DE102006045338B4 - Vorrichtung zum Versiegeln von mindestens zwei Lagen eines aufeinander gefalteten Giebels einer eine Längsnaht aufweisenden Mehrschichtverbundpackung und eine damit gebildete Mehrschichtverbundpackung - Google Patents
Vorrichtung zum Versiegeln von mindestens zwei Lagen eines aufeinander gefalteten Giebels einer eine Längsnaht aufweisenden Mehrschichtverbundpackung und eine damit gebildete Mehrschichtverbundpackung Download PDFInfo
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Abstract
Dargestellt und beschrieben sind eine Vorrichtung zum Versiegeln von mindestens zwei Lagen eines aufeinander gefalteten Giebels (G) einer eine Längsnaht (L) aufweisenden Mehrschichtverbundpackung (P), wobei der Giebel (G) im Bereich der Längsnaht (L) eine variierende Stärke aufweist, und wobei zum Versiegeln eine ebene Sonotrode (2) und ein Amboss (1, 1') mit einer korbbogenförmigen Ausnehmung (3, 3') im Bereich der Längsnaht (L) zum Verpressen der zu bildenden Giebelnaht (G) vorgesehen sind sowie eine entsprechende Mehrschichtverbundpackung (P). Um die Gefahr von Undichtigkeiten und damit Ausschuss infolge unzureichender Nahtsiegelung deutlich zu verringern und zur besseren Aufnahme von Längsnahttoleranzen ist vorgesehen, dass der Amboss (1, 1') im Bereich der Ausnehmung (3, 3') eine Mehrzahl parallel angeordneter Rippen (4) aufweist, deren Richtung nicht parallel zur Längsnaht (L) verläuft.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Versiegeln von mindestens zwei Lagen eines aufeinander gefalteten Giebels einer eine Längsnaht aufweisenden Mehrschichtverbundpackung, wobei der Giebel im Bereich der Längsnaht eine variierende Stärke aufweist, und wobei zum Versiegeln eine ebene Sonotrode und ein Amboss mit einer korbbogenförmigen Ausnehmung im Bereich der Längsnaht zum Verpressen der zu bildenden Giebelnaht vorgesehen sind. Außerdem betrifft die Erfindung eine Mehrschichtverbundpackung aus gefaltetem, mit zumindest einer Kunststoffbeschichtung versehenem Karton.
- Bei der Herstellung von Mehrschichtverbundpackungen, beispielsweise Getränkepackungen, werden unterschiedliche Verfahren angewandt. Erfolgt die Herstellung aus einer endlosen Verbundmaterialbahn mittels sog. „Schlauchformungsmaschinen", werden der Packungsboden und der Packungsgiebel erst nach dem Füllen und Verschließen der Packung hergestellt. Erfolgt die Herstellung jedoch aus einzelnen Zuschnitten aus Karton/Kunststoff-Verbundmaterial, so werden diese zunächst mit einer Längsnaht versehen, was in der Regel beim Packstoffhersteller erfolgt. Die Längsnähte werden durch Faltung eines Längsrandes des Packungsmaterials erzeugt. Sie dienen dazu, dass ein beispielsweise in die Verpackung zu füllendes Getränk nicht mit offenen Kanten des Verbundmaterials in Kontakt kommt. Ein solcher Kontakt könnte zu einer Aufweichung des Verpackungsmaterials und zu einer verringerten Haltbarkeit eines in die Packung gefüllten Lebensmittels führen. Die Fertigung des Packungsbodens – und damit der offenen zu füllenden Verpackung – erfolgt bei den mit der Längsnaht versehenen Zuschnitten (sog. „Packungsmänteln") erst unmittelbar vor dem Füllvorgang, und zwar meist direkt in der Füllmaschine.
- Dazu werden die vereinzelten und gegebenenfalls vorgefalteten Packungsmäntel üblicherweise auf Dorne eines Dornrades geschoben, wobei die Dorne gleichmäßig über den Umfang der Dornradwelle verteilt angeordnet sind. Je nach Anzahl der um das Dornrad angeordneten Bearbeitungsstationen erfolgt ein taktweises Drehen des Dornrades.
- Bei vier vorhandenen Dornen wird beispielsweise in einer ersten Station der Packungsmantel aufgeschoben, und es erfolgt nach einer 90°-Drehung in einer zweiten Station die Faltung des Packungsbodens. Nach einer weiteren 90°-Drehung wird dann in der dritten Station der flach gefaltete Packungsboden versiegelt, indem die übereinander liegenden Lagen mit dem unter erhöhter Temperatur erweichten Kunststoff des Verbundmaterials mittels Druck zu einem eine flache Stanzfläche aufweisenden Packungsboden geformt werden. Dabei werden Lagen des Packungsbodens, die durch das Falten des Bodens übereinander liegen, mit der Oberfläche einer geeigneten Vorrichtung von der Bodenaußenseite gegen den an der Bodeninnenseite anliegenden Dorn verpresst. Der ausgeübte Druck führt aufgrund des durch die Erwärmung erweichten Kunststoffs zu einer Verpressung der Lagen und einer Versiegelung des Bodens.
- Nach dem Versiegeln wird der Packungsboden abgekühlt, um den erweichten Kunststoff in der gewünschten Form zu erhärten. Dies kann in der vorbeschriebenen Siegelstation erfolgen, oder aber in einer separaten Station. Schließlich wird die fertige, einseitig offene Verpackung vom Dorn des Dornrades abgezogen und der eigentlichen Füllmaschine zugeführt, wo das Packungsinnere gereinigt und gegebenenfalls desinfiziert wird und das Befüllen und Verschließen der fertigen Packung sowie die Formgebung des Packungsgiebels erfolgen. Dabei erfolgt das Verschließen der Packung durch Zusammenpressen und Versiegeln der oberen Packstoffkante mittels einer Sonotrode und einem Amboss.
- Der zusammengepresste Packungsgiebel weist im Bereich der Längsnaht eine über seine Fläche variierende Stärke auf. Der Grund dafür ist, dass dort mehrere Lagen des zusammengepressten Verbundmaterials übereinander liegen. Bei einem Verpressen und (Ultraschall-)Versiegeln der oberen Packstoffkante mit einer ebenen Pressoberfläche von Sonotrode und Amboss besteht also das Problem, dass verschieden starke Bereiche des Giebels unterschiedlich stark verpresst und versiegelt werden. Insbesondere werden die Lagen in Bereichen mit im Vergleich zu den angrenzenden Bereichen geringer Stärke oft nur unzureichend verpresst.
- Zur Lösung dieses Problems weisen bekannte Vorrichtungen (
DE 195 00 971 C2 ) eine Oberflächenkontur des Ambosses auf, die eine entsprechende Ausnehmung im Bereich der Längsnaht vorsieht, um dem Problem der mehreren Lagen zu begegnen. Eine solche Ausnehmung ist in der Praxis korbbogenförmig hergestellt. - Es sind auch bereits Werkzeuge bekannt, bei denen Sonotrode und Amboss mehrere Ausnehmungen aufweisen. So ist aus der
US 2002/0170272 A1 - Dadurch, dass der Packstoff der inneren Längsnaht an seiner offenen Kante regelmäßig umgelegt, d. h. 180° nach außen gefaltet wird, um einen unmittelbaren Kontakt zwischen Produkt und Karton als Trägermaterial des Packstoffes zu vermeiden, kommt es immer wieder zu Toleranzen im Verlauf sowie der Stärke und Höhe der Längsnähte. Ein Ausgleich solcher Toleranzen kann mit der bekannten Vorrichtung teilweise nur unzureichend bewerkstelligt werden. Die Breite der Ausnehmung im Amboss muss also so gewählt sein, dass sie einerseits ausreichend Raum für den verstärkten Bereich der Längsnaht zur Verfügung stellt und andererseits eine ausreichend gute Versiegelung im zur Längsnaht benachbarten Bereich erfüllen kann.
- Neben den Packstoff-Geometrietoleranzen der Längsnaht entstehen weitere Toleranzen beim Zusammenpressen der oberen Packstoffkante. Es sind also sehr hohe Genauigkeitsforderungen bzw. enge Toleranzen an die Packstoffgeometrie zu stellen, um mangelhafte Siegelungen (Durchbrennen von zu stark verpressten Bereichen und zu schwache Nahtbindung im Bereich zu wenig verpresster Bereiche) und die daraus resultierenden Undichtigkeiten zu vermeiden. Die Geometrietoleranzen verursachen dabei eine radiale Positionsverschiebung des Packstoffsiegelbereiches relativ zum Schweißwerkzeug.
- Im Bereich der Bodenfaltung ist diesem Problem durch eine besondere Ausgestaltung der Geometrie der Presselemente begegnet worden (
DE 10 2004 049 366 B3 ). Dies ist im Bodenbereich jedoch auch einfacher zu bewerkstelligen, da hier die Faltung und Versiegelung im ungefüllten Zustand, wie weiter zuvor beschrieben, um einen Dorn als Widerlager erfolgt. Im Gegensatz dazu werden bei der Giebelnahtherstellung die oberen Packungskanten zusammengepresst, wobei es zu einem seitlichen „Auswandern" der Längsnaht kommen kann. Im ungünstigsten Fall überlagern sich die Geometrietoleranzen mit der zuvor erwähnten seitlichen Verschiebung der Längsnaht relativ zum Schweißwerkzeug (Amboss), so dass es zu mangelhaften Siegelungen und daraus resultierenden Undichtigkeiten (Ausschuss!) kommen kann. - Ausgehend von dem zuvor erläuterten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art und eine Mehrschichtverbundpackung der eingangs genannten Art so auszugestalten und weiterzubilden, dass die Gefahr von Undichtigkeiten und damit Ausschuss infolge unzureichender Nahtsiegelung gegenüber dem Stand der Technik deutlich verringert ist. Außerdem sollen Längsnahttoleranzen besser aufgenommen werden können.
- In Bezug auf eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der Amboss im Kontaktbereich mit der Sonotrode eine glatte Oberfläche und nur im Bereich der Ausnehmung eine Mehrzahl parallel angeordneter Rippen aufweist, deren Richtung nicht parallel zur Längsnaht verläuft. Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Mehrschichtverbundpackung der eingangs genannten Art mit einer mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung versiegelten Giebelnaht.
- Aus der
US 5 067 302 A ist bereits eine Siegelvorrichtung bekannt, bei der die Siegelbacken gleichfalls über die gesamte Länge gerippt ausgeführt sind, wobei für sich bereits bekannt war, die Rippen nicht parallel zur Längsnaht anzuordnen. - Durch die Rippenstruktur erfolgt ein verbesserter Ausgleich der Packstofftoleranzen, da nämlich durch einen vergrößerten Druck-/Pressbereich der Werkzeug-Pressfläche höheren Längsverschiebungen des Siegelbereiches begegnet werden kann. Darüber hinaus ist ein deutlicher Abbau von Druckspitzen infolge der alternierenden Druckbeaufschlagung durch die Ambosskontur zu beobachten. Diese Kontur erlaubt den Abbau von Druckspitzen durch benachbarte Bereiche verschieden hohen Druckes und der sich dadurch ergebenden Möglichkeit für den Packstoff, sich lokal plastisch und damit druckabbauend zu verformen. Der Packstoff wird also schonend verdichtet. Die Rippen weisen außerdem keine Kanten auf, so das die Gefahr von Undichtigkeiten aufgrund unzureichender Siegelung beim Verschließen der Packung gegenüber dem Stand der Technik erheblich verringert ist. Das Ergebnis ist ein signifikant verringerter Ausschuss infolge unzureichender Nahtsiegelung.
- Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verlauf der Rippen diagonal zur Giebelnaht ausgerichtet ist, wobei die Senkrechte der Rippen in Richtung der freien Ecke der oberen Längsnahtkante weist. Dadurch wird erreicht, dass sowohl eine Längsverschiebung in Richtung der Giebelnaht als auch in Längsnaht-Richtung beim Siegelvorgang ermöglicht wird. Auftretende Toleranzen der Längsnaht im Siegelbereich können dadurch besser ausgeglichen werden.
- Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Rippen eine wellenförmige Kontur aufweisen. Auf diese Weise passt sich die Ausnehmung im Amboss flexibler an Variationen der Stärke des zu versiegelnden Giebelnahtbereichs an.
- Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rippen wulstartig ausgebildet sind und die Rippenenden in einem flachen Winkel in die Ambossoberfläche übergeben. Durch eine solche Ausgestaltung der Rippen kann im Vergleich zum Stand der Technik eine präzisierte und weitgehend flexible Druckverteilung zum Abbau von Druckspitzen erfolgen.
- In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rippen jeweils den gleichen Querschnitt aufweisen. Eine solche Ausgestaltung ist herstellungstechnisch besonders einfach zu realisieren. Die Rippen können dabei durch Fräsen, Erodieren etc. der dazwischen liegenden Zwischenräume hergestellt werden.
- Es ist jedoch nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, dass die Rippen jeweils eine unterschiedliche Höhe oder einen unterschiedlichen Querschnitt oder beides aufweisen. Auf diese Weise kann durch eine Anpassung der jeweiligen Rippenform eine noch größere Flexibilität bei der Nahtsiegelung erreicht werden.
- Es ist auch möglich, dass die Rippen über ihre Länge jeweils einen sich ändernden Querschnitt aufweisen. Beispielsweise können also benachbarte Rippen auch in ihrer Längsrichtung mit einer welligen Oberfläche ausgestaltet sein, wobei zweckmäßigerweise die Anordnung so gewählt wird, dass die jeweiligen Wellenrücken benachbarter Rippen gegeneinander versetzt angeordnet sind.
- Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung ist vorgesehen, dass die innere Packstoffkante der Längsnaht im Randbereich geschält und im geschälten Bereich umgelegt ist. Auf diese Weise kann die korbbogenförmige Ausnehmung im Amboss insgesamt weniger tief ausfallen und eine gleichmäßigere Druckverteilung im Längsnahtbereich der Packung erreicht werden. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass die innere Packstoffkante der Längsnaht im Randbereich ungeschält und umgelegt ist.
- Um die Haltbarkeit der in die erfindungsgemäße Verbundpackung abgefüllten Produkte noch weiter zu verbessern, kann der Mehrschichtverbund zusätzlich eine Aluminiumbeschichtung aufweisen.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 den Ausschnitt eines Ambosses mit einer erfindungsgemäßen Kontur im Bereich der Ausnehmung für die Längsnaht in perspektivischer Draufsicht, -
2 eine Vergrößerung des Bereichs der Längsnahtausnehmung aus1 , -
3A eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung im Bereich einer einfach umgelegten Längsnaht, -
3B eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung im Bereich einer geschälten und umgelegten Längsnaht und -
4 die Anordnung von Amboss und Sonotrode eines erfindungsgemäßen Schweißwerkzeuges zur Herstellung einer Giebelnaht. - Der grundsätzliche Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in
4 dargestellt. Eine – nur teilweise dargestellte – Mehrschichtverbundpackung P soll im Kopfbereich mit einer Giebelnaht G versehen werden. Dazu nähern sich von beiden Seiten ein Amboss1 und eine Sonotrode2 , welche die Giebelnahtkanten zunächst zusammenpressen und anschließend mittels Ultraschall miteinander versiegeln. Im Bereich der Längsnaht L der Mehrschichtverbundpackung P weist der Amboss1 eine Ausnehmung3 auf, welche beim Stand der Technik korbbogenförmig ausgeführt ist und erfindungsgemäß eine rippenartige Struktur aufweist, die in den1 bis3 näher dargestellt ist. -
1 und2 zeigen nun, dass der Amboss1 im Bereich der Ausnehmung3 eine Mehrzahl parallel angeordneter und diagonal zur Längsnaht L der Packung P verlaufender Rippen4 aufweist. In2 ist die Darstellung aus1 zur besseren Übersicht der Kontur der Rippen4 vergrößert dargestellt. -
3A zeigt in Draufsicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung, wobei erkennbar ist, dass die grundsätzliche Form der Ausnehmung3 korbbogenförmig ausgebildet ist und verschiedene Radien und Tiefen aufweist, um die Längsnaht L, hier mit umgelegter Innenkante, zuverlässig dicht versiegeln zu können. Im Bereich der doppelt gelegten Längsnaht ist die Ausnehmung3 , wie in den1 und2 gezeigt, tiefer als im übrigen Bereich. - In
3B ist dargestellt, dass es sich bei der inneren umgelegten Naht auch um eine geschälte Packungskante handeln kann, so dass sich die gesamte Schichtstärke der Längsnaht L entsprechend verringert, so dass auch die Form des Ambosses1' im Bereich der Ausnehmung3' konstruktiv einfacher gestaltet werden kann. Sowohl in3A als auch in3B ist erkennbar, dass eine Mehrzahl von Rippen4 vorhanden sind, die beim Verpressen dazu führen, dass die Packstofftoleranzen ausgeglichen werden und dass durch einen vergrößerten Druck-Pressbereich der Werkzeugpressfläche höhere Längsverschiebungen des Siegelbereiches begegnet werden kann. - Erfindungsgemäß werden durch die Verwendung der wellenkonturartigen Rippen
4 im Bereich der Ausnehmungen3 ,3' des Ambosses1 ,1' Druckspitzen infolge der alternierenden Druckbeaufschlagung abgebaut, so dass sich der Packstoff beim Siegelvorgang lokal plastisch und damit druckabbauend verformen kann.
Claims (12)
- Vorrichtung zum Versiegeln von mindestens zwei Lagen eines aufeinander gefalteten Giebels (G) einer eine Längsnaht (L) aufweisenden Mehrschichtverbundpackung (P), wobei der Giebel (G) im Bereich der Längsnaht (L) eine variierende Stärke aufweist, und wobei zum Versiegeln eine ebene Sonotrode (
2 ) und ein Amboss (1 ,1' ) mit einer korbbogenförmigen Ausnehmung (3 ,3' ) im Bereich der Längsnaht (L) zum Verpressen der zu bildenden Giebelnaht (G) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Amboss (1 ,1' ) im Kontaktbereich mit der Sonotrode (2 ) eine glatte Oberfläche und nur im Bereich der Ausnehmung (3 ,3' ) eine Mehrzahl parallel angeordneter Rippen (4 ) aufweist, deren Richtung nicht parallel zur Längsnaht (L) verläuft. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Rippen (
4 ) diagonal zur Giebelnaht (G) ausgerichtet ist, wobei die Senkrechte der Rippen (4 ) in Richtung der freien Ecke der oberen Längsnahtkante weist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (
4 ) eine wellenförmige Kontur aufweisen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Rippen (
4 ) wulstartig ausgebildet sind und in einem flachen Winkel in die Ambossoberfläche übergehen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (
4 ) jeweils den gleichen Querschnitt aufweisen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen jeweils eine unterschiedliche Höhe oder einen unterschiedlichen Querschnitt oder beides aufweisen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen jeweils einen sich über ihre Länge ändernden Querschnitt aufweisen.
- Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen in ihrer Längsrichtung eine wellige Oberfläche aufweisen und derart angeordnet sind, dass die jeweiligen Wellenrücken benachbarter Rippen gegeneinander versetzt angeordnet sind.
- Mehrschichtverbundpackung aus gefaltetem, mit zumindest einer Kunststoffbeschichtung versehenem Karton mit einer mittels einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7 versiegelten Giebelnaht (G').
- Mehrschichtverbundpackung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Packstoffkante der Längsnaht (L) im Randbereich geschält und im geschälten Bereich umgelegt ist.
- Mehrschichtverbundpackung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Packstoffkante der Längsnaht (L) im Randbereich ungeschält und umgelegt ist.
- Mehrschichtverbundpackung nach einem der Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrschichtverbund zusätzlich eine Aluminiumbeschichtung aufweist.
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