DE60002961T2 - Verfahren zur Herstellung rohrförmiger Verbundbehälter und Verbundbehälter - Google Patents

Verfahren zur Herstellung rohrförmiger Verbundbehälter und Verbundbehälter Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung rohrförmiger Verbundbehälter und insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung solcher Behälter, indem ein Auskleidungs- bzw. Deckstreifen und mindestens ein Pappestreifen um eine Achse gewickelt und die verschiedenen Streifen miteinander verklebt werden.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Lebensmittel- und Getränkeprodukte sowie andere verderbliche Erzeugnisse werden häufig in rohrförmigen Behältern verpackt, die an beiden Enden verschlossen sind. Diese rohrförmigen Behälter enthalten typischerweise mindestens eine stützende Körperlage und werden durch Wickeln eines endlosen Streifens des Körperlagenmaterials um einen Dorn der gewünschten Form gebildet, um eine rohrförmige Struktur zu erzeugen. Die Körperlage kann spiralförmig um den Dorn gewickelt oder durch eine Reihe Formelemente geführt werden, sodass sie in einer gefalteten Form um den Dorn gewickelt wird. Am stromabwärtigen Ende des Dorns wird das Rohr auf bestimmte Längen zugeschnitten und dann mit Verschlusskappen versehen, um den Behälter zu bilden.
  • Rohrförmige Behälter dieses Typs enthalten typischerweise eine Auskleidungs- bzw. Decklage auf der Innenoberfläche der Körperlage aus Pappe. Die Auskleidung verhindert, dass Flüssigkeiten wie Saft aus dem Behälter austreten, wie sie außerdem Flüssigkeiten daran hindert, in den Behälter einzudringen und möglicherweise das darin enthaltene Lebensmittelprodukt zu verunreinigen. Die Auskleidungslage ist vorzugsweise außerdem beständig gegen den Durchtritt von Gasen, um das Entweichen von Gerüchen aus dem Behälter und das Eindringen von Umgebungsluft in den Behälter, durch die das Lebensmittelprodukt verdorben wird, zu verhindern. Die Auskleidungslage stellt al so Sperreigenschaften und die Körperlage stützende Eigenschaften bereit.
  • Herkömmliche Ruskleidungslagen enthalten meistens einen Papier-/Aluminiumfolienschichtstoff, der gute Sperreigenschaften sowie vorteilhafte Festigkeitseigenschaften hat. Insbesondere wird die Auskleidung vor dem Wickeln der Körperlage auf den Dorn gewickelt und muss hinreichend stark und steif sein, um ohne Dehnung oder Faltenbildung unabhängig auf den Dorn gewickelt werden zu können. Aufgrund des durch die Folienschicht der Auskleidung bereitgestellten Absteifung sind derartige Auskleidungen als "abgesteifte" Auskleidungen bekannt.
  • Wie erwähnt enthält der Schichtstoff bzw. das Laminat eine Schicht aus Aluminiumfolie und eine Kraftpapier-Unterlage, damit die Folienschicht mit der Pappekörperlage verklebt werden kann. Kleber auf wässriger Basis (oder "Nasskleber") werden zum Verkleben der Auskleidungslage mit der Körperlage bevorzugt, da Kleber auf Lösungsmittelbasis angesichts verschiedener Bedenken bezüglich ihrer umweltverträglichen Anwendung und Entsorgung auf Ablehnung stoßen. Es war bisher jedoch schwierig, ein zuverlässiges Haftenbleiben der wässrigen Kleber auf der glatten und undurchlässigen Oberfläche der Aluminiumfolienschicht zu erreichen. Demzufolge wurde eine Kraftpapier-Unterlage mit der Folienschicht vorverklebt, sodass die Auskleidung an der Pappekörperlage mit Nassklebern verklebt werden kann. Allerdings wird die Auskleidung durch das Kraftpapier teurer und dicker.
  • Typischerweise enthält eine als Papier/Folienschichtstoff gebildete Auskleidung eine Polymerschicht auf der Oberfläche der Folie, die einwärts zum Innern des resultierenden Behälters weist. Die Polymerschicht verhindert, dass das Produkt im Behälter mit der Folienschicht in Kontakt kommt, was in manchen Fällen eine Reaktion verursachen kann, durch die die Folie korrodiert und das Produkt verfärbt oder auf andere Weise verändert. Die Polymerschicht ist normalerweise ein heißsiegelfähiges Material, wobei ein Randabschnitt des Auskleidungsstreifens mit einem darüber liegenden gegenüberliegenden Randabschnitt des Streifens heißgesiegelt werden kann. Die Polymerschicht kann auch die Abriebbeständigkeit der Folie verbessern und wirkt als Sperre, falls in der Folie winzige Nadellöcher vorhanden sind.
  • Bei der Herstellung rohrförmiger Verbundbehälter wird ein Streifen eines Auskleidungsmaterials um einen Formdorn gewickelt und über den Dorn vorwärtsbewegt, während der rohrförmige Verbundbehälter gebildet wird. Bei den derzeit in der industriellen Fertigung solcher Behälter üblichen Geschwindigkeiten der Fertigungsstraßen wird der Auskleidungsstreifen typischerweise mit einer linearen Geschwindigkeit von 21,87 m/s bzw. 122m/min(400 Fuß/min) oder darüber vorgeschoben und durch einen auf die Auskleidung gewickelten Pappestreifen und durch das Band oder an anderes Gerät, das den rohrförmigen Behälter über den Dorn vorschiebt auf den Dorn gepresst. Folglich entsteht eine erhebliche Reibung zwischen dem Dorn und der Auskleidung, durch die Wärme erzeugt wird. Diese Wärme kann eine Erweichung der Polymerschicht der mit dem Dorn in Kontakt stehenden Auskleidung verursachen, mit dem Ergebnis, dass die Auskleidung dazu neigt, am Dorn haften zu bleiben und auf dem Weg über den Dorn "abgescheuert" wird.
  • Um dieser Tendenz zum Scheuern entgegenzuwirken, wird typischerweise ein Schmiermittel auf die Innenoberfläche der Auskleidung aufgebracht. Außerdem wird der Dorn in manchen Fällen gekühlt, um seine Temperatur hinreichend niedrig zu halten, sodass die Polymerschicht der Auskleidung weniger leicht zu Erweichen und Anhaften am Dorn neigt. Wenn allerdings die Polymerfilmschicht die Funktion einer Heißsiegelschicht zu erfüllen hat, ergibt sich ein gewisser Zwiespalt, da einerseits eine niedrige Dorntemperatur wünschenswert ist, um Scheuern und Haftenbleiben der Auskleidung auf dem Dorn zu verringern, während andererseits eine höhere Dorntemperatur zur Förderung der Aktivierung der heißsiegelfähigen Polymerschicht zur Bildung einer Dichtung wünschenswert ist.
  • Bei Verwendung einer abgesteiften Auskleidung kann dieses Dilemma weitgehend vermieden werden, indem die Auskleidung oder zumindest die Randabschnitte, die zur Bildung einer Dichtung überlappt sind, unmittelbar vor dem Wickeln der Auskleidung um den Dorn auf eine Temperatur über der Siegeltemperatur für die Polymerschicht erwärmt wird. Die relativ große Masse der Folie und der Kraftpapierschichten wirkt als Kühlkörper, der die Wärme lang genug hält, sodass die Randabschnitte der Auskleidung miteinander heißgesiegelt werden können, wenn der Auskleidungsstreifen auf den Dorn gewickelt wird.
  • Folien und Kraftpapiere sind jedoch teuer und vergrößern die Dicke, sodass es wünschenswert ist, einen Behälter und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Behälters bereitzustellen, der eine "nicht abgesteifte" Polymerauskleidung mit den erforderlichen Sperreigenschaften ohne die Aluminiumfolien- und die Kraftpapierschicht enthält. Wird jedoch eine nicht abgesteifte Auskleidung verwendet, entfällt die Kühlkörperfunktion der Folien- und Kraftpapierschichten. Die relativ dünne Polymerfilmauskleidung ist folglich schwer zu erwärmen, da ihre geringe Masse die Wärme rasch abstrahlt.
  • Die Verwendung nicht abgesteifter Auskleidungen bringt auch andere technische Herausforderungen mit sich. So war es beispielsweise aufgrund der Probleme im Zusammenhang mit dem Wickeln einer nicht abgesteiften Auskleidung auf den Dorn wie Dehnung, Faltenbildung oder eine sonstige Verformung der Auskleidung mit herkömmlichen Wickelvorrichtungen und -verfahren nicht wirtschaftlich oder in wirtschaftlicher Weise durchführ bar, einen Behälter mit einer nicht abgesteiften Auskleidungslage herzustellen. Angesichts der erheblichen Einsparungen an Material und Kosten, die solche nicht abgesteiften Auskleidungen bieten, wäre es dennoch äußerst erstrebenswert, Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung rohrförmiger Verbundbehälter mit nicht abgesteiften Auskleidungen bereitzustellen.
  • Nicht abgesteifte Auskleidungen bieten außer den Material- und Kosteneinsparungen noch weitere Vorteile. Im Einzelnen führt der Wegfall der Kraftpapier- und Folienschichten zu einer erheblichen Verringerung der Dicke der Faltdichtung, mittels der ein Rand eines Auskleidungsstreifens mit einem gegenüberliegenden Rand eines Auskleidungsstreifens gesiegelt wird. Bei herkömmlichen abgesteiften Auskleidungen waren schlangenartige bzw. Anaconda-Faltungen erforderlich, um einen Rand der Auskleidung mit dem gegenüberliegenden Rand zu siegeln, um so eine kontinuierliche dichte Auskleidung zu erhalten. Bei einer schlangenartigen Faltung wird der unten liegende Rand der Auskleidungsschicht in sich selbst zurückgefaltet und mit dem darüber liegenden Rand verklebt. Die schlangenartige Faltung ermöglicht ein Heißsiegeln der Polymerschichten auf der Oberfläche der Folienschicht, miteinander. Alternativ kann ein Schmelzkleber verwendet werden, um den unten liegenden Rand der Auskleidungslage mit dem darüber liegenden Rand zu verkleben. Der Rand des Kraftpapiers wird also nicht dem Innern des Behälters ausgesetzt und somit werden Flüssigkeiten im Behälter nicht vom Kraftpapier aufgesaugt. Ein Beispiel einer solchen Faltung ist in U. S.-Patent Nr. 5,084,284, erteilt an McDilda et al. dargestellt.
  • Die Dicke einer schlangenartig gefalteten Naht ist gleich der dreifachen Dicke der Auskleidungslage. Bei relativ dicken abgesteiften Auskleidungen bedeutet also die schlangenartige Faltung eine erhebliche Dicke und verursacht Schwierigkeiten, wenn die Enden des rohrförmigen Behälters hermetisch abgedich tet werden sollen. Insbesondere werden die Enden des Rohrs nach dem Abschneiden häufig nach außen umgestülpt, um eine gerollte kreisförmige Wulst oder einen gerollten kreisförmigen Flansch an einem oder beiden Enden des Rohrs zu bilden, auf die bzw. den dann Verschlusskappen oder Membranen angebracht und normalerweise mit der Wulst mittels eines Kleberdichtmittels, Heißsiegeln oder einer anderen Technik gesiegelt werden. In dem Bereich jedoch, in dem die schlangenartig gefaltete Naht einen Abschnitt der Kantenoberfläche bildet, kann die Stirnfläche der Wulst oder des Flansches stark uneben sein und berg- und talartige Unregelmäßigkeiten bilden. Demzufolge ist eine zusätzliche Menge Kleberdichtmittel oder Heißsiegelmaterial erforderlich, um diese Unregelmäßigkeiten auszufüllen und das Verschlusselement hermetisch auf dem rohrförmigen Behälter abzudichten. Das zusätzliche Aufbringen von Kleberdichtmittel oder Heißsiegelmaterial ist nachteilig, da zusätzliches Dichtmittel verwendet werden muss, und es für den Verbraucher schwieriger ist, die Dichtung wegen des zusätzlichen Dichtmittels zu entfernen. Enthält beispielsweise eine Membran eine Heißsiegelschicht, muss die gesamte Heißsiegelschicht dicker ausgeführt werden, obwohl die größere Dicke eigentlich nur um den Umfang der Membran, wo sie mit der Wulst in Kontakt kommt, benötigt wird.
  • Aufgrund der oben beschriebenen Probleme in Zusammenhang mit abgesteiften Auskleidungen sind Anstrengungen zur Entwicklung von Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung rohrförmiger Verbundbehälter mit nicht abgesteiften Auskleidungen unternommen worden, bei denen die Folien- und Kraftpapierschichten der Auskleidung weggelassen worden sind. Außerdem wurde nach Verfahren und Vorrichtungen gesucht, um Verbundbehälter mit Auskleidungen ohne schlangenartig gefaltete Naht oder mit deutlich geringeren Dicken der schlangenartig gefalteten Naht herzustellen.
  • Eine Auskleidung, die vollständig aus einer oder mehreren relativ dünnen Polymerschichten besteht, wäre besonders vorteilhaft, da die zusätzlichen Folien- und Kraftpapierschichten mit den entsprechenden Kosten entfallen würden, und die Auskleidungsnaht am umgestülpten Ende des Behälters einen relativ kleinen Buckel darstellen würde, sodass die Probleme in Zusammenhang mit der hermetischen Abdichtung von Verschlüssen an den Behälterenden deutlich vermindert werden würden. Demzufolge hat der Inhaber der vorliegenden Erfindung Anstrengungen zur Entwicklung durchführbarer Verfahren und funktionsfähiger Vorrichtungen zur Herstellung von Behältern mit solchen nicht abgesteiften Filmauskleidungen unternommen. Der Inhaber der vorliegenden Erfindung hat z. B. Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Verbundbehältern mit nicht abgesteiften Auskleidungen aus Polymerfilm und ohne schlangenartig gefaltete Nähte entwickelt, wie sie in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0857567, veröffentlicht am 12. August 1998, mit dem Titel "Polymeric Liner Ply for Tubular Containers and Methods and Apparatus for Manufacturing Same" und in US-Patent Nr. 5,829,669 mit dem Titel "Tubular Container and Methods and Apparatus for Manufacturing Same", erteilt am 3. November 1998, offenbart werden.
  • Die Patentanmeldung '567 und das Patent '669 offenbaren Verfahren und Vorrichtungen zum Formen von Verbundbehältern, bei denen gemäß einer Ausführungsform ein Polymerauskleidungsstreifen mit einem einen Körper formenden Pappestreifen vor dem Wickeln um einen Formdorn verklebt wird. Durch "Vorlaminieren" des Polymerauskleidungsstreifens und des Pappestreifens wird die Auskleidung wirksam vom Pappestreifen abgesteift, sodass sie sich relativ leicht zum Dorn vorwärtsbewegen lässt, ohne bei diesem Prozess übermäßig gedehnt oder anderweitig verformt zu werden. Der Polymerauskleidungsstreifen ist relativ zur Pappe, mit der er verklebt wird, so versetzt, dass sich ein schmaler Randabschnitt des Auskleidungsstreifens über einen Rand des Pappestreifen hinaus erstreckt. Der laminierte Pappe-/Polymerstreifen wird um den Dorn gewickelt, sodass die Ränder des Pappestreifens einander überlappen und die schmalen Randabschnitte der Polymerauskleidung einander überlappen. Einer der schmalen Randabschnitte des Auskleidungsstreifens enthält eine nicht wässrige Kleberschicht, die durch Wärme aktivierbar ist. Vor und/oder während der laminierte Pappe-/Polymerstreifen um den Dorn gewickelt wird, wird die nicht wässrige Kleberschicht auf dem schmalen Randabschnitt auf mindestens ihre Aktivierungstemperatur erwärmt und die überlappenden Ränder miteinander heißgesiegelt. Der resultierende Verbundbehälter hat also eine Polymerauskleidung ohne schlangenartig gefaltete Naht.
  • Die Vorrichtung zum Laminieren der Körper- und Auskleidungslagen vor dem Aufwickeln der Lagen auf den Dorn ist jedoch bei manchen Anwendungen möglicherweise nicht die vorteilhafteste. So ist beispielsweise in manchen Fällen ein getrennter Satz Feuchtpressen erforderlich, um die Laminierung vorzunehmen. Außerdem dürfte klar sein, dass die Vorratsrollen sowohl der Auskleidungs- als auch der Körperlage auf derselben Seite des Dorns angeordnet werden müssen, was die Anordnung der Vorratsrollen und die Führung der Lagen zum Dorn komplizierter macht als dies der Fall wäre, wenn die Auskleidungs- und Körperlagen dem Dorn nicht von derselben Seite aus zugeführt werden müssten. Das Auswechseln der Rollen kann ebenfalls erschwert sein, wenn die beiden Rollen nahe beieinander liegen, was wahrscheinlich ist, um den Platz wirksam zu nutzen.
  • Angesichts dieser Nachteile haben wir Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung rohrförmiger Behälter mit nicht abgesteiften Filmauskleidungen entwickelt, die entweder das gleich-seitige oder das gegen-seitige Aufwickeln des Auskleidungsstreifens auf den Dorn gestatten. Ein Beispiel ist die US-A-5556365. Andere Verfahren und Vorrichtungen werden in der europäischen Patentanmeldung Nr. 00 306 731.1 (Aktenzeichen 1080874) beschrieben, die gleichzeitig mit dieser Anmeldung eingereicht wurde und den Titel "Tubular Composite Containers Having Unsupported Film Liners and Methods and Apparatus for Making Same" trägt, die die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 09/385,900, eingereicht am 30. August 1999 beansprucht. Gemäß dieser Verfahren und Vorrichtungen wird eine Polymerfilmauskleidung von einer Auskleidungsvorratsrolle abgezogen und durch eine die Spannung steuernde Vorrichtung geführt, die die Spannung der Auskleidung hinreichend niedrig hält, um eine deutliche Verformung des Auskleidungsstreifens zu verhindern, und der Auskleidungsstreifen wird um den Dorn gewickelt, bevor der oder die Pappekörperstreifen auf den Dorn gewickelt wird bzw. werden. Die Innenoberfläche der Auskleidung, die mit dem Dorn in Kontakt steht, wenn der rohrförmige Behälter über den Dorn vorgeschoben wird, weist ein heißsiegelfähiges Material auf, und ein heißsiegelfähiges Material bildet auch zumindest einen Teil der Außenoberfläche der Auskleidung, die mit der Pappekörperlage durch einen Kleber auf Wasserbasis, einen sog. "Nass"-Kleber verklebt ist. Ein Rand des Auskleidungsstreifens überlappt einen gegenüberliegenden Rand des Auskleidungsstreifens, sodass die heißsiegelfähigen Materialien auf der Innen- und Außenoberfläche des Streifens einander berühren. Der Abschnitt des Dorns, den die Überlappungsverbindung passiert, wird auf eine höhere Temperatur unmittelbar unter der Siegeltemperatur, bei der die heißsiegelfähigen Materialien aktiviert werden, um miteinander gesiegelt zu werden, erwärmt, wodurch die Überlappungsverbindung vorgewärmt wird. Zusätzliche Wärme wird lokal durch fokussierte Infrarot- und/oder Umluftheizgeräte zugeführt, um die Temperatur der Überlappungsverbindung auf mindestens die Siegeltemperatur zu erhöhen und dadurch die Überlappungsverbindung zu siegeln.
  • Bei diesen Verfahren wird das heißsiegelfähige Material auf der Innenoberfläche beim Übergang über den erwärmten Abschnitt des Dorns erweicht und diese Erweichung führt zu einer ausgeprägteren Reibung zischen dem Auskleidungsstreifen und dem Dorn. Um dazu beizutragen, diese Reibung zu verringern, kann unmittelbar vor dem Wickeln der Auskleidung auf den Dorn ein Schmiermittel auf die Innenoberfläche des Auskleidungsstreifens mit Ausnahme des heißzusiegelnden Randabschnitts aufgebracht werden. Das Schmiermittel kann das heißsiegelfähige Material kühlen und dadurch dazu beitragen, dass der Randabschnitt auf einer höheren Temperatur verbleibt als der Rest des heißsiegelfähigen Materials. Zahlreiche allgemein übliche Schmiermittel hinterlassen jedoch einen klebrigen Rückstand auf dem Dorn, auf dem Staub haften bleibt und sich ansammelt, was unerwünscht ist. Schmiermittel können außerdem einen nachteiligen Einfluss auf die Siegelung der Membranen auf den Enden des Behälters haben. Außerdem müssen die Schmiermittel FDA-zugelassen (Food and Drug Administration) sein, wenn sie zur Herstellung von Behältern für Lebensmittelprodukte verwendet werden, wodurch die Arten und Mengen der verwendbaren Schmiermittel beschränkt werden.
  • Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei Auskleidungen mit herkömmlicher schlangenartig gefalteter Dichtung ein heißsiegelfähiges Material auf der Innenoberfläche der Auskleidung, die zum Dorn weist, erforderlich ist, da der Rand der Auskleidung nach außen gefaltet wird, um das heißsiegelfähige Material in eine gegenüberliegende Beziehung zum darüber liegenden gegenüberliegenden Rand der Auskleidung zu bringen, auf dessen Innenoberfläche sich ebenfalls das heißsiegelfähige Material befindet, sodass die Ränder miteinander heißgesiegelt werden können. Im Fall der abgesteiften Auskleidungen mit einer Kraftpapier-Unterlage dient die schlangenartig gefaltete Dichtung zur Siegelung der Ränder der Auskleidung aufeinander, um eine ununterbrochene innere Sperre zu bilden, die undurchlässig gegenüber Feuchtigkeit und/oder Gasen ist. Ein alternativer Typ der Auskleidungsnaht ist eine gerade Überlappungsnaht, bei dem ein Rand der Auskleidung den gegenüberliegenden Rand so überlappt, dass die Innenoberfläche des oben liegenden Randes die Außenoberfläche des unten liegenden Randes berührt.
  • Zum Heißsiegeln solcher geraden Überlappungsnähte muss ein heißsiegelfähiges Material auf der Innenoberfläche der Auskleidung zumindest über die Länge des oben liegenden Randabschnitts sowie auf der Außenoberfläche der Auskleidung zumindest über den unten liegenden Randabschnitt vorgesehen werden. Polymerfilm-Auskleidungsmaterialien, bei denen das heißsiegelfähige Material bereits auf einer oder beiden Seiten eines Basisfilms aufgebracht ist, werden typischerweise durch Mehrschichtenextrudieren des heißsiegelfähigen Materials und des Basisfilmmaterials, auf dem es aufgebracht wird, hergestellt, und das heißsiegelfähige Material wird im Allgemeinen auf die gesamte(n) Oberfläche (oder Oberflächen) des Basisfilms aufgebracht. Das heißsiegelfähige Material bedeckt also typischerweise die gesamte Innenoberfläche der Auskleidung, gleichgültig, ob es sich um eine abgesteifte oder nicht abgesteifte Auskleidung handelt. Bei entweder nach außen gefalteten Dichtungen oder geraden Überlappungsnähten wird demzufolge das heißsiegelfähige Material auf der Innenoberfläche die Tendenz haben, am Dorn zu scheuern, wenn es auf seine Aktivierungs- oder Siegeltemperatur erwärmt wird.
  • Angesichts des oben Gesagten wäre es äußerst wünschenswert, Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, die in der Lage sind, einen Verbundbehälter mit einer nicht abgesteiften Polymerfilmauskleidung herzustellen. Ferner wäre es wünschenswert, Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, die die Bildung eines solchen Behälters ohne Vorlaminieren der Körper- und Auskleidungslagen gestatten. Es wäre weiterhin wünschenswert, Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, die eine Verringerung der Auskleidungsreibung auf dem Dorn und damit höhere Geschwindigkeiten der Fertigungsstraßen bei der Produktion von Verbundbehältern mit nicht abgesteiften Polymerfilmauskleidungen ermöglichen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Von der vorliegenden Erfindung werden die obigen und andere Aufgaben erfüllt und weitere Vorteile erzielt, wobei die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Verbundbehälters enthält, der einen Pappekörperstreifen und einen mit diesem verklebten nicht abgesteiften Polymerfilm-Auskleidungsstreifen bzw. -Deckstreifen aufweist, wobei die Innenoberfläche der Auskleidung aus einem harten Polymermaterial mit einem relativ hohen Schmelzpunkt gebildet wird, der Abscheuern selbst bei hohen Temperaturen standhält, und die Außenoberfläche aus einem heißsiegelfähigen Material gebildet wird, dessen Siegeltemperatur erheblich niedriger ist als der Schmelzpunkt des harten Polymermaterials. Die Auskleidungsnaht wird gebildet, indem ein Rand des Auskleidungsstreifens nach innen gefaltet wird, sodass das heißsiegelfähige Material auf dem gefalteten Rand nach innen zum Dorn weist, wobei der Auskleidungsstreifen so um den Dorn gewickelt wird, dass der gefaltete Randabschnitt einen gegenüberliegenden Randabschnitt des Auskleidungsstreifens überlagert, und der gefaltete Rand mit dem darunter liegenden gegenüberliegenden Randabschnitt des Auskleidungsstreifens heißgesiegelt wird. Somit besteht die in Berührung mit dem Dorn stehende Oberfläche des Auskleidungsstreifens aus dem harten Polymermaterial, das selbst dann leichter über den Dorn gleiten kann als das heißsiegelfähige Material, wenn der Dorn erwärmt wird, um das Heißsiegeln der überlappenden Randabschnitte zu unterstützen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Falten des Randes der Auskleidung nach innen anstatt nach außen auf das heißsiegelfähige Material auf der Innenoberfläche der Auskleidung verzichtet werden. Dadurch ergeben sich mehrere wesentliche Vorteile: Erstens verringert die Bereitstellung des harten Polymermaterials auf der Innenoberfläche des Auskleidungsstreifens das Scheuern des Auskleidungsstreifens am Dorn. Zweitens wird die Auskleidungsdicke relativ zu einer Auskleidung mit heißsiegelfähigem Material sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenoberfläche (wie bei Auskleidungen mit heißgesiegelten geraden Überlappungsnähten) um einen Betrag gleich der Dicke des auf der Innenoberfläche entfallenden heißsiegelfähigen Materials verringert. Drittens führt der Wegfall der heißsiegelfähigen Beschichtung auf der Innenoberfläche der Auskleidung zu niedrigeren Kosten für die Auskleidung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zumindest die überlappenden Randabschnitte des Auskleidungsstreifens beim Übergang über einen erwärmten Abschnitt des Dorns erwärmt, sodass das heißsiegelfähige Material eine erhöhte Temperatur unter seiner vorgegebenen Siegeltemperatur erreicht. Durch Erwärmen eines Abschnitts des Dorns, über den der Auskleidungsstreifen wandert, kann der Auskleidungsstreifen länger erwärmt werden, sodass das heißsiegelfähige Material ausreichend Zeit hat, die erhöhte Temperatur zu erreichen. Zusätzliche Wärme wird dann der Überlappungsverbindung der rohrförmigen Auskleidung in einer am Dorn befindlichen zweiten Erwärmungsstation lokal zugeführt, um die Temperatur des heißsiegelfähigen Materials weiter auf mindestens die vorgegebene Siegeltemperatur zu erhöhen und die Randabschnitte zusammen zu siegeln. Auf diese Weise kann die Dorntemperatur auf einer relativ niedrigeren Temperatur gehalten werden als erforderlich wäre, wenn die gesamte Erwärmung zur Aktivierung des heißsiegelfähige Materials durch Erwärmen des Dorns erfolgen müsste. Die Bereitstellung der harten Polymerschicht auf der Innenoberfläche der Auskleidung fördert die Nutzung der Dornwärme beim Heißsiegelvorgang, da die harte Polymerschicht sogar über den erwärmten Abschnitt des Dorns leicht gleiten kann.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die zusätzliche Wärme zur Aktivierung des heißsiegelfähigen Materials lokal auf die Überlappungsnaht der Auskleidung aufgebracht, indem ein Abschnitt der Dornoberfläche, über den die Überlappungsnaht wandert, auf eine höhere Temperatur erwärmt wird als die des Dornabschnitts mit erhöhter Temperatur. Vorteilhafterweise wird Infrarotstrahlung auf die Überlappungsnaht fokussiert und durchdringt die Randabschnitte der Auskleidung in der Weise, dass die Dornoberfläche unter der Überlappungsnaht auf eine Temperatur über der Siegeltemperatur des heißsiegelfähigen Materials erwärmt wird. Zusätzlich zu oder anstelle des Infrarotstrahlers können jedoch auch andere Heizgeräte verwendet werden, einschließlich Umluft-Heißluftgeräte, die auf die Überlappungsnaht gerichtet werden, im Dorn angeordnete elektrische Heizgeräte oder andere in der Heizungstechnik bekannte Heizgeräte.
  • Zum Verkleben der Auskleidungs- und Pappekörperstreifen wird ein Kleber auf die Oberfläche des Pappekörperstreifens aufgebracht, der zur Außenoberfläche der rohrförmigen Auskleidung weist. Vorteilhafterweise wird die Oberfläche des Auskleidungsstreifens, die die Außenoberfläche der rohrförmigen Auskleidung bildet, behandelt, um die Adhäsion des Klebers daran zu verbessern. Die Oberflächenbehandlung bei einer bevorzugten Ausführungsform weist eine Koronaentladungsbehandlung auf. Alternativ kann Beflammen angewendet werden.
  • Um die Haftung der Auskleidung auf dem Pappekörper weiter zu verbessern, hat der Auskleidungsstreifen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine adhäsionsfördernde Beschichtung, die die zum Pappekörper weisende Oberfläche der Heißsiegelschicht bedeckt. Die adhäsionsfördernde Beschichtung bedeckt jedoch nicht die Randabschnitte, sodass die Heißsiegelschicht auf den Randabschnitten frei bleibt. Wird der Auskleidungs streifen in der Form geliefert, dass die adhäsionsfördernde Beschichtung die gesamte Oberfläche der Heißsiegelschicht bedeckt, enthält das Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung den Schritt des Entfernens der Beschichtung von den Randabschnitten, um die Heißsiegelschicht vor dem Falten des einen Randabschnitts des Auskleidungsstreifens nach innen und des Wickelns des Auskleidungsstreifens auf den Dorn freizulegen. Die adhäsionsfördernde Beschichtung kann entweder mechanisch oder mittels Wärme entfernt werden.
  • Dünne Polymerfilme sind dehnbar und deshalb wird die Spannung des Polymerfilm-Auskleidungsstreifens vorzugsweise gesteuert, um sie hinreichend niedrig zu halten, sodass eine Dehnung des Auskleidungsstreifens im Wesentlichen vermieden wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird deshalb die Spannung des Auskleidungsstreifens so gesteuert, dass sie unter ca. 179 g/cm (1 pound per inch) der Breite des Auskleidungsstreifens liegt, womit Filme mit Dicken bis herunter zu 1,27*10–3 bzw. 12, 7 × 10–3 mm (0,0005 Inch) als Auskleidungsstreifen verwendet werden können.
  • Die Erfindung umfasst auch rohrförmige Behälter mit nicht abgesteiften Auskleidungen aus Polymerfilm. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein rohrförmiger Behälter mindestens eine aus Pappe gebildete Körperlage, die zu einer Rohrform mit einer Innenoberfläche gewickelt wird, und eine Polymerauskleidungslage auf, die zu einer rohrförmigen Auskleidung gewickelt wird und eine Außenoberfläche hat, die mit der Innenoberfläche der Körperlage verklebt wird. Die rohrförmige Auskleidung enthält mindestens eine Faltdichtung, die sich allgemein in Längsrichtung über den Behälter erstreckt, wobei die Faltdichtung durch einen ersten Randabschnitt der Auskleidungslage, der zum Innern des Behälters nach innen gefaltet wird, und einem gegenüberliegenden zweiten Randabschnitt der Auskleidungslage, der den gefalteten ersten Randabschnitt überlappt und mit diesem gesiegelt wird, gebildet wird.
  • Die Auskleidungslage enthält eine Heißsiegelschicht, die zur Körperlage weist und aus einem heißsiegelfähigen Material mit einer Siegeltemperatur gebildet ist, bei der das heißsiegelfähige Material weich wird und sich in sich selbst siegelt, wobei die Auskleidungslage eine die Innenoberfläche des Behälters bildende harte Polymerlage enthält, die aus einem Polymermaterial mit einem Schmelzpunkt erheblich über der Siegeltemperatur der Heißsiegelschicht gebildet ist. Die harte Polymerlage der Auskleidungslage weist vorzugsweise ein Sperrmaterial auf, das gegenüber Feuchtigkeit und Gasen im Wesentlichen undurchlässig ist, und bei dem es sich u. a. beispielsweise um metallisiertes OPET und metallisiertes OPP handeln kann. Die Heißsiegelschicht enthält vorzugsweise Polyester oder eine Mischung aus Polyester und einem Ethylenvinylacetatcopolymer.
  • Bei einer Ausführungsform enthält der Auskleidungsstreifen eine Beschichtung aus einem adhäsionsfördernden Material, das auf der Oberfläche der zur Körperlage weisenden Heißsiegelschicht aufgebracht ist, um die Haftung der Auskleidungslage an der Körperlage zu verbessern. Die adhäsionsfördernde Beschichtung endet so neben den Randabschnitten des Auskleidungsstreifens, dass die Heißsiegelschicht auf den Randabschnitten freiliegt. Bei einer solchen nicht abgesteiften Auskleidung ist das Randfaltverfahren der vorliegenden Erfindung einer einfachen Überlappungsdichtung vorzuziehen, da diese eventuell keine ausreichende Haftfestigkeit zwischen dem Heißsiegelmaterial auf der einen Seite des Films und dem vom Heißsiegelmaterial verschiedenen Material auf der anderen Seite bereitstellt, um Operationen wie Sicken und Versiegeln der Endverschlüsse standzuhalten.
  • Außerdem kann der gefaltete Randabschnitt der Auskleidung vorteilhaft mit dem Rest der Auskleidung mittels Schmelzkleber, Ethylenmethylacrylat oder Mischungen davon verklebt werden, um eine gute Faltbindung bereitzustellen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungsformen in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen weiter verdeutlicht; es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines rohrförmigen Verbundbehälters mit einer nicht abgesteiften Auskleidung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in 1 durch die Auskleidungs-Überlappungsverbindung des Behälters;
  • 3 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in 2, die den mehrschichtigen Aufbau der Polymerfilmauskleidung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 4 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung rohrförmiger Verbundbehälter mit nicht abgesteiften Polymerfilmauskleidungen;
  • 5 eine Schnittansicht durch eine Überlappungsverbindung eines Behälters gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der eine adhäsionsfördernde Beschichtung die zur Körperlage weisende Oberfläche der Auskleidung bedeckt; und
  • 6 eine Ansicht ähnlich der von 5, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt, bei der ein Dichtmittel zwischen dem gefalteten Randabschnitt des Auskleidungsstreifens und dem Rest des Auskleidungsstreifens aufgebracht ist.
  • Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen erläutert. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist, sondern andere Formen innerhalb des Gültigkeitsbereichs der beigefügten Ansprüche annehmen kann.
  • 1 und 2 zeigen einen Verbundbehälter 10 mit einer nicht abgesteiften Auskleidung gemäß der vorliegenden Erfindung. Obwohl der rohrförmige Behälter 10 mit einem kreisförmigen Querschnitt dargestellt ist, kann er jede Querschnittsform haben, die sich durch Wickeln des Rohrs um einen entsprechend geformten Dorn herstellen lässt. Das Rohr kann beispielsweise rechteckig mit abgerundeten Ecken geformt werden. Die in 1 dargestellte Ausführungsform ist besonders vorteilhaft zur Verpackung von Kartoffel-Crisps oder -Chips und enthält eine flexible Membrandichtung 11 sowie eine wieder verwendbare Kunststoffverschlusskappe 12 über der Dichtung. Je nach Art des zu verpackenden Produkts können jedoch verschiedene andere Endverschlüsse verwendet werden. Ist z. B. Teig zu verpacken, bestehen die Verschlusskappen typischerweise aus Metall und werden durch Bördeln abdichtend an den Enden des Behälters angebracht.
  • Wie detaillierter in 2 dargestellt enthält der rohrförmige Behälter 10 eine wand mit einer Körperlage 13, die vorzugsweise aus Pappe gebildet ist, und eine Auskleidungs- bzw. Decklage 14, die vorzugsweise aus einem Polymermaterial gebildet ist, das mit der Innenoberfläche der Körperlage 13 verklebt wird. Das obere Ende des rohrförmigen Behälters 10 wird umgestülpt, um eine Wulst 15 oder einen Flansch zu bilden, und die Membrandichtung 11 wird hermetisch dicht auf der Oberfläche der Wulst mit einem Dichtmittel (nicht dargestellt), das typischerweise Bestandteil der Membran ist, angebracht. Die Verschlusskappe 12 wird dann über der Wulst 15 eingerastet und kann wieder verwendet werden, nachdem den Membrandichtung 11 entfernt worden ist. Ein Metallverschluss (nicht dargestellt) kann am gegenüberliegenden Ende des Behälters 10 befestigt werden.
  • Die Nähte, mit denen die verschiedenen Lagen miteinander verbunden werden, sind in 2 dargestellt. Die Pappekörperlage 13 besteht aus einer relativ dicken und steifen Pappe. Demzufolge werden bei manchen Behältertypen wie selbstöffnenden Behältern die Kanten zuerst abgeschrägt und dann während des Rohrformungsprozesses mit einem Kleber 20 zusammengefügt, um eine starke Naht zu bilden. Die Auskleidungslage 14 wird mit der Innenoberfläche der Körperlage 13 mittels Nasskleber 21 verklebt und die überlappenden Ränder der Auskleidungslage werden miteinander verklebt, um sicherzustellen, dass der Behälter 10 vollkommen dicht ist. Eine Etikettenlage 22 wird vorzugsweise mit der Außenoberfläche der Körperlage 13 verklebt, auf der sich grafische Darstellungen und/oder gedruckte Angaben bezüglich des Produktes im Behälter befinden.
  • Die Auskleidungslage 14 enthält eine Faltdichtung 16, die durch Überlappen eines gefalteten ersten Randabschnitts 17 der Auskleidung mit einem gegenüberliegenden zweiten Randabschnitt der Auskleidung und Siegeln der überlappenden Randabschnitte gebildet wird, wie nachstehend näher beschrieben wird. Der gefaltete Randabschnitt 17 wird aus Gründen, die nachstehend erläutert werden, zum Innern des Behälters nach innen gefaltet.
  • Eine Vorrichtung zur Herstellung rohrförmiger Behälter gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 4 dargestellt. Ein kontinuierlicher Streifen aus Pappekörperlagenmaterial 13 wird der Vorrichtung zugeführt und durchläuft zuerst ein Paar einander gegenüberliegender Kantenschneider 31. Die Kantenschneider entfernen einen Teil der quadratischen Kante der Körper tage 13, um erste 32 und zweite 33 Kanten mit abgefaster Ausführung zu erzeugen.
  • Die Körperlage 13 wird dann durch einen Kleberapplikator 34 geführt, der einen Kleber 21 auf die obere Oberfläche der Körperlage aufbringt. Der Kleber 21 ist vorteilhafterweise ein wässriger Kleber, durch den die zahlreichen Probleme in Zusammenhang mit Klebern auf Lösungsmittelbasis überwunden werden. Aus dem Kleber verdampfende Lösungsmittel brauchen nicht mit einer Spezialausrüstung gesammelt zu werden, um Umweltvorschriften zu genügen. Ein bevorzugter Kleber ist Nr. 72–4172, von der National Starch and Chemical Company. Ein anderer Kleber, der ebenfalls verwendet werden kann, ist Nr. 33-4060, der ebenfalls von der National Starch and Chemical Company verfügbar ist.
  • Die Körperlage 13 und der darauf aufgebrachte Kleber 21 werden dann unter einem Heizgerät 35 durchgeführt, das zumindest einen Teil des Wasseranteils des wässrigen Klebers 21 verdampft, um den Kleber gut klebend zu machen. Es ist wichtig, dass dem Kleber die korrekte Wärmemenge zugeführt wird. Zu wenig Wärme verdampft nicht genug Wasser in einer ausreichend kurzen Zeitdauer, was dazu führt, dass der Kleber nicht ausreichend klebrig wird. Umgekehrt trocknet zu viel Wärme den Kleber aus, sodass er an Klebrigkeit verliert. Es wurde festgestellt, dass mindestens etwa 100.000 J/m2 eine geeignete Wärmemenge ist, um den Nasskleber klebrig zu machen. Insbesondere wird eine Erwärmung des Klebers mit mindestens ca. 460.000 J/m2 bevorzugt. Es wurde festgestellt, dass bei einer Geschwindigkeit der Körperlage 13 von ca. 2,73 m/s bzw. 15,24 m/min(50 Fuß/min) (oder bei einer Erwärmungsdauer unter ca. 3 Sekunden) die Erwärmung des Klebers 21 mit einem Heizgerät 35, das einen Wärmefluss von 200.000 W/m2 hat, die Temperatur der Pappekörperlage 13 mindestens auf den Siedepunkt von Wasser, d. h. 100°C (212°F auf Meereshöhe), und maximal auf 160°C (320°F) erhöht. Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich jedoch, dass diese Parameter in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren einschließlich der Dicke der Kleberschicht 21, des Wirkungsgrades der Wärmequelle, der Geschwindigkeit der Körperlage (bei Geschwindigkeiten der Fertigungsstraße von bis zu 21,87 m/s bzw. 122 m/min (400 Fuß/min) und der Art des verwendeten Klebers variieren können. Eine ausreichende Wärmemenge ist also dafür maßgeblich, dass der Kleber in einer kurzen Zeitspanne klebrig wird ohne auszutrocknen. Ein bevorzugter Typ Wärmequelle ist ein Infrarotheizgerät, obwohl auch verschiedene andere Wärmequellen z. B. Umlufterwärmung oder dgl. verwendet werden können.
  • 3 zeigt einen bevorzugten Aufbau der Auskleidung, die eine Heißsiegelschicht 60 und eine Sperrschicht 61 enthält. Die Sperrschicht 61 bildet die Innenoberfläche der Auskleidung, die zum Innern des Behälters weist, und außerdem mit dem Dorn in Kontakt kommt, wenn die Auskleidung auf den Dorn gewickelt wird wie nachstehend beschrieben. Die Sperrschicht 61 weist deshalb vorzugsweise ein relativ hartes Polymer auf, d. h. ein Polymer mit einem relativ zur Temperatur, bei der die Heißsiegelschicht aktiviert wird, relativ hohen Schmelzpunkt. Die Sperrschicht 61 ist vorzugsweise undurchlässig für Flüssigkeiten und/oder Gase wie Sauerstoff. Wird eine Sperre sowohl für Flüssigkeiten als auch vorzugsweise für Gase gefordert, ist metallisiertes Polyester ein bevorzugtes Sperrmaterial. So stellt beispielsweise metallisiertes Polyethylenterephthalat (PET) eine gute Sperre gegen den Durchgang von Flüssigkeiten und Gasen bereit und hat einen relativ hohen Schmelzpunkt von ca. 177°C (350°F). Für manche Lebensmittelprodukte z. B. verschiedene Säfte ist jedoch keine Gassperre erforderlich und andere Sperrmaterialien können verwendet werden (obwohl die Sperre auch grundsätzlich undurchlässig für Gase sein kann). Es versteht sich, dass verschiedene Sperrmaterialien oder -eigenschaften je nach dem zu verpackenden Produkt eingesetzt werden können.
  • Alternative harte Sperrfilme enthalten metallisiertes OPP, metallisiertes gerichtetes HDPE, metallisiertes Nylon und dgl., was für den Fachmann deutlich ist. Eine Oberfläche der Sperrschicht 61 kann eine dünne metallisierte Beschichtung 62 enthalten, um ein metallisches Aussehen zu erzielen und um außerdem die Sperreigenschaften zu verbessern. Die metallisierte Beschichtung 62, die aus Aluminium gebildet werden kann, ist jedoch wesentlich dünner als eine Folienschicht und ist bei bestimmten Anwendungen nicht erforderlich, um Festigkeits- oder Sperreigenschaften bereitzustellen. Somit kann auf eine dicke und teure Folienschicht in vorteilhafter Weise verzichtet werden. Die Sperre kann eine Siliziumdioxidbeschichtung haben. Die Auskleidungslage 14 hat vorzugsweise eine Gesamtdicke von weniger als ca. 0,0508 mm (2 mil) und beträgt mehr bevorzugt ca. 0,0254 mm (1 mil) oder weniger.
  • Die Heißsiegelschicht 60 weist ein heißsiegelfähiges Material auf, das erweicht und sich leicht mit sich selbst verklebt, wenn es auf seine Siegeltemperatur erwärmt wird. Beispiele geeigneter heißsiegelfähiger Materialien sind u. a. Polyester, Ethylenvinylacetatcopolymer (EVAC), Ethylenmethylacrylat und Mischungen aus diesen.
  • Nunmehr sei erneut auf 4 verwiesen, aus der ersichtlich ist, wie die Auskleidung 14 von einer Auskleidungsvorratsrolle 36 über eine Spannungssteuerungseinrichtung 37 auf ihrem Weg zum Wickeln um den Dorn 47 vorwärts transportiert wird. Zur Steuerung der Auskleidunqsspannung können verschiedene Typen von Einrichtungen verwendet werden. Wie dargestellt enthält die Spannungssteuerungseinrichtung 37 einen Motor 38 und eine Bremse 39 zur Beschleunigung bzw. Verzögerung der Auskleidungsvorratsrolle 36 sowie einen Bahnspeicher, die eine Mehr zahl senkrecht beabstandeter Walzen 40 aufweist, sodass die Auskleidung 14 serpentinenartig um die Walzen 40 gewickelt wird. Mindestens eine der Walzen 40 ist relativ zu den anderen Walzen 40 senkrecht beweglich, sodass die im Bahnspeicher angesammelte Bahnlänge variiert werden kann. Ein Sensor (nicht dargestellt) erfasst die Länge der im Speicher angesammelten Bahn und auf Basis des Signals vom Sensor wird der Motor 38 betätigt oder die Bremse 39 angelegt, um die Länge der angesammelten Bahn innerhalb vorgegebener Grenzwerte zu halten. Ungeachtet der spezifischen zur Steuerung der Auskleidungsspannung gewählten Einrichtung ist jedoch vorteilhafterweise die Spannungssteuerungseinrichtung 37 in der Lage, eine Auskleidungsspannung unter ca. 179 g/cm (1 pound per Inch) der Breite der Auskleidung 14 und mehr bevorzugt unter ca. 90 g/cm (0,5 pound per inch) der Breite zu halten. Bei einer Auskleidung 14 mit einer Breite von beispielsweise 17,78 cm (7 Inch) sollte die Spannungssteuerungseinrichtung 37 vorzugsweise die Auskleidungsspannung auf ca. 358 is 537 g bzw. ca. 910 bis 1360 g (2 bis 3 pounds) halten.
  • Nach der Spannungssteuerungseinrichtung 37 durchläuft die Auskleidung 14 eine Oberflächenbehandlungseinheit 42, in der die Außenoberfläche der Auskleidung 14 (d. h. die nach außen vom Dorn 47 weg weisende und mit dem Pappekörperstreifen 13 zu verklebende Oberfläche) behandelt wird, um die Benetzung und die Adhäsion des Klebers darauf zu verbessern. Die Oberflächenbehandlungseinheit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist eine Koronaentladungseinheit auf. Es können jedoch statt dessen andere Geräte wie Beflammungsbehandlungsgeräte verwendet werden. Nach dem Durchgang durch die Oberflächenbehandlungseinheit 42 durchläuft die Auskleidung 14 eine optionale Schmiereinrichtung 44, in der ein Schmiermittel auf die Innenoberfläche der Auskleidung 14 (d. h. auf die Oberfläche, die mit dem Dorn 47 in Kontakt kommt) mit Ausnahme des heißzusiegelnden Randabschnitts aufgebracht wird, um den Vor schub der Auskleidung 14 über den Dorn 47 zu unterstützen. Bei manchen Anwendungen ist möglicherweise kein Schmiermittel erforderlich, sodass die Schmiereinrichtung 44 entfallen kann.
  • Nach dem Durchgang durch die Schmiereinrichtung 44 durchläuft die Auskleidung 14 einen Randfalter 45, der den stromabwärtigen Randabschnitt 17 des Auskleidungsstreifens nach innen faltet, sodass der gefaltete Randabschnitt 17 zum Dorn 47 weist. Der Auskleidungsstreifen wird dann spiralförmig um den Dorn 47 gewickelt, sodass der gefaltete Randabschnitt 17 einen gegenüberliegenden (stromaufwärtigen) Randabschnitt 18 einer zuvor aufgewickelten Spirallage der Auskleidung 14 überlappt, um dazwischen eine Überlappungsverbindung 16 (2) zu bilden. Die Überlappungsverbindung 16 wird gesiegelt, indem die Auskleidung 14 erwärmt wird, um die Temperatur der Auskleidung 14 auf mindestens die Siegeltemperatur der Heißsiegelschicht 60 zu erhöhen.
  • Ein vorteilhaftes Merkmal des Aufbaus des Auskleidungsstreifens 14 mit der Heißsiegelschicht 60 und der harten Polymersperrschicht 61 ist, dass die Sperrschicht 61 einen erheblich höheren Schmelzpunkt als die Heißsiegelschicht 60 hat. Wie oben erläutert wird der erste Randabschnitt 17 der Auskleidungslage 14 so weit erwärmt, dass die Heißsiegelschicht 60 aktiviert wird. Bestünde die Sperrschicht 61 aus dem gleichen Polymer wie die Heißsiegelschicht 60 oder hätte sie einen Schmelzpunkt gleich oder unter der Siegeltemperatur der Heißsiegelschicht 60, würde die Sperrschicht 61 schmelzen und am Dorn 47 haften bleiben, wodurch der Wicklungsprozess stark behindert werden würde.
  • Da die Auskleidung 14 sehr dünn ist, hat sie eine sehr geringe Wärmespeicherungskapazität. Ein Erwärmen der Auskleidung 14 bevor diese 14 auf den Dorn 47 gewickelt wird, wäre deshalb angesichts der raschen Abkühlung nach dem Heizgerät und vor dem Wickeln um den Dorn unwirksam und außerdem schwer durchführbar. Demzufolge erfolgt die Erwärmung der Auskleidung 14 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem zweistufigen Prozess, während sich die Auskleidung 14 auf dem Dorn 47 befindet, in dem der Dorn als Kühlkörper zur wirksamen Erwärmung der Überlappungsverbindung der Auskleidung wirkt. Im Einzelnen hat ein Abschnitt 48 des Dorns einen Fluidkanal 49, durch den ein erwärmtes Fluid zirkuliert, um die Temperatur des Abschnitts 48 auf eine Temperatur unterhalb der Siegeltemperatur der Heißsiegelschicht 60 der Auskleidung zu erhöhen. Beträgt beispielsweise die Siegeltemperatur der Heißsiegelschicht 60 ca. 82 bis 104°C (180– 220°F), wird der erwärmte Abschnitt 48 des Dorns auf ca. 54 bis 77°C (130–170°F) erwärmt (also etwa 28°C (50°F) unter der Siegeltemperatur des Heißsiegelschicht). Die Auskleidung 14 läuft dann über den erwärmten Dornabschnitt 48, während sie um den Dorn gewickelt wird, und wird somit auf eine Temperatur vorerwärmt, die der des Dornabschnitts 48 im Wesentlichen gleich ist. Die überlappenden Randabschnitte 17 und 18 der Auskleidung 14 werden dann durch ein Paar lokaler Heizgeräte, spezielle eines Infrarotheizgeräts 50a und eines Umluftheizgeräts 50b, die die Wärme lokal auf die Überlappungsverbindung der Auskleidung richten, auf mindestens die Siegeltemperatur der Heißsiegelschicht 60 weiter erwärmt. Das Infrarotheizgerät 50a richtet die Infrarotstrahlung auf die Überlappungsverbindung 48. Die Infrarotstrahlung durchdringt die überlappenden Randabschnitte 17 und 18 der Auskleidung und erwärmt einen unter den Randabschnitten 17, 18 liegenden Abschnitt der Oberfläche des Dorns 47 lokal auf eine Temperatur, die mindestens so hoch ist wie und vorzugsweise höher ist als die Siegeltemperatur der Heißsiegelschicht 60. Das Infrarotheizgerät 50a und/oder das Umluftheizgerät 50b können in Spiralrichtung verlängert ausgeführt werden.
  • Nachdem die Auskleidungsränder gesiegelt worden sind, um ein Polymerfilmrohr auf dem Dorn 47 zu bilden, wird der Pappestreifen 13 (oder mehrere Pappelagen im Falle einer mehrlagigen Körperwand) auf die Auskleidung 14 gewickelt und mit dieser durch den Kleber 21 auf dem Pappestreifen 13 verklebt. Das Rohr wird dann über den Dorn 47 durch einen Rohrförderer, z. B. ein um ein Paar gegenüberliegende Riemenscheiben 52 gewickelter Wickelriemen 51 vorgeschoben. Der Wickelriemen 51 hat nicht nur die Funktion, das Rohr zu drehen und vorzuschieben, sondern übt auch Druck auf die überlappenden Ränder der Körperlage 13 und der Auskleidungslage 14 aus, um eine feste Verbindung zwischen den jeweiligen Lagenrändern sicherzustellen.
  • Eine äußere Etikettenlage 22 wird dann vorzugsweise über einen Kleberapplikator 53 geführt und um die Körperlage 13 gewickelt. Die Etikettenlage 22 könnte vor dem Wickelriemen 51 aufgebracht werden. In einer Schneidestation 54 wird das kontinuierliche Rohr auf bestimmte Längen zugeschnitten und vom Dorn 47 abgenommen.
  • 5 zeigt eine alternative bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der der Auskleidungsstreifen 14 eine adhäsionsfördernde Beschichtung 56 enthält, die die zur Körperlage 13-weisende Außenoberfläche des Auskleidungsstreifens bedeckt. Die Beschichtung 56 kann z. B. in vorteilhafter Weise Ethylenmethylacrylat (EMA), ein Ethylenvinylacetatcopolymer (EVAC) oder eine in mehreren Schichten bzw. coextrudierte Beschichtung mit einer Schicht aus Ethylenacrylsäure (EAA) und einer Schicht aus Ethylenmethylacrylat sein. Die EMA- oder EVRC-Schicht haftet gut auf dem Nasskleber 21 und bietet somit eine gute Bindung zwischen der Auskleidung 14 und der Körperlage 13.
  • Die Beschichtung 56 ist jedoch auf den Randabschnitten 17 und 18 des Auskleidungsstreifens 14 nicht erforderlich, sodass die Beschichtung 56 vorzugsweise neben den Randabschnitten endet wie in 5 dargestellt. Wird der Auskleidungsstreifen 14 in der Form geliefert, dass die Beschichtung 56 die gesamte Außenoberfläche des Auskleidungsstreifens bedeckt (z. B. ein Streifen, der durch Coextrudieren der Beschichtung, der Heißsiegelschicht und der Sperrschicht gebildet wird), ist es wünschenswert, die Beschichtung 56 von den Randabschnitten zu entfernen, sodass die Heißsiegelschicht (z. B. die in 3 dargestellte Heißsiegelschicht 60) an den Randabschnitten freigelegt wird. In diesem Fall enthält die in 4 dargestellte Vorrichtung zur Herstellung von Behältern vorzugsweise Kantenschneider 58 zum Abschälen der Beschichtung 56 entlang der Randabschnitte 17 und 18.
  • Wie aus 6 ersichtlich ist, ist es wünschenswert, den gefalteten Randabschnitt 17 zur Innenoberfläche des restlichen Auskleidungsstreifens 14 mit einem Dichtmittel 64, z. B. mit einem Flüssigkleber oder einem hitzeaktiviertem Schmelzkleber, zu siegeln. Zum Beispiel können die Schmelzkleber 72-4781, 72-4667, 34-2734 oder 34-2791 von der National Starch and Chemical Company verwendet werden. Dementsprechend kann die Vorrichtung einen Dichtmittelapplikator 66 für die Falte zum Aufbringen eines Dichtmittels auf die Innenoberfläche des Randabschnitts 17 des Auskleidungsstreifens 14 enthalten.
  • Eine vorteilhafte Eigenschaft eines Behälters wie des gemäß der vorliegenden Erfindung geformten Behälters 10 besteht darin, dass durch die Tatsache, dass die Auskleidung 14 auf den Dorn gewickelt wird, ohne sie zuerst mit der Körperlage 13 zu laminieren, die Auskleidung 14 entspannt sein kann (d. h. nicht durch eine nennenswerte Spannung in Umfangsrichtung oder einen Druck beaufschlagt ist) und flach an der angrenzenden Körperlage 13 anliegen kann.
  • Nachdem die Behälter 10 geformt worden sind, werden die Enden der Behälter 10 nach außen gestülpt, um die Wulst 15 oder einen Flansch zu bilden. Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Polymerauskleidungslage gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass die Elastizität des Polymers eine Dehnung der Auskleidung und ein leichteres Umstülpen zu einer Wulst 15 gestattet, und folglich ist es weniger wahrscheinlich, dass sich die Wulst nach ihrer Bildung wieder zurückrollt. Herkömmliche Folienauskleidungen haben sehr hohe Zugfestigkeiten und können deshalb eine Neigung haben, während des Wulstbildungsprozesses zu reißen und auch die Wulst 15 wieder zurückzurollen, was ein Problem beim Verschließen der Enden darstellen kann.
  • Nach dem Befüllen mit dem Lebensmittelprodukt wird vorzugsweise ein oder beide Enden des Behälters 10 mit einer Membrandichtung 11 verschlossen. Über die Dichtung 11 kann dann eine Endkappe 12 gesetzt werden. Die nicht abgesteifte Auskleidungslage 14 gemäß der vorliegenden Erfindung ist erheblich dünner als herkömmliche abgesteifte Auskleidungen, und somit ist die Faltdichtung wesentlich dünner als eine schlangenartig gefaltete Dichtung einer herkömmlichen abgesteiften Auskleidung. Demzufolge sind an der Stelle, an der die Naht die Wulst schneidet, wesentlich kleinere Unregelmäßigkeiten vorhanden. Die Membrandichtung 11 kann also auf preiswerte und einfache Weise mit einer minimalen Menge Kleberdichtmittel an der Wulst 15 angebracht und Sitz sowie Abnehmbarkeit der darüber angebrachten Kappen können verbessert werden.
  • Zahlreiche Modifikationen und andere Ausführungsformen, die den Nutzen der Lehre der obigen Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen aufweisen, werden sich für den Fachmann auf dem Gebiet dieser Erfindung ergeben. Es versteht sich deshalb, dass die Erfindung nicht auf die spezifischen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, und dass Modifikationen und andere Ausführungsformen vom Gültigkeitsbereich der beiliegenden Ansprüche abgedeckt sein sollen. So sind beispielsweise die rohrförmigen Behälter gemäß der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise spiralförmig gewickelt, sondern können statt dessen in Längsrichtung gewickelt werden, um ein "übereinander gewickeltes (convolute)" Rohr mit einer sich axial erstreckenden Naht zu bilden. Obwohl die rohrförmigen Behälter gemäß der vorliegenden Erfindung vor allem in Zusammenhang mit Lebensmittelprodukten beschrieben worden sind, versteht es sich außerdem, dass die Behälter auch für andere Produkte verwendet werden könnten, für die die Auskleidungslage von Vorteil ist, wie z. B. Tusche oder Dichtmaterial. Obwohl hierin spezielle Begriffe verwendet worden sind, sind sie nur im allgemeinen und beschreibenden und nicht im einschränkenden Sinne zu verstehen.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung mehrlagiger rohrförmiger Behälter (10) für Produkte, mit dem: Vorwärtsbewegen eines kontinuierlichen ungestützten Polymerfilm-Deckstreifens (14), der Innen- und Außenflächen aufweist, zu einem formenden Dorn (47) hin, wobei die Innenfläche des Deckstreifens aus einem relativ hochschmelzenden Polymermaterial (61) gebildet ist und wenigstens gegenüberliegende Randabschnitte (17), (18) der Außenfläche des Deckstreifens (14) aus einem wärmeaktivierten heißsiegelbaren Material (60) mit einer vorgegebenen Siegeltemperatur gebildet sind, bei der das Material zum Verbinden mit sich selbst aktiviert wird, und wobei die Siegeltemperatur des heißsiegelbaren Materials wesentlich geringer ist als die Schmelztemperatur des hochschmelzenden Polymermaterials; Falten eines Randbereichs (17) des Deckstreifens (14) nach innen, sodass das heißsiegelbare Material auf dem einen Randabschnitt (17) dem Dorn (47) zugewandt ist; Wickeln des Deckstreifens (14) um den Dorn (47) herum mit dem hochschmelzenden Polymermaterial auf der Innenfläche des Deckstreifens (14) an dem Dorn (47), und Überlappen des gefalteten Randabschnitts (17) auf den anderen Randabschnitt (18) des Deckstreifens (14), um eine Überlappungsverbindung zwischen diesen zu bilden, wobei das heißsiegelbare Material auf dem einen Randabschnitt in Kontakt ist mit dem heißsiegelbaren Material auf dem anderen Randabschnitt und der gewickelte Deckstreifen (14) eine rohrförmige Auskleidung mit einer Außenfläche bildet; Erwärmen wenigstens der überlappenden Randabschnitte ((17), (18)) des Deckstreifens (14) auf eine Temperatur, die gleich wenigstens der vorgegebenen Siegeltemperatur ist, um die Randabschnitte ((17), (18)) aneinander heißzusiegeln; und Wickeln eines kontinuierlichen Körperstreifens (13) aus Pappe um die rohrförmige Auskleidung (14) herum und Ankleben des Körperstreifens (13) daran, um einen rohrförmigen Behälter (10) zu erzeugen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Vorwärtsbewegens des Deckstreifens (14) das Vorwärtsbewegen eines Streifens aufweist, der aus einer Schicht aus dem hochschmelzenden Polymermaterial gebildet ist, das auf eine Schicht aus dem heißsiegelbaren Material so laminiert ist, dass das heißsiegelbare Material die gesamte Außenfläche des Deckstreifens (14) bildet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Vorwärtsbewegens des Deckstreifens (14) das Vorwärtsbewegen eines Streifens aufweist, der aus einer Schicht aus dem heißsiegelbaren Material, einer Schicht aus dem hochschmelzenden Polymermaterial, das auf eine Seite der heißsiegelbaren Materialschicht laminiert ist, und aus einer Schicht aus einem Beschichtungsmaterial gebildet ist, das die andere Seite der heißsiegelbaren Materialschicht mit Ausnahme längs deren Randabschnitte (17), (18) bedeckt, wobei das Beschichtungsmaterial das Haften des Deckstreifens (14) an dem Körperstreifen (13) aus Pappe fördert.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des Aufbringens eines Klebemittels zwischen dem gefalteten Randabschnitt des Deckstreifens und der Innenfläche des Deckstreifens, auf die der gefaltete Randabschnitt gefaltet wird, um den gefalteten Randabschnitt mit der Innenfläche zu verkleben.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Erwärmungsschritt das Erhöhen der Temperatur wenigstens eines Abschnitts des Dorns (47) auf eine erhöhte Temperatur und das Wickeln des Deckstreifens (14) so auf den Dorn (47) aufweist, dass die Über lappungsverbindung über den Abschnitt mit der erhöhten Temperatur des Dorns (47) läuft.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt des Erhöhens der Temperatur des Dorns (47) das Zirkulierenlassen eines erwärmten Fluids durch wenigstens den Abschnitt mit der erhöhten Temperatur des Dorns aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Erwärmens der Überlappungsverbindung wenigstens einen der Schritte des Bestrahlens der Überlappungsverbindung und eines unter der Überlappungsverbindung liegenden Abschnitts des Dorns mit Infrarotstrahlung (50B) und des Leitens eines Stroms erwärmter Luft (50A) auf die Überlappungsverbindung aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des Steuerns der Zugspannung des Deckstreifens (14), der zum Dorn (47) vorbewegt wird, um die Zugspannung bei weniger als ungefähr 179gm pro Zentimeter (1 pound per inch) der Breite des Deckstreifens zu halten.
  9. Mehrlagiger rohrfömiger Behälter mit: wenigstens einer Körperlage (13), die aus Pappe gebildet und in eine rohrförmige Form mit einer Innenfläche gewickelt ist; und einer Polymer-Decklage (14), die zum Bilden einer rohrförmigen Auskleidung gewickelt ist, wobei eine Außenfläche der rohrförmigen Auskleidung an der Innenfläche der Körperlage (13) anhaftet und wobei die Decklage (14) eine Heißsiegelschicht (60) aufweist, die wenigstens Abschnitte der Decklage (14) nahe deren Ränder bedeckt, wobei die Heißsiegelschicht (60) der Körperlage (13) zugewandt ist und aus einem heißsiegelbaren Material mit einer Siegeltemperatur gebildet ist, bei der das heißsiegelbare erweicht und mit sich selbst dicht verbindet, und wobei die Decklage (14) eine Hartpolymer schicht (61) aufweist, die die Innenfläche des Behälters bildet und aus einem Polymermaterial mit einer Schmelztemperatur gebildet ist, die wesentlich höher ist als die Siegeltemperatur der Heißsiegelschicht (60), dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmige Auskleidung wenigstens eine Faltdichtung (16) aufweist, die sich allgemein in Längsrichtung längs dem Behälter erstreckt und durch einen ersten Randabschnitt (17) der Decklage (14), der nach innen zum Innenraum des Behälters hin gefaltet ist, und einen gegenüberliegenden zweiten Randabschnitt der Decklage (14) gebildet ist, die den gefalteten ersten Randabschnitt (17) überlappt.
  10. Behälter nach Anspruch 9, bei dem die Hartpolymerschicht (61) der Decklage (14) ein Sperrmaterial aufweist, das im Wesentlichen feuchtigkeits- und gasdicht ist und metallisiertes Polyester oder Polyethylenteraphtalat aufweist.
  11. Behälter nach Anspruch 9, bei dem die Heißsiegelschicht (60) Polyester aufweist.
  12. Behälter nach Anspruch 9, bei dem die Heißsiegelschicht (60) eine Mischung aus Polyethylen und einem Ethylen-Vinyl-Säure-Copolymer aufweist.
  13. Behälter nach Anspruch 9, bei dem die Decklage (14) ferner eine Beschichtung aus einem haftungsfördernden Material (56) aufweist, das auf die der Körperlage (13) zugewandte Oberfläche der Heißsiegelschicht (60) zur Förderung der Haftung der Decklage (14) an der Körperlage (13) aufgebracht ist.
  14. Behälter nach Anspruch 13, bei dem die haftungsfördernde Schicht (56) nahe den Randabschnitten der Decklage (14) endet, sodass die Heißsiegelschicht (60) auf den Randabschnitten freiliegt.
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