DE69426730T2

DE69426730T2 - Leicht zu öffnender deckel in metall-kunststoffbauweise

Info

Publication number: DE69426730T2
Application number: DE69426730T
Authority: DE
Inventors: J. Mchenry; Dominique Petit
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-01
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 2001-07-12
Anticipated expiration: 2014-12-01
Also published as: WO1995015228A1; EP0757601A1; EP0757601A4; ES2155123T3; AU1334895A; FR2713200A1; DE69426730D1; FR2713200B1; EP0757601B1; JPH09509385A; JP3663426B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung gehört zu dem technischen Bereich der Anwendung von geschichtigen Metall-Kunststoff-Materialaufbauten für Verpackungen, und genauer zu der Herstellung von leicht zu öffnenden Deckeln, welche für den Verschluß von Behältnissen zur Aufbewahrung von Nahrungsmittel- und Getränkeprodukten verwendet werden.
Noch genauer gehört der verwendete Metall-Kunststoff-Aufbau zu dem Metall- Polymer-Metall-Typ, in welchem eine Folie aus Polymermaterial von zwei Metallfolien umgeben wird, an denen sie haftet.
Im Text der vorliegenden Patentanmeldung werden, ohne Unterscheidung für die Aufbauweisen, die Begriffe Metall-Kunststoff-Metall, Metall-Polymer-Metall oder einfacher in einer abgekürzten Version, MPM verwendet.

Problemstellung

Leicht zu öffnende Deckel für Nahrungsmittel- oder Getränkedosen werden im allgemeinen aus einer Metallfolie hergestellt, welche auf der Innenseite der Dose mit einem schützenden Lack bedeckt ist, der die Berührung des Nahrungsmittels oder des Getränks mit dem Metall des Deckels vermeidet, und den Deckel vor Korrosion und die Inhalte vor Verunreinigungen bewahren soll.
Diese leicht zu öffnenden Deckel besitzen ein Perforationssystem und eine Reißlinie. Das Perforationssystem wird meist durch einen Ring, der mit einem Stempel verbunden ist, gebildet. Wenn jemand am Ring zieht, um ihn von der zum Deckel parallelen Stellung in die zum Deckel senkrechte Stellung zu bewegen, perforiert der Stempel die Abdeckung an einem Ort, der auf der perforierten Linie angeordnet ist, entlang der der Riß sich fortsetzt, wenn man fortfährt, am Ring zu ziehen. Die Perforationslinie oder Reißlinie kann unterschiedlich ausgebildet sein, je nachdem ob man wünscht, eine Öffnung in Form einer Ausgießtülle (im Fall einer Getränkedose) oder eine vollständige Öffnung/Entfernung des Deckels (im Fall von Nahrungsmitteldosen) zu erreichen.
In beiden Fällen erhält man die Perforations- oder Reißlinie durch das Einkerben der Außen- oder Innenseite des Deckels. Bekannterweise ist es besonders bei Stahldosendeckeln für Nahrungsmittel nicht unüblich, die Innenseite einzukerben und dann die beschädigte innere Lackschicht wiederherzustellen. Dieses Verfahren zeigt zwei Vorteile: der erste ist, dass es leichter ist, auf diese Weise das Gleichgewicht zwischen leichter Öffenbarkeit des Deckels und der Widerstandsfähigkeit gegen unbeabsichtigte Öffnung zu erreichen; der zweite ist, dass selbst bei einer äußeren Einkerbung die Verformung des Metalls schmale Risse im Lack an der Innenseite bewirkt. Diese kleinen Brüche sind aber praktisch nicht zu reparieren, während die größeren Kerben, welche durch die innere Einkerbung entstanden sind, leicht durch Elektrophorese repariert werden können. Die Perforation wird in beiden Fällen durch die kleinere Menge an vorhandenen Metall unter dem Sockel der Einkerbung verursacht, wie es im Querschnitt in Fig. 1 zu sehen ist, die (1) das Metall, (2) den äußeren Einschnitt und (3) die innere Lackschicht darstellt.
Das den Erfindern anfänglich gestellte Problem war die Verbesserung der Getränkedose. Diese Dose, welche im allgemeinen ein Fassungsvermögen von 33 Zentilitern und eine zylindrische Form hat, wird mit einem leicht zu öffnenden Deckel verschlossen, welcher innen mit einer für Lebensmittel zugelassenen und außen mit einer von mehreren, die Beschaffenheit und die Marke des Inhalts anzeigenden Dekor-Lackschichten bedeckt ist. Diese Überzüge werden im allgemeinen nach der Herstellung der Dose aufgetragen.
Unter den Posten, aus denen sich die Kosten einer Getränkedose zusammensetzen, machen die Kosten des Metalls, trotz seines geringfügigen Gewichts, einen überwiegenden Anteil aus. Deshalb ist bei den Forschern die Idee aufgekommen, einen Teil des Metalls durch ein billigeres Material zu ersetzen: Kunststoff.
Die Erfinder haben eine Lösung für dieses Problem gefunden, welche aus einer Metall-Kunststoff-Konstruktion besteht, die aus einer Folie eines thermoplastischen Polymers zusammengesetzt wird, das auf jeder seiner Seiten mit einer Metallfolie mit einer haftenden Zwischenschicht bedeckt ist. Dann wurden Überlegungen angestellt, ob nicht so eine Metall-Kunststoff-Konstruktion auch dazu geeignet wäre, das Metallblech für die Herstellung der Deckel zu ersetzen. Abgesehen von den ökonomischen Vorteilen würde diese Lösung die Wiederverwertung der Deckel erleichtern, welche zuerst aus einem Produkt gemacht werden, welches identisch oder ähnlich zu dem der Metall-Kunststoff-Dosen eines ähnlichen Typs der MPM-Struktur ist.
Aber selbst bei den herkömmlichen, leicht zu öffnenden Deckeln mit einer dünnen, schützenden, organischen Beschichtung ist es schwer, ein akzeptables Gleichgewicht darin zu erreichen, daß sich der Deckel leicht öffnen läßt, jedoch während des Transportes und der Lagerung nicht unbeabsichtigt aufgeht. Wenn die Einkerbung des Metall nicht tief genug ist, ist die Öffnung zu schwer, ist sie aber zu tief, ist die Widerstandsfähigkeit gegen eine unbeabsichtigte Öffnung ungenügend.
Das Erreichen dieses Gleichgewichts ist besonders schwierig, weil der Unterschied in der verbleibenden Dicke zwischen einem zu leicht zu öffnenden und einem zu schwer zu öffnenden Deckel so gering ist, dass die normalen Toleranzen der Werkzeuge oder ihre normale Abnutzung das gewünschte Gleichgewicht stören können.
Diese Anforderungen an Präzision der verbleibenden Dicke des Metalls sind sogar noch schwieriger zu erfüllen, wenn versucht wird, einen MPM-Deckel mit den bekannten Werkzeugen für herkömmliche Deckel einzukerben. Wenn die Außenseite des Deckels einkerbt wird, muß die Einkerbung das Außenschichtmetall vollständig durchdringen und eine Kerbe in die innere Schicht machen, welche tief genug ist, um eine zum Reißen des Metalls ausreichende Belastungskonzentration zu schaffen. Da jede Metallschicht deutlich dünner als beim herkömmlichen Deckel ist, ist es noch schwieriger, das Gleichgewicht zwischen leichter Öffnung und Widerstandsfähigkeit gegen unbeabsichtigte Öffnung zu erlangen.
Das gleichzeitige oder aufeinanderfolgende Einkerben beider Metallschichten von der Außen- und der Innenseite an der gleichen Stelle löst das Problem, dass eine bestimmte Restdicke der Metallschichten bestehen bleiben muß, nicht vollständig.
Es sind einige Versuche unternommen worden, um die Präzisionsanforderung bzgl. der verbleibenden Dicke im Fall von ausschließlich aus Metall hergestellten Deckeln dadurch zu umgehen, dass man zwei auf der Deckelfläche seitlich gegeneinander verschobene Einkerbungen anbrachte. Wegen der hohen Festigkeit der für Metalldeckel verwendeten Legierungen dürfen diese Einkerbungen nur mit einem kleinen seitlichen Abstand zueinander plaziert werden. Dies verlangt nicht nur immer noch ein hohes Maß an Präzision, sondern es entsteht noch die Gefahr von Brüchen, welche sich von einer zu der anderen sehr nahen Kerbe während des Einkerbungsprozesses, des Transports oder der Handhabung fortpflanzen können.
Für Deckel aus Karton für andere Arten von Behältern erwiesen sich solche Doppeleinkerbungen bzw. -perforationen als geeigneter. Dieser Erfolg liegt darin begründet, dass Papier leicht reißt. Diese Leichtigkeit des Reißens erlaubt, dass die Einkerbungen bzw. Perforationen weiter von einander entfernt angeordnet werden können.
Im Gegensatz dazu sind Kunststoffe bekanntermaßen aufgrund ihrer Eigenschaft, sich eher plastisch zu verformen als zu springen oder zu reißen, schwer einzureißen.
Selbst wenn ein sehr dünner Kunststofffilm an eine dicke Metallfolie gehaftet wird, reißt der Kunststoff nicht sauber ab. Wenn beispielsweise der Lack an der Innenseite eines herkömmlichen Metalldeckels durch einen Kunststofffilm ersetzt wird, verformt sich der Letztere im Moment der Einreißens ziemlich stark, wobei er einen Fehler bekannt als "Ausfasern" (feathering) erzeugt. Dieses Ausfasern ist ein Ergebnis einer plastischen Verformung und dadurch gekennzeichnet, dass der Schnitt durch den Kunststoff, anstatt sauber und gerade zu sein, unregelmäßig und fransig ist, wie auf den Fig. 2a und 2b gezeigt. Fig. 2a zeigt die Einkerbungs- bzw. Perforationslinie im Metall (5) und der Schicht des Kunststoffmaterials (6) vor dem Riß. Fig. 2b zeigt mit den gleichen Bezugszeichen die drei Elemente nach dem Riß. Die sich verengende oder ausgefaserte Gestalt des Risses in dem Kunststoffmaterial ist deutlich erkennbar.
Da die bevorzugte Kunststoffdicke in einem Metall-Kunststoff-Metall-Dosendeckel mehrere Male so groß ist wie die eines Kunststofffilms, der den Metalldeckel nur vor Korrosion schützen soll, steht zu erwarten, dass der Reißwiderstand des Kunststoffes bei Metall-Kunststoff-Metall-Deckeln ein noch größeres Problem darstellt.

Beschreibung des Stands der Technik

Die am 13. März 1992 unter der Nummer 2,666,564 in Namen der GIE Pechiney Recherche veröffentlichte französische Patentanmeldung erbringt eine Lösung für das Problem des Ausfaserns, in dem Fall, dass ein Kunststofffilm den Lack auf einem herkömmlichen Metalldeckel ersetzt. Diese Lösung besteht aus einem leicht zu öffnenden Dosendeckel aus einer Metallfolie und Kunststofffilm, welcher zusätzlich zu einer mechanischen Einkerbung bzw. Perforation der Außenseite der Metallfolie eine durchgehende Vertiefung des Kunststofffilms an der Innenseite an der Linie der mechanischen Einkerbung einschließt. Diese durchgehende Vertiefung wird durch eine konzentrierte Hitzequelle, wie beispielsweise einen Laserstrahl, erhalten.
Diese Lösung würde jedoch nicht auf den Metall-Kunststoff-Aufbau, welcher in dieser Erfindung entwickelt wurde, anwendbar sein, da sich die Kunststoffschicht zwischen zwei Metallfolien befindet.
Einseitige Einkerbungen bzw. Perforationen in Deckeln von Metalldosen sind im Stand der Technik gut bekannt. Beispielsweise beschreibt US-A-3990376 (J. R. Schubert) einen einseitig eingekerbten Deckel, bei welchem die entstehende scharfe Kante des entfernten Deckelsegments durch gefaltetes Metall derartig geschützt wird, dass das schützende gefaltete Metall nicht das Öffnen des Deckels behindert.
Beidseitige Einkerbungen, welche seitlich verschoben sind, werden auch in NL-A- 8900863 (übertragen auf Hoogovens Groep), in US-A-4126244 (W. F. Elser) und in US-A- 4129085 (G. B. Klein) beschrieben. NL-A-8900863 sagt aus, dass die verbleibende Metalldicke zwischen zwei Einkerbungen bis zu 20 Prozent der ursprünglichen Deckeldicke beträgt. US-A-4126244 beschreibt ebenfalls zwei sehr dicht benachbarte Einkerbungen. Hier wird offenbart, dass, um eine vordefinierte Sollbruchstelle mit ausgewählt schwächerer Dicke im Wandabschnitt verläßlich anzubringen, der Zwischenraumabstand zwischen den Kanälen wesentlich geringer als die durchschnittliche Dicke des Wandabschnitts sein sollte. Obwohl US-A-4129085 nicht einen bestimmten seitlichen Abstand zwischen den Einkerbungen beschreibt, zeigen die Zeichnungen, dass sie sehr dicht bei einander, tatsächlich schon zu so einem Ausmaß überlappend sind, dass nur ein dünner Abschnitt aus Metall zwischen zwei Einkerbungen übrig bleibt. Die Einkerbungen werden als so dicht neben einander liegend beschrieben, dass, wenn zwei Einkerbungen der Reihe nach gemacht werden, Metall in die erste Einkerbung gedrückt wird, wenn die zweite anschließend angebracht wird.
In US-A-4564119 (überragen auf Nippon Light Metal KK) zeigen die Erfinder zwei Einkerbungen, welche seitlich weiter von einander entfernt in einem ganz aus Metall bestehenden Deckel angeordnet sind. In diesem Fall ist eine der Kerben eine Hilfskerbe, deren verbleibende Metalldicke größer als die der zu durchbrechenden Kerbe ist, um eine geeignete Verformung des Dosendeckels zu gewährleisten. Da die Hilfskerbe konzipiert ist, nicht zu brechen, fällt diese Erfindung in den allgemeinen Bereich der einfach eingekerbten Deckel in Bezug auf die Art und Weise, in der der Deckel reißt.
Doppelt eingekerbte Kartondeckel für andere Arten von Verpackungen wurden in US- A-3185578 (E. W. Scharre) und FR-A-1279093 (F. C. Mennen) beschrieben. US-A-3185578 zeigt insbesondere einen Kartondeckel, in welchem ein Teil des Deckels vor einen anderen Teil entfernt werden kann, um so ausgewählte Erwärmung für unterschiedliche Arten von Nahrungsmitteln zur Verfügung zustellen. Der Kartondeckel ist vorzugsweise auf beiden Seiten mit einem feuchtigkeitsresistenten Material überzogen, von denen eines vorzugsweise Aluminiumfolie ist. Da Karton leicht einzureißen ist, ist der Grund für die versetzten Einkerbungen, welche die Schichten der Feuchtigskeitsbarriere durchdringen, zu verhindern, dass Feuchtigkeit durch den Deckel dringt, sowie dass das Fremdkörper in den Behälter eindringen. FR-A-1279093 beschreibt einen Popcorn-Behälter, welcher aus einem Aluminiumtablett, einem dehnbaren Aluminiumfoliendeckel und einem steifen Kartonüberzug, welcher den dehnbaren Foliendeckel schützt, besteht. In mindestens einer der Ausführungsformen dieser Erfindung wird das Einreißen des Kartondeckels durch eine doppelte Einkerbung gesteuert.
Die PCT Anmeldung WO 91/18795, welche im Namen der American National Can Company am 12. Dezember 1991 veröffentlicht wurde, beschreibt ein Mittel zur leichten Öffnung, welches an der Wand eines Metall-Kunststoff-Behälters angebracht ist, das aus einer Einkerbung der Innen- und Außenseiten der Wand besteht und so einen Bereich der Schwächung im Inneren der Wand erzeugt. Wie auf Fig. 1A jener Anmeldung gezeigt, umfaßt die Außenseite zwei in unterschiedlicher Höhe des Behälters angebrachte Kerben und die Innenseite eine in einer dazwischen liegenden Höhe angebrachte Kerbe.
Jene Anmeldung unterscheidet sich jedoch von der vorliegenden Erfindung: erstens, betrifft sie keine Deckel, sondern den oberen Teil der Wand eines Behälters; weiterhin betrifft sie Metall-Kunststoff-Behälter und nicht Metall-Kunststoff-Metall-Behälter, und schließlich gebraucht sie drei Einkerbungen, nämlich zwei äußere und eine innere, und der Teil der Wände, der zwischen den beiden äußeren Einkerbungen eingeschlossen ist, wird von dem Behälter in Moment der Öffnung abgenommen.
Keine der vorstehenden, zum Stand der Technik erwähnten Druckschriften beschreibt einen doppelt eingekerbten Metall-Kunststoff-Metall-Deckel mit seinem besonderen Problem der Fortpflanzung eines Risses durch einen rißbeständigen Kunststoffkern.
Metall-Kunststoff-Metall-Strukturen per se werden in EP-A-0019835 (Dow Chemical Company), EP-A-0046444 (Schweizerische Aluminium), EP-A-0034781 (BASF Aktiengesellschaft), WO-A-8200020 (Metal Box Limited) und EP-A-0115103 (Sumitomo Chemical Company) beschrieben. Diese Patente beschreiben Metall-Kunststoff-Metall- Blätter, Verfahren zur Herstellung dieser Blätter oder Verfahren zur Umwandlung der Blätter in verschiedene Artikel. Keine dieser Erfindungen beschreibt Deckel, ob leicht zu öffnen oder Standard, noch einen anderen Typ des Bruches oder Rißes von solchen Strukturen.

Aufgabe der Erfindung

Die Erfindung hat einen leicht zu öffnenden Deckel zur Aufgabe, welcher durch eine Metall-Kunststoff-Konstruktion vom Typ Metall-Kunststoff-Metall, oder in seiner abgekürzten Form MPM, hergestellt wird, bei dem die Perforations- oder Reißlinie auf besondere Weise ausgeführt ist; sie schließt zwei Perforationen ein, die in die Metallfolie gemacht sind und besondere geometrische Bedingungen erfüllen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 stellt einen Querschnitt einer Reißlinie nach dem Stand der Technik für innen lackierte Deckel dar.
Die Fig. 2a und 2b stellen die Art und Weise des Riß eines einfachen Metall- Kunststoff-Aufbaus mit einer Metallschicht und einer Kunststoffschicht dar.
Fig. 3a stellt einen Querschnitt eines Metall-Kunststoff-Aufbaus des MPM-Typs, der in der Erfindung verwendet wird, dar.
Fig. 3b stellt einen Querschnitt einer Reißlinie gemäß der Erfindung dar.
Fig. 4 stellt einen Getränkedosendeckel dar, in dem sich das Öffnungssegment nur in Richtung des Inneren der Dose verschiebt und nach dem Öffnen am Deckel haften bleibt, dar.
Fig. 5 stellt einen Deckel einer Nahrungsmitteldose dar, bei welcher das Öffnungssegment erst bei der anfänglichen Perforation in Richtung des Doseninneren geschoben und dann durch Ziehen Richtung Dosenäußeres abgelöst wird.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen leicht zu öffnenden Deckel, um Nahrungsmittel- oder Getränkedosen zu verschließen, welcher mit einer Reißlinie in einer Metall-Kunststoff- Konstruktion des Typs Metall-Polymer-Metall ausgestattet ist, wobei die Reißlinie durch zwei benachbarte Kerben bzw. Perforationen gebildet wird, von denen die eine in der Metallfolie auf der Außenseite des Deckels und die andere in der Metallfolie auf der Innenseite des Deckels angebracht ist.
Die Erfindung wird in den Fig. 3a und 3b veranschaulicht. Fig. 3a stellt den in der Erfindung verwendeten Metall-Kunststoff-Aufbau dar. Dieser Aufbau schließt eine zentrale Schicht thermoplastischen Polymers (7) ein, bei der auf jeder Seite eine Metallfolie (9) haftet. Ein dünne Schicht eines Haftmittels kann zwischen Kunststoff und Metall eingebracht werden.
Fig. 3b stellt einen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zu der Doppeleinkerbung nach dem Anbringen dieser Doppeleinkerbung durch die klassische Technik des Stanzens dar. Das Polymer und das Metall sind weiterhin durch Zeichen (7) und (9) bezeichnet, während aus Gründen der Klarheit der Zeichnung die Haftmittelschicht nicht gezeigt wird. Die Einkerbungen in den Metallfolien sind mit (10) und (11) bezeichnet. Anhand der Zeichnung ist zu sehen, dass an der Einkerbungslinie nicht nur die Dicke des Metalls, sondern auch die Dicke des Kunststoffes verringert wurde.
Trotz der relativ hohen anfänglichen Dicke des Kunststoffes und der Tatsache, dass die Kerbe selbst nicht in den Kunststoffkern eindringt, öffnet sich der Deckel der vorliegenden Erfindung leicht und sauber. Dies ist besonders in Anbetracht des beschriebenen Problems des Ausfasern bei einer viel dünneren Kunststoffschicht, die an einer einzelnen Metallschicht haftet, überraschend. Obwohl dieses saubere Einreißen teilweise der überraschenden Abnahme der Dicke der Kunststoffschicht unterhalb der Kerbe zugeordnet werden kann, ist die relative Dicke des verbleibenden Kunststoffes immer noch größer als die eines Kunststofffilms, bei dem ein Ausfasern beobachtet wurde.
Obwohl sich dieses bessere Einreißen nicht vollständig erklären läßt, hängt es offensichtlich mit der Tatsache zusammen, dass der Kunststoff zwischen zwei relativ starren Metallschichten gefangen ist. Wenn ein freier Film eines Materials wie Kunststoff in eine Richtung gestreckt wird, wird seine plastische Verformung in jene Richtung von einem Zusammenziehen in die andere, planare Richtung und einer Verringerung der Dicke begleitet. Weil die Schicht des Kunststoffkerns in einem Metall-Kunststoff-Metall-Deckel dieser Erfindung durch die zwei Metallschichten beim Zusammenziehen in diese zwei Richtungen eingeschränkt ist, reagiert sie wie stärkeres aber starreres Material. Die gewonnene Starrheit konzentriert offensichtlich die Belastungsdiskontinuitäten innerhalb des Kunststoffes, die durch das Brechen der Metalleinkerbungen in einem ausreichend großen Ausmaß erzeugt werden, um die zusätzliche Festigkeit zu überwinden; woraus ein sauberes und leichtes Einreißen resultiert.
Selbst wenn eine gewisse Restdicke an Metall in den zwei Metallschichten übrig bleibt, ist die zum Öffnen erforderliche Kraft nicht nur durch die Dicke dieses verbleibenden Metalls bestimmt. Diese Kraft hängt gemeinsam von der Dicke des verbleibenden Metalls, des Abstands zwischen zwei Einschnitten oder sonst von der Scherstärke des Kunststoffkerns, oder der Scherstärke des Haftmittels zwischen dem Kunststoffkern und jeder Metallschicht oder auch von der Adhäsion des Haftmittels auf jeder Metallschicht ab. Der Abstand zwischen den beiden Kerben ist aber viel leichter zu kontrollieren und konstant zu halten als die Dicke des verbleibenden Metalls, weil er deutlich größer als die Dicke des verbleibenden Metalls ist und damit weniger empfindlich auf die normale Toleranz von Werkzeugabnutzung reagiert. Er ist auch weniger empfindlich gegenüber Abnutzung, erstens weil er größer ist, aber auch weil seine Richtung senkrecht zu der Werkzeugbewegung und damit zu der Veränderung von Abmessungen ist, welche aus dem wiederholten Aufprall des Werkzeuges resultieren.
Wenn die Dicke des verbleibenden Metalls gering ist, wird die Öffnungskraft im Wesentlichen durch den leicht zu kontrollierenden Abstand zwischen zwei Einschnitten und weniger durch das verbleibende Metall bestimmt. Selbst wenn eine der Schichten tatsächlich vollständig durchtrennt wurde, kann ein Ausgleich zwischen der Widerstandsfähigkeit gegen unbeabsichtiges Öffnen und der Erleichterung des beabsichtigten Öffnens gefunden werden.
Weiterhin haben die Erfinder herausgefunden, dass die Dicke des verbleibenden Metalls wegen der Fähigkeit des Kunststoffs, Verformungen im Bereich des Einschnitts einzugehen, nicht so empfindlich gegen kleine Veränderungen bei der Werkzeugbestückung ist wie im dem Fall eines ganz aus Metall bestehenden Deckels.
Die Geometrie dieses doppelten Einschnitts sollte bevorzugt gewisse Kriterien abhängig von der Dicke des Metalls und des Kunststoffes erfüllen. Wenn man
em die Metalldicke
ep die Kunststoffdicke
p die Tiefe des Einschnitts
d den Abstand zwischen den Hauptlinien der Kerben
1 die Weite der Kerbe in ihrer äußeren Abmessung,
nennt, dann sollten die folgenden Beziehungen bevorzugt werden:
2em/3 < p < em+ep.
100um< d < L1000um, und
P/2 < 1 < 2p.
Die relative Anordnung der Einschnitte in die innere und in die äußere Seite sollten an den Typ des Deckels angepaßt werden.
Eine erste relative Anordnung, Fig. 4, entspricht Deckeln für Getränkedosen, in welchen das Öffnungssegment in einer einzigen Richtung zum Inneren der Dose verschoben wird und nach dem Öffnen am Deckel befestigt bleibt. Fig. 4a zeigt das Öffnungssegment von oben. In dieser Ausführungsform muß der Rand der äußeren Kerbe (10) vollständig innerhalb vom dem der inneren Kerbe (11) sein, so dass die Platte die Öffnung aufspannen kann. Fig. 4b zeigt einen unterbrochenen Schnitt des Deckels und der Öffnungsplatte entlang aa' mit zwei äußeren Kerben (10a) und (10a') und zwei inneren Kerben (11a) und (11a'). Der Bruch erscheint an den markierten Punkten (12) und es ist klar, dass das zentrale Segment leicht über die Öffnung paßt.
Eine weitere Anwendung dieser ersten Anordnung ist ein herkömmlicher Deckel, der mit einem Dosenöffner geöffnet werden kann, der eine senkrecht abwärts gehende durchtrennende Scherkraft nacheinander auf den gesamten Umfang des Deckels ausübt.
Eine zweite Anordnung, Fig. 5, entspricht Deckeln, beispielsweise von Nahrungsmitteldosen, bei welchen das Öffnungssegment zuerst im Moment der anfänglichen Perforation in Richtung Innenseite der Dose gedrückt wird, anschließend durch Ziehen in Richtung Außenseite der Dose abgelöst wird. Fig. 5a zeigt das Öffnungssegment von oben. Bei dieser Ausführungsform sollte der Rand der äußeren Kerbe (10) im Bereich dicht bei der Perforation der inneren Kerbe (11) innerhalb deren äußeren Rand sein, in den anderen Bereichen außerhalb. Die beiden Einkerbungslinien, innen und außen, überkreuzen einander an den zwei Punkten (14) und (15). Die Niete (16) dient dazu, den Ring anzubringen. Die Fig. 5b stellt einen unterbrochenen Schnitt des Deckels und des Öffnungssegments entlang aa' mit zwei äußeren Kerben (10a) und (10a') und zwei inneren Kerben (11a) und (11a') dar.
Eine dritte erfindungsgemäße Anordnung ist diejenige eines Deckels, bei dem das Öffnungssegment in eine einzige Richtung zum Äußeren der Dose hinverschoben wird und sich nach der Öffnung vollständig von der Bedeckung ablöst. Bei dieser Ausführungsweise muß der Umfang der äußeren Kerbe vollständig außerhalb von dem der inneren Kerbe liegen. Obwohl ein derartiges nach oben anzuhebendes Segment zu einer Zeit die Norm für Getränkedosendeckel gewesen ist, war es schwierig, einen ganz zu öffnenden Deckel für Nahrungsmitteldosen herzustellen, wegen der großen Kräfte, die ausgeübt werden müssen, bevor die Einkerbung einzureißen beginnt. Mittels dieser Erfindung kann jedoch die anfänglich auszuübende Öffnungskraft leicht durch das Verfahren des tiefen Einkerbens der beiden Metallschichten zusammen mit der Verringerung des Abstands zwischen den beiden Einkerbungen in dem Deckelbereich, in dem die Öffnung ausgelöst wird, gesteuert werden.
Außer den ökonomischen Vorteilen und einer verbesserten Einstellbarkeit der zum Öffnen aufzuwenden Kraft präsentiert die Erfindung noch andere Vorteile. Der erste ist, dass die Korrosion einer oder sogar beider Metallschichten bis zum Punkt der Perforation kein Auslaufen oder Kontamination des Produkts durch von außen eindringende Organismen mit sich bringt. In dem Fall, dass beide Metallschichten durchtrennt sind, könnte natürlich ein Gasaustausch zwischen Produkt und externer Umgebung auftreten, da der Kunststoffkern keine vollständige Barriere gegen Gas bietet. Wenn der Bereich der Perforation klein ist, wird auch der Gasaustausch sehr gering sein. Zusätzlich wird der Weg des Gasaustauschs durch den Kunststoff hindurch sehr lang sein, sofern nicht die Perforationen in den beiden Metallschichten genau übereinander liegen. Aber da die meisten Perforationen entlang den Einkerbungslinien auftreten und da diese gemäß der Erfindung versetzt angeordnet sind, wird der Gasaustausch sehr gering sein.
Zusätzlich kann man bei solchen MPM-Deckeln bestimmte Legierungen zur Begrenzung der Korrosion wählen. Beispielsweise kann die Legierung, die für die innere Schicht der Dose verwendet wird, so gewählt werden, dass die Korrosion in der Gegenwart eines bestimmten Nahrungsmittels auf das Minimum reduziert wird. Die für die äußere Schicht der Dose gewählte Legierung kann aufgrund ihrer mechanischen Festigkeit oder ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion durch den Kontakt mit einer gegebenen Umgebung ausgewählt werden.
Einen weiteren Vorteil bietet die Erfindung im Fall von unter Druck stehenden Produkten, wie gashaltigen Getränken. Dieser Vorteil liegt in der Tatsache, dass die beim Öffnen des Behälters ausgeübte Kraft von außen nach innen gerichtet ist, wohingegen die eine unbeabsichtigte Öffnung auslösende Hauptkraft von innen nach außen gerichtet ist. Die Anordnung der Einkerbung in der inneren Schicht seitlich zu der Außenseite der Einkerbung in der äußeren Schicht liefert einen zusätzlichen Schutz gegen unbeabsichtigtes Öffnen durch inneren Druck, da es für die innere Schicht unmöglich ist, die schmalere Öffnung der äußeren Schicht zu passieren.
Ein allgemeines Problem mit Dosendeckeln ist die von den scharfen Kanten des entfernten Deckelsegments und des verbleibenden Metalls ausgehende Verletzungsgefahr. Dieses Problem ist möglicherweise bei den MPM-Deckeln noch akuter. Die Scherung des .Kunststoffkerns könnte eigentlich nur in zwei verschiedenen Weisen auftreten:
(a) Wenn der Scherwiderstand der Zwischenschicht kleiner als der innere Scherwiderstand des Kunststoff ist, wird eine Ablösung des Kerns von einer der Metallschichten beobachtet. Diese dünne, abgelöste Metallschicht besitzt dann eine besonders scharfe Kante. In diesem Fall kann die Dose so konzipiert werden, dass diese scharfe Kante durch ein angrenzendes Teil der Dose geschützt wird. Ein Beispiel für derartigen Schutz besteht darin, dass die Wand des Dosenkörpers eine derartige Form besitzt, dass die Öffnung oberhalb einer Ausbuchtung der Dose ist, und damit die Berührung der Finger des Benutzers mit dem verbleibenden scharfen Metall verhindert. In einem solchen Modell sollte die Scherung angrenzend zu der geschützten Kante auftreten, so daß die andere Kante (beispielsweise die Kante des entfernten Segments) durch die volle Dicke des Kunststoffkerns geschützt ist. Dieser ausgewählte Bruch des Haftmittels kann einfach durch den Gebrauch eines weniger stark haftenden Haftmittels auf den Stellen der Oberfläche erreicht werden, wo der gewünschte Riß erscheinen soll.
(b) Wenn der Scherwiderstand der Zwischenschicht größer als die innere Scherkraft des Kunststoffs ist, dann wird eine Scherung innerhalb des Kunststoffkerns beobachtet, welche Kanten mit relativ dicker Kunststoffschicht zurück läßt und damit die Verletzungsgefahr verringert.
Um diese Scherung entweder zu der Zwischenschicht mit dem Metall oder in den Kunststoffkern zu lenken, wird eine Kunststoffschicht mit wenig Haftung verwendet, in welcher sich der Bruch fortpflanzt. Diese Schicht kann eine der haftenden Schichten, die Kunststoffschicht selbst oder eine zusätzliche Schicht sein, welche beispielsweise bei dem Kunststoffkern angeordnet ist. Der Vorteil des Gebrauchs einer solchen Schicht besteht in der Tatsache, dass der Bruch durch die Beherrschung der Haftung des verwendeten Materials gesteuert werden kann. Die Auswahl des Materials mit schwacher Haftung sollte natürlich unter Berücksichtigung seiner Verträglichkeit mit den anderen verwendeten Materialien der Struktur getroffen werden. Es ist bekannt, dass die Zugabe von nicht verstärkenden Füllstoffen zum Polymer eine Abnahme mechanischer Eigenschaften und im besonderen, seiner Eigenschaft, Brüchen Widerstand zu leisten, herbeiführt und damit seine Kohäsionskraft verringert. Die Konzentration der nicht verstärkenden Füllstoffe stellt die Steuerung der Haftung des in Frage kommenden Materials sicher.
Füllstoffe, welche schwach haftende Gleitebenen ähnlich derer bestimmter Mineralien, wie Glimmer, darstellen, können auf diese Weise die Kohäsionskraft von Polymeren verringern.
Eine andere Möglichkeit besteht in dem Gebrauch von zweier Polymerschichten von geringer Verträglichkeit in der Art und Weise, dass der Bruch dort auftritt, wo beide Schichten aufeinander treffen. Die beiden Schichten können coextrudiert oder mit den gewöhnlichen Techniken der Induktion aufgetragen werden. Das Maß an Verträglichkeit zwischen den beiden verwendeten Materialien erlaubt die Beherrschung des Bruches der Haftung, bei der Öffnung des Deckels auftritt.
Der Metall-Kunststoff-Aufbau zeigt vorzugsweise gewisse Eigenschaften an Dicke und Zusammensetzung.
Die Dicke der verschiedenen Bestandteile des Aufbaus entspricht bevorzugt folgenden Angaben: (in Mikrometern)
Metall 25 bis 100
Haftmittel 0 bis 10
Polymer 80 bis 300
Haftmittel 0 bis 10
Metall 25 bis 100
Und was die Zusammensetzung der Bestandteile betrifft:
Das Polymer für die Kerne wird aus einem der folgenden thermoplastischen Polymeren ausgewählt: Polypropylen, Polyethylen mit großer und kleiner Dichte (Nieder- und Hochdruckpolyethylen), Polyester oder Polyamid. Es ist interessant zu bemerken, dass es möglich ist, wieder aufgearbeitete Polymere zu verwenden, da diese nicht mit den im Behälter enthaltenden Nahrungsmitteln oder Getränken in Berührung kommen. Versuche mit wieder aufgearbeiteten Polyestern und Polypropylenen sind durchgeführt worden und haben vollständig zufriedenstellende Ergebnisse ergeben.
Das Haftmittel, vorzugsweise zwischen Polymer und Metall angebracht, ist entweder ein Duroplast, beispielsweise vom Polyurethan- oder Epoxid-Typ, ein thermoplastisches Polymer wie ein in der klassischen Weise durch ethylenische Säuren (Maleinsäure, Crotonsäure etc.) modifiziertes Polyolefin, Ethylen-Acryl-Polymere, Polyester oder verschiedene Copolymere der Monomere, die den vorstehend bezeichneten Polymeren entsprechen.
Das Metall ist entweder verzinnter oder nicht verzinnter Stahl, überzogen mit Chrom, Zink, Nickel oder Chromoxid, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Vorzugsweise wird eine Aluminiumlegierung, bevorzugt im gehärteten Zustand, verwendet.
Der erfindungsgemäße Metall-Kunststoff-Aufbau wird auf verschiedene bekannte Weisen angefertigt. Die allgemein am meisten gebrauchten sind direkte Co-Extrusion, Hitzeversiegelung, und Induktionsverklebung. Die letzten zwei Methoden werden bevorzugt auf einen Montageband, welchem Kunststofffilme und Metallstreifen zugeführt werden, durchgeführt.
Direkte Coextrusion besteht aus dem Extrudieren der zentralen Polymerschicht, mit dünnen Schichten des Haftmittels auf der einen wie der anderen Seite dieser Zentralschicht, zwischen zwei Metallfolien, welche kontinuierlich entrollt werden und welche die äußeren Schichten bilden. Das auf diese Weise zusammengefügte Produkt gelangt dann zwischen die Walzen, um die Haftung zwischen den verschiedenen Schichten zu erzeugen. Diese Technik wird offensichtlich nur im Fall der thermoplastischen Haftmittel angewendet.
Bei der Hitzeversiegelung beginnt man mit einem Verbund-Streifen des Polymers, der eine auf beiden Seiten mit einer Haftmittelschicht - hier aus einem Thermoplasten - überzogenen Zentralschicht aus Polymer einschließt, und dem Einführen dieses Streifen zwischen zwei Metallfolien. Die Hitzebindung wird durch den Durchgang des auf diese Weise erhaltenen Verbund-Produkts zwischen den zwei auf eine derartige Temperatur erwärmten Walzen gesichert, welche ausreichend zum Schmelzen oder mindestens zum ausreichenden Erweichen der Haftmittelschicht in einer Art und Weise ist, um die Haftung zwischen Polymerkern und Metallfolien zu garantieren.
Letztendlich besteht das Verkleben durch Induktion aus dem Überziehen der Innenseiten der beiden Metallfolien mit einem thermoduren Haftmittel durch eine bekannte Methode und aus dem Auftragen dieser Folien von einer und der anderen Seite des Streifen des zentralen Polymers mit der Hilfe von Walzen.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Deckel erfolgt durch Tieferziehen, wozu die gewöhnlichen Techniken verwendet werden. Die beiden Einkerbungslinien können gleichzeitig oder nach einander angebracht werden.
Die Deckel, welche der Gegenstand der Erfindung sind, können an alle Typen von Dosen, Getränkedosen, Nahrungsmitteldosen angebracht werden und zwar durch alle Typen von Mitteln zum Anbringen: falzen, ankleben und hitzeversiegeln.

Beispiele

Beispiel 1:

Ein Polypropylenstreifen von 140 um Dicke wird auf jeder seiner Seiten mit einer 5 um dicken Schicht eines Haftmittels, welches aus einem Film, bestehend aus mit Maleinsäure modifiziertem Polypropylen, gebildet wird, überzogen. Die beiden Haftmittelfilme werden durch kaltes Durchlaufen der beiden Walzen auf den Polypropylenfilm aufgetragen. Der auf diese Weise erhaltene Verbund-Streifen wird kontinuierlich zwischen zwei 80 Mikrometer dicke Folien, aus Aluminiumlegierung 3003, einer Manganlegierung gemäß den Standards der "Aluminium Association" eingeführt, wobei jede Folie durch Abwickeln von einer Spule startet und bei dem Durchgang durch einem Ofen bei 200ºC derart vorerhitzt wird, um das Haftmittel zu schmelzen. Die dann erhaltene MPM-Zusammensetzung läuft durch einen Druck von ungefähr 400 kPa ausübende Walzen und wird anschließend auf einer Spule aufgerollt. Ausgehend von dieser Anordnung werden runde Scheiben von 75.4 mm Durchmesser geschnitten. Diese Scheiben werden dann tiefergezogen, um mit einer äußeren Reißlinie (gezeigt als durchgehende Linie) und mit einer inneren Reißlinie (gezeigt als gepunktete Linie) versehene Deckel von 65mm Durchmesser zu ergeben, welche die in Fig. 4 dargestellte Gestalt bilden. Diese Deckel werden dann einer Untersuchung unterzogen, welche beweist, dass keine Brüche in Metall oder Kunststoff vorhanden sind. Es wird keine Aufspaltung zwischen Metall und dem Kunststoff beobachtet. Zusätzlich wird das saubere Reißen der Perforationslinien ohne das Phänomen des Ausfaserns erhalten.

Beispiel 2:

Eine Schicht aus Polyethylen mit niedriger Dichte mit einer Dicke von 150 um wird zwischen zwei Aluminiumfolien mit einer Dicke von 80 um extrudiert, wobei jede von einer Spule abgewickelt und bei einem Durchgang in einem Ofen auf eine Temperatur von 200ºC ohne das Dazwischenbringen einer Haftschicht vorerhitzt wird. Die dann erhaltene MPM- Konstruktion wird durch einen Druck von ungefähr 400 kPa ausübende Walzen geschickt und wird anschließend auf einer Spule aufgerollt. Ausgehend von dieser Konstruktion werden runde Scheiben von 94 mm Durchmesser geschnitten. Diese Scheiben werden dann tiefergezogen, um mit einer äußeren Reißlinie (gezeigt als durchgehende Linie) und einer inneren Reißlinie (gezeigt als gepunktete Linie) versehene Deckel von 81 mm Durchmesser zu ergeben, welche die in Fig. 4 dargestellte Gestalt annehmen. Diese Deckel werden dann der gleichen Untersuchung wie in Beispiel 1 unterzogen und führen zu den gleichen Beobachtungen.

Claims

1. Leicht zu öffnender Deckel für Dosen mit Nahrung oder Getränk, hergestellt aus einer Abdeckung mit einem Metall (9)-Kunststoff (7)-Aufbau, der Schichten (7, 9) auf der Innen- und Außenseite der Abdeckung (9, 7) aufweist, mit einer Rißlinie, die durch zwei benachbarte Kerben (10, 11) gebildet ist, von denen eine (10) in der Metallschicht (9) auf der Außenseite der Abdeckung (9, 7) hergestellt ist, die andere (11) in der Schicht (9) auf der Innenseite der Abdeckung (9, 7) hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (9) auf der Außen- und Innenseite der Abdeckung (9, 7) beide Metallschichten sind und eine Polymerschicht (7) zwischen den zwei Metallschichten (9) angeordnet ist, was zu einem Metall (9)-Polymer (7)-Metall (9)-Aufbau führt.

2. Leicht zu öffnender Deckel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Außenkerbe (10) auf der Abdeckung (7, 9) vollständig innerhalb der inneren Kerbe (11) liegt.

3. Leicht zu öffnender Deckel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der äußeren Kerbe (10) auf der Abdeckung (7, 9) vollständig außerhalb der inneren Kerbe (11) liegt.

4. Leicht zu öffnender Deckel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der äußeren Kerbe (10) auf der Abdeckung (7, 9) innerhalb zu dem der inneren Kerbe (11) an dem Teil nahe des Beginns der Öffnung und außerhalb abseits von diesem Teil liegt.

5. Leicht zu öffnender Deckel nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Kunststoffes unter einem oder jedem von Außenkerbe (10) und Innenkerbe (11) kleiner ist als der Rest des Metall (9)-Kunststoff (7)-Aufbaus.

6. Leicht zu öffnender Deckel nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß einer von jeder Außen- oder Innenkerbe (10, 11) eine Tiefe hat, die größer ist als oder gleich der Dicke der entsprechenden Metallschicht (9), ohne daß eine Metallschicht (9) abgetrennt wird.

7. Leicht zu öffnender Deckel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung der für die Öffnung anfänglich nötigen Kraft der Abstand zwischen den zwei Kerben (10, 11) in der Zone vermindert ist, wo die Öffnung beginnt.

8. Leicht zu öffnender Deckel nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherfestigkeit des Kunststoffmaterials (7) geringer ist als die Scherfestigkeit der Metall (9)-Kunststoff (7)-Schnittstelle, so daß der Riß in dem Inneren des Kunststoffkerns (7) auftritt.

9. Leicht zu öffnender Deckel nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherfestigkeit des Kunststoffmaterials (7) höher ist als die Scherfestigkeit der Kunststoff (7)-Metall (9)-Schnittstelle,: so daß der Riß an der Metall (9)-Kunststoff (7)-Schnittstelle auftritt.

10. Verfahren zum Herstellen eines leicht zu öffnenden Deckels gemäß einem der Ansprüche 1-9, aufweisend die Schritte:

- Herstellen von zwei Metallschichten (9) und einer Polymerschicht (7) zwischen den zwei Metallschichten (9) und

- Bilden von zwei benachbarten Kerben (10, 11), von denen eine (10) in der äußeren Metallschicht (9) gemacht ist, die andere (11) in der inneren Metallschicht (9) gemacht ist, wobei diese zwei Kerben (10, 11) gleichzeitig gemacht werden.

11. Verfahren zum Herstellen eines leicht zu öffnenden Deckels gemäß einem der Ansprüche 1-9, aufweisend die Schritte:

- Herstellen von zwei Metallschichten (9) und einer Polymerschicht (7) zwischen den zwei Metallschichten (9), und

- Bilden von zwei benachbarten Kerben (10, 11), von denen eine (10) in der äußeren Metallschicht (9) gemacht ist, die andere (11) in der inneren Metallschicht (9) gemacht ist, wobei diese zwei Kerben (10, 11) nacheinander gemacht werden.