NO327695B1 - Fremgangsmate og anordning for a forbedre sammenheftingen av de enkelte lagene til et komposittmateriale - Google Patents

Description

Oppfinnelsen relaterer seg til en fremgangsmåte og anordning for å forbedre sammenheftingen av de individuelle lagene til et komposittmateriale laget av plastbelagt kartong eller papp, spesielt for fremstillingen av komposittforpakninger av drikke/matvarer, hvor komposittmaterialet har et metallsjikt dersom det er nødvendig og hvor komposittmaterialet blir gjenoppvarmet i åpningsornrådet til forpakningen.

Slike flerlagskomposittpakker eller beholdere er kjent i et mangfold av utførelser, for eksempel som flat-topp komposittpakker. De blir hovedsakelig brukt i området å emballere flytende stoffer i forbindelse med kald, kald-steril, varm og aseptisk oppfylling.

For å kunne forbedre håndteringen av slike komposittforpakninger og spesielt å gjøre dem gjenlukkbare, er det en økende tendens i å tilveiebringe komposittforpakningene med gjenlukkbare helle- eller tømmeelementer. Disse helleelementene kan utføres i ett eller flere stykker og har generelt et åpningselement så vel som et lokk. I dag er slike forpakninger nærmest eksklusivt tilgjengelige på markedet med gjenlukkbare helle-eller tømmeelementer.

For eksempel viser EP 0 580 593 Bl en flerlagskomposittforpakning utstyrt med et helleelement som tjener til å åpne forpakningen den første gangen og er utstyrt med et egnet lukkeelement slik at det er gjenlukkbart. I området på kartonglaget og det ytre polyetylenlaget til komposittmaterialet i forpakningen er det tilveiebragt en inntrykning for å svekke gavlmaterialet hvori et åpningselement sammenføyd i ett stykke med helleelementet blir presset inn i forpakningsmatenalet for å åpne pakken.

En annen kjent flerlagskomposittforpakning med et helleelement er beskrevet i DE 197 27 996 C2. Dette kjente helleelementet har et hellerar som samtidig tjener som et åpningselement for å gjennomtrenge forpakningsveggen. Forpakninger tilveiebragt med helleelementer som har skrulokk er også kjent.

Uten hensyn til om hvorvidt helleelementene som brukes til dette formålet er skrulokk eller hengslede lokk, må forpakningsveggen først bli gjennomtrengt av åpningselementene til helleelementet. For å kunne forenkle dette er forpakningene det gjelder tilveiebragt med en svekning av materialet i åpningsornrådet hvor en del av komposittlaget, nemlig kartong eller papplaget og det ytre polyetylenlaget har blitt ødelagt av en perforering eller gjennomhulling i området til den ønskede åpningskonturen.

For å gjennomtrenge forpakningsveggen trenger så åpningselementet til helleelementet kun å trenge gjennom de gjenværende lagene, vanligvis et oksygenbarrierelag (for eksempel aluminiumsfolie) og det indre (produktside) polyetylenlaget. For å oppnå en helflatig forbindelse mellom kartonglaget og aluminiumfolien benyttes et mellomliggende sammenhetfingslag. Mens aluminiumsfolien relativt hurtig opprives ved åpning, strekker det indre polyetylenlaget seg delvis i en ikke uvesentlig utstrekning før den ønskede ødeleggelsen blir oppnådd. Siden åpningselementene til helleelementene som benyttes bare har en definert gjennomtrengningsdybde, har det imidlertid vært gjort forsøk på å ta hensyn til dette problemet ved å tilveiebringe åpningselementene med kuttekanter eller lignende for bedre å kunne trenge gjennom forpakningsmaterialet.

Det har også blitt erkjent at gjennom vanning i åpningsornrådet til den senere forpakningen gir forbedret sammenfesting mellom det indre polyetylenlaget og kartong og/eller aluminiumsfolielaget. Denne gjenoppvarming finner sted i den kjente teknikk ved påtrykning av varm luft på det riktige området. Denne varmluftstrømmen blir imidlertid kun blåst mer eller mindre spesielt inn i forpakningen ovenfra slik at ingen regelmessig og definert aktivering finner sted her.

Åpningsornrådet til en forpakning er vist skjematisk på fig. 7A for å gi en bedre forståelse. På denne figuren er det vist en svekningslinje 20 med mekanisk destruering av det ytre polyetylenlaget og substratmaterialet i dette området til helleelementet som skal påføres. For å forbedre sammenheftingen blir materialet i dette området eksponert for varm luft i flekker, slik det best kan ses på fig. 7B, hvor en varmluftstråle 21 påtrykker varm luft på åpningsornrådet rundt svekningslinjen 20.

Av forskjellige grunner kan ingen reproduserbar god aktivering oppnås på denne måten. Under de samme forholdene er aktiveringen enten for sterk eller for svak, har for stort areal, er i feil område etc. Dette har resultatet at dersom det er ikke-aktivert eller bare utilstrekkelig aktiverte områder, blir det indre polyetylenlaget løftet fra kartongen eller aluminiumsfolielaget i separeringsområdet og under åpningsprosessen kan det bli strukket relativt alvorlig uten endelig opplivning.

Formålet med oppfinnelsen er således å konfigurere og ytterligere utvikle fremgangsmåten som angitt innledningsvis slik at sammenfestingen mellom de individuelle lagene i åpningsornrådet til den senere forpakningen er svært mye forbedret slik at ved å anvende det brukte helleelementet finner det sted en definert ødeleggelse ved gjennomtrengning av forpakningsveggen.

Dette formålet blir i henhold til oppfinnelsen oppnådd med en fremgangsmåte som angitt i krav 1. Komposittmaterialet blir gjenoppvarmet ved hjelp av en definert energiforsyning og derpå sammenpresset i det minste i området til det senere helleelementet. Graden av denne sammenpressing er så sterk at det sikres et rent gjennombrudd av forpakningsveggen uten noen overstrekking av det indre polyetylenlaget under åpning. Det er således nærmest mulig å snakke mer om et "brudd" av materialet enn om en "oppriving".

Den målrettede og definerte aktiveringen av åpningsornrådet til den senere forpakningen i henhold til oppfinnelsen har det resultat at det dannes en intens skjøt eller sammenføyning mellom kartongen, sammenfestingsmellomlegget (HV), aluminiumsfolie og det indre polyetylenlaget i åpningsornrådet. I kontaktpunktene finner gjentatt smelting og derfor bedre sammenhefting sted som et resultat av oppvarmingen. Det plastiserte indre polyetylenlaget blir gjort kompakt av pressanordningen og brakt til en lavere resttykkelse i dette området til åpningskonturen. "Riveseksjonen" til polyetylenlaget blir således redusert til en minimal størrelse i samsvar med oppfinnelsen. Som et resultat av den forkortede seksjonen hvori polyetylenlaget kan strekke seg, resulterer dette i en hurtigere (definert) oppriving av dette laget.

Oppfinnelsen har således erkjent at komposittmaterialet i åpningsornrådet til den senere forpakningen er så sterkt sammentrykt (= plastisk deformert) av en definert energilevering og den påfølgende sammenpressingen i i det minste området til det senere helleelementet, at et rent gjennombrudd av forpakningsveggen blir sikret uten noen overstrekking av det indre polyetylenlaget.

I henhold til et ytterligere trekk ved oppfinnelsen finner gjenoppvarmingen av det fremdeles banelignende komposittmaterialet sted før påføring (laminering) av det indre polyetylenlaget. For dette formålet er det passende at emnene blir anordnet på tvers på komposittmaterialbanen og at oppvarmingen finner sted i åpningsornrådet til den senere forpakningen i strimler. Dette er spesielt egnet siden dersom hele banen eller flaket skulle oppvarmes, ville smaken på produktet som befinner seg i komposittforpakningen bli negativt påvirket av den høyere tempererte polyetylenen.

Et ytterligere trekk ved oppfinnelsen tilveiebringer at gjenoppvarmingen av det fremdeles bane- eller flaklignende komposittmaterialet finner sted etter perforering/svekning i åpningsornrådet til den senere forpakningen. I dette tilfellet er det spesielt fordelaktig dersom sammenpressingen bare finner sted i området til perforerings/svekkelinjekonturen i åpningsornrådet til den senere forpakningen.

Ifølge oppfinnelsen kan oppvarmingen finne sted kontinuerlig eller bare i seksjoner. For dette formålet kan energiforsyningen under oppvarming bli vekslet-tilpasset flak eller banehastigheten og oppvarmingslengden.

I en ytterligere utførelse av oppfinnelsen er det imidlertid også mulig at gjenoppvarmingen finner sted etter fremstilling av forpakningsemnet eller til og med etter dannelsen av forpakningen. I dette siste tilfellet kan oppvarmingen også finne sted bare i fyllemaskinen eller på spindelhjulet til fyllemaskinen under dannelsen av forpakningen eller imidlertid, ved hjelp av en separat aktiveringsenhet direkte før steriliseringsenheten til fyllemaskinen.

Ifølge et ytterligere trekk ved oppfinnelsen, blir komposittmaterialet oppvarmet av en temperatur AT fra 40°C til 140°C som ikke fører til noen forringelse av smaken til produktet siden utbredelsen er begrenset til åpningsornrådet til den senere forpakningen. Størrelsen til temperaturen som skal påføres avhenger av mange forskjellige faktorer, slik som for eksempel den bestemte oppvarmingslokaliseringen, typen og tykkelsen til lagsekvensen til kompositten, den aktuelle temperaturen til området av komposittmaterialet som skal oppvarmes, flak- eller banehastighet, omgivende temperatur etc. I for eksempel tilfellet med en kompositt som inneholder aluminiumsfolie må, dersom det sammenheftede mellomlaget mellom substratmaterialet består av polyetylen (PE) under oppvarming av området under den senere åpningen til minst smeltepunktet til polyetylen, som ligger rundt 110°C, blir nådd for å oppnå noe mykgjøring av lagene. Bare således kan plastisk deformasjon bli oppnådd under den påfølgende pressingen.

I avhengighet av hvorvidt komposittmaterialet som benyttes inneholder et metallsjikt

eller lag eller ei, blir det alternativt brukt en høyfrekvensspole (bare for kompositter som inneholder metall) eller en ultrasonisk sveiseenhet eller infrarød enhet (for kompositter som er metallfrie eller inneholder metall) til oppvarmingen. Dersom ingen av de brukte verktøyene i noe tilfelle under produksjonen av komposittmaterialet eller komposittforpakningene blir brukt for å presse sammen lagene, tilveiebringer et

ytterligere trekk ved oppfinnelsen at en separat behandlingsenhet, både ved anordninger for gjenoppvarming og også med anordninger for sammenpressing, er tilveiebragt. Det er imidlertid også mulig å tilveiebringe eksisterende roterende verktøy slik som merkende verktøy eller roterende støtverktøy med egnede pressanordninger som er tilpasset konturen eller formen til åpningen til den senere forpakningen.

Dersom oppvarmingen og sammenpressingen av komposittmaterialet bare finner sted i fyllemaskinen, dvs. intermitterende, kan en mulig fri stasjon i spindelhjulet bli brukt for dette formålet eller en separat behandlingsenhet kan imidlertid være tilveiebragt direkte før steriliseringsenheten.

Oppfinnelsen er beskrevet mer detaljert i det følgende med henvisning til tegningene som viser kun foretrukne utførelser, og hvor:

Fig. 1 er et skjematisk tverrsnitt av en første utførelse av oppfinnelsen,

Fig. 2 er et skjematisk planriss av utførelsen på fig. 1,

Fig. 3 er et skjematisk tverrsnitt av en andre utførelse av oppfinnelsen,

Fig. 4A er et skjematisk tverrsnitt av ytterligere en utførelse av oppfinnelsen,

Fig. 4B er et funksjonsriss av utførelsen på flg. 4A,

Fig. 5A er et snitt gjennom det konvensjonelle komposittmaterialet i åpningsornrådet til den senere forpakningen, Fig. 5B viser det konvensjonelle komposittmaterialet på fig. 5A i den åpne tilstanden, Fig. 6A er et snitt gjennom komposittmaterialet ifølge oppfinnelsen i åpningsornrådet til den senere forpakningen, Fig. 6B viser komposittmaterialet ifølge oppfinnelsen fra fig. 6A i den åpne tilstanden, Fig. 7A er en perspektivtegning av posisjonen til åpningsornrådet til den senere forpakningen og Fig. 7B er et skjematisk tverrsnitt av den konvensjonelle smeltingen av området til den senere åpningen.

I den første utførelsen av oppfinnelsen vist på fig. 1, finner gjenoppvarming av et komposittmaterialflak 1 før påføring av det indre polyetylenlaget 2 gjennom en ekstruder 3. Komposittmaterialflaket lbestår i dette tilfellet av et kartong- eller papplag 4 som substratmaterialet hvorpå et ytre polyetylenlag- eller sjikt 5 og en aluminiumsfolie 7 kombinert med et sammenheftende mellomlag 6 allerede har blitt laminert. Kompositten 1 blir bragt til et høyere temperaturnivå ved hjelp av en ytterligere aktiveringsenhet vist i utførelsen og enn så lenge foretrukket, en høyfrekvensspole 8. Dette resulterer til å begynne med i en mykgjøring av sammenheftingsmellomlaget 6 mellom kartonglaget 4 og aluminiumsfolien 7 og har samtidig den fordelen at lite damp A blir avsatt på den oppvarmede aluminiumen under den påfølgende lamineringen av det indre polyetylenlaget 2. Dannelsen av kondensasjonsdamp A, B på begge sider av den ennå flytende polyetylenfilmen 2 kan aldri unngås fullstendig. Som et resultat av forvarmingen av høyfrekvensspolen 8 og det lave avsettet av damp A forårsaket av dette, oppnås bedre sammenhefting av sluttkomposittmaterialet 9.

Fig. 2 som gir et skjematisk planriss av arrangementet på fig. 1 viser pressvalsen 10 og kjølevalsen 11 uten ekstruderenheten anordnet over disse. Fig. 2 viser tydelig at ikke hele komposittmaterialflaket eller banen 1, men bare strimmelformede seksjoner l',l", 1"' blir oppvarmet av tre høyfrekvensspoler 8 i den viste utførelsen. Mer hensiktsmessig blir emnene til de senere forpakningene som ikke er vist anordnet på tvers av komposittmaterialbanen 1 og høyfrekvensspolene 8 befinner seg i området til de senere åpningene.

Et annet mulig arrangement ifølge oppfinnelsen er vist på fig. 3.1 dette arrangementet er høyfrekvensspolene 8' anordnet bare etter perforeringen/svekningen i åpningsornrådet til den senere forpakningen under komposittmaterialbanen 9. Svekkelinjen kan for eksempel påføres ved hjelp av en laser 12.1 dette alternative arrangementet blir de gjenoppvarmede strimmelformede seksjonene eller delene sammenpresset ved hjelp av egnede presseelementer 13 i et pregeverktøy 14 som er anordnet før den longitudinale kutteanordningen 15 og den tverrgående kutteanordningen 16. Presselementene 13 kan ha en form som er tilpasset nøyaktig den senere åpningskonturen.

Mens kontinuerlige fremgangsmåter for gjenoppvarming er beskrevet tidligere, håndteres også intermitterende fremgangsmåter av den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 4A og 4B viser en prosedyre hvori gjenoppvarmingen bare finner sted etter dannelsen av forpakningen, nemlig i fyllemaskinen direkte før steriliseringsenheten.

Fig. 4A viser en presstang 17 hvis baselegeme 18 inneholder en aktiveringsenhet vist skjematisk som en høyfrekvensspole 8". En pressklemme 19 anordnet slik at den kan dreies, er tilpasset den senere åpningskonturen slik at den definerte gjenoppvarming og påfølgende kompaktdannelse finner sted i området til svekningslinjen 20, og følger konturen nøyaktig. Egnede konfigurerte tverrstykker 21 trykker spesielt sammen det indre polyetylenlaget 2 når de griper inn slik at eventuell overstrekking under den påfølgende åpningsprosessen blir eliminert på pålitelig måte.

Funksjonen til presstengene 17 er vist skjematisk på fig. 4B. Disse blir bragt ovenfra eller fra siden slik at de dekker åpningsornrådet til en forpakning P, hvor denne sonen så blir aktivert ved hjelp av høyfrekvensspolen, ikke vist her, og pressklemmen 19 blir svingt fra dens hvileposisjon vist ved den strekprikkede linjen inn i den viste pressposisjonen.

For å illustrere oppfinnelsen mer tydelig viser fig. 5 og 6 en sammenligning mellom flerlagskomposittmaterialet i samsvar med oppfinnelsen og det konvensjonelle materialet. Fig. 5A viser et skjematisk snitt av det konvensjonelle komposittmaterialet i åpningsornrådet til den senere forpakningen slik det kan ses ved svekningslinjen 20. Den konvensjonelle åpningsprosessen er så vist på fig. 5B. I området til svekningslinjen 20 blir aluminiumslaget 7 lett ødelagt når komposittmaterialet blir presset i retningen til pilen O, men det indre polyetylenlaget 2 strekkes vesentlig før ødeleggelse finner sted. Den ikke-adekvate sammenheftingen mellom aluminiumsfolien 7 og det indre polyetylenlaget 2 resulterer i at de to lagene løsner fra hverandre nær svekningslinjen 20 under åpningsprosessen, som vist med pilen L. I ekstreme tilfeller kan dette ha det resultatet at åpningselementet til helleelementet, ikke vist, ikke er i stand til å frilegge en tilstrekkelig stor helleåpning. Fig. 6A viser komposittmaterialet 9 som har blitt forbehandlet med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i åpningsornrådet til forpakningen. Det kan tydelig ses at det indre polyetylenlaget 2 i området under svekningslinjen 20 ikke er så alvorlig deformert at to fortykninger 22 har blitt dannet. Fig. 6B viser spesielt at i komposittmaterialet i henhold til oppfinnelsen, finner en definert oppriving av alle lagene under svekningslinjen 20 sted etter påføring av åpningskraften O. Enhver overstrekking av det indre polyetylenlaget 2 blir således på pålitelig måte utelukket.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for å forbedre sammenheftingen av de individuelle lagene eller sjiktene til et komposittmateriale (1) laget av plastbelagt kartong eller papp (4), spesielt for fremstilling av komposittforpakninger for drikker/matvarer, hvor komposittmaterialet om nødvendig har et metallsjikt (7) og hvor komposittmaterialet blir gjenoppvarmet i åpningsornrådet til den senere forpakningen,karakterisertv e d at komposittmaterialet (1) blir gjenoppvarmet av en definert energi levering og derpå sammenpresset i i det minste åpningsornrådet til den senere forpakningen (P).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat gjenoppvarmingen av det fremdeles bane- eller flaklignende komposittmaterialet (1) finner sted før påføring (laminering) av det indre polyetylenlaget (2).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2,karakterisert vedat emnene blir anordnet på tvers på komposittmaterialbanen og gjenoppvarmingen finner sted i striper i åpningsornrådet til den senere forpakningen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2,karakterisert vedat emnene blir anordnet longitudinalt på komposittmaterialbanen og gjenoppvarmingen finner sted i seksjoner i åpningsornrådet til den senere forpakningen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat gjenoppvarmingen til det ennå banelignende komposittmaterialet finner sted etter perforering/svekking i åpningsornrådet til den senere forpakningen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5,karakterisert vedat sammenpresningen bare finner sted i området til perforeirngs/svekningslinjekonturen i åpningsornrådet til den senere forpakningen.

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 6,karakterisertved at oppvarmingen finner sted kontinuerlig.

8. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 6,karakterisertv e d at oppvarmingen finner sted i seksjoner.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat gjenoppvarmingen finner sted etter fremstilling av forpakningsemnet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat gjenoppvarmingen finner sted i fyllemaskinen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10,karakterisert vedat gjenoppvarmingen finner sted på et spindelhjul til fyllemaskinen.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 10,karakterisert vedat gjenoppvarmingen finner sted før steriliseringsenheten til fyllemaskinen.

13. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 12,karakterisertv e d at komposittmaterialet blir oppvarmet en temperatur AT fra 40°C til 140°C i åpningsornrådet til den senere forpakningen.