DE68910002T2

DE68910002T2 - Wasserdichter Karton mit auf seiner Innen- und Aussenfläche verschweisstem, einstückigem Ausgiesser.

Info

Publication number: DE68910002T2
Application number: DE89201087T
Authority: DE
Inventors: Michael Thomas Brown; Donald Edward Jones
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1988-05-20
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1994-05-11
Anticipated expiration: 2009-04-28
Also published as: DE68910002D1; EG18736A; PT90612A; JPH02127243A; MA21558A1; CA1330550C; DK243489A; PT90612B; ES2046446T3; ATE96107T1; EP0342729B1; FI892429A0; EP0342729A1; US4909434A; FI892429A; DK243489D0

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Verpackungen, insbesondere Kartons, die mit einem flüssigen Produkt, wie Milch, Saft oder sonstigen Getränken gefüllt werden.
Die vorliegende Erfindung nimmt weiteren Bezug auf solche flüssigkeitshältige Kartons, die aus Pappe od.dgl. Materialien bestehen, welche beschichtet worden sind, um ihre Oberflächen im wesentlichen feuchtigkeitsundurchlässig zu machen.
Die vorliegende Erfindung hat weiteren Bezug gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel auf einen Karton der Art, die als Giebel bekannt ist, mit einer doppelt geneigten Oberseite auf einem schachtelartigen Körper und mit einer Gießtülle an einer der geneigten Seiten, durch welche die enthaltende Flüssigkeit abgegeben wird.
Die vorliegende Erfindung nimmt weiter Bezug auf solche Kartons, bei denen die Gießtülle aus einem Stück besteht und in flüssigkeitsdichter Verbindung sowohl mit der innersten als auch mit der äußersten Seite der Kartonwand versiegelt ist.
Die vorliegende Erfindung nimmt noch weiter Bezug auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Befestigen der einteiligen Gießtülle in flüssigkeitsdichter Beziehung an beide Seiten der Kartonwand.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Das normale Verfahren des Abgebens einer Flüssigkeit von einem Giebeldachkarton hat darin bestanden, den versiegelten First des Giebels zu öffnen, indem seine gegenüberliegenden Seiten auseinandergezwungen werden. Diese Praxis ist allgemein beanstandet worden, weil beträchtliche Kraft von Hand erforder lich ist und sich ein potentielles Hygieneproblem stellt, u. zw. infolge des Erfordernisses einer direkten Manipulation des Giebeldaches, aus welchem die Flüssigkeit ausgegossen werden soll. Das Verfahren mangelt auch der dichten Wiederverschließbarkeit, wie sie erforderlich sein kann, um Fruchtfleisch enthaltende Saftprodukte zu schütteln, ohne diese zu verspritzen.
Wiederverwendbare Karton-Halte- und Gießvorrichtungen, die an einem Giebeldachkarton angreifen, sind entwickelt wordenum einige dieser Probleme zu vermeiden. Beispielsweise offene bart die US-A-4 723 689 einen solchen Halter mit einer Gießtülle, die eine Klinge auftweist, welche beim Drehen der Gießtülle eine kreisförmige Öffnung in die Kartonwand schneidet. Solche Halter sind jedoch nicht immer verfügbar, wenn der Konsument wünscht, einen Giebeldachkarton zu öffnen und ein flüssiges Produkt aus diesem abzugeben.
Dementsprechend sind beträchtliche Anstrengungen unternommen worden, um ein Öffnungs/Wiederverschließ-Merkmal, wie ein Kunststoffmundstück, in einer der geneigten oberen Wände des Giebeldachkartons zu montieren.
Die US-A-4 214 675 offenbart eine Möglichkeit, die ergriffen worden ist, um Produkte wie Weine oder andere alkoholische Getränke abzugeben, bei denen es erwünscht ist, einen Durchtritt von Luft in den Behälter zu verhindern, sobald der Abgabevorgang begonnen worden ist. Das Patent offenbart einen Flüssigkeit enthaltenden Beutel, der innerhalb eines Kartons versiegelt ist. Der Beutel hat eine Gießtülle, die an diesem befestigt ist und sich durch ein Loch im Karton erstreckt und die am Karton mittels eines Flansches und eines Stutzens befestigt ist, wobei der Flansch und der Stutzen durch einen Reibungssitz miteinander verbunden sind. Die Giebtülle umfaßt Durchdrlngungsmittel, die axial bewegt werden, um den Beutel zu zerreißen. Die abzugebende Flüssigkeit strömt aus dem Beutel durch die Gießtülle, ohne mit dem Schnittrand der Öffnung in dem Pappekarton in Berührung zu kommen. Wenn die Flüssigkeit abgegeben wird, fällt der Beutel zusammen. Ein Ventil in der Gießtülle bildet eine Luftschleuse, um den Durchtritt von Luft in den Beutel während und nach dem Abgeben von Flüssigkeiten aus diesem zu begrenzen. Diese Verpackung ist sowohl schwierig herzustellen als auch teuer.
Ein anderer Behälter, der einen solchen Beutel nicht auf weist, aber eine Gießtülle enthält, ist in der US-A-4 483 464 offenbart. Das Patent offenbart einen Behälterkörper mit einem Loch der erwünschten Größe in einer der geneigten Wände des Giebeldaches, dessen Innenseite mit einem thermohaftenden Kunststoffilm oder einer mit einem solchen Film laminierten Aluminiumfolie beschichtet ist. Ein Gießtüllenkörper mit einer inneren Gießtülle, die einen Gießkanal und einen Lufteinlaß aufweist, ist oberhalb der Öffnung in der Kartonwand an der Außenseite des Kartons mittels eines integralen Flansches oefestigt. Eine Kappe ist über dem oberen Ende des Gießtüllenkörpers angeordnet. Die Gießtülle umfaßt eine Klinge zum Zerschneiden des über der Öffnung im Behälterkörper haftenden Filmes, um den flüssigen Inhalt des Behälters abzugeben. Nach dem Öffnen sind die Schnittkanten der Öffnung in der Kartonwand dem flüssigen Inhalt des Kartons ausgesetzt. Im Falle eines Pappekartons, der mit einer flüssigkeitsundurchlässigen Beschichtung an seinen innersten und äußersten Flächen versehen ist, neigen die Schnittkanten der Öffnung, die nach dem Durchreißen der Siegelungsmembrane exponiert sind, dazu, den flüssigen Inhalt der Verpackung in die Pappe zu leiten, wodurch die Unversehrtheit der Kartonwand in jener Zone zerstört wird, in welcher die Gießtülle mit deren Oberfläche verbunden ist, wobei um die Gießtülle herum ein unangenehmes Aussehen erzeugt wird.
Ein noch anderer Giebeldachkarton mit einem Mundstück einteiliger Ausbildung ist in der US-A-4 669 640 beschrieben. Das Patent offenbart einen Giebeldachkarton aus Pappe und mit einer Öffnung, die in eine der geneigten Seitenwände der obersten Fläche des Kartons eingeschnitten ist. Die Öffnung wird durch ein Kunststoffmundstück einteiliger Ausbildung verschlossen. Die Mehrzahl der offenbarten Ausführungsbeispiele wendet einen Flansch an, der gegenüber einer Vielzahl von Halteansätzen entlang des rohrförmigen Durchganges im Mundstück angeordnet ist. Bei den meisten der offenbarten Ausführungsbeispiele wird das Mundstück von der innersten Fläche des Kartons her eingesetzt, bis die Halteansätze durch die Öffnung schnappen und das Mundstück zur Versiegelung in seiner Position festlegen. Der an der innersten Fläche der Kartonwand angeordnete Flansch wird danach in flüssigkeitsdichten Eingriff mit dem Randteil der Wand tim die Öffnung herum verschweißt. Der flüssige Inhalt des Kartons strömt durch den rohrförmigen Durchgang in dem einstückigen Mundstück, ohne mit den Schnitträndern der Öffnung in Berührung zu kommen. Jegliche Flüssigkeit, die mit der Außenseite des Kartons in Berührung kommt, z.B. infolge der Waschvorgänge bei der Herstellung oder infolge von Kondensationseffekten, die durch Temperaturänderungen hervorgerufen werden, tritt jedoch um die Öffnung herum in die exponierten Schnittränder ein, wodurch sich ein schlechteres Aussehen und eine strukturelle Verschlechterung der Kartonwand im Bereich des Mundstückes ergeben.
Das Patent offenbart in den Fig. 25 bis 27 eine Mundstückausführung, die einen Flansch umfaßt, der zum Abgeben des flüssigen Kartoninhaltes um die Öffnung herum an die Außenfläche der Giebeldachseitenwand geschweißt ist. Dieses Ausführungsbeispiel wendet aber keinen innersten Flansch oder eine flüssigkeitsdichte Versiegelung an und gestattet so, daß die Schnittränder der Öffnung gegen den flüssigen Inhalt des Kartons exponiert sind, und zwar sowohl vor als auch nach dem Öffnen des Kartons durch den Konsumenten. Selbst wenn eine innerste Feuchtigskeitssperrmembrane vorgesehen würde, um die Schnittränder der Öffnung vor dem Öffnen des Kartons durch den Konsumenten zu bedecken, würden die Schnittränder nach dem Öffnen der Feuchtigkeitssperrmembrane durch den Konsumenten dem flüssigen Inhalt des Kartons während des Aögabevorganges unmittelbar ausgesetzt sein.
Die vorerwähnten Flüssigkeitswanderungsprobleme der Ausführungsform nach der US-A-4 669 640 werden weiter durch die Art und Weise verschärft, in welcher das Mundstück geöffnet wird. Insbesondere wird das Mundstück dadurch geöffnet, daß der versiegelte Flansch von der äußersten Fläche der Kartonwand teilweise abgelöst wird und entlang einer Gelenklinie im Mundstück zurückgefaltet wird. Dieses Lösen des versiegelten Plansches von der Außenfläche des Kartonwandsubstrates bewirkt, daß Teile der feuchtigkeitsfesten äußeren Lage der Kartonwand während des Öffnungsvorganges von der Pappe abgelöst werden und am Mundstückflansch nach dem Öffnen des Mundstückes befestigt bleiben. Die rohen Kanten der Pappe werden dadurch in Zonen exponiert, über welche die abzugebende Flüssigkeit strömen muß, wodurch das Flüssigkeitswanderungsproblem ün dem Bereich, der die Öffnung der Kartonwand umgibt, verstärkt wird.
Es sind Versuche nach dem Stand der Technik unternommen worden, die vorerwähnten Probleme der Flüssigkeitswanderung zu lösen, indem Paare von Polymerlagen an den gegenüberliegenden Flächen der Kartonpappewand über einer Öffnung in der Kartonpappewand angeordnet werden, worauf die Polymerlagen, die mit der Öffnung koinzidieren, miteinander durch die Öffnung hindurch verbunden werden und danach ein Loch durch den zentralen Teil der verbundenen Lagen gestanzt wird. Die LTS-A-4 397 401 ist für einen solchen Versuch repräsentativ. Diese Technik ist üblicherweise schwierig auszuführen. Am wichtigsten ist jedoch vielleicht, daß keine leicht wiederverschließbare Gießtülle gebildet wird, die sich zum Schütteln des Produktes vor der Abgabe oder für eine verschmutzungsfreie Abgabe des flüssigen Produktes, wie Milch oder Saft, aus Kartons eignet, die aus Pappelaminat hergestellt sind.
Die DE-A-35 26 682 offenbart eine einstückige Gießtülle mit einem vorgeformtem äußeren Flansch und einem inneren Flansch, der durch Anwendung von Hitze und Druck geformt und versiegelt ist.

ZIELE DER ERFINDUNG

Es ist demnach ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Flüssigkeit enthaltenden Pappelaminat-Kartzn zu schaffen, der eine einstückige Kunststoffgießtülle aufweist, die ein Paar gegenüberliegender Flansche hat, welche um ene Öffnung in einer der Kartonwände herum gesiegelt sind, u. zw. sowohl an die innerste als auch an die äußerste Fläche der Kartonwand.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Befestigen der einstückigen Gießtülle in flüssigkeitsdichter Beziehung sowohl an der innersten als auch an der äußersten Fläche der Kartonwand zu schaffen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die vorliegende Erfindung einen Giebeldach-Pappelaminat-Karton zur Aufnahme eines flüssigen Produktes, wie Milch, Saft, etc. Die innersten und äußersten Flächen des Kartons sind typischerweise mit einem Polymer beschichtet, das sowohl flüssigkeitsundurchlässig und vorzugsweise auch wärmeverschweißbar ist.
Eine der geneigten Seitenwände des obersten Endes des Kartons umfaßt vorzugsweise eine Öffnung, die mit einer Kunststoffgießtülle ausgestattet ist. Die Gießtülle weist einen Flüssigkeitsdurchgang auf, der vorzugsweise eine membranartige Versiegelung über der Abgabeöffnung anwendet, um einen Garantienachweis zu liefern und ein Abschrauben bzw. eine Verschmutzung zu verhindern. Die Gießtülle umfaßt vorzugsweise ferner wiederversiegelbare Verschlußmittel, wie eine Schraubkappe oder eine Schnappkappe, die durch eine komplimentäre Ring/ Nutanordnung an Ort und Stelle gehalten werden.
Die Gießtülle ist vorzugsweise aus Kunststoff geformt und vor dem Aufbringen weist sie einen innersten Flansch und ein akkordeonartiges dehnbares Segment über seine Länge auf. Diese Gießtülle wird durch ein Loch eingesetzt, das von der Innenseite des Kartons her geschnitten ist. Das akkordeonartige Segment wird danach durch Zusammendrücken der Gießtülle expandiert, um einen äußersten Flansch zu bilden, und die Flansche werden danach an den gegenüberliegenden Flächen der Kartonwand um den Umfang des geschnittenen Loches herun versiegelt.
Die den Karton berührenden Flächen sowohl der obersten (äußersten) und untersten (innersten) Flansche werden danach in flüssigkeitsdichter Beziehung mit den äußersten und innersten Flächen der Kartonwand um den Umfang der Öffnung herum versiegelt. Der Versiegelungsvorgang kann stufenweise oder gleichzeitig vorgenommen werden. Die resultierende Doppelflanschausbildung bildet nicht nur eine mechanisch formschlüssige Verriegelung zwischen dem Kunststoff der Gießtülle und der Kartonwand, sondern, was noch wesentlicher ist, isoliert die Schnittränder der Öffnung gegen die Flüssigkeit, entweder von der Innenseite des Behälters oder von der Umgebung her, welche der Karton vom Zeitpunkt der Herstellung bis zum Wegwerfen durchlaufen muß, nachdem sein Inhalt konsumiert worden ist.
Gleichgültig welche Konfiguration gewählt wird, wird das Polymer, welches die Kunststoffgießtülle bildet, vorzugsweise derart gewählt, daß es eine gute flüssigkeitsdichte Siegelung mit den feuchtigkeitsundurchlässigen Beschichtungen auf der äußersten und innersten Seite der Kartonwand bildet.
Während der Flanschbildung und den Fianschsiegelungsvorgängen muß Sorgfalt ausgeübt werden, um sicherzustellen, daß die feuchtigkeitsundurchlässigen Beschichtungen auf der äußersten und innersten Fläche der Kartonwand während des Verbindungsvorganges nicht eingerissen oder weggeschmolzen werden Ansonsten kann Flüssigkeit entweder aus dem Inneren oder aus dem Äußeren des Behälters das Pappesubstrat durch solche Beschichtungslücken erreichen und dadurch eine Verschlechterung und/oder ein ungünstiges Aussehen der Pappe im Bereich der Gießtülle verursachen.
Es hat sich auch gezeigt, daß es sehr erwünscht ist, wenn die Flansche der äußersten und Innersten Fläche der Kartonwand ein gewisses Ausmaß an Flexibilität aufweisen, das sich nicht wesentlich von der Flexibilität der Kartonwand unterscheidet. Wenn die Flansche zu steif sind, kann eine mechanische Bewegung der Gießtülle eine Ablösung der Kartonwand um den Umfang des Flansches oder der Flansche herum verursachen, wodurch das darunterliegende Pappesubstrat gegen den Flüssigkeitsinhalt der Packung und/oder der Feuchtigkeit der Umgebung, welche die Pakkung durchlaufen muß, exponiert wird. We bereits früher angegeben worden ist, verursacht dies eine Verschlechterung der Integrität der Kartonwand und des Aussehens im Bereich der Verbindung mit der Gießtülle.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Während die Beschreibung mit Ansprüchen endet, welche die vorliegende Erfindung besonders herausstellen und unterscheidend beanspruchen, wird angenommen, daß die vorliegende Erfindung aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den angeschlossenen Zeichnungen besser verständlich wird, in denen zeigen:
Fig. 1 eine stark vergrößerte, vereinfachte gesprengte Darstellung einer mit einer Öffnung versehenen Kartonwand, einer einteiligen Gießtülle, einer einen Öffnungsvorgang anzeigenden Versiegelungsmembrane und einem mit Gewinde versehenen Wiederverschließmittel gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine stark vergrößerte vereinfachte Querschnittsdarstellung der Innenseite des Amboß, der verwendet wird, um die Abdichtung gegen die innerste Fläche der Kartonpappewand herzustellen;
Fig. 5A eine vereinfachte Querschnittsdarstellung der Gießtülle und des Kartons, nachdem der innerste Flansch an die innerste Fläche der Kartonwand gesiegelt worden ist;
Fig. 5B eine Querschnittsdarstellung ähnlich jener nach Fig. 5A, die aber den äußersten Amboß und einen innersten Amboß in der Abstützposition zum Siegeln des äußersten Flansches an die äußerste Fläche der Kartonwand zeigt;
Fig. 6 eine Querschnittsdarstellung des Ausführungsbeispieles der Gießtülle nach Fig. 1, nachdem diese zusammengedrückt worden ist, um einen äußersten Flansch zu bilden, der an die äußerste Fläche der Kartonwand um den Umfang des Schnittloches in der Kartonwand herum geslegelt werden kann;
Fig. 10 eine schematische Querschnittsdarstellung eines alternativen Systems zum gleichzeitigen Siegeln der innersten und äußersten Flansche der Gießtülle an die Pappe des Kartons, wobei das System gezeigt ist, nachdem die Ambosse geschlossen worden sind;
Fig. 7 eine vereinfachte schematische Querschnittsdarstellung eines alternativen Systems zum Siegeln des äußersten Flansches der Gießtülle an die Kartonpappe;
Fig. 8 eine vereinfachte Querschnittsdarstellung eines anderen alternativen Systems zum Siegeln des äußersten Flansches der Gießtülle an die Kartonpappe; und
Fig. 9 eine vereinfachte schematische Querschnittsdarstellung eines noch anderen alternativen Systems zum Siegeln des äußersten Flansches der Gießtülle an die Kartonpappe.

DETAILLIERTE OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

EINTEILIGE KUNSTSTOFF-GIESSTÜLLE

Die vorliegende Erfindung weist gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel eine einteilige Gießtülle auf, die an einer Kartonpappepackung befestigt werden kann. Die Gießtülle, die einen zentral angeordneten Flüssigkeitsdurchgang hat, kann entweder gleichzeitig sowohl an die Innenseite als auch an die Außenseite der Kartonpappe oder nacheinander an diese beiden Seiten gesiegelt werden, wodurch ein Paar von flüssigkeitsdichten Siegeln gebildet wird, welche die Schnittränder des Loches in der Kartonpappewand davor schützen, der Flüssigkeit ausgesetzt zu sein. Fig. 1 ist eine gesprengte schematische Querschnittsdarstellung, welche eine Gießtülle, eine Kartonwand, eine Siegelungsmembrane und einen wiederversiegelbaren Verschluß zeigt. Die Gießtülle 501 hat einen Gewindeabschnitt 1a, einen äußeren Flansch 506, und einen inneren Flansch 504. Eine passende Gewindekappe 1b und eine mit einer Zuglasche ausgestattete, einen Öffnungsversuch anzeigende Auskleidung 1c, die normalerweise quer über die Abgabeöffnung der Gießtülle gesiegelt wird, werden vorzugsweise an die Gießtülte 501 vorher angebaut, um einen Einsatz zu bilden, der als eine Anordnung an der Laminatkartonpappe 2 befestigt werden kann.
Die Laminatkartonpappe 2 hat eine äußerste Schicht 2a, die aus einem Polymermaterial besteht (typischerweise Polyethylen niedriger Dichte, das nachfolgend als LDPE bezeichnet wird) und eine innerste Schicht 2b, die aus einem Polymermaterial (typischerweise LDPE, einer Mischung aus LDPE und einem Ionomer, gloycolmodifiziertem Polyethylenterephthalat, das nachfolgend als PETG bezeichnet wird, oder Polyethylenterephthalat, das nachfolgend als PET bezeichnet wird) besteht und umfaßt eine Öffnung 5, die groß genug ist, daß eine Gießtülle 501 hindurchgeht, bevor sie vollständig verformt ist. Eingebettet zwischen der innersten und der äußersten Schicht ist normalerweise eine Schicht aus Zellulosekartonpappe 2c und eine Sperrschicht 2d, die typischerweise aus einem Material, wie einer Folie, PETG oder Ethylenvinylalkohol besteht, das nachfolgend als EvOH bezeichnet wird.
Wie früher erwähnt haben Kartons der hier allgemein offenbarten Art im wesentlichen wasserundurchlässige Schichten 2b und 2a an ihrer innersten und äußersten Fläche. Die innerste und die äußersten Schichten haben typischerweise eine Dicke in der Größenordnung von 0,0008 bis etwa 0,0014 Zoll (1 Zoll 2,45 cm). Die Pappezwischenschicht 2c hat typischerweise eine Dicke in der Größenordnung von etwa 0,017 bis etwa 0,024 Zoll. Die Sperrschicht 2d hat typischerweise eine Dicke in der Größenordnung von etwa 0,000285 bis etwa 0,00035 Zoll, wenn sie aus einer Aluminiumfolie besteht, und eine Dicke in der Größenordnung von etwa 0,0006 bis etwa 0,0017 Zoll, wenn sie aus einem Polymermaterial besteht, wie PETG oder EvOH.
Wenn eine polymerische Sperrschicht 2d statt der Aluminiumfolie angewendet wird, wird vorzugsweise eine andere Schicht (nicht gezeigt) zwischen der Pappeschicht 2c und der innersten Schicht 2d als Sandwich angeordnet, um eine leichte Blockierung für Produkte zu bilden, die einem Abbau durch Licht unterliegen. Diese zusätzliche Schicht besteht typischerweise aus einem pigmentierten LDPE mit einer Dicke von etwa 0,008 bis etwa 0,0015 Zoll.
Bei einem illustrativen Kartonausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wurde der Karton aus im Handel erhältlicher Kartonpappe 2 aufgebaut. Die innerste Schicht 2b bestand aus LDPE mit einer Dicke von etwa 0,0014 Zoll, die Sperrlage 2d bestand aus Aluminiumfolie mit einer Dicke von etwa 0,00035 Zoll, die Schicht 2c bestand aus Pappe mit einer Dicke von etwa 0,0238 Zoll und die äußerste Schicht 2a bestand aus LDPE mit einer Dicke von etwa 0,0008 Zoll.

EINSTÜCKIGE GIESSTÜLLENAUSBILDUNG

Fig. 1 zeigt eine einstückige Gießtülle 501 gemäß der Erfindung und ein Schnittloch 5 in einer Kartonpappewand 2 vor dem Siegelungsvorgang, der ein Durchdrücken des Einsatzes durch das Schnittloch 5 von der Innenseite der Packung her umfaßt. Die einteilige Gießtülle 501 umfaßt einen Gewindeabschnitt la, eine Siegelungsmembrane 1c und eine mit: Gewinde versehene Schließkappe 1b. Bei dieser Ausführungsform umfaßt ein Einsatz eine Gießtülle 501, eine Abdichtungsmembrane 1c und eine mit Gewinde versehene Wiederverschließkappe 1b, wobei der Einsatz durch das Schnittloch 5 von der Innenseite der Verpackung her hindurchgedrückt wird und der innere Flansch 504 der Gießtülle 501 gegen die innerste Fläche 2b der Kartonwand zur Anlage kommt. Der Flansch zur Erzielung einer äußeren flüssigkeitsdichten Abdichtung mit der äußeren Schicht 2a der Kartonpappe 2 wird geformt, indem der Flansch 504 durch Kräfte F&sub1; abgestützt und der Gewindeabschnitt 1a der Gießtülle 501 gegen die Kartonpappe durch eine Kraft F&sub2; zurückgedrückt wird. Dadurch fällt die Wand der Gießtülle entlang eines vorbestimmten Gelenkringes 508 zusammen, wie dies allgemein in Fig. b gezeigt ist. Der resultierende doppelwandige Flansch 506 und der innerste Flansch 504 werden vorzugsweise an die gegenüberliegenden Flächen der Kartonpappe 2 um den Umfang des Schnittloches 5 in einer hier beschriebenen Weise gesiegelt. Die Schnittkanten des Loches 5 in der Wand der Kartonpappe 2 sind gegen jeglichen Flüssigkeitszutritt durch flüssigkeitsdichte Siegel geschützt, die zwischen dem äußersten Flansch 506 und der äußersten Kartonpappelage 2a sowie dem innersten Flansch 504 und der innersten Kartonpappelage 2b gebildet sind.
Während die vorliegende Erfindung nicht auf irgendeine besondere Größe der Abgabeöffnung beschränkt ist, wird der Gewindeabschnitt 1a der Gießtülle 1 vorzugsweise so ausgebildet, daß er eine Standardschraubkappe im Bereich von 28 bis 38 mm aufnehmen kann. Als illustratives Beispiel hat sich eine 33 mm-Schraubkappe mit Abmessungen, die den SPI-Leitlinien SP-400 entsprechen, als besonders gut geeignet zur Anwendung auf einem 1,8 kg-(64 Unzen)-Saftkarton erwiesen.
Die Gesamtlänge der installierten Gießtülle ist vorzugsweise ausreichend, damit die durch die Abgabeöffnung abgegebene Flüssigkeit nicht imstande ist, während eines normalen Abgabevorganges auf die Kartonwand aufzutreffen, an welcher die Gießtülle befestigt ist. Zusätzlich sind die Querschnittsfläche und Konfiguration des Flüssigkeitsdurchganges und der Abgabeöffnung an der Gießtülle so ausgebildet, daß aus dem Karton abgegebene Flüssigkeit den Flüssigkeitsdurchgang in der Gießtülle während eines normalen Abgabevorganges nicht vollständig blockieren kann, d.h. eines Abgabevorganges, bei welchem der Karton nicht vollständig umgekehrt wird. Dies ermöglicht es, daß der Karton während des Abgabevorganges zur Atmosphäre belüftet bleibt, wodurch Verlegungsprobleme vermieden werden, die normalerweise auftreten, wenn innerhalb des Kartons während des Abgebens ein Vakuum erzeugt wird. Bei einem 1,8 kg-(64 Unzen)-Saftkarton hat eine zentral angeordnete Gießtülle mit einem Flüssigkeitsdurchgang, dessen Durchmesser etwa 1 Zoll und dessen gesamte Einbaulänge etwa 13 mm (1/2 Zoll) betrug, sehr akzeptable Abgabeeigenschaften ergeben.
Die dargestellte Gießtülle wird vorzugsweise in einem Spritzgießvorgang hergestellt.

VERFAHRENSBESCHREIBUNG

Das Siegeln des Einsatzes an den Karton von innen her wird durch eine aufwärts gerichtete Axialbewegung eines beheizten Amboß 7 erzeugt. Der Amboß 7 bewegt sich axial gegen den inneren Flansch 504 der Gießtülle 501 des Einsatzes. Beim Kontakt zwischen dem Amboß 7 und dem Einsatz beginnt der Amboß den inneren Flansch 504 zu erhitzen. Der Amboß 7 muß die Hitze auf den inneren Flansch 504 rasch und in einem solchen Ausmaß übertragen, daß ein Erweichen und vorzugsweise ein Schmelzen des den Flansch bildenden Kunststoffes bewirkt wird. Der Amboß 7 setzt seine Bewegung gegen die Kartonwand 2 fort und drückt den erweichten oder geschmolzenen Kunststoff gegen die innere Schicht 2b der Kartonwand 2. Ein positiver Druck ist notwendig, um die gesamte Luft herauszudrücken, die zwischen dem Amboß 7 und dem inneren Flansch 504 sowie zwischen dem inneren Flansch 504 und der inneren Schicht 2b der Kartonpappe eingeschlossen ist. Um die Gefahr eines vollständigen Wegschmelzens der innersten Schicht 2b der Kartonpappe 2 zu minimieren, wird bevorzugt, daß der Amboß 7 keinen direkten Kontakt mit der innersten Schicht der Kartonpappe während des Siegelungsvorganges macht.
Als Ergebnis des Zusammendrückens des erweichten oder geschmolzenen Kunststoffes des inneren Flansches 504 wird dieser Kunststoff in innigen Kontakt mit der innesten Fläche 2b der Kartonwand gebracht und eine starke Haftung resultiert.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die innere Schicht 2b der Kartonwand 2 aus LDPE, und der Einsatz 501 besteht aus einem hochdichten Polyethylen, das nachfolgend als HDPE bezeichnet wird. Da diese beiden Polymere beide von der Olefinfamilie stammen, sind sie kompatibel und eine gute Haftung ist möglich. Die vom Amboß 7 auf den Flansch 504 und vom Flansch 504 auf die Schicht 2b übertragene Wärme erzeugt die notwendige Energie zum molekularen Mischen zwischen dem HDPE in dem inneren Flansch 504 des Einsatzes und der innersten Schicht 2b des LDPE in der Kartonwand 2. Zusätzlich wird durch die Wärmeübertragung vom Amboß 7 zum inneren Flansch 504 der Kunststoff der Gießtülle 1 erweicht, wodurch der Mantel 4 ohne zu brechen gebogen werden kann. Die vom Amboß 7 ausgeübte Kraft verbessert die Wärmeübertragungsrate (durch das Austreiben von eingeschlossener Luft) und schafft die Druckwirkung, die erforderlich ist, um die Querschnittsfläche der endgültigen Abichtung auf der Verpackung zu erhöhen.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besteht die Gießtülle 1 aus HDPE und der innere Flansch 504 wird während des Siegelungsvorganges über seinen kristallinen Schmelzpunkt hinaus erhitzt. Bei Temperaturen oberhalb des kristallinen Schmelzpunktes, d.h. etwa 273ºF verformt sich der innere Flansch 504 leichter als bei niedrigen Temperaturen. Zusätzlich minimiert das Ausführen des Stauchund Siegelungsschrittes bei Temperaturen oberhalb des kristallinen Schmelzpunktes der Gießtülle die Restspannung im inneren Flansch 504, nachdem dieser gesiegelt worden ist. Schließlich wird die Klebebindung zwischen dem HDPE im inneren Flansch 504 und der innersten Kartonpappeschicht 2b, die vorzugsweise aus LDPE besteht (kristalliner Schmelzpunkt von etwa 230ºF) verbessert, wenn das HDPE im inneren Flansch 504 geschmolzen wird.
Alternativ kann der innere Flansch 504 der Gießtülle 2 einfach über seine Erweichungstemperatur erhitzt werden, ohne jemals seinen kristallinen Schmelzpunkt zu erreichen. In diesem Fall wird es bevorzugt, daß das Material im inneren Flansch 504 der Gießtülle 1 einen höheren kristallinen Schmelzpunkt hat als die innerste Polymerschicht 2b der Kartonpappe. In letzterem Fall wird es bevorzugt, daß der erweichte, aber nicht geschmolzene innere Flansch 504 ausreichend Wärme an die innerste Schicht 2b der Kartonpappe 2 überträgt, um die innerste Polymerschicht 2b der Kartonpappe 2 zu schmelzen.
Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung könnte die innerste Schicht 2b der Kartonpappe 2 um den Umfang des Schnittloches 5 herum speziell behandelt werden, um eine Klebung mit dem inneren Flansch 504 der Gießtülle 1 zu erzielen. Beispielsweise könnte eine Oberflächenbehandlung, wie eine Coronaentladung oder ein heißes Gasplasma, auf die innerste Schicht 2b der Kartonpappe 2 angewendet werden. Alternativ (oder zusätzlich) könnte ein drucksensitiver oder wärmeaktivierter Klebstoff, der gegen Flüssigkeit resistent ist, auf diese Bereiche des Kartons aufgebracht werden.
Der Siegelungsvorgang wird durch die Temperatur des Amboß 7, die von diesem auf den inneren Flansch 504 der Gießtülle 1 ausgeübte Kraft und durch die Amboß/Flanschkontaktzeit gesteuert. Andere Variablen, die eine wesentliche Aufgabe beim Siegelungsverfahren spielen, sind die Rmboßgeometrie, die Amboßoberflächeneigenschaften (z.B. Nichthaften), die Flanschgeometrie, das Flanschmaterial, die Komponentenmaterialien der Kartonpappe und die Ausrichtung der Siegelungsvorrichtung.

EINSATZAUFNEHMER

Der Aufnehmer 3 hat drei Hauptfunktionen. Zuerst bewirkt er eine Ausrichtung des Einsatzes 1 sowohl mit der Achse des Schnittloches 4 im Karton als auch innerhalb des Amboß 7. Zweitens stützt der Finsatzaufnehmer 3 die Einsatzgießtülle über die Oberfläche 3a während des Stauchvorganges des inneren Flan- sches ab. Drittens stützt der Einsatzaufnehmer 3 den äußeren Flansch 6 und folglich die Kartonpappe 2 über die Oberfläche 3b während des Siegelungsschrittes des inneren Flansches ab.
Es ist deshalb erwünscht, daß sowohl der Gießtüllenabschnitt des Einsatzes als auch die Kartonpappe 2 während des Stauch- und Siegelungsschrittes des inneren Flansches abgestützt sind.
Dem Fachmann ist klar, daß eine exzessive Bewegung des Einsatzes oder der Kartonpappe 2 während des Stauch- und Siegelungsschrittes die Oberflächenzone der inneren Flanschdichtung beeinträchtigen kann. Da es schwierig wäre, eine gleichzeitige Abstützung sowohl des äußeren Flansches 6 als auch der Kappenoberfläche für den gesamten Bereich von Stapelhöhen vorzusehen, die normalerweise einem Assortiment von Kappen, Dichtungsmembranen und Gießtüllen auftreten, welche zum Zusammenbau jedes Einsatzes verwendet werden, wird der Einsatzaufnehmer 3 vorzugsweise so ausgebildet, daß er stets die Oberseite der Kappe zuerst berührt und danach eine gewisse Aufwärtsbewegung des Flansches 6 und der Kartonpappe 2 gestattet, welche das Schnittloch 5 umgibt, wenn der Amboß sich nach oben bewegt. Typischerweise haben Stapelhöhenvariationen von etwa 0,007 Zoll oder weniger im gesamten Indikatorbereich keine signifikanten Probleme bei der hier offenbarten Anwendung gestellt.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung könnte ein Einsatzaufnehmer 3 mit Oberflächen 3a und 3b, die zumindest in einem gewissen Ausmaß elastisch sind, angewendet werden, um Stapelhöhenvariationsprobleme zu vermeiden. Die elastischen Oberflächen des Einsatzaufnehmers 3 würden sich in unmittelbarer Beziehung zu den Änderungen der Stapelhöhe des Einsatzes verformen.

DER INNERE AMBOSS

Fig. 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Amboß 7, der für die Innensiegelung verwendet wird. Er hat einen größeren und einen kleineren Durchmesser wie dies angegeben ist Der größere Durchmesser 7a beeinflußt die Grenze des Außendurchmessers der Innenabdichtung. Der kleinere Durchmesser 7b definiert einen Pfropfenteil des Amboß und ist so ausgebildet, daß er im wesentlichen dem Innendurchmesser entspricht, d.h. dem Flüssigkeitsdurchgang der Gießtülle 1 des Einsatzes. Der Pfropfenteil des Amboß stellt ein Mittel zum Verhindern einer exzessiven Strömung des Kunststoffes gegen die Innenseite der Gießtülle dar. Die Ecke 7c des Amboß sollte derart ausgebildet sein, daß sie eine exzessive Ausdünnung des Flanschellbogens 4a der Gießtülle 1 minimiert. Dies kann durch sorgfältige Wahl eines kleinen Radius erreicht werden, keines Radius oder einer geringen Ausnehmung, wie dies allgemein in Fig. 3 gezeigt ist. Gleich welche Konfiguration gewählt wird, wird der Amboß 7 vorzugsweise mit einem nicht-haftenden Material beschichtet, so daß er am Werkstück nicht haftet.

AUSRICHTUNG DES ElNSATZAUFNEHMERS UND DES AMBOSS

Die axiale Ausrichtung des Einsatzaufnehmers 3 (und folglich der Gießtülle 1), des Schnittloches 5 in der Kartonwand 2 und des Amboß 7 ist für die Bildung von annehmbaren flüssigkeitsdichten Abdichtungen wesentlich. Eine beträchtliche Versetzung in der axialen Ausrichtung ergibt nämlich ein Verdünnen der Gießtüllenwand am Ellbogenabschnitt 4a.
Eine wesentliche Versetzung der Parallelität zwischen den Amboßflächen 3a, 3b und der Amboßfläche 7a ist ebenfalls unerwünscht, weil dies in Änderungen des Ausmaßes der auf den Flansch 4 während des Siegelns aufgebrachten Kraft resultiert. Diese Änderungen können zu Siegelungsdickenänderungen und in Extremfällen zu unvollständigen Abdichtungen führen.

AUSSENABDICHTUNGSAUSBILDUNG UND VERFAHRENSMERKMALE

Die Fig. 5A und 5B sind schematische Querschnittsdarstellungen des Siegelungsverfahrens des Außenflansches. Der Vorgang für die Außensiegelung ist allgemein ähnlich jenem der Innensiegelung. Ein erhitzter Amboß 8 wird in Kontakt mit dem äußeren Flansch 6 der Gießtülle 1 des Einsatzes gebracht. Der Amboß, der vorzugsweise während des gesamten Siegelungsvorganges auf einer konstanten Temperatur gehalten wird, überträgt die Wärme über die Oberfläche 8a auf den Flansch 6, wodurch das Material des Flansches zum Erweichen und vorzugsweise zum Schmelzen gebracht wird. Die auf den Arnboß 8 in axialer Richtung aufgebrachte Kraft wird ebenfalls auf den Flansch 6 übertragen, wodurch das erweichte oder geschmolzene Kunststoffmaterial an der Außenfläche 2a der Kartonpappe 2 zum Haften gebracht wird. Der Amboß 8 liefert positiven Druck auf den Flansch 6 während des Siegelungszyklus. Um die Gefahr eines kompletten Wegschmelzens der äußersten Schicht 2a der Kartonpappe 2 zu minimieren wird es bevorzugt, daß der erhitzte Amboß 8 die äußerste Schicht der Kartonpappe während des Siegelungsvorganges nicht berührt.
Die Innenfläche der Kartonpappe 2 wird während des Außenflansch-Siegelungsvorganges durch einen inneren Amboß 9 mit einer Öffnung 10 abgestützt, die geringfügig größer als der innere Flansch 4 ist, wie dies allgemein in Fig. 5B gezeigt ist. Um sicherzustellen, daß er am Werkstück nicht haftet, ist der Amboß 8 vorzugsweise mit einem nicht-haftenden Material, wie Teflon, beschichtet. Falls erwünscht kann der Stützamboß 9 ebenfalls beschichtet sein.
Die Amboßtemperatur, die vom Amboß 8 auf den Flansch 6 aufgebrachte Kraft und die Amboß/Flansch-Kontaktzeit, das Flanschmaterial, die Flanschdicke und das Material der Außenschicht der Kartonpappe sind alle Variablen, die einen Einfluß auf die Siegelung haben können. Wie im Falle der Innensiegelung ist die Siegelungsausrüstung so ausgebildet, daß sie robust ist und eine gute axiale Toleranz zwischen der Mittellinie des Einsatzes und der Mittellinie der Ambosse 8 und 9 liefert. Die unterste Amboßfläche 8a des Amboß 8 sollte auch parallel zur obersten Fläche 9a des Stützamboß 9 und folglich zur äußersten Fläche 2a der Kartonpappe 2 sein, um eine Gleichmäßigkeit der endgültigen Abdichtung zu gewährleisten.
Die endgültige flüssigkeitsdichte Siegelung des äußeren Flansches 6 ist ein Ring, der im wesentlichen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser des Amboß 8 entspricht. Die Enddicke der Außenabdichtung liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 0,001 bis etwa 0,015 Zoll. Wenn die Siegelungsdicke innerhalb dieses Bereiches liegt, wird der Kunststoff nach dem Aushärten normalerweise an der äußersten Schicht 2 der Kartonpappe 2 haften, selbst wenn die Kartonpappe einein gewissen Ausmaß an Verformung bei der Handhabung und im Gebrauch unterliegt. Für eine HDPE-Gießtülle 1 wird eine endgültige Außensiegelungsdicke von weniger als etwa 0,008 Zoll am stärksten bevorzugt. Wenn der versiegelte Teil des Flansches zu dick und folglich zu steif ist, um sich mit der Kartonwand zu biegen, hat er Schwierigkeiten, sich an die Pappe anzupassen, wenn die Kartonpappe geringen Verformungen unterliegt, und die Pappe kann sich in Bereich der Dichtung ablösen. Um solche Kartonpappenablösungsprobleme zu minieren wird es bevorzugt, daß die Dicke des Umfanges des Außenflansches 2 der Gießtülle vor dem Versiegeln auf einem Minimum gehalten wird. Dies minimiert anderseits große Dickenunterschiede zwischen der Pappe und dem an diese gesiegelten Flansch 6. Andere Mittel zum Minimieren der Wirkung der großen Dickenunterschiede zwischen der Pappe und dem Flansch oder den Flanschen bestehen darin, eine allmähliche Abschrägung oder einen Radius zwischen den dicken und dünnen Abschnitten des Flansches oder der Flansche vorzusehen, wie dies allgemein bezüglich des Flansches 6 der Gießtülle 1 gemäß Fig. 1 gezeigt ist. Da der Amboß den ihn berührenden Kunststoff verformt, kann ein Radius oder eine Abschrägung auch gleichzeitig dann geformt werden, wenn der Flansch an der Packung zum Haften gebracht wird, wenn der Amboß entsprechend geformt ist.

GIESSTÜLLENAUSBILDUNG

Fig. 1 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht einer besonders bevorzugten Kunststoff-Gießtülle 1, die in Kartons gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Sie hat einen inneren Flüssigkeitsdurchgang, einen Gewindeabschnitt 1a, einen Außenflansch 6 und einen unteren Flansch 504. Während die vorliegende Erfindung nicht auf irgendeine besondere Größe der Angabeöffnung beschränkt ist, ist der Gewindeabschnitt 1a der Gießtülle 1 vorzugsweise so ausgebildet, daß er eine Standardschraubkappe im Bereich von 28-38 mm aufnimmt. Als illustratives Beispiel hat sich eine 33 mm-Schraubkappe mit Abmessungen entsprechend den SPI-Leitlinien SP-400 als besonders gut geeignet zur Verwendung auf einem 64 Unzen-Saftkarton erwiesen.
Die Gesamtlänge der installierten Gießtülle ist vorzugsweise ausreichend, damit die durch die Abgabeöffnung abgegebene Flüssigkeit nicht auf die Kartonwand auftreffen kann, an welcher die Gießtülle während des normalen Abgabevorganges befestigt ist. Zusätzlich sind die Querschnittsfläche und die Konfiguration des Flüssigkeitsdurchganges sowie der Abgabeöffnung an der Gießtülle so ausgebildet, daß aus dem Karton abgegebene Flüssigkeit den Flüssigkeitsdurchgang in der Gießtülle während eines normalen Abgabevorganges nicht vollständig blockieren kann, d.h. eines Abgabevorganges, bei welchem der Karton nicht vollständig umgedreht ist. Dies gestattet es, daß der Karton während des gesamten Abgabevorganges zur Rtmosphäre belüftet bleibt, wodurch Verlegungsprobleme vermieden werden, die normalerweise auftreten, wenn innerhalb des Kartons während des Abgebens ein Vakuum erzeugt wird. Beim 64 Unzen-Saftkarton erzeugt eine zentral angeordnete Gießtülle mit einem Flüssigkeitsdurchgang, der etwa 1 Zoll Durchmesser und eine gesamte installierte Länge von etwa 1/2 Zoll hat, sehr annehmbare Abgabeeigenschaften.
Der Außenflansch 6 der Gießtülle 1 ist vorzugsweise so ausgebildet und bemessen, daß die Erfordernisse für die Formung, Hitzesiegelung und strukturelle Integrität optimiert sind. Der dargestellte Flansch 6 ist radial abgeschrägt, um seine Herstellung zu erleichtern, sowie seine über den Umfang gemessene Dicke zu minieren. Die dargestellte Gießtülle wird vorzugsweise in einem Spritzgießvorgang hergestellt.
Wie bereits früher erwähnt worden ist, wird der Außenflansch 6 an die Außenfläche des Kartons in einer Weise gesiegelt, die allgemein ähnlich jener des Flansches 504 ist. Der Flansch 6 ist vorzugsweise dünn, um die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit von seiner oberen, den Amboß kontaktierenden Oberfläche auf seine untere, die Kartonpappe kontaktierende Oberfläche zu verbessern. Um die strukturelle Integrität zu naximieren, wird eine große stufenartige Dickenzunahme des Flanschquerschnittes vorzugsweise vermieden. Die in Fig.1 dargestellte Gießtüllenausführung 1 umfaßt einen Außenflansch 6 mit allmählicher Abschrägung. Sobald er an die äußerste Schicht 2a der Kartonpappe 2 gesiegelt ist, hat der gesiegelte Teil des Außenflansches 6 beträchtlich geringere Dicke als jener Teil des Flansches, der nahe der Gewindewand angeordnet ist. Diese Differenz im Flanschquerschnitt sollte auf einem Minimum gehalten werden, um zu vermeiden, daß an diesem Punkt eine größere Spannungskonzentration stattfindet. Wenn diese Dickenänderung zu groß ist, könnte die an dem Verbindungspunkt vorhandene Spannungskonzentration zu einem Versagen des Flansches am Verbindungspunkt zum dickeren Abschnitt führen, wenn die Gießtülle einer Bewegung unterliegt. Ein Versagen der Siegelung des Flanschinnenrandes mit der äußersten Schicht 2a der Kartonpappe würde natürlich die vom Flansch bewirkte Flüssigkeitsabdichtung vernichten, wodurch Flüssigkeit zum exponierten Papperand 2c an dem Schnittloch 5 der Kartonpappe 2 wandern könnte. Um diese Gefahr zu minimieren ist vorzugsweise ein großzügiger Radius 15 am Schnitt zwischen dem Außenflansch 6 und dem Gewindeabschnitt 14 der Gießtülle vorgesehen, um die Spannungskonzentration in diesem Bereich zu reduzieren.
Unterhalb des Außenflansches 6 der Gießtülle 1 erstreckt sich der Flansch 504. Der Flansch 504 ist vorzugsweise anfänglich nach außen geneigt, wie dies allgemein in Fig. 1 gezeigt ist, um sein Umfalten während des Stauchabschnittes des inneren Hitzesiegelungsvorganges zu erleichtern. Zur Erzielung der größten Abichtungsqualität ist die Dicke des Flansches 504 vorzugsweise im wesentlichen gleichmäßig. Flanschdickenänderungen von nicht mehr als etwa ±0,001 Zoll sind besonders bevorzugt.
Die Gesamtdicke des Flansches 504 ist ebenfalls wesentlich. Erstens beeinflußt sie direkt die Wärmemenge, die erzeugt werden muß, um den Flansch zu erweichen (dickere Flansche erfordern mehr Hitze). Zweitens beeinflußt sie die Festigkeit der Gesamtbefestigung, weil der Ellbogen 4a der Gießtülle dazu dient, auf den oberen Gewindeabschnitt 1a der Gießtülle 1 einwirkende Kräfte auf die Kartonpappe 2 zu übertragen. Fig. 6 zeigt einen vereinfachten Querschnitt des Flansches in seiner endgültigen gesiegelten Position an der Kartonpappe 2. Falls die Dicke des Ellbogens 4a zu klein ist, kann die Gießtülle 1 vorzeitig versagen, wenn sie einer Bewegung unterworfen wird. Beispielsweise hat sich eine 33 mm-Gewindegießtülle aus HDPE, die vorher beschrieben worden ist, mit einer Dicke des Ellbogens 4a von etwa 0,020 Zoll als allgemein annehmbar erwiesen.
Die Länge des Flansches 504 hat einen Effekt auf die Oberflächenzone der endgültigen innersten Abdichtung. Längere Flansche werden natürlich breitere Abdichtungszonen ermöglichen. Wenn aber die Flanschlänge ausreichend ist, um sich bis zum äußeren Flansch 6 oder über diesen hinaus zu erstrecken, kann es notwendig sein, den inneren und den äußeren Flansch an die gegenüberliegenden Wandflächen des Kartons gleichzeitig zu siegeln. Es versteht sich für den Fachmann, daß die Beibehaltung der Volumengleichung verwendet werden kann, um die Flanschlänge und die Flanschdicke an die endgültige Siegelungsdicke und Siegelungszone anzupassen.

ALTERNATIVER AUSSENSIEGELUNGSVORGANG

Die Fig. 7, 8 und 9 sind schematische Querschnittsdarstellungen von verschiedenen alternativen Systemen zum Siegeln des Außenflansches 6 des Einsatzes an die äußerste Schicht 2a der Kartonpappe 2. Diese schematischen Darstellungen zeigen die Relativstellung des Werkzeuges, des Einsatzes und des Kartons während des Siegelns.
Die dargestellten alternativen Abdichtungsverfahren sind: (1) Ultraschallsiegelungsverfahren, Fig. 7, (2) Induktionssiegelungsverfahren, Fig. 8, und (3) Impulssiegelungsverfahren, Fig. 9. In allen diesen Verfahren sind die Ausrichtungskriterien für den Einsatz und das Werkzeug, die vorher in dem Abschnitt der vorliegenden Beschreibung mit dem Titel "AUSSENABDICHTUNGSAUSBILDUNG UND -VERFAHREN" beschrieben sind, allgemein anwendbar.
Das in Fig. 7 gezeigte Ultraschallsiegelungsverfahren hat zwei Hauptelemente, ein Horn 908 und einen Stützamboß 909. Das Horn 908 erzeugt mechanische Schwingungen auf den äußeren Flansch an der Kartonzwischenschicht. Diese Schwingungen erzeugen eine Relativbewegung zwischen dem Einsatz und dem Karton. Axialer Druck und Reibung erzeugen Wärme an ihrer Grenzschicht. Der Amboß 909 bildet eine Abstützung für den Einsatz und den Karton während dieses Verfahrens. Die kritischen Verfahrensvariablen sind die Hornfrequenz entlang der Achse des Einsatzes (typischerweise etwa 20.000 Hertz), die Hornbelastung entlang der Achse des Einsatzes (typischerweise zwischen etwa 60 und etwa 260 psi), die Hornamplitude entlang der Achse des Einsatzes (typischerweise zwischen etwa 0,002 und etwa 0,005 Zoll:, und die Zeit, während der das Horn in Kontakt mit dem Einsatz ist (typischerweise zwischen etwa 0,1 sec und etwa 0,5 sec).
Das in Fig. 8 gezeigte Induktionssiegelungsverfahren hat ebenfalls zwei Hauptelemente, den Heizamboß 1008 und den Stützamboß 1009. Eingebettet im Stützamboß 1009 ist ein elektrischen Strom führender Draht oder ein Rohr 1011, der bzw. das im Erregungszustand ein oszillierendes elektromagnetisches Feld um den Draht bzw. das Rohr erzeugt. Der metallische Heizamboß 1008, der innerhalb des elektromagnetischen Feldes angeordnet ist und mit dem Flansch 6 während der Siegelung in Kontakt steht, heizt sich auf, wenn das elektromagnetische Feld erregt wird. Unter Axialbelastung leitet der erhitzte Amboß 1008 diese Hitze zum Einsatzflansch 6, erweicht oder verflüssigt den Kunststoff und bindet den Flansch 6 an die äußerste Kartonfläche 2a. Wenn Induktionssiegelung durch den Heiz- und Stützamboß angewendet wird, der in Fig. 10 gezeigt ist, wird es allgemein bevorzugt, daß die Sperrschicht 2b der Kartonpappe 2 aus nicht-metallischem Material, wie PETG oder EvOH, statt aus einer Folie besteht, da das oszillierende elektromagnetische Feld Hitze auch in die Kartonpappe 2 über die Schicht 2d überträgt, wenn die letztere aus einem metallischen Material besteht. Alternativ könnten die Heiz- und Stützambosse so umkonfiguriert werden, daß die in die Kartonpappe 2 über die Schicht 2d eingebrachte Hitze keinen Abbau der innersten Flanschschdichtung, der innersten Lage 2b oder eines Haftens am Stützamboß 1005 bewirkt. Falls erwünscht, können der Draht oder das Rohr 1011 wassergekühlt sein, um die Zykluszeit zu minimieren.
Der in Fig. 9 gezeigte Impulserhitzungsvorgang hat ebenfalls zwei Hauptelemente, einen Heizainboß 1108 und einen Stützamboß 1109. Der Heizamboß 1108 besteht aus sehr dünnem Freisetzungsmaterial 1115, einem dünnen metallischen, stromführenden Draht (typischerweise Invar) 1120 mit geringem Widerstand, der geometrisch wie die Flanschabdichtung geformt ist, und aus einem Isoliermaterial 1125. Dieser Heizamboß kann auch wassergekühlt sein. Der Amboß 1109 bietet eine Abstützung für den Flansch 6 und die Kartonwand 2, wenn der Heizamboß 1108 unter Druck in Berührung mit dem Einsatzflansch 6 gebracht wird. Der stromführende Draht 1120 wird mit einem Hochspannungsstrom unter Energie gesetzt und heizt nahezu augenblicklich auf. Diese Hitze wird dem Einsatzflansch 6 zugeführt, erweicht oder verflüssigt den Kunststoff und bindet den Flansch 6 an die äußerste Kartonfläche 2a. Nachdem das Flanschmaterial an den Karton gebunden ist, wird der Strom abgeschaltet und der Heizamboß verbleibt vorzugsweise an Ort und Stelle, bis das Kühlen des Flansches im wesentlichen beendet ist.

GLEICHZEITIGER INNEN/AUSSEN-SIEGELUNGSVORGANG

Fig.10 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum gleichzeitigen Siegeln sowohl des inneren als auch des äußeren Flansches des Einsatzes an die Innenfläche und die Außenfläche der Kartonpappe. Bei dem in Fig. 10 dargestellten Verfahren erfordern der Einsatz und das Werkzeug eine Ausrichtung, die vorher in Verbindung mit dem Gießtüllenausführungsbeispiel nach den Fig. 5A-5B beschrieben worden ist, die allgemein anwendbar sind. Die Amboßformen und Siegelungsverfahrensbedingungen für die Innen/Außensiegelung gemäß Fig. 10 sind auch im wesentlichen die gleichen wie für die sequentielle Hitzesiegelung, die in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5A-5B beschrieben worden ist.
Fig. 10 zeigt die relative Positionierung des Werkzeuges, des Einsatzes und des Kartons nach dem Einrichten und während des SiegeIns.
Wenn sowohl der innere als auch der äußere Flansch in einem einzigen Vorgang gesiegelt werden, ändert sich die Art der Abstützung des Einsatzes sowohl für die innenseitige als auch für die außenseitige Siegelung. Der Einsatzaufnehmer 803 kann nicht mehr länger eine einzelne integralen Abstützeinheit für den Einsatz sein. Der Einsatzaufnehmer 803 gemäß Fig. 8A hat zwei Hauptelemente, den äußeren erhitzten Siegelungsamboß 808 und die Kappenabstützung 821. Die Kappenaöstützung 821 sollte so ausgebildet sein, daß die von dem äußeren Siegelungsamboß 808 erzeugte Hitze während des SiegeIns nicht auf die Kappe lB übertragen wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein hitzebeständiger Isolator 823 für diesen Zweck angewendet. Falls erwünscht kann der Isolator 823 wassergekühlt sein.
Der Einsatzaufnehmer 803 hat vorzugsweise Federn 822, die der Kappenabstützung 821 die Fähigkeit verleihen, sich an Durchmesseränderungen des Einsatzes anzupassen. Die Karton- und Einsatzabstützung 809 für die außenseitige Siegelung ist integral abgestützt und wird mit dem innenseitigen Siegelungsamboß 807 angetrieben.
Um die Verringerung der Zyklus zeit sowie des Druckes und der Temperatur für die Siegelungsambosse 807 und 808 zu maximieren, werden diese vorzugsweise so eingestellt, daß sie die Siegelung innerhalb etwa der gleichen Zeitteriode gleichzeitig ausführen, die zum Versiegeln entweder des äußeren oder des inneren Flansches angewendet wird, unter Verwendung der früher beschriebenen sequentiellen Methode. Da die Abdichtungen gleichzeitig statt nacheinander ausgeführt werden, kann die gesamte Verringerung der Zykluszeit für jeden Karton bis zu 50 % betragen.

ALTERNATIVE EINTEILIGE GIESSTÜLLENAUSBILDUNG

Ein alternatives Verfahren zum Positionieren einer einteiligen Gießtülle 501 gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Schnittloch 5 in einer Kartonpappewand 2 vor dem Siegelungsvorgang umfaßt das Hineindrücken des Einsatzes durch das Schnittloch 5 von der Innenseite der Verpackung her. Ein Beispiel einer einteiligen Gießtülle 501, welche die zweifache Innen/Außenflüssigkeitsabdichtung beibehält, ist in Fig. 6 dargestellt. Die einteilige Gießtülle 501 umfaßt einen Gewindeabschnitt 1a, eine Dichtungsmembrane 1b und eine Wiederverschließgewindekappe 1b, identisch jener, die in Fig. 1 gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform umfaßt ein Einsatz eine Gießtülle 501, eine Dichtungsmembrane 1c und eine Wiederverschließgewindekappe lb, wobei der Einsatz von der fnnenseite der Verpackung her durch das Schnittlcch 5 geschoben wird und der innere Flansch 504 der Gießtülle 501 gegen die innerste Fläche 2b der Kartonpappe zur Anlage kommt. Der Flansch zur Erzielung einer äußeren Flüssigkeitsabdichtung mit der äußersten Schicht 2a der Kartonpappe 2 wird gebildet, indem der Flansch 504 über Kräfte F&sub1; abgestützt wird und der Gewindeabschnitt 1a der Gießtülle 501 gegen die Kartonpappe durch eine Kraft F&sub2; zurück gedrückt wird. Dies bewirkt ein Zusammenfallen der Wand der Gießtülle entlang eines vorbestimmten Gelenkringes 508, wie dies allgemein in Fig. 6 gezeigt ist. Der resultierende doppelwandige Flansch 506 und der innere Flansch 504 werden vorzugsweise an die gegenüberliegenden Flächen der Kartonpappe um den Umfang des Schnittloches 5 in einer Art und Weise gesiegelt, die ähnlich jener ist, wie sie vorstehend in Verbindung mit dem Gießtüllenausführungsbeispiel 1 beschrieben worden ist. So wie bei dem Gießtüllenausführungsbeispiel 1 sind die Schnittränder des Loches 5 in der Kartonwand 2 gegen jeglichen Flüssigkeitszutrirr durch flüssigkeitsdichte Siegel geschützt, die zwischen dem äußersten Flansch 506 und der äußersten Kartonpappeschicht 2a gebildet ist, sowie zwischen dem innersten Flansch 504 und der innersten Kartonpappeschicht 2b.

Claims

1. Im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässiger Karton zum Aufbewahren und Abgeben von Flüssigkeiten, bestehend aus einem Schichtmaterial (2) mit einer Zwischenschicht aus Pappe und einer innersten sowie einer äußersten Schicht (2b, 2a), die im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässig sind, ferner mit einer einstückigen vorgeformten polymeren Gießtülle (501) mit einem Flüssigkeitsdurchgang, der eine Abgabeöffnung umfaßt, welche auf der Außenseite des Kartons angeordnet ist, wobei die Gießtülle (501) sowohl einen innersten Flansch (504) als auch einen äußersten Flansch (506) aufweist, die am Umfang eines in einer der Wände des Kartons ausgeschnittenen Loches (5) mit der Innenseite bzw. der Außenseite dieser Kartonwand flüssigkeitsdicht versiegelt sind, wodurch die an den Kanten dieses ausgeschnittenen Loches freiliegende Pappeschicht von jeglichem Kontakt mit der im Karton enthaltenen oder aus diesem durch den Flüssigkeitsdurchgang in der einstückigen Gießtülle abgegebenen Flüssigkeit sowie jeglicher Flüssigkeit isoliert ist, welcher der Karton aus der Umgebung ausgesetzt ist, durch die er vor dem Entleeren seines Inhaltes und seiner Entsorgung gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückige Gießtülle (501) ferner einen verformbaren Flüssigkeitsdurchgang aufweist, daß der innerste Flansch (504) vorgeformt ist und daß der äußerste Flansch durch Eindrücken des Flüssigkeitsdurchganges in sich selbst um eine vorbestimmte Schwächungslinie (508) nach dem Einführen der Gießtülle (501) durch das ausgeschnittene Loch (5) gebildet worden ist.

2. Im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässiger Karton nach Anspruch 1, mit einer Manipulationen anzeigenden Membrane (1c), die über der Abgabeöffnung der einstückigen polymeren Gießtülle (501) abdichtend befestigt ist.

3. Im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässiger Karton nach Anspruch 1 oder 2, weiters mit wiederabdichtbaren Verschlußmitteln (1b), die über der Abgabeöffnung der einstückigen polymeren Gießtülle (501) lösbar befestigt sind.

4. Im wesentlichen flüssigkeitsunourchlässiger Karton nach Anspruch 3, bei welchem die Gießtüjle ein Außengewinde (1a) aufweist und die wiederabdichtbaren Verschlußmittel (1b) ein dazu passendes Innengewinde aufweisen, wodurch die wiederabdichtbaren Verschlußmittel von der Gießtülle entfernt werden können, indem die zusammenpassenden Gewinde voneinander gelöst werden, und wiedererrichtet und wiederabgedichtet werden können, indem die zusammenpassenden Gewinde wieder miteinander in Eingriff gebracht werden.

5. Im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässiger Karton nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Karton einen Giebeldachkarton umfaßt, der zwei geneigte Wände aufweist, und wobei die Gießtülle an einer der geneigten Wände des Giebeldachkartons flüssigkeitsdicht befestigt ist.

6. Im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässiger Yarton nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die innersten und äußersten Schichten (2b, 2a) des Schichtmaterials aus warmversiegelbarem Polymermaterial gebildet sind und bei welchem die innersten und äußersten Flansche (504, 506) auf der einstückigen polymeren Gießtülle (501) mit der innersten bzw. äußersten Schicht des Schichtmaterials kontinuierlich flüssigkeitsdicht verschweißt sind.

7. Verfahren zum Befestigen einer einstückigen polymeren Gießtülle (501), die einen Flüssigkeitsdurchgang mit einer Abgabeöffnung und einen vorgeformten innersten Flansch (504) aufweist, welcher im wesentlichen senkrecht zu dem über seine Länge verlaufenden Flüssigkeitsdurchgang liegt, in flüssigkeitsdichter Weise an den Innen- und Außenseiten (2b, 2a) eines Kartons aus einem Schichtmaterial mit einer Zwischenschicht aus Pappe und einer innersten und einer äußersten Schicht, die im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässig sind, welches Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Schneiden eines Loches (5) in eine Wand des Kartons, wodurch die Pappeschicht an den Kanten des ausgeschnittenen Loches freigelegt wird, wobei das Loch groß genug ist, um den Flüssigkeitsdurchgang der einstückigen polymeren Gießtülle einzuführen, aber dennoch klein genug ist, um von dem vorgeformten Flansch auf der Gießtülle vollständig abgedeckt zu werden;

(b) Einführen des Flüssigkeitsdurchganges der einstückigen polymeren Gießtülle (501) durch das Loch (5) im Karton von der Innenseite des Kartons her, so daß die Abgabeöffnung der Tülle auf der Außenseite des Kartons liegt;

(c) Inberührungbringen des vorgeformten Flansches (504) auf der Gießtülle mit der Innenseite (2b) der Kartonwand am Umfang des ausgeschnittenen Loches, so daß das ausgeschnittene Loch in der Kartonwand abgedeckt ist;

(d) Verformen des Flüssigkeitsdurchganges der Gießtülle durch Eindrücken des Durchganges in sich selbst um eine vorbestimmte Schwächungslinie (508), um einen zweiten Flansch neben der Außenfläche (2a) der Kartonwand zu bilden, wobei der zweite Flansch ebenfalls groß genug ist, um das ausgeschnittene Loch in der Kartonwand abzudecken; und

(e) Aufbringen von ausreichender Hitze und ausreichendem Druck auf die einander gegenüberliegenden Flansche und die Kartonoberflächen, welche sie berühren, um die Flansche kontinuierlich mit den innersten und äußersten Schichten der Kartonwand am Umfang des ausgeschnittenen Loches zu verschweißen, wo durch die freiliegende Pappeschicht an den Kanten des ausgeschnittenen Loches vollständig von der im Karton enthaltenen oder aus diesem durch die einstückige Gießtülle abgegebenen Flüssigkeit sowie von jeglicher Flüssigkeit isoliert wird, welcher der Karton aüs der Umgebung ausgesetz ist, durch die er vor den Entleeren seines Inhaltes und seiner Entsorgung gelangt.

8. Vorrichtung zum Befestigen einer einstückigen polymeren Gießtülle (501), die einen Flüssigkeitsdurchgang mit einer Abgabeöffnung und einen vorgeformten innersten Flansch (504) aufweist, der im wesentlichen senkrecht zu dem über seine Länge verlaufenden Flüssigkeitsdurchgang liegt, in flüssigkeitsdichter Weise an den Innen- und Außenseiten (2b, 2a) eines Kartons aus einem Schichtmaterial mit einer Zwischenschicht aus Pappe und einer innersten und einer äußersten Schicht, die im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässig sind, welche Vorrichtung aufweist:

(a) Mittel zum Schneiden eines Loches (5) in einer Wand des Kartons, wodurch die Pappeschicht an den Kanten des ausgeschnittenen Loches freigelegt wird, wobei das Loch groß genug ist, um den Flüssigkeitsdurchgang der einstückigen polymeren Gießtülle einzuführen, dabei dennoch klein genug ist, um von dem vorgeformten Flansch auf der Gießtülle vollständig abgedeckt zu werden;

(b) Mittel zum Einführen des Flüssigkeitsdurchganges der einstückigen polymeren Gießtülle (501) durch das ausgeschnittene Loch (5) im Karton von der Innenseite des Kartons her, so daß die Abgabeöffnung der Tülle auf der Außenseite des Kartons liegt;

(c) Mittel zum Inberührungbringen des vorgeformten Flansches auf der Gießtülle mit der innersten Kartonwand am Umfang des ausgeschnittenen Loches, so daß das ausgeschnittene Loch in der Kartonwand abgedeckt ist;

(d) Mittel zum Verformen des Flüssigkeitsdurchganges der Gießtülle, um einen zweiten Flansch zu bilden, welcher ebenfalls groß genug ist, um das ausgeschnittene Loch in der Kartonwand auf der Außenseite der Kartonwand gegenüber dem vorgeformten Flansch abzudecken; und

(e) Mittel zum Aufbringen einer ausreichenden Hitze und eines ausreichenden Druckes auf die einander gegenüberliegenden Flansche und die Kartonoberflächen, welche sie berühren, um die Flansche kontinuierlich mit den innersten und äußersten Schichten der Kartonwand am Umfang des ausgeschnittenen Loches zu verschweißen, wodurch die freiliegende Pappeschicht an den Kanten des ausgeschnittenen Loches vollständig von der in Karton enthaltenen oder aus diesem durch die einstückige Gießtülle abgegebene Flüssigkeit sowie von jeglicher Flüssigkeit isoliert wird, welcher der Karton aus der Umgebung ausgesetzt ist, durch die er vor dem Entleeren seines Inhaltes und seiner Entsorgung gelangt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hitze und der Druck auf den äußeren Flansch (506) aufgebracht werden, indem der Flansch mit einem ultraschallvibrierenden Horn (908) in Berührung gebracht wird, während die Kartonwand am Umfang des ausgeschnittenen Loches mit Hilfe eines stationären Ambosses (909) abgestützt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aufbringen der Hitze und des Druckes auf den äußeren Flansch ein ultraschallvibrierendes Horn (908) und einen abstützenden Amboß (909) aufweisen.