DE2060403A1

DE2060403A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Versiegeln von Verpackungsmaterial

Info

Publication number: DE2060403A1
Application number: DE19702060403
Authority: DE
Inventors: Gyula Balla
Original assignee: Tetra Pak International AB
Current assignee: Tetra Pak AB
Priority date: 1969-12-10
Filing date: 1970-12-08
Publication date: 1971-06-16
Also published as: DE2060403C3; NL169281B; FR2073137A5; NL169281C; US3864186A; NL7017840A; CH535113A; DE2060403B2; GB1327280A

Description

335 2060A03

Tetra Pak International ;lB_r Rabyholms Alle. 223 55 Lund, Schweden

Verfahren und Vorrichtung zum Versiegeln von Verpackungsmaterial

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Versiegeln von Verpackungsmaterial, das innerhalb seines Aufbaues mindestens eine Schicht aus Metallfolie und eine Schicht aus thermoplastischem Material enthält, das derart angeordnet ist, daß es eine versiegelbare(verschweißbare) Schicht bildet.

In der Verpackungstechnik wird häufig Verpackungsmaterial verwendet, das eine Schicht aus thermoplastischem Material, beispielsweise Polyäthylen oder Polypropylen, enthält. Das thermoplastische Material hat sich nicht nur als undurchlässig gegenüber Flüssigkeiten und als sehr widerstandsfähig gegen fettige Substanzen, Säuren usw. erwiesen, sondern diese Materialien zeichnen sich außerdem dadurch aus, daß sie verschweißbar sind, indem die Thermoplastschichten bis zum Erweichen erhitzt werden, während die Thermoplastschichten der beiden einander zugewendeten Materiallagen gegeneinander gepreßt werden, wodurch eine Oberflächenverschmelzung zwischen den Thermoplastschichten herbeigeführt wird. Das thermoplastische Material ist häufig, beispielsweise mit Papier, laminiert, so daß ein mechanisch steifes Verpackungsmaterial vorliegt, und in gewissen Fällen, wenn ein Verpackungsmaterial gasdicht abschließen oder aromakonservierende Eigenschaften haben soll,

109825/1869

wird das Laminat häufig mit einer Schicht aus Metallfolie, beispielsweise Aluminiumfolie, versehen.

Thermoplaste, wie Polyäthylen oder Polypropylen lassen sich jedoch nicht mit Vorteil durch Hochfrequenzerhitzen, sogenanntes dielektrisches Erhitzen, behandeln, da die dielektrischen Verluste für dieses Material nur sehr gering sind. Zum Versiegeln von Verpackungen dieses Typs wird bisher das sogenannte Kontakterhitzen verwendet, d.h., die Verpackungsmaterialien werden durch Preßvorrichtungen, z.B. Preßbacken, gegeneinandergepreßt und mittels wärmeabgebender Vorrichtungen erhitzt, die in einer oder in beiden Preßvorrichtungen vorgesehen sind. Dieses Verfahren hat u.a. den Nachteil, daß der Zeitaufwand für das Versiegeln erheblich ist, da die Wärme der inneren thermoplastischen Versiegelungsschicht von der äußersten Schicht des Verpackungsmaterials her durch eine wärmeisolierende Schicht aus Papier oder Pappe zugeführt werden muß. Wenn das Laminat eine Schicht aus Metallfolie enthält, wird außerdem durch diese Schicht die Wärme gestreut, so daß der wärmeabgebenden Vorrichtung entsprechend größere Wärmemengen zugeführt werden müssen, um die Wärmestreuung auszugleichen. Es ist natürlich möglich, die Versiegelungszeit zu verkürzen, indem die Temperatur der wärmeemittierenden Verrichtung erhöht wird, jedoch ist die Temperatur dieser Vorrichtungen wegen der Gefahr der Beschädigung durch Versengen desjenigen Teiles des Verpaclcungslaminates, das sich mit der wärmeabgebenden Vorrichtung in direkter Berührung befindet, begrenzt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schwierigkeiten zu vermeiden, die auftreten, wenn Verpackungslaminate versiegelt werden sollen, die einerseits eine versiegelbare Schicht aus plastischem Material und andererseits eine Schicht aus Metallfolie enthalten, wobei diese Schichten vorzugsweise zu einem Laminat verbunden sind. Dies wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren erzielt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß

109825/1869

206ÜA03

gegeneinanderzulegende Schichten des Versiegelungsmaterials derart ausgerichtet werden, daß die Thermoplasts.chichten gegeneinandergewendet sind, und zwischen Preßvorrichtungen gegeneinandergedrückt werden, worauf mindestens Teile der zusammengepreßten Zone der Wirkung eines elektromagnetischen Wechselfeldes ausgesetzt werden, das im wesentlichen unter rechtem Winkel zu dem Verpackungsmaterial gerichtet ist, so daß in denjenigen Teilen der Metallfolienschicht in dem Verpackungsmaterial, die der Wirkung des elektromagnetischen Feldes ausgesetzt sind, wärmeerzeugende Wirbelströme erzeugt werden, die die Metallfolienschicht erhitzen und die Wärme durch Konvektion auf die Versiegelungsschichten aus Thermoplast übertragen wird und ein Verschmelzen und die Bildung eines dichten und mechanisch dauerhaft dichtenden Verschlusses erfolgt.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch einen Generator zur Erzeugung eines Wechselstromes mit einer Frequenz von 0,5 bis 2 MHz sowie durch eine Arbeitsspule für die Umwandlung des Wechselstromes in ein elektromagnetisches Wechselfeld und durch zwei Preßeinheiten, die zum Zusammenwirken geeignet und derart ausgebildet sind, daß sie durch das Wechselfeld nicht in erheblichem Maß erhitzt werden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in stark vergrößtertem Maßstab einen Schnitt durch zwei gegeneinandergelegte Schichten eines Verpackungs materials, die zwischen zwei Preßbacken gegeneinandergepreßt sind, deren einer eine Vorrichtung zum Liefern der für das Versiegeln erforderlichen Wärme enthält;und

Fig. 2 zeigt eine Vereiegelungaeinheit mit einer Arbeitespule.

109825/1869

Jede Lage desVerpackungslaminats 6 (Fig. 1) besteht aus einer Trägerschicht 10, beispielsweise aus Papier oder Pappe, einer inneren Versiegelungsschicht 2 aus Thermoplast, beispielsweise Polyäthylen oder Polypropylen, einer Metallfolienschicht 1, vorzugsweise aus Aluminiumfolie, und einer Laminierungsschicht 9>* die als Bindeschicht zwischen dem Träger 10 und der Metallfolienschicht 1 wirkt.

Im vorliegenden Fall kann angenommen werden, daß das Verpackungsmaterial 6 in Form einer Bahn hergestellt ist, die zu einem Schlauch umgebildet ist, dessen Längskanten, beispielsweise durch eine Überlappte Naht, miteinander verbunden sind. Der Schlauch, dessen innere Schicht also aus der Thermoplastschicht 2 besteht, kann daher mit dem abzupackenden Füllgut gefüllt werden, indem dieses fortschreitend eingegossen wird, worauf anschließend der Schlauch in Einzelverpackungseinheiten unterteilt wird, indem entlang der Achse des Schlauches in den erforderlichen Abständen voneinander quergerichtete Schweißnähte entlang verhältnismäßig schmaler Versiegelungszonen 7 hergestellt werden. Dieses Querschweißen des Schlauches wird in vorteilhafter Weise mittels der Anordnung gemäß den Figuren durchgeführt, die aus zwei Preßeinheiten k und 5 besteht, die gegeneinander- und auseinanderbewegbar sind und aus elektrisch isolierfähigem Material, beispielsweise Bakelit, Steatit, gegossenem Plast o.dgl. hergestellt sind und von denen die Einheit k mit einer Arbeitsspule 3 ausgestattet ist, die an einen hier nicht dargestellten Hochfrequenzgenerator anschließbar ist und in der gegebenenfalls ein Ferritkern 8 angeordnet sein kann.

Das Schweißen erfolgt durch Gegeneinanderpressen der Laminate durch die Preßeinheiten k und 5_f die die dazwischengelegte Schlauchzone derart flachpressen, daß die Versiegelungsschichten 2 aus Thermoplast gegeneinnndergebogen und gegeneinandergepreßt werden. Wenn dann die Preßeinheiten k und 5 ihre Preßstellung

— 5 —

1 09825/1869

erreicht haben, wird von dem nicht dargestellten Hochfrequenzgenerator ein hochfrequenter Wechselstrom von zwischen 0,5 und 2 MHz, vorzugsweise von ca. 1,5 MHz, durch die Arbeitsspule 3 geschickt, die ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld erzeugt, das durch die Metallfolienschicht 1 hindurchgeht.

Zur Erhöhung der Induktion in der Arbeitsspule 3 ist es in manchen Fällen empfehlenswert, in die Spule 3 einen Eisenpulverkern, einen sogenannten Ferritkern einzulegen. Da durch die Metallfolienschicht 1, die sich in einem Abstand von ca. 0,3 bis 1 mm von der Spule entfernt befindet, ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld hindurchgeht, werden in der Metallfolienschicht 1 sogenannte Wirbelströme erzeugt, die in denjenigen Teilen der Metallfolienschicht 1, die dem Wechselfeld ausgesetzt sind, eine Wärmeentwicklung hervorrufen. Die in der Metallfolienschicht 1 erzeugte Wärme wird den benachbarten Schichten 2 zugeleitet, die in einem solchen Maß erhitzt werden, daß sie zu einer homogenen Naht verschmolzen werden, die nach Abschalten des Wechselfeldes abkühlt und eine mechanisch dauerhafte Dichtung 7 bildet. Nach Beendigung des Schweißvorganges werden die Schweißeinheiten k und 5 von dem Schweißmaterial entfernt und an einer weiteren Zone des Schlauches abermals angelegt, und dieser Vorgang wird laufend wiederholt.

Die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung setzt natürlich voraus, daß das versiegelbare Material mindestens eine Lage Metallfolie, vorzugsweise eine Aluminiumfolie, enthält und daß diese Aluminiumfolie 1 direkt mit der Schicht 2 aus siegelbarem Material laminiert ist, denn die Erfindung beruht darauf, daß die für das Versiegeln erforderliche Wärme in der Schicht aus Metallfolie erzeugt und anschließend der Schicht aus versiegelbarem Material zugeführt wird.

109825/1869

Die in Fig. 2 gezeigte Preßeinheit k veranschaulicht die Ausbildung der Arbeitsspule 3» die in dem gegebenen Fall aus zwei in einem Epoxydharz eingebetteten Windungen einer Kupferschiene besteht. Die Anschlüsse 11 der Spule 3 sind an einem Hochrrequenzgenerator G angeschlossen, der einen hochfrequenten Strom von ca. 1,5 MHz liefert, der einen wechselnden Magnetfluß erzeugt, dessen maximale Feldstärke entlang der Windungen der Spule konzentriert ist. Da bei einer gemäß Fig. 2 ausgebildeten Versiegelungseinheit das Wechselfeld entlang der Windungen in hohem Maße konzentriert ist, werden beim Versiegeln zwei Schweißnähte gebildet, die in einem Abstand voneinander liegen, der dem in Fig. 2 mit A bezeichneten Abstand entspricht. Der geschweißte Schlauch wird zweckmäßigerweise durch Abschneiden zwischen den Schweißzonen in die vollständig versiegelten Verpackungseinheiten unterteilt. Um eine befriedigende Schweißung über die ganze Schlauchbreite zu gewährleisten, muß die Spule 3 natürlich langer sein als die Breite des plattgedrückten Schlauches, so daß sämtliche Teile des Schlauches sich im Bereich der Spule befinden.

Das beschriebene Verfahren gemäß der Erfindung kann zusammenfassend als ein Verfahren zum indirekten Erhitzen einer Schicht in einem Laminat durch Wärmeerzeugung in einer benachbarten Schicht des gleichen Laminates bezeichnet werden. Im vorliegenden Fall ist die zu erhitzende Schicht eine Schicht aus schweißbarem Thermoplast, die auf die Schweißtemperatur erhitzt werden soll, und dieses Erhitzen der Schicht aus versiegelbarem Material wird in solcher Weise durchgeführt, daß eine benachbarte Schicht aus Metallfolie durch ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld erhitzt wird, das in der Metallfolienschicht Wirbelstromverluste hervorruft. Der Wirbelstrom in der Metallfolienschicht erhitzt das Material der Metallfolie schnell, während die benachbarten Schichten aus Thermoplast von der direkten Einwirkung des hochfrequenten elektromagnetischen Feldes nahezu unbeeinflußt bleiben. Nur durch die Tatsache,

109825/1869

daß die erhitzte Metallfolienschicht der Versiegelungsschicht aus Thermoplast benachbart angeordnet ist, wird diese Versiegelungsschicht durch Konvektion von der Metallschicht her, also indirekt, auf die Schweißtemperatur erhitzt.

Es hat sich gezeigt, daß durch die Anordnung gemäß der Erfindung äußerst kurze Versiegelungsζeiten erzielt werden können, da die Wärme nicht erst durch wärmeisolierende Papierschichten 10 hindurchgeleitet zu werden braucht und außerdem Beschädigungen durch Versengen der Außenseite des Verpackungsmaterials vermieden werden, da ja die Arbeitsspule 3 oder die Versiegelungseinheit nur äußerst mäßig erwärmt werden. Die Schweißvorrichtung kann natürlich auch für andere Verpackungsmaterialien als solche verwendet werden, die entsprechend der obigen Beschreibung erst zu einem Schlauch umgeformt und dann mittels quergerichteter Veraiegelungszonen unterteilt werden sollen , und es besteht natürlich auch die Möglichkeit, in jeder der Versiegelungseinheiten eine Arbeitsspule 3 vorzusehen.

Patentansprüche

- B

109825/1869

Claims

Patentansprüche

1.j Verfahren zum Versiegeln eines Verpackungsmaterials (6), das eine Schicht (1) aus einer Metallfolie im Verein mit einer Schicht (2) aus einem Thermoplast enthält, die derart angeordnet ist, daß sie eine Versiegelungsschicht des Verpackungsmaterials (6) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß Schichten des Verpackungsmaterials (6), die derart ausgerichtet sind, daß die Schichten aus Thermoplast (2) einander zugewendet sind, aufeinandergelegt.und zwischen Preßeinheiten.(k, 5) gegeneinandergepreßt werden, dann mindestens Teile der zusammengepreßten Zone (7) der Einwirkung eines hochfrequenten, elektromagnetischen Wechselfeldes ausgesetzt werden, das im wesentlichen unter rechtem Winkel zu dem Verpackungsmaterial gerichtet ist, so daß in denjenigen Teilen der Metallfolienschicht (1) des Verpackungsmaterials (6), die dem elektromagnetischen Feld ausgesetzt sind, Wirbelströme induziert werden, die die Metallfolienschicht (1) erhitzen und die Wärme durch Konvektion auf die Versiegelungsschicht (2) aus Thermoplast übertragen, so daß diese zur Bildung einer dichten und mechanisch dauerhaften Schweißnaht zum Schmelzen gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolienschicht (1) aus Aluminiumfolie besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißmaterial aus Polyäthylen besteht.

h. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Wechselfeld eine Frequenz von zwischen 0,5 und 2 MHz hat.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis k, gekennzeichnet durch einen Generator

109825/1869

zur Erzeugung eines Wechselstroms mit einer Frequenz von zwischen 0,5 und 2 MHz, eine Arbeitsspule(3) zum Umwandeln des Wechselstromes in ein elektromagnetisches Wechselfeld und durch zwei Preßeinheiten (k, 5) die zum Zusammenwirken geeignet und derart ausgebildet sind, daß sie durch das Wechselfeld nicht in hohem Maß erhitzt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß

die Arbeitsspule (3) innerhalb der einen (4) der Preßeinheiten angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßeinheiten (4, 5) aus einem elektrisch isolierfähigen Material hergestellt sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 71 dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsspule (3) mit einem innerhalb der Arbeitsspule angeordneten Kern (8) aus Ferritpulvermaterial ausgestattet ist.

109825/1869

Leerseite