-
GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
rohrförmiger
Produktbehälter
und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung rohrförmiger Behälter mit
einem Fenster, um das darin enthaltene Produkt sehen zu können.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Nahrungsmittel-
und Getränkeprodukte
sowie andere verderbliche Erzeugnisse werden häufig in rohrförmigen Verbundbehältern verpackt,
die an beiden Enden versiegelt sind. Herkömmliche rohrförmige Verbundbehälter enthalten
typischerweise mindestens eine stützende Körperlage und werden durch Wickeln
einer endlosen Bahn des Körperlagenmaterials
um einen Dorn mit einer gewünschten Form
gebildet, um eine rohrförmige
Struktur zu erzeugen. Die Körperlagenbahn
kann spiralförmig
um den Dorn gewickelt oder durch eine Reihe Formelemente geführt werden,
so dass sie in einer gefalteten bzw. übereinandergerollten 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.
-
Um
die Verbraucher bei ihren Kaufentscheidungen zu unterstützen, ist
es wünschenswert,
einen Verbundbehälter
für Produkte
bereitzustellen, der mit einer oder mehreren Öffnungen oder Fenstern in der Behälterwand
ausgeführt
ist, damit der Verbraucher das darin enthaltene Produkt sehen kann.
Eine Öffnung
oder ein Fenster im Behälter
ermöglicht
es dem Verbraucher nicht nur, das Aussehen von konkurrierenden Produkten
zu vergleichen, sondern verleiht ihm auch Gewissheit, dass das Produkt
vor dem Kauf keine Mängel
hat, wie etwa verdorbene Lebensmittel im Falle von Lebensmittelprodukten.
-
Ein
Beispiel eines rohrförmigen
Behälters
mit einem Fenster, durch das der Behälterinhalt von außerhalb
des Behälters
zu sehen ist, ist in U.S.-Patent Nr. 1,894,295, erteilt an Scandore,
offenbart, das ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters mit
einem Fenster offenbart, das mit einem durchsichtigen Material wie
Zellophan abgedeckt ist. Der Behälter
wird durch spiralförmiges
Wickeln einer inneren Pappelage, durch die Öffnungen geschnitten werden,
um Sichtöffnungen
zu bilden, aufgebaut. Ein durchsichtiges Material wie Zellophan
wird teilweise über
die Außenseite
der inneren Lage gewickelt oder anderweitig auf dieser positioniert,
um die Sichtöffnungen abzudecken.
Eine äußere Lage
aus Pappe, in der Öffnungen
so ausgeschnitten sind, dass sie mit den Öffnungen in der inneren Lage
zu Deckung kommen, wird dann sowohl über die innere Lage als auch
das durchsichtige Material in der zur Wicklungsrichtung der inneren
Lage entgegengesetzten Richtung gewickelt. Auf der äußeren Lage
kann eine dekorative Umhüllung
mit Öffnungen
entsprechend den Sichtöffnungen
aufgebracht werden.
-
Der
im Patent '295 offenbarte
Verbundbehälter
ist jedoch nicht besonders zur Aufbewahrung von Nahrungsmittelprodukten,
vor allem solchen mit einem flüssigen
Bestandteil, geeignet. Das durchsichtige Material bietet keine adäquate Feuchtigkeits- oder Gassperre zum
Siegeln des Behälters
und zum Schutz darin aufbewahrter Lebensmittelprodukte vor Verunreinigung
oder Verderb oder um das Lebensmittelprodukt daran zu hindern, durch
Dochtwirkung in die und durch die Behälterwand einzudringen bzw. auszutreten.
Allgemein stellt das Ausrichten der Sichtöffnungen, die in die aufeinanderfolgenden
Lagen des Materials beim Wickeln der Lagen um den Dorn, um den Behälter zu
formen, geschnitten werden, zahlreiche Fertigungsprobleme, speziell
wenn die beteiligten Materiallagen mit relativ hohen Geschwindigkeiten
gewickelt werden, z. B. mit 2 m/s (400 Fuß/min.). Schwankungen der Lagengeschwindigkeit
und Nahtstellen im Lagenmaterial können Fehlfluchtungen der Sichtöffnungen verursachen, was
zu übermäßigem Ausschuss
aufgrund fehlerhafter Behälter
führt.
-
Ein
anderes Beispiel eines rohrförmigen
Behälters
mit einem Fenster, durch das der Behälterinhalt von außerhalb
des Behälters
sichtbar ist, ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 02-76729 von
Nakano offenbart. Der Behälter
wird gebildet, indem eine lichtdurchlässige bandförmige Kunststoffbahn auf einen
Dorn gewickelt wird, um eine innere Lage zu bilden. In gegebenen
Abständen
werden in Längsrichtung
einer bandförmigen
Pappe Perforierungen ausgeformt. Die bandförmige Pappe wird dann spiralförmig auf
die inner Lage gewickelt. Die Pappe und die innere Lage werden mittels
eines Haftmittels miteinander verbunden. Bedrucktes Papier wird
dann ebenfalls mit Perforierungen im gleichen Abstand wie die Perforierungen
in der Pappe versehen. Das bedruckte Papier wird dann spiralförmig auf
der Pappe aufgewickelt und mittels eines Haftmittels mit der Pappe
verbunden. Die Perforierungen in der Pappe und im bedruckten Papier
stimmen überein.
Ein zylindrisches Endlosmaterial wird vom Dorn abgezogen und zwischen
den Sichtfenstern mittels eines Schneidwerkzeugs in gegebene Längen geschnitten.
-
Noch
ein weiteres Beispiel eines rohrförmigen Behälters mit einem Fenster, durch
das der Behälterinhalt
von außerhalb
des Behälters
sichtbar ist, ist in der UK-Patentanmeldung GB 2 074 124 A von Flood
offenbart. Der Behälter
hat eine doppelt gefaltete bzw. übereinandergewickelte
Konstruktion, die durch Wickeln zweier vollständiger Windungen oder Umgänge aus
Pappe um einen zylindrischen Dorn gebildet wird. Zwei Öffnungen
in der Pappe sind genau dimensioniert und positioniert, so dass
dann, wenn die Pappe um den Dorn gewickelt wird, die Öffnungen
genau übereinander
liegen. Vor dem Wickeln der Pappe auf den Dorn wird ein Fenster
aus durchsichtiger Kunststofffolie wie Vinylacetatfolie auf die Pappe
geklebt und überspannt
eine der Öffnungen, so
dass die Folie ein Fenster im Rohrrohling über die ausgerichteten Öffnungen
und zwischen den Rohrlagen bildet. Falls gewünscht kann die Öffnung,
die an der Innenseite des gewickelten zweilagigen Rohrrohlings liegt,
geringfügig
größer ausgeführt werden
als die, die an der Außenseite
zu liegen kommt, so dass eventuelle geringfügige Ungenauigkeiten bei der Ausrichtung
von außen
nicht sichtbar sind.
-
Rohrförmige Verbundbehälter zur
Aufbewahrung von Lebensmitteln enthalten typischerweise eine Auskleidungslage
auf der Innenoberfläche
der Pappe-Körperlage.
Die Auskleidungslage verhindert, dass Flüssigkeiten wie Saft aus dem
Behälter
austreten und verhindert außerdem,
dass Flüssigkeiten
in den Behälter
eindringen und möglicherweise
das darin enthaltene Lebensmittelprodukt verunreinigen. Die Auskleidungslage
ist vorzugsweise auch beständig
gegen den Durchgang von Gasen, um zu verhindern, dass der Geruch
des Lebensmittelproduktes im Behälter
nach außen
gelangt, oder dass Umgebungsluft in den Behälter eindringt und das Lebensmittelprodukt
verdirbt. Die Auskleidungslage hat also Sperreigenschaften und die
Körperlage
hat tragende Eigenschaften. Herkömmliche
Auskleidungslagen enthalten meistens Aluminiumfolie, die gute Sperreigenschaften
und auch vorteilhafte Festigkeitseigenschaften aufweist. 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 der durch die Folienschicht der Auskleidung bereitgestellten
Absteifung sind derartige Auskleidungen als "abgesteifte" Auskleidungen bekannt. Normalerweise
werden eine oder mehrere Polymerlagen mit der Folie verklebt, um
die Sperreigenschaften der Auskleidung weiter zu verbessern, und
in manchen Fällen
ist die Folienlage nicht wegen der Sperreigenschaften erforderlich,
sondern in der Auskleidung nur zu Stützzwecken enthalten.
-
Folien
sind jedoch nicht durchsichtig und somit nicht zur Abdeckung einer
Sichtöffnung
in der Behälterwand
geeignet. Es ist deshalb wünschenswert, ein
Verfahren zur Herstellung eines Behälters bereitzustellen, der
eine Auskleidung mit hinreichend geringer Opazität enthält, damit das enthaltene Produkt von
außerhalb
des Behälters
sichtbar ist, die aber sowohl Feuchtigkeits- und Gassperreigenschaften
bietet, um eine Verunreinigung und den Verderb des enthaltenen Lebensmittelproduktes
zu verhindern und um das Lebensmittelprodukt daran zu hindern, durch Dochtwirkung
in die und durch die Behälterwand
einzudringen bzw. auszutreten. Da eine solche Auskleidung notwendigerweise
keine Folienlage enthalten würde,
würde es
sich um eine "nicht
abgesteifte" Auskleidung
handeln.
-
Die
Verwendung nicht abgesteifter Auskleidungen bringt zahlreiche 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
durchführbar,
einen Behälter mit
einer nicht abgesteiften Auskleidungslage herzustellen. Der Zessionar
der vorliegenden Anmeldung sowie andere Erfinder auf diesem Gebiet
haben die Entwicklung praktikabler Verfahren und Vorrichtungen angestrebt,
um Behälter
mit solchen nicht abgesteiften Folienauskleidungen herstellen zu
können. Der
Zessionar der vorliegenden Anmeldung hat z. B. Verfahren und Vorrichtungen
zur Herstellung von Verbundbehältern
mit nicht abgesteiften Auskleidungen als Polymerfolie entwickelt,
wie sie im gemeinsamen U.S.-Patent Nr. 5,896,619 mit dem Titel "Polymeric Liner Ply
for Tubular Containers and Methods and Apparatus for Manufacturing
Same", erteilt am
8. Dezember 1998, und U.S.-Patent Nr. 5,829,669 mit dem Titel "Tubular Container
and Methods and Apparatus for Manufacturing Same", erteilt am 3. November 1998, offenbart
werden.
-
Angesichts
des oben Gesagten besteht ein Bedarf für ein verbessertes Verfahren
zur Herstellung eines Behälters
mit einem Fenster in der Behälterwand.
Ein solcher Behälter
sollte eine Auskleidung enthalten, die sowohl eine Feuchtigkeitssperre
und wahlweise eine Gassperre bereitstellt, um Verunreinigung und
Verderb des enthaltenen Lebensmittelsprodukts zu verhindern und
um das Lebensmittelprodukt daran zu hindern, durch Dochtwirkung
in die und durch die Behälterwand
einzudringen bzw. auszutreten. Außerdem muss der Behälter effizient
und kostengünstig
hergestellt werden können
und muss insbesondere in effizienter Weise durch Wickeln der beteiligten
Lagen mit relativ hohen Geschwindigkeiten, während die genaue Ausrichtung
der in den Materiallagen vorgesehenen Sichtfenster eingehalten wird, aufgebaut
werden können.
-
INHALT DER
ERFINDUNG
-
Ein
Verfahren, bei dem die Erfindung verwirklicht ist, ist im unabhängigen Anspruch
definiert. Einige bevorzugte Merkmale sind in den Unteransprüchen definiert.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Einige
der Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind erwähnt worden, andere ergeben
sich im Laufe der Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden
Zeichnungen, die nicht notwendigerweise maßstäblich sind; es zeigen:
-
1 eine
perspektivische Ansicht eines rohrförmigen Behälters mit einem Sichtfenster,
der gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist;
-
2 eine
perspektivische Ansicht, teilweise als Explosionsansicht, die die
den rohrförmigen
Behälter
von 1 bildenden Lagen darstellt;
-
3 eine
abgebrochene und vergrößerte Schnittansicht
eines Endes des rohrförmigen
Behälters
mit einem Sichtfenster entlang der Linie 3-3 in 1;
-
4 eine
vergrößerte Schnittansicht
der Polymer-Auskleidungslage, der Pappe-Auskleidungslage und einer
Etikettenlage eines gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebauten Behälters;
und
-
5 eine
Draufsicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines rohrförmigen Behälters.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen ausführlicher
beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt sind. Diese Erfindung kann jedoch auf zahlreiche verschiedene
Arten verwirklicht werden und ist nicht dahingehend auszulegen,
dass sie auf die hierin gezeigten Ausführungsformen beschränkt ist;
diese dienen vielmehr zur gründlichen
und vollständigen
Offenbarung und vermitteln dem Fachmann den Gültigkeitsbereich der Erfindung
in seiner Gesamtheit. Identische Bezugszeichen kennzeichnen stets
gleiche Elemente.
-
In 1 ist
ein rohrförmiger
Behälter 10 dargestellt.
Obwohl er mit kreisförmigen
Querschnitt dargestellt ist, kann das Rohr jede Querschnittsform
haben, die sich durch Wickeln des Rohrs um einen entsprechend geformten
Dorn herstellen lässt.
Ein Beispiel ist ein allgemein rechteckig geformtes Rohr mit abgerundeten
Ecken. Die in 1 dargestellte Ausführungsform
ist besonders vorteilhaft zur Verpackung von Kartoffel-Crisps und
kann eine flexible Membrandichtung (nicht dargestellt) sowie eine
wieder verwendbare Kunststoffverschlusskappe 11 über der
Dichtung enthalten. Je nach Art des zu verpackenden Lebensmittel-
oder Getränkeprodukts
können
jedoch verschiedene andere Endverschlüsse verwendet werden. Wenn
beispielsweise Teig zu verpacken ist, bestehen die Verschlusskappen
typischerweise aus Metall und werden durch Bördeln auf den Behälterenden
befestigt.
-
Wie
detaillierter in den 2 und 3 dargestellt
ist, enthält
der rohrförmige
Behälter 10 eine Wand
mit einer Körperlage 12,
die vorzugsweise aus Pappe besteht, einer Auskleidungslage 14,
die vorzugsweise aus einem Polymermaterial besteht, das mit der
Innenoberfläche
der Körperlage
verklebt wird, und einer Etikettenlage 15, auf der sich
verschiedene Aufdrucke bezüglich
des Produkts im Behälter
befinden können.
Das obere Ende des rohrförmigen
Behälters 10 kann
eingerollt werden, um entweder eine Wulst (nicht dargestellt) oder
einen Flansch für
das Metallende oder den Verschluss zu bilden. Eine Verschlusskappe 11 kann über der
Wulst eingerastet und wieder verwendet werden. Ein Metallverschluss (nicht
dargestellt) kann am gegenüberliegenden Ende
des Behälters
oder an beiden Enden befestigt werden.
-
Die
Nähte,
mit denen die verschiedenen Schichten miteinander verbunden werden,
sind in 4 dargestellt. Die Pappekörperlage 12 besteht aus
einer relativ dicken und steifen Pappe. Aus der Körperlage
wird eine Öffnung 16 ausgeschnitten,
wie in den 2 und 3 dargestellt
ist. Die Kanten 18a, b der Körperlage werden zuerst abgeschrägt und dann
während
des Rohrformungsprozesses mit einem Kleber 19 zusammengefügt, um eine
starke Naht zu bilden. Die Auskleidungslage 14 wird mit
der Innenoberfläche 20 der
Körperlage
mittels eines Nassklebers oder eines Polymerklebers 21 verklebt. Die
Kanten 22a, b der Auskleidungslage werden überlappend
miteinander verklebt, um sicherzustellen, dass der Behälter 10 vollkommen
dicht ist. Eine Etikettenlage 15 wird mit der Außenoberfläche 24 der Körperlage
verklebt. Aus der Etikettenlage wird eine Öffnung 17 ausgeschnitten,
die der Öffnung 16 in
der Körperlage
entspricht.
-
Eine
Vorrichtung zur Herstellung rohrförmiger Behälter mit Sichtfenstern ist
in 5 dargestellt. Eine Endlosbahn des Auskleidungslagenmaterials 14 wird
der Vorrichtung von einer Spule (nicht dargestellt) zugeführt. Die
Auskleidung durchläuft
zuerst ein Spannungssteuerungsgerät 25 auf ihrem Weg zum
Wickeln um den Dorn 26. Zur Steuerung der Auskleidungsspannung
können
verschiedene Typen von Geräten
verwendet werden, die im Stand der Technik bekannt sind. Ungeachtet
des spezifischen zur Steuerung der Auskleidungsspannung gewählten Geräts ist jedoch
das Spannungssteuerungsgerät vorteilhafterweise
in der Lage, die Auskleidungsspannung unter ca. 180 N/m (1 lb./in.)
der Breite der Auskleidung und mehr bevorzugt unter ca. 90 N/m (0,5
lb./in.) der Breite zu halten. Bei einer Auskleidung mit einer Breite
von beispielsweise 18 cm (7 Zoll) sollte das Spannungssteuerungsgerät die Auskleidungsspannung
auf ca. 8,9 bis 13,3 N (2 bis 3 lbs.) halten.
-
Nach
dem Spannungssteuerungsgerät 25 durchläuft die
Auskleidung 14 eine Oberflächenbehandlungseinheit 27,
in der die Außenoberfläche 28 der
Auskleidung(d.h. die nach außen
vom Dorn 26 weg weisende und mit der Innenoberfläche 20 der Pappekörperbahn 12 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
durchläuft
die Auskleidung ein optionales Schmiergerät 29, in dem ein Schmiermittel
auf die Innenoberfläche 30 der
Auskleidung (d.h. auf die Oberfläche,
die mit dem Dorn in Kontakt kommt) aufgebracht wird, um den Vorschub
der Auskleidung über
den Dorn zu unterstützen.
Bei manchen Anwendungen ist möglicherweise
kein Schmiermittel erforderlich, so dass das Schmiergerät entfallen
kann. Hat beispielsweise die Auskleidung eine innere Oberfläche aus
einem Material mit einer Schmelztemperatur, die erheblich höher als
die Dorntemperatur ist, stellt ein Scheuern der Auskleidung auf
dem Dorn wahrscheinlich kein nennenswertes Problem dar, so dass
das Schmiermittel eventuell entfallen kann.
-
Ein
bevorzugter Aufbau der Auskleidung enthält eine Dichtschicht, eine
Feuchtigkeitssperrschicht und eine Kleberschicht. Die Auskleidung
ist vorzugsweise durchsichtig, zumindest die Abschnitte, die die Fenster
im Behälter
abdecken, obwohl durchscheinende und etwas getrübte Auskleidungsmaterialien verwendet
werden könnten,
die eine gewisse Sicht des darin verpackten Produkts gestatten.
Die Sperrschicht kann beständig
gegen den Durchgang von Flüssigkeiten
und Gasen wie Sauerstoff sein. Wird eine Sperre sowohl für Flüssigkeiten
als auch für Gase
benötigt,
ist Polyester ein bevorzugtes Sperrschichtmaterial. Bei manchen
Lebensmittelprodukten ist jedoch keine Gassperre erforderlich, z.B.
bei verschiedenen Säften,
so dass andere Sperrschichtmaterialien verwendet werden können (obwohl
die Sperre allgemein undurchlässig
für Gase
sein kann). Es versteht sich, dass verschiedene Sperrschichtmaterialien
oder -eigenschaften verwendet werden könnten, je nachdem, welches
Produkt zu verpacken ist. Alternative Sperrschichtmaterialien enthalten
Nylon, EVOH (Ethylenvinylalkoholpolymer und -copolymer), Polyvinylidenchlorid,
Polyethylen, Polypropylen und siliziumdioxidbeschichtete Polymere
und dgl., was für
den Fachmann nahe liegt. Die Auskleidungslage 14 hat vorzugsweise
eine Gesamtdicke von weniger als ca. 76,2 μm(3 mil) und beträgt mehr
bevorzugt eher 25,4 μm
(1 mil).
-
Nach
dem Durchgang durch das Schmiergerät 29 werden die äußeren Kantenabschnitte 22a, b der
Auskleidungslage 14 über
oder unter einem oder mehreren Infrarotheizgeräten und/oder Umluftheizgeräten 33 durchgeführt, die
die äußeren Kantenabschnitte
der Auskleidungslage erwärmen.
Es wurde festgestellt, dass ein Infrarot-Heizgerät, das einen Wärmefluss
von mindestens ca. 83.000 W/m2 erzeugen
kann, ausreichend ist. Die Auskleidungslage wird dann spiralförmig um
den Dorn 26 gewickelt, so dass ein äußerer Kantenabschnitt 22b der
Auskleidung einen gegenüberliegenden äußeren Kantenabschnitt 22a eines
zuvor gewickelten spiralförmigen Umfangs
der Auskleidung überlappt,
um eine dichte gerade Überlappungsnaht 32 dazwischen
zu bilden, wie aus 4 ersichtlich ist. Die Überlappungsnaht wird
gesiegelt, indem die Auskleidung so erwärmt wird, dass die Temperatur
der Auskleidung auf zumindest die Siegeltemperatur der Kleberschicht
erhöht
wird, die die radiale Außenoberfläche der
Auskleidung begrenzt. Die Kleberschicht enthält einen nicht wässrigen
Polymerkleber, der bei einer vorgegebenen Siegeltemperatur aktiviert
wird. Solche Kleber, die als "Kontakt"-Klebstoffe bekannt sind, können eines
oder mehrere der folgenden Polymere oder modifizierten Copolymere
davon enthalten:
Ethylenvinylacetat, Ethylenacrylsäure, Ethylenmethacrylsäure, Ethylenmethylacrylat
und Gemische untereinander oder mit kostengünstigeren Polyolefinen. Eine
bevorzugte Ausführungsform
enthält
eine Kleberlage aus zwei Unterschichten, die gemeinsam extrudiert
werden. Die innere Unterschicht besteht vorzugsweise aus Ethylenacrylsäure, die
gut an der Polyestersperrschicht der Auskleidung haftet, und die äußere Unterschicht
besteht vorzugsweise aus Ethylenmethylacrylat, das gut an der Pappe-Körperlage 12 haftet.
Die Kleberschicht wird als Bestandteil der Auskleidungslage hergestellt.
Eine Auskleidungslage 14, bei der die Auskleidungslage
direkt mit der Körperlage
verklebt ist, ist im U.S.-Patent Nr. 5,846,619, erteilt am 8. Dezember
1998, beschrieben, das an den Zessionar der vorliegenden Erfindung übertragen
wurde. Eine derartige Aus kleidung kann verwendet werden, um den
Schritt des Aufbringens eines Nassklebers 21 auf die Körperlage 12 entfallen
zu lassen.
-
Eine
Dichtschicht kann auch einen Teil der Auskleidungslage 14 bilden
und begrenzt die radial innere Oberfläche 30 der Auskleidungslage.
Die Dichtschicht stellt eine Oberfläche bereit, gegen die die Kleberschicht
haftet, wenn der überlappende äußere Kantenabschnitt 22b der
Auskleidungslage in eine überlappende
Beziehung mit dem gegenüberliegenden äußeren Kantenabschnitt 22a eines
zuvor gewickelten spiralförmigen
Umfangs der Auskleidung gebracht wird. Die Dichtschicht kann ein
Polyolefinpolymer aufweisen, das vorzugsweise Polyethylen hoher
Dichte oder ein Gemisch aus einem Polyethylen hoher Dichte und einem
Polyethylen geringer Dichte ist. Ein vorteilhaftes Merkmal der Dichtschicht ist,
dass sie eine höhere
Schmelztemperatur hat als die Kleberschicht. Wie oben erwähnt wird
der überlappende äußere Kantenabschnitt 22b der
Auskleidungslage auf eine Temperatur erwärmt (entweder vor Erreichen
des Dorns 26 oder während
der Verweilzeit auf dem Dorn), so dass die Kleberschicht aktiviert
wird. Würde
jedoch die Dichtschicht aus dem gleichen Polymer hergestellt wie
die Kleberschicht oder hätte
sie eine Schmelztemperatur gleich oder unter der Schmelztemperatur
der Kleberschicht, würde
die Dichtschicht schmelzen und wahrscheinlich am Dorn haften, was
den Wicklungsprozess stark beeinträchtigen würde. Die vorliegende Erfindung
ist jedoch nicht mit diesem Problem behaftet, da die Dichtschicht
eine Schmelztemperatur hat, die höher ist als die Aktivierungstemperatur
der Kleberschicht.
-
Da
die Auskleidung sehr dünn
ist, hat sie eine sehr geringe Wärmespeicherungskapazität. Ein Erwärmen der
Auskleidung bevor diese auf den Dorn 26 gewickelt wird,
wäre deshalb
angesichts der raschen Abkühlung
nach dem Heizgerät
und vor dem Wickeln um den Dorn unwirksam und außerdem schwer durchführbar. Demzu folge
erfolgt die Erwärmung
der Auskleidung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
in einem zweistufigen Prozess, während
sich die Auskleidung auf dem Dorn befindet, indem der Dorn als Wärmeaufnahme-
bzw. Wärmeabstrahlkörper zur
wirksamen Erwärmung
der Überlappungsnaht
der Auskleidung wirkt. Im Einzelnen hat ein Abschnitt des Dorns
einen Fluidkanal (nicht dargestellt), durch den ein erwärmtes Fluid
zirkuliert, um die Temperatur des Abschnitts auf eine Temperatur
unterhalb der Siegeltemperatur der Kleberschicht der Auskleidung
zu erhöhen.
Beträgt
beispielsweise die Siegeltemperatur der Kleberschicht ca. 82 bis 104°C (180 – 220°F), wird
der erwärmte
Abschnitt des Dorns auf ca. 54 bis 77°C (130 – 170°F) erwärmt (also etwa 10°C (50°F) unter
der Siegeltemperatur der Kleberschicht). Die Auskleidung verläuft dann über den
erwärmten
Dornabschnitt, während
sie um den Dorn gewickelt wird, und wird somit auf eine Temperatur
vorerwärmt,
die der des Dornabschnitts im Wesentlichen gleich ist. Die überlappenden
Kantenabschnitte 22a, b der Auskleidung werden
dann durch ein Paar lokaler Heizgeräte, speziell Infrarotheizgeräte und/oder
Umluftheizgeräte 33,
die die Wärme
lokal auf die Überlappungsnaht
der Auskleidung richten, auf mindestens die Siegeltemperatur der
Kleberschicht weiter erwärmt.
Die Infrarotstrahlung durchdringt die überlappenden Kantenabschnitte 22a, b der
Auskleidung und erwärmt
einen unter den Kantenabschnitten liegenden Abschnitt der Oberfläche des
Dorns lokal auf eine Temperatur, die mindestens so hoch ist wie
und vorzugsweise etwas höher
ist als die Siegeltemperatur der Kleberschicht. Dadurch werden auch
die Kantenabschnitt der Auskleidung auf eine solche Temperatur erwärmt, dass die
Kleberschicht an der Dichtschicht haften kann. Die Infrarotheizgeräte und/oder
die Umluftheizgeräte können in
Spiralrichtung verlängert
ausgeführt
werden.
-
Nachdem
die Auskleidungslage 14 um den Dorn 26 gewickelt
worden ist, kann eine erste stützende
Körperlage 12 um
die Auskleidungslage gewickelt und mit dieser verklebt werden. Eine
Endlosbahn eines Körperlagenmaterials 12 aus
Pappe wird der Vorrichtung von einer Spule (nicht dargestellt) zugeführt und
zunächst
durch ein Paar einander gegenüberliegender
Kantenschneider 34 geführt.
Wie aus 4 zu ersehen ist, entfernen
die Kantenschneider einen Teil der quadratischen Kante der Körperlage, um
erste und zweite Kanten 18a, b mit abgefaster Ausführung zu
erzeugen. Die Körperlage
wird dann durch ein Schneidwerkzeug 23 geführt, das
wahlweise Öffnungen 16 durch
die Körperlage
entlang der Länge
der Körperlage
schneidet.
-
Die
Körperlage 12 wird
dann durch einen Kleber-Applikator 35 transportiert, der
einen Kleber 21 auf die innere Oberfläche 20 der Körperlage
aufbringt, wie in 5 dargestellt ist. 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.
Wahlweise kann auf das Aufbringen des Klebers 21 auf die
Körperlage in
dem Fall verzichtet werden, in dem die Ausführungsform verwendet wird,
bei der die Auskleidungslage 14 eine Kleberschicht über die
gesamte Breite der Auskleidungslage hat. In jedem Fall ist es von Vorteil,
wenn der Kleber die Durchsichtigkeit der Auskleidungslage nicht
beeinträchtigt.
-
Die
Körperlage 12 und
der darauf aufgebrachte Nasskleber 21 werden dann unter
einem Heizgerät 37 durchgeführt, das
zumindest einen Teil des Wassergehaltes des wässrigen Klebers 21 verdampft,
um den Kleber im Wesentlichen klebrig 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, so dass er an Klebrigkeit verliert. Es wurde festgestellt,
dass mindestens etwa 100.000 J/m2 eine geeignete
Wärmemenge
ist, um den Nasskleber klebrig zu machen. Genauer gesagt wird eine
Erwärmung
des Klebers mit mindestens ca. 460.000 J/m2 bevorzugt.
Es wurde festgestellt, dass bei einer Geschwindigkeit der Körperlage
von ca. 0,25 m/s (50 Fuß/min)
(oder bei einer Erwärmungsdauer
unter ca. 3 Sekunden) die Erwärmung
des Klebers 21 mit einem Heizgerät 37, das einen Wärmefluss
von 200.000 W/m2 hat, die Temperatur der
Pappekörperlage
mindestens auf den Siedepunkt von Wasser (100°C (212°F) auf Meereshöhe) und
bis zu 160°C
(320°F)
erhöht.
Für den
Durchschnittsfachmann versteht es sich jedoch, dass diese Parameter in
Abhängigkeit
von verschiedenen Faktoren einschließlich des Wirkungsgrades der
Wärmequelle, der
Geschwindigkeit der Körperlage
(bei Geschwindigkeiten der Fertigungsstraße von bis zu 2 m/s (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.
-
Eine
abgeschrägte
Kante 18a der Körperlage 12 wird
dann unter einem Kleber-Applikator 36 für die abgeschrägten Kanten
durchgeführt,
der Abschrägungs-Kleber 19 auf
die abgefaste Oberfläche der
abgeschrägten
Kante der Körperlage
aufbringt. Der Abschrägungs-Kleber 19 ist
vorzugsweise ein im Stand der Technik bekannter herkömmlicher Schmelzkleber,
obwohl auch ein anderer Kleber des Polymertyps verwendet werden
könnte.
Der Abschrägungs-Kleber
trägt dazu
bei, eine stärkere
Körperlagenverbindung
vor allem bei Behältern
mit einer Körperlage
bereitzustellen.
-
Die
Körperlage 12 wird
dann über
der zuvor gewickelten Auskleidungslage 14 um den Formdorn 26 gewickelt.
Die Körperlage
wird zuerst unter dem Dorn und dann spiralartig zurück über die
Oberseite gewickelt. Die abgeschrägten Kanten 18a, b bilden einen
Stumpfstoß und
der Abschrägungs-Kleber 19 verklebt
die Kanten miteinander, so dass ein spiralförmig gewickeltes Rohr gebildet
wird. Die Innenoberfläche 20 der
Körperlage
kommt mit der Außenoberfläche 28 der
Auskleidungslage in Kontakt, die auf dem Dorn freiliegt, und wird
mit dieser entweder durch den auf der Körperlage aufgebrachten Nasskleber 21 oder
alternativ durch die integral mit der Auskleidungslage ausgebildete
Kleberschicht verklebt. Vorzugsweise ist die durch die abgeschrägten ersten
und zweiten Kanten 18a, b der Körperlage
gebildete Naht zur Naht 32 beabstandet, die durch die überlappenden
ersten und zweiten äußeren Kantenabschnitte 22a, b der
Auskleidungslage 14 gebildet wird. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
können mehrere
aufeinander folgende stützende
Körperlagen
verwendet werden. Das Rohr wird dann über den Dorn durch einen Rohrförderer wie
ein um ein Paar gegenüberliegende
Riemenscheiben 41 gewickeltes Wicklungsband 38 vorgeschoben.
Das Wicklungsband hat nicht nur die Funktion, das Rohr zu drehen und
vorzuschieben, sondern übt
auch Druck auf die überlappenden
Kanten der Körperlage 12 und
der Auskleidungslage 19 aus, um eine feste Verbindung zwischen
den jeweiligen Kanten der Lagen sicherzustellen.
-
Eine
Etikettenlage 15 wird dann auf der äußeren Oberfläche 29 der
Körperlage 12 angebracht. Wie
in 5 dargestellt wird eine Endlosbahn eines vorbedruckten
Etikettenlagematerials von einer Spule (nicht dargestellt) zur Vorrichtung
geführt.
Die Etikettenlage wird durch ein Schneidwerkzeug 40 geführt, das
wahlweise Öffnungen 17 in
die Etikettenlagen entlang der Länge der
Etikettenlage schneidet. Die Etikettenlage wird dann mit einer optisch
oder magnetisch lesbaren Markierung oder einem anderen Platzhalter
bedruckt. Wenn sich die Etikettenlage dem Schneidwerkzeug 40 nähert, wird
der Platzhalter von einem Codierer registriert, der dann ein Signal an
das rotierende Etiketten-Schneidwerkzeug 40 absetzt, mit
dem es angewiesen wird, einen Schnitt auszuführen. Dadurch kann der zu bildende
Ausschnitt in der Etikettenlage in der gewünschten räumlichen Beziehung zum dekorativen
Druckmuster so gebildet werden, dass z. B. des Fenster im Behälter durch
das auf dem Etikett aufgedruckte Muster "eingerahmt" wird.
-
Gleichzeitig
wird das Signal vom Codierer an eine Verarbeitungseinheit übertragen,
die auch in elektrischer Verbindung mit dem Schneidwerkzeug 23 für die Körperlage 12 steht.
Die Verarbeitungseinheit ist mit dem Abstand jedes Schneidwerkzeugs 23, 41 vom
Dorn 26 programmiert. Außerdem messen Sensoren, die
vorzugsweise an der Spule (nicht dargestellt) für die Körper- und Auskleidungslage
angebracht sind, die Lagengeschwindigkeiten der Körper- und
der Auskleidungslage und senden diese Information an die Verarbeitungseinheit.
Das Signal, das erzeugt wird, wenn der Codierer die Markierung auf der
Etikettenlage 15 liest, initialisiert die Verarbeitungseinheit.
Die Verarbeitungseinheit berechnet dann die Lage des in der Körperlage
vorzunehmenden Ausschnitts auf Basis des Abstands der Schneidwerkzeuge 23, 41 vom
Dorn und der Lagengeschwindigkeiten der Körper- und der Auskleidungslage,
so dass die in die Körper-
und der Auskleidungslage geschnittenen Öffnungen aufeinander ausgerichtet sind,
wenn die Lagen um den Dorn gewickelt werden.
-
Vorteilhafterweise
werden die Verarbeitungseinheit und die Schneidwerkzeuge laufend
mit den Lagengeschwindigkeiten und dem Durchlauf der Markierungen
aktualisiert, so dass die Öffnungen
in der Körper-
und der Auskleidungslage exakt ausge richtet werden. Um eventuell
größer werdende
Toleranzen auszugleichen, kann jede folgende Öffnung geringfügig kleiner
ausgeführt
werden, so dass sie in der zuvor ausgeschnittenen Öffnung zentriert
erscheint. Die Öffnung 17 in
der Etikettenlage 15 kann z. B. etwas kleiner sein als
die Öffnung 16 in
der Körperlage 12.
Der Durchmesser jeder folgenden Öffnung
ist vorzugsweise um ca. 1,6 mm (0,0625 Zoll) kleiner als der der
vorigen Öffnung.
Im Falle einer Verbindungsnaht in der Etikettenlage 15 ist
die Vorrichtung von 5 in der Lage, sich selbst innerhalb einer
Material-Behälterlänge zurückzusetzen,
nachdem die Verbindungsnaht passiert ist. Die Etikettenlage wird über einen
Kleber-Applikator 42 geführt. Die Etikettenlage wird
dann um die Körperlage 12 gewickelt.
Die Etikettenlage könnte
vor dem Wicklungsband 38 angebracht werden.
-
Wie
zuvor erwähnt
ist das Verfahren zur Herstellung von Behältern 10 mit Fenstern,
durch das darin enthaltene Produkt von außerhalb des Behälters sichtbar
ist, gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht auf eine oder zwei Körperlagen beschränkt, sondern auch
für drei
oder mehr Körperlagen
anwendbar. Vorteilhafterweise ist die Verarbeitungseinheit mit dem Abstand
jedes Schneidwerkzeugs vom Dorn programmiert und wird ständig mit
den jeweiligen Lagengeschwindigkeiten aktualisiert, so dass dann,
wenn die Verarbeitungseinheit durch das Markierungssignal initialisiert
wird, das beim Lesen der Markierung auf der letzten Lage durch den
Codierer erzeugt wird, die Verarbeitungseinheit die Lage der entsprechenden
Ausschnitte in jeder Lage berechnet und den entsprechenden Schneidwerkzeugen
signalisiert, wann sie einen Schnitt auszuführen haben, wodurch eine gleichbleibende
und genaue Ausrichtung der aus jeder Lage ausgeschnittenen Öffnungen
sichergestellt wird, wenn die Lagen um den Dorn gewickelt werden.
-
In
einer Schneidstation 43 wird das Endlosrohr in bestimmte
Längen
geschnitten und vom Dorn 26 abgenommen. Die Enden der Behälter 10 werden dann
nach außen
gerollt, um eine Wulst oder einen Flansch (nicht dargestellt) zu
bilden. Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Polymer-Auskleidungslage gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, dass die Elastizität des Polymers die Wulst nach
dem Einrollen in ihrer Lage hält.
Herkömmliche
nicht elastische Folienauskleidungen können die Tendenz haben, die Wulst
wieder aufzurollen oder neigen zu Rissbildung, was ein Problem beim
dichten Verschließen
der Enden des Behälters
mit sich bringen kann.
-
Zahlreiche
Modifikationen und andere Ausführungsformen
der Erfindung, die den Vorteil der in der obigen Beschreibung und
den zugehörigen Zeichnungen
dargelegten Lehre 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. Obwohl hierin spezielle Begriffe verwendet worden
sind, sind sie nur im allgemeinen und beschreibenden und nicht im
einschränkenden
Sinne zu verstehen.