyfrekvens type for å muliggjøre høyfrekvenssveising av laminat som omfatter aluminiumfolie.

Forseglingsbakken i anordningen i henhold til oppfinnelsen kan innen rammen av oppfinnelsen modifiseres på forskjellige måter for å fylle de krav som forsegling av forskjellige materialer og forskjellige typer beholdere stiller. Typiske slike modifikasjoner kan være at forseglingsbakken utstyres med en eller flere kanaler for et kjølemedium, f. eks vann, hvilket hindrer skadelige temperaturøkninger eller uønsket fordeling av varme til tilgrensende områder som ikke skal oppvarmes. Det er også mulig å utforme forseglingsbakken som flere innbyrdes bevegelige deler, f. eks kan de partier av forseglingsbakken som befinner seg på hver side av ribben 9 utføres bevegelige i forhold til ribben 9 og fjærbelastes i retning mot materialet, slik at det automatisk oppnås et til-passet anleggstrykk. Forseglingsbakken kan også være dobbelt, dvs omfatte to i avstand fra hverandre anordnede hoveddeler av den beskrevne type. Denne utførelsesform er særlig fordelaktig dersom det skal utføres en adskillelse i forbindelse med forsegling av en tube eller lignende, dvs forsegling i to tverrgående soner og avskjæring mellom disse, ettersom en kniv eller et annet egnet skjæreorgan dermed kan arbeide i rommet mellom forseglingsbakkens to hoveddeler. Fig. 3 illustrerer forseglingsforløpet ved sammenføyning av to laminater ved hjelp av anordningen i henhold til oppfinnelsen. To laminater 10, 11 (eller to deler av det samme, brettede laminat) er som en forberedelse til forseglingen ført sammen, slik at de liggér mot hverandre med sine utvendige termoplastsjikt 3. Laminatene trykkes mot hverandre ved hjelp av en forseglingsbakke 5 og en med denne samvirkende, på motsatt side av laminatene liggende bakke 12 (antydet med strekpunktlinjer). Forseglingsbakken 5 er av den type som er vist i fig. 2, mens den andre bakken 12 oppviser en mot laminatet 11 liggende, plan arbeidsflate. Bakkene 5, 12 er slik opphengt i emballasjemaskinens ikke viste fundament at de ved hjelp av hydrauliske eller mekaniske drivorganer kan beveges frem og tilbake, slik at de under forseglingen kan trykkes mot hverandre med en viss regulerbar kraft. Samtidig med at bakkene beveges mot hverandre og begynner å trykke sammen de mellomliggende laminatene 10, 11, forbindes staven 7 i forseglingsbakken 5 med en høyfrekvens-strømkilde. Herved induseres et vekslende felt i laminatenes aluminiumsjikt 4, slik at disse innen et område som svarer til flaten på staven 7 oppvarmes til en temperatur som er vesentlig høyere enn smeltetemperatureh for de inntilliggende termoplastsjikt. Den varmen som oppstår ledes umiddelbart over til de to termo-plasts j iktene 3 som befinner seg mellom aluminiumsjiktene, slik at termoplastsjiktene smelter og blir flytende. På grunn av den høye kraft (ca 100 kp/cm<2>) som laminatene trykkes mot hverandre med av ribben 9 vil smeltet termoplastmaterial flyte eller strømme fra området 13 med høyt trykk, til tilgrensende deler 14 av den samlede forseglingssonen 13, 14. Ettersom termoplastsjiktene 3 som ligger mot hverandre utenfor forseglingssonen 13, 14 fortsatt befinner seg i fast til-stand og trykkes mot hverandre, kan den smeltede termoplasten ikke flyte videre utenfor forseglingssonen, men forblir i de to områdene 14, der plasten på grunn av komprimering av bære-sjiktmaterialet former parallelt med det langstrakte trykkområdet 13 liggende vulster 15, i hvilke termoplasten fra de to med hverandre forseglede sjiktene er blandet sammen. I området 13 blir det bare igjen ubetydelige mengder plastmaterial, som på grunn av flatenes ujevnhet osv ikke har blitt fortrengt, og vulstene 15 som er dannet på hver side av området inneholder godt blandet plast, som gir en meget sterk og i praksis ubrytbar forsegling mellom de to sjiktene. Ettersom strømningen fra området 13 til området 14 skjer så hurtig, oppstår det turbulens i den strømmende plast, hvilket sikrer at plasten fra de to mot hverandre liggende sjiktene blandes godt, slik at eventuell overflateoksydasjon eller andre forurensninger på overflaten (f. eks fra gjenliggende rester av innhold) effektivt blandes inn i plasten, slik at det ikke står igjen noen sammenhengende hinne av forurensninger som nedsetter forseglingens styrke.

I sammenheng med visse typer innhold kan det være fordelaktig å føre strømmen av smeltet, termoplastisk material lenger bort fra området ved ribben 9, for å oppnå en bredere og flatere vulst 15. Med denne teknikk er det mulig å oppnå en jevnere og mer fleksibel forsegling sammenlignet med den ovenfor beskrevne utførelsesform. Dette medfører også en mer rettlinjet forsegling, hvilket gjør forseglingen sterkere, fordi det ikke dannes noen utragende "angrepspunkter" som ytre krefter kan påvirke.

De ovenfor nevnte fordeler oppnås med en annen utførelsesform av oppfinnelsen ved at en langsgående kant på ribben 9 hovedsakelig faller sammen med en kant av det område på arbeidsflaten 8 som kan oppvarmes (fig. 4), idet det område som kan oppvarmes inntil ribben 9 befinner seg på et høyere nivå enn arbeidsflaten på den annen side av ribben. I henhold til et annet trekk ved den annen utførelsesform av oppfinnelsen er den nevnte avstand mellom nivået for området som kan oppvarmes og nivået for ribben 9 hovedsakelig lik avstanden mellom områder som kan oppvarmes og nivået for arbeidsflaten på den annen side av ribben, dvs avstanden a er lik avstanden b (fig. 4).

Når den annen utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen benyttes, medfører den usymmetriske plasseringen av ribben 9 i forhold til området som kan oppvarmes at det aller meste av strømmen av smeltet termoplastmaterial rettes mot den oppvarmede side av ribben. Det høyere nivå (sammenlignet med den første utførelsesform av anordningen) til området som kan oppvarmes danner et mindre og mer langstrakt rom for strømmen av termoplastmaterial før denne kommer frem til termoplastsjiktene som befinner seg utenfor området som kan oppvarmes, og således er i fast form. Følgelig vil den langstrakte vulst 15 av termoplastmaterial som er trykket bort fra høytrykkssonen umiddelbart foran ribben 9 få mer flatt og langstrakt tverrsnitt, hvilket gjør vulsten mer fleksibel og medfører en sterkere forsegling.

For ytterligere å sikre at vulstene 15 av smeltet termoplast får et begrenset, linjeformet utseende, kan de delene av de to plastlaminatene som befinner seg utenfor forseglingssonene 13, 14 kjøles. Dette kan enten skje ved at de to bakkene 5, 12 utstyres med kjølekanaler for væskegjennomstrømning, be-liggende utenfor forseglingsområdet, eller ved at innholdet, ved den type forsegling som skjer ved fortrengning av innholdet, tillates å kjøle tilgrensende deler av emballasje-laminatene.

For å sikre en effektiv strøm av smeltet termoplast fra det midtre området 13 til de tilgrensende områdene 14, må

pressingen av ribben 9 mot laminatene skje med en slik kraft at trykket i forseglingssonens linjeformede område 13 kommer opp i ca 100 kp/cm<a>, samtidig med at termoplastens temperatur bør overstige ca 130°C.

Claims (2)

1. Anordning for varmforsegling av to lag av emballasjematerial, idet hvert lag omfatter en elektrisk ledende folie (4) for oppvarming med høyfrekvent strøm og i det minste ett termoplastisk sjikt (2, 3), samt et bæresjikt (1) av fibermaterial, idet forseglingen skjer ved at ytre termoplastiske sjikt (3) i lagene (10, 11) trykkes mot hverandre og oppvarmes i en forseglingssone, på en slik måte at plastifisert material i de termoplastiske sjikt (3) flyter bort fra et begrenset trykkområde (13) med høyt trykk i forseglingssonen, til naboområder (14) med lavere trykk, og at fl-ytingen stanses ved utsidene av disse naboområder (14) ved hjelp av ikke-smeltet material, slik at det plastifiserte material akkumuleres og størkner i naboområdene, hvilken anordning omfatter en stav (7) av elektrisk ledende material, innsatt i et spor i en forseglingsbakke (5) som omfatter en hoveddel (6) av elektrisk ikke-ledende material og danner ytre arbeidsflater som kommer til virkning på hver sin side av naboområdene (14), hvilken stav er innrettet til å tilføres høyfrekvent strøm, for å oppvarme de ytre termoplastiske sjikt (3) og å trykke disse mot hverandre, karakterisert ved at staven (7) omfatter en ribbe (9) som har hovedsakelig rektangulært tverrsnitt og en høyde som er mindre enn bredden, som tilnærmet tilsvarer tykkelsen til hvert av lagene.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at høyden (h) til ribben (9) er mellom 0,2 og 0,8 ganger bredden.