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Die Erfindung betrifft ein Ausgießelement für eine Verbundpackung, insbesondere für einen Getränkekarton für flüssige Lebensmittel, mit einem einen Befestigungsflansch und einen Ausgießtubus aufweisenden Grundkörper, einem im Ausgießtubus angeordneten und geführten Schneidelement, im Ausgießtubus ausgebildeten ersten Führungsmitteln und am Schneidelement ausgebildeten zweiten Führungsmitteln, wobei die ersten und zweiten Führungsmittel korrespondierend zusammenwirken sowie eine Verbundpackung, insbesondere einen Getränkekarton für flüssige Lebensmittel, mit einem zur Aufnahme eines Ausgießelements geeigneten Packungsgiebelpanel.
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Im Bereich der Verpackungstechnik gehören Verbundverpackungen seit langem zum gängigen Stand der Technik. So bestehen beispielsweise Getränkekartons aus verschiedenen Packstoffen wie Papier und Kunststoffen, die, vollflächig gefügt und bedruckt, ein Packungslaminat bilden. Der Schichtaufbau kann je nach Anforderungen variieren, so wird beispielsweise für aseptische Füllgüter zusätzlich eine Aluminiumschicht eingelegt, um eine gute Barrierewirkung gegen Gase und Licht zu erzielen. Oft – aber nicht immer – wird das Laminat noch während seiner Herstellung auf Verpackungsgröße zugeschnitten und es werden auf diese Weise sogenannte Packungsmantelrohlinge (Zuschnitte) gebildet. Alternativ wird auch das Packungslaminat als Endlosmaterial (Rollenware) ausgeliefert und erst später zugeschnitten.
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Das eigentliche Formen und Befüllen der Verpackung und das Verschließen zu einer Packung geschieht in einer Verpackungsmaschine, die nicht selten in Anlehnung an ihre Hauptfunktionen auch als Form-/Fill-/Seal-Maschine bezeichnet wird. Als Füllgüter kommen vorwiegend flüssige Lebensmittel wie beispielsweise Getränke, Suppen oder Joghurt in Frage. Denkbar sind auch gestockte, pastöse oder stückige Produkte oder dergleichen.
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Packungen der genannten Art werden zuweilen auch mit Ausgießelementen versehen. Diese ermöglichen dem Verbraucher neben einem kontrollierten Ausgießen in der Regel auch eine Wiederverschlussmöglichkeit. Nicht selten und vorwiegend bei aseptischer Anwendung ist zudem eine Erstöffnungsfunktion für die Packung vorgesehen. Dabei wird die zuvor gasdicht verschlossene Packung erstmalig aufgetrennt. Dies kann beispielsweise mittels Zug-Ring („Ring-Pull”) oder -Lasche oder auch durch eine Stech- und/oder Schneidvorrichtung geschehen. Solche Stech- und/oder Schneidvorrichtungen sind oft als hülsenartige Schneidelemente (Schneidringe) ausgeführt, die über Antriebsmittel beispielsweise mit der Schraubkappe gekoppelt sind, so dass mittels der Drehbetätigung der Schraubkappe die Packung gleichzeitig aufgeschnitten wird.
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Die europäische Anmeldung
EP 1 396 435 A1 zeigt beispielsweise ein dreiteiliges Ausgießelement. Grundkörper, Schraubkappe und Schneidhülse sind zunächst einzeln im Spritzgussverfahren gefertigt und ergeben zusammengesetzt ein funktionsfähiges Ausgießelement, das über einen Befestigungsflansch am Grundkörper mit einer gefüllten, oben beschriebenen Verbundpackung bleibend verbunden werden kann. Wird die Schraubkappe vom Konsumenten das erste Mal betätigt, bewegt sich das Schneidelement in Richtung eines eigens in der Verbundpackung vorgesehenen geschwächten Abschnitts und trennt diesen durch eine Vielzahl von Schneidzähnen auf.
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Die Umsetzung der Kappenschraubbewegung in eine rotativ gleichläufige und translatorisch entgegengesetzte Schneidelementbewegung ist durch eine korrespondierende Gewindepaarung an den Bauelementen realisiert. Die positiv auskragende Gewindeflanke des Schneidelements kämmt dabei über einen größeren Abschnitt in der negativen Gewindeflanke des Grundkörpers. Dies ermöglicht zum einen eine relativ sichere Führung der Bauteile – was stets gewünscht ist – schränkt aber die Kinematik des Schneidelements auf einen konstant bleibenden Vorschub ein. Dieser kann aber nachteilig sein, da es bei Packungen der genannten Art beim Trennvorgang zu einem sogenannten „PE-Ziehen” kommen kann. Dabei reckt sich die Polyethylenfolie in die Länge, ohne sich zu trennen, was in einem schlechten oder gar unvollständigen Öffnungsergebnis endet, so dass sich das Produkt nicht in geforderter Weise ausgießen lässt. Die spezielle Zahngeometrie soll dem Problem abhelfen. Ferner sind solche Teile relativ aufwändig zu fertigen, da beispielsweise Gewindehinterschnitte die Entformung der Spritzteile auf der Spritzgussmaschine erschweren.
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Ein verbessertes dreiteiliges Ausgießelement zeigt die auf die Anmelderin zurückgehende internationale Patentanmeldung
WO 2004/000667 A1 . Die Erfindung ermöglicht eine gestaffelte Kinematik des Schneidelements. Dieses wird zunächst rein axial vorgeschoben und so die Verbundpackung durch ein kombiniertes Stech- und Schneidorgan angestochen. Im Anschluss folgt eine reine Rotation die das Organ ausschließlich schneiden lässt.
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Um diese spezielle Kinematik zu ermöglichen, sind relativ massiv dimensionierte Führungs- und Kraftübertragungsmittel nötig. Zudem müssen stark ausgeführte Wanddicken der Bauteile die nötige Steifigkeit und somit auch die Funktionssicherheit gewährleisten. Solcherlei Ausgestaltungen zeitigen aber hohe Materialverbräuche und erhöhen die Zykluszeiten beim Spritzgießen.
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Um die Spritzgussherstellung und die Montage der so geschaffenen Teile zu verbessern, ist in der auf die Anmelderin zurückgehenden internationalen Patentanmeldung
WO 2009/068671 A1 eine einteilige Fertigung von Basiselement, Schneidelement und Schraubdeckel vorgeschlagen worden. Das Schneidelement ist bereits im Wesentlichen in seiner Ausgangsstellung im Tubus des Basiselements urgeformt und der Schraubdeckel über eine Verbindungslasche mit dem Basiselement verbunden. Für die Montage genügt es, die spritzgegossenen Teile zu verprellen. Will nun der Konsument das Produkt der Verbundpackung entnehmen, betätigt er den Schraubdeckel des nun auf eine genannte Verbundpackung applizierten Ausgießelements und durchtrennt erstmals die Verbindungslasche (diese dient also auch als Originalitätssiegel) und setzt das Schneidelement in Bewegung.
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Die Kinematik des Schneidelements ergibt sich aus den im Ausgießtubus ausgebildeten Führungsstegen, in die Führungsrippen am Schneidelement eingreifen. Dieses folgt zunächst einer steileren Schraubbewegung und geht in eine flachere über. Nach dem Auftrennen der Packung wird das Schneidelement über eine Ausnehmung und einen Anschlag in seiner Endstellung arretiert. Diese wichtige Funktion ist nötig, da sonst die Gefahr besteht, dass das Schneidelement in das Produkt fallen könnte.
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Ein weiteres gattungsgemäßes Ausgießelement zeigt die europäische Anmeldung
EP 2 055 640 A1 . Wird die Schraubkappe (auf-)gedreht, erfolgt eine Transformation der Rotationsbewegung in eine gestaffelte Bewegung des Schneidelements. Dies ist durch eine aufwändige Konstruktion über eine negativ profilierte Einkerbung am Schneidelement und in dieser laufenden, an der Innenwandung des Ausgießtubus auskragenden, Nocken realisiert. Die Bauteile sind relativ aufwändig zu fertigen und sind nur mit einem hohen Materialaufwand herzustellen.
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Davon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ausgießelement und eine Verbundpackung der eingangs genannten und zuvor näher beschriebenen Art so auszugestalten und weiterzubilden, dass die beschriebenen Nachteile überwunden werden. Insbesondere soll die Herstellung material- und fertigungstechnisch optimiert werden und die Öffnungsfunktion für die Verbundpackung vollumfänglich garantiert bleiben.
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Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Ausgießelement nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 dadurch, dass das erste Führungsmittel durch eine umlaufende und in sich geschlossene Rippe gebildet ist. Eine solche Rippe ermöglicht eine umfangreiche Gestaltungsfreiheit der Führungsmittel zur Erzielung einer gewünschten Schneidelementkinematik. Insbesondere lässt sich eine Staffelung der rotativen und axialen Bewegungsanteile oder veränderliche axiale Vorschubsanteile realisieren. Der komplette Umlauf der Rippe garantiert eine sichere Führung des Schneidelements. Er vermeidet im Besonderen die Gefahr, dass das Schneidelement auch bei Belastungen, beispielsweise unter der Wirkung von Kräften und Drehmomenten des Schneidvorgangs, nicht aus seiner Zwangsführung entfliehen kann, da diese keine begrenzende Enden aufweist. Eine umlaufende Rippe vermeidet Hinterschnitte (etwa wie bei Gewinden), so dass sich die regelmäßig im Spritzgussverfahren hergestellten Kunststoffteile leicht von den Werkzeugen entformen lassen. Dies ermöglicht eine einfachere und somit kostengünstigere Ausgestaltung der Formwerkzeughälften, vereinfacht die Befüllung der Kavitäten und verkürzt so die Spritzzykluszeiten, was die Fertigung optimiert. Die Beschränkung auf eine Rippe spart zudem Material. Eine in sich geschlossene Rippe erhöht ferner die Steifigkeit und Festigkeit des Grundkörpers, so dass die Führungsmittel ihrer Funktion nachkommen und eine gute und sichere Öffnung ermöglicht wird. Bleiben Festigkeit und Steifigkeit garantiert, lassen sich ebenfalls Wandstärken optimieren (also reduzieren), womit ein weiteres Potenzial zur Materialeinsparung geschaffen ist. Eine solche leichtbauende Konstruktion ist aber insbesondere bei Massenfertigungen wie von Ausgießelementen von sich rechnender Wichtigkeit.
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Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ebenfalls durch eine Verbundpackung, wobei das Packungsgiebelpanel eine lokale Packungsmaterialschwächung aufweist und ein solches Ausgießelement derart positioniert und dauerhaft verbunden ist, dass beim erstmaligen Betätigen des Ausgießelements das Schneidelement in Richtung der Packungsmaterialschwächung bewegbar und diese so durchtrennbar ist, dass die Verbundpackung zur Entleerung bereit ist. Ausgießelement und Verbundpackung sind stets eng aufeinander abzustimmen. So ist eine exakte Positionierung auf einem dafür vorgesehenen Packungsgiebelpanel von entscheidender Wichtigkeit. Zum einen muss das Ausgießelement mit der Verbundpackung verbunden bleiben, zum anderen soll sich das Schneidelement exakt in der dafür geschaffenen Packungsmaterialschwächung eingraben und diese auftrennen. Erst dies ermöglicht eine vollständige Öffnung der Packung, die dann so zur Entleerung bereit ist.
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Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Rippe für die Ausgangsstellung des Schneidelements wenigstens einen Hochplateauabschnitt aufweist. Ein solches Hochplateau ermöglicht ein sicheres Verharren des Schneidelements bis zum erstmaligen Öffnen der Verbundpackung. Dies ist aber nötig, da sonst die Gefahr bestünde, dass die Verbundpackung vorzeitig eine Beschädigung erfährt und nicht mehr dicht wäre, was den Inhalt vorzeitig verderben lassen könnte.
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Nach einer weiteren Lehre der Erfindung weist die Rippe für die Endstellung des Schneidrings wenigstens einen Tiefplateauabschnitt auf. Ein Arretieren des Schneidelements in Endstellung dient der Sicherheit, da sich das Schneidelement unter keinen Umständen aus der Endstellung befreien und insbesondere nicht ins Produkt fallen darf. Ist beispielsweise das Schneidelement durch eine Verschlusskappe angetrieben, soll diese außerdem weder beim Wiederverschluss noch beim erneuten Aufdrehen behindert werden, wofür das Tiefplateau sorgt.
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Weitere Arten der erfindungsgemäßen Ausführungen sehen vor, dass die Rippe unterschiedliche Steigungen für unterschiedliche Bewegungen des Schneidelements aufweist und/oder dass die Rippe ein weiteres Plateau für eine reine Rotationsbewegung des Schneidelements aufweist. Unterschiedliche Bewegungen des Schneidelements können je nach Schneidgut wünschenswert sein. Sollen nachteilige Effekte wie etwa das „PE-Ziehen” verhindert werden, so empfiehlt sich, zunächst das Packungsmaterial anzustechen (perforieren) und hernach durch eine Rotationsbewegung zu schneiden, wozu das weitere Plateau sorgt.
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Eine andere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Rippe zwischen Hoch- und Tiefplateauabschnitt einen Herausfallsicherungsabschnitt für das Schneidelement aufweist. Ein solcher ergänzender Abschnitt schließt die Rippe vollständig und bildet eine zusätzliche Sicherheit gegen das Herausfallen des Schneidelements.
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In weiterer vorteilhafter Ausführung sind die zweiten Führungsmittel durch über den Umfang des Schneidelements angeordnete Nocken gebildet. Solche Nocken laufen entlang der ersten Führungsmittel auf Anschlag. Lokale Nocken vermögen trotz ihrer materialsparenden Konstruktion (etwa gegenüber Stegen) ihre zugedachte Funktion vollends zu erfüllen.
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Bei weiteren zweckmäßigen Ausführungsformen sind die zweiten Führungsmittel als Nockenpaare gebildet, die ggf. als drei Nockenpaare über den Umfang des Schneidelements verteilt angeordnet sind. Solche Nockenpaare schließen die Rippe des ersten Führungsmittels ein. Dies ermöglicht eine zusätzliche Einschränkung der Freiheitsgrade der Zwangsführung, so dass diese sicherer und genauer wird. Sind drei Nockenpaare über den Umfang des Schneidelements verteilt angeordnet, ist ein optimaler Kompromiss zwischen Materialverbrauch und Führungsfunktion gefunden.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Nocken über eine gerundete Kontur mit der Rippe in Kontakt tritt. Eine solche Rundung vermag veränderlichen Steigungen und verschiedenen Abschnitten der Rippe des ersten Führungsmittels sanft zu folgen, ohne zu verkanten oder große Drehmomente entstehen zu lassen.
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Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung ist eine Verschlusskappe mit dem Grundkörper verbunden, was den Wiederverschluss einer teilkonsumierten Verbundpackung ermöglicht.
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In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist das Schneidelement über an der Verschlusskappe angeformte Antriebsflanken antreibbar, die auf am Schneidelement angeordnete Antriebselemente wirken. So lässt sich die Erstöffnungsdrehbewegung zum Antrieb des Schneidelements ausnützen („single-action”). Ist der Antrieb über Flanken (an der Kappe) und Stege (am Schneidring) realisiert, ist eine besonders vorteilhafte Koppelung geschaffen.
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Nach einer besonderen Ausführungsart der Erfindung ist die Packungsmaterialschwächung als überbeschichtetes Loch aufgeführt. Eine solche spezielle Vorbereitung des Packungsmaterials eignet sich speziell zur Öffnung durch ein material- und fertigungstechnisch optimiertes Ausgießelement, da die Trennung nicht durch das Vollmaterial der Verbundpackung erfolgen muss.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand der lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Verbundpackung mit Ausgießelement in perspektivischer Ansicht von vorn oben,
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2 ein erfindungsgemäßes Ausgießelement in perspektivischer Ansicht von oben,
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3 den Grundkörper des Ausgießelements aus 2 in perspektivischer Ansicht von oben,
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4 den Grundkörper aus 3 in einem Vertikalschnitt entlang der Linie IV-IV,
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5 den Grundkörper aus 3 in einem Vertikalschnitt entlang der Linie V-V,
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6 das Schneidelement des Ausgießelements aus 2 in perspektivischer Ansicht von oben,
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7 ein Führungsnockenpaar des Schneidelements aus 6 in Detailansicht und
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8 die Verschlusskappe des Ausgießelements aus 2 in perspektivischer Innenansicht.
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Die in 1 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbundpackung P zeigt diese als einen Getränkekarton. Die Verbundpackung P besteht aus einem Packungsmaterial, das aus einer Abfolge von flächig gefügten Materialien ein Packungslaminat bildet: einer Kartonträgerschicht sind beidseitig Polymerschichten auflaminiert und eine zusätzliche Aluminiumschicht schirmt das Produkt der Verbundpackung P vor unerwünschten Umwelteinflüssen (Licht, Sauerstoff).
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Die Verbundpackung P stellt im Kopfbereich ein Packungsgiebelpanel 1 bereit, auf das ein ebenso erfindungsgemäßes Ausgießelement A appliziert und dauerhaft angebracht ist. Bei erstmaligem Betätigen des Ausgießelements A wird ein – hier durch das Ausgießelement A verdeckter – Packungsmaterialschwächungsbereich durchtrennt und so die Verbundpackung P erstmals geöffnet, die so zur Entleerung bereitsteht. Dieser Schwächungsbereich ist im gezeigten und insofern bevorzugten Ausführungsbeispiel als ein überbeschichtetes Loch ausgeführt, das bei der Herstellung gebildet wird: der Kartonträgerschicht ist dabei ein Loch ausgestanzt, so dass nach ihrer Beschichtung eine lokale Schwächung entsteht.
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2 zeigt das erfindungsgemäße Ausgießelement A, dessen im Spritzgussverfahren einzeln gefertigten Teile fertig montiert (zusammengesetzt) sind: ein Grundkörper 2, ein – hier verdecktes – Schneidelement 3 (dargestellt in 6) und eine Verschlusskappe 4. Das nun funktionsbereite Ausgießelement A wird dann über einen Befestigungsflansch 5 auf die Verbundpackung P appliziert und mittels Heißkleber dauerhaft verbunden.
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Wird die Verschlusskappe 4 durch den Konsumenten erstmals betätigt, überträgt sich die Abschraubbewegung der Verschlusskappe 4 auf das im Grundkörper 2 geführte Schneidelement 3, das die Verbundpackung P im Bereich der Schwächung auftrennt. Durch die so geschaffene Öffnung lässt sich dann das Produkt ausgießen.
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In der 3 ist der Grundkörper 2 dargestellt, der neben dem Befestigungsflansch 5 auch aus einem Ausgießtubus 6 besteht. Im Montage- und Funktionszustand Ist das Schneidelement 3 im Ausgießtubus 6 angeordnet und über an der Innenwand des Ausgießtubus ausgeformten ersten Führungsmitteln 7 und damit korrespondierenden, am Schneidelement 3 ausgeformten zweiten Führungsmitteln 8 (siehe 6 und 7) zwangsgeführt. Die ersten Führungsmittel 7 sind durch eine umlaufende und in sich geschlossene Rippe 9 gebildet.
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4 und 5 zeigen die vertikalgeschnittenen Hälften des Grundkörpers 2 mit der jeweiligen Innenwandung des Ausgießtubus 6, an dem der Verlauf der auskragenden Rippe 9 sichtbar ist. Die Rippe 9 weist im oberen Bereich einen Hochplateauabschnitt 10 auf, der den Führungsabschnitt für die Ausgangsstellung des Schneidelements 3 bildet. Wird nun das Schneidelement 3 in Bewegung versetzt, folgt dieses den ersten Führungsmitteln 7, und wird vom Hochplateauabschnitt 10 über einen sich in der Steigung veränderlichen Abschnitt zu einem Tiefplateauabschnitt 11 bewegt, wo die Endstellung des Schneidelements 3 erreicht ist. Zwischen Hochplateauabschnitt 10 und Tiefplateauabschnitt 11 findet der der eigentliche Öffnungsvorgang der Verbundpackung P statt. Dabei stechen und schneiden die am Schneidelement 3 endständig ausgebildeten Trennorgane 12 (siehe 6) die Verbundpackung P im Bereich des überbeschichteten Lochs auf.
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In der gezeigten und insofern bevorzugten Ausführung ist an der Rippe 9 zwischen Hoch 10 und Tiefplateauabschnitt 11 ein weiteres Plateau 13 ausgebildet, das eine reine Rotation des Schneidelements 3 bewirkt, wodurch über diesen Bereich die Trennorgane 12 das überbeschichtete Loch schneiden statt stechen.
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Ist das Schneidelement 3 in seiner Endstellung angelangt, soll es in dieser arretiert werden. Damit aber einem ungewollten Lösen vorgebeugt wird, ist die Rippe 9 zwischen ihrem Hochplateauabschnitt 10 und Tiefplateauabschnitt 11 als ein Herausfallsicherungsabschnitt 14 ausgebildet.
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In 6 ist Schneidelement 3 als Einzelteil dargestellt. Die erwähnten zweiten Führungsmittel 8 sind als Nocken 15 realisiert, die paarweise das erste Führungsmittel 7 der Rippe 9 einschließen und so eine Zwangsführung bilden. Drei solcher Nockenpaare 16 sind über den Umfang des Schneidelements 3 verteilt ausgeformt, womit eine ausreichend gute Führung desselben gewährleistet ist. Eine Detailansicht eines solchen Nockenpaares 16 ist in 7 zu sehen. Die mit der Unterseite der Rippe 9 in Kontakt tretende, untere Nocke 15 ist teilweise als eine gerundete Kontur 17 ausgeformt, so dass verschiedene Abschnitte der Rippe 9 möglichst geschmeidig durchlaufen werden.
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8 zeigt die Verschlusskappe 4 als Einzelteil. An der Innenfläche der Deckelfläche sind Antriebsflanken 18 ausgebildet, die auf an der Innenseite des Schneidelements 3 auskragende Antriebselemente 19 (siehe 6) wirken, die als Stege ausgeführt sind. Somit ist die Verschlusskappe 4 mit dem Schneidelement 3 gekoppelt und die gewünschte Kraft- und Drehmomentübertragung kann stattfinden.
