Materialbahn für Verpackungen sowie Verpackungs-Behälter
Die Erfindung bezieht sich auf eine Materialbahn , die aus mindestens zwei übereinander angeordneten Folien zusammengesetzt ist und aus der zum Beispiel Deckelfolien für Verpackungsbehälter oder Verpackungsbeutel herstellbar sind und auf eine Folienverpackung für Lebensmittel mit Überdruckventil, gebildet durch eine sich ab einem bestimmten Druck im Inneren selbsttätig öffnende Schwächezone sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer Folienverpackung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 18.
Durch die EP 1 359 097 A1 ist eine Verpackung für Lebensmittel, die einem Pasteurisationsvorgang unterzogen werden sollen, bekannt. Die das Lebensmittel luftdicht umschließende Verpackung ist hierbei mit einem Ventil versehen, um den durch das Erhitzen des Lebensmittels entstehenden Überdruck in der Verpackung zumindest teilweise an die Umgebung abgeben zu können.
Derartige Verpackungen haben sich zwar seit geraumer Zeit bewährt, das Einsetzen der gesondert hergestellten Ventile in die Verpackung ist aber mit einem erheblichen Arbeitsaufwand verbunden. Außerdem bestehen die Ventile aus mehreren Bauteilen, z.B. einer durch Stege gehaltenen Membran, zwischen der und dem Dichtungskörper ein Dichtungsöl aufgebracht ist, so dass Beschädigungen beim Transport der Verpackungen und Störungen beim Pasteurisationsvorgang nahezu unvermeidbar sind.
Eine aus der DE 102 53 916 A1 bekannte Folienverpackung besteht aus einem Schlauchbeutel mit einer geschweißten Naht. In dieser ist mindestens ein u n verschweißter Bereich vorgesehen, der auf einer Seite nahe an den Innenraum heranreicht und auf der anderen Seite mit dem Außenraum in Verbindung steht. Der bei Erwärmung beispielsweise durch Mikrowellen in dem Schlauchbeutel entstehende Dampf führt zu einem Aufgehen der geschweißten Naht auf dem Wege des unver- schweißten Bereichs, so dass auf diese Weise ein sich selbsttätig öffnendes Überdruckventil gebildet ist. Durch geeignete Ausgestaltung, z.B. verjüngende Gestalt, wird der Austrittsquerschnitt für den Dampf verhältnismäßig klein gehalten, so dass noch Dampfdruck im Schlauchbeutel erhalten bleibt. Indessen führt diese Konstruktion mit Schwächung im Bereich der Siegelnaht dazu, dass im Beutel kein hoher Druck erzeugt wird; dies bedingt eine längere Garzeit und führt zu einem Zusammenfallen des Beutels nach Abschalten des Mikrowellengeräts.
Ein weiterer Dampfkochbeutel für den Mikrowelleneinsatz, der in der DE 41 22 077 A1 beschrieben ist, ist mittels Verschlussclip verschließbar und hat auf einer Seite eine Gruppe von eingestanzten bzw. eingestochenen Perforierungen. Während des Garvorgangs wölbt der Dampfdruck die obere Beutelseite nach oben, so dass der Überdruck durch die Perforierung ventiliert wird. Auch hier ist der Überdruck nicht sehr hoch und nach dem Abschalten des Mikroweilengeräts kommt es ebenfalls zum Zusammenfallen des Beutels.
Bei einer in der DE 695 23 751 T2 beschriebenen Lebensmittelverpackung ist in einer Folienbahn ein Schlitz vorgesehen, der von einer abziehbaren Membran bedeckt ist. Durch das Abziehen der Klebemembran kann der Schlitz ohne Öffnen der Packung freigelegt werden. Dies geschieht auch in einem Mikrowellenofen selbsttätig, wo aufgrund der Druckerhöhung die Klebemembran angehoben wird und dann durch den Schlitz eine Entlüftung erfolgen kann. Der Aufbau eines Dampfdrucks in der Verpackung ist nicht vorgesehen. Bei der Herstellung sind ein Schneide- und ein Klebevorgang zusätzlich erforderlich, was die Herstellkosten erhöht.
Ein weiteres Verfahren zum Ausgleichen des Überdrucks beim Garen von Fertiggerichten besteht in der Verwendung des sogenannten Keller-Ventils, bei dem es sich um ein in einen Beutel eingesetztes Kunststoffteil handelt. In diesem befindet sich eine kleine Folienronde mit Schlitz und eine geschlossene Folienronde. Bei Aufbau des Dampfdrucks im Beutel wird die erste Ronde abgehoben und der Dampfdruck kann über die geschlitzte Ronde definiert entweichen. Nachteilig bei diesem Verfahren sind die sehr hohen Kosten durch den Kunststoffeinsatz, und daher wird das Keller-Ventil derzeit nur bei großen Beuteln für Großküchen oder für sehr hochwertige Fertiggerichte ver¬ wendet. Auch ist die Montage des Kunststoffeinsatzes selbst sehr aufwendig, so daß sich dieser nicht für Massenprodukte eignet, d.h. mit einmaligem Verbrauch des Ventils lassen sich die Kosten nicht decken.
Die Folienbearbeitung mittels Laserstrahlen ist bekannt. So wurde bereits gemäß EP 0 540 184 A1 eine Kerblinie mittels Laser in einer Kunststoffverpackung eingebracht, um diese leichter öffnen zu können. Auch bei einer aus der DE 697 11 704 T2 bekannten Lebensmittelverpackung mit einer Leichtmetall-Mittelschicht ist eine mittels Laser hergestellte Vortrennlinie vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine aus mindestens zwei übereinander angeordneten Folien bestehende Materialbahn zu schaffen, die zur Herstellung von Verpackungen, in denen eingelagerte Lebensmittel einem Pasteurisationsvorgang auszusetzen sind, verwendet werden kann, ohne dass es dazu gesonderter Überdruckventile bedarf. Die Herstellung der Materialbahn soll auf einfache und sehr wirtschaftliche Weise möglich sein, dennoch soll ein beim Erhitzen des eingelagerten Lebensmittels entstehender Überdruck gesteuert abgebaut werden können und die Verpackung soll sich nach dem Abbau des Überdruckes selbsttätig wiederum nahezu luftdicht verschließen.
Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, eine Folienverpackung zu schaffen, die ein Garen von Lebensmitteln in einem Mikrowellenofen unter möglichst hohem Druck während eines ausreichenden Zeitraums ermöglicht.
Gemäß der Erfindung ist die aus mindestens zwei übereinander angeordneten Folien zusammengesetzte Materialbahn, mittels der dies zu erreichen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die die Außenseite eines Verpackungsbehälters oder eines Verpackungsbeutels bildende Folie eine oder mehrere schlitzartige Freisparungen eingearbeitet sind, die in Längs- und/oder Querrichtung des Verpackungsbehälters oder des Verpackungsbeutels mit seitlichem Abstand zueinander angeordnet sind, und dass die die mit Freisparungen versehene Folie tragende Folie oder Folien aus einem zumindest etwa achssenkrecht zu den schlitzartigen Freisparungen elastisch verformbaren Werkstoff hergestellt sind.
Des Weiteren wird diese Aufgabe ist durch die Erfindung bei einer Folienverpackung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung einer Folienverpackung ist im Anspruch 19 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Folienverpackung und des Herstellverfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zweckmäßig ist es hierbei, die mit den Freisparungen versehene Folie aus einem biaxial orientierten Werkstoff herzustellen, es ist aber auch möglich, wenn diese Folie aus einem monoaxial orientierten Werkstoff besteht, der in Achsrichtung der Freisparung elastisch verformbar ist.
Nach einer andersartigen Ausgestaltung kann die Materialbahn aber auch aus einer coextrudierten Mehrschichtfolie hergestellt werden, in deren die Außenseite eines Verpackungsbehälters oder eines Beutels bildende Schicht die Freisparungen eingearbeitet sind.
Sehr vorteilhaft ist es, die schlitzartigen Freisparungen mittels eines Laserstrahls in die äußere Folie bzw. Schicht der Materiaibahn vorzugsweise bei deren Herstellung einzuarbeiten.
Die aus biaxial oder monoaxial orientiertem oder coextrudiertem Material bestehende Folie der Materialbahn kann aus Polyester, Polyamid, Polypropylen oder Polyamid- Ethylenvinylakohol-Polyamid oder einem anderen Folienverbund mit einer eingebetteten Schicht aus Ethylenvinylalkohol mit einer Schichtstärke von etwa 10 - 40 μm bestehen; die elastisch verformbare Folie der Materialbahn kann aus coextrudiertem Polypropylen oder Polyethylen mit einer Schichtstärke von etwa 30 - 100 μm bestehen.
Wird eine Materialbahn gemäß der Erfindung ausgebildet, so ist es möglich, diese ganz oder teilweise bei Verpackungen insbesondere für Lebensmittel zu verwenden, in denen gesteuert ein sich ergebender Überdruck abzubauen ist. Dadurch, dass nämlich in der äußeren Folie eine oder mehrere Freisparungen eingearbeitet werden, die sich in Abhängigkeit von dem Innendruck der Verpackung vergrößern, und die diese tragende Folie aus einem elastisch verformbaren Werkstoff besteht, in der sich beim Ausdehnen porenartige Öffnungen ausbilden, kann sich selbsttätig der Überdruck in der Verpackung abbauen. Durch die Wahl der Werkstoffe, die Anordnung und/oder der Länge und/oder der Gestaltung der Freisparungen können die Grenzen des Überdrucks abgestimmt, z.B. auf den jeweiligen Pasteurisationsvorgang und das eingelagerte Lebensmittel eingestellt werden.
Da, um dies zu ermöglichen, keine gesonderten Bauteile erforderlich sind, die Funktionsweise sich vielmehr aus den gewählten Materialien ergibt, ist eine äußerst hohe Betriebssicherheit gewährleistet. Des Weiteren ist die Herstellung der Materialbahn mit sehr geringem Aufwand zu bewerkstelligen. Die Freisparungen können nämlich bei der Fertigung der Materialbahn unmittelbar in deren äußere Schicht, z.B. mittels eines Laserstrahles, eingearbeitet werden, so dass ein zusätzlicher Arbeitsgang nicht erforderlich ist. Mit Hilfe der vorschlagsgemäß ausgebildeten Materialbahn lassen sich somit kostengünstig Verpackungsbehälter und -beutel insbesondere für einen Pasteurisationsvorgang zu unterziehenden Lebensmittel herstellen, die bei hoher Betriebssicherheit einen Druckabbau ermöglichen und demnach nicht aufplatzen, wobei
die Barriereeigenschaften der Materialbahn durch die schlitzartigen Freisparungen nicht wesentlich beeinträchtigt werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Folienverpackung für Lebensmittel ist somit ein Überdruckventil vorgesehen, das durch eine sich ab einem bestimmten Druck im Inneren selbsttätig öffnende Schwächezone gebildet ist. Die Folienverpackung umfasst mindestens zwei Folienlagen, von denen die eine eine durch Laser erzeugte, aus Punkten und/oder Linien gebildete Perforation umfasst, während die andere dort geschlossen ist. Das heißt, der zum Schneiden verwendete Laser ist Wellenlängen- und leistungsmäßig so eingestellt und geregelt, dass eine Lage erhalten bleibt, die die Lebensmittelpackung versiegelt. Bei der anderen Folienlage bildet die Perforation eine Schwächung der Verpackung an dieser Stelle. Wird das Lebensmittel erwärmt, entsteht durch Verdampfung von Wasser innerhalb der Verpackung ein zunehmender Druck. Es öffnet sich dann die Perforationslinie, die beispielsweise ein Schlitz sein kann, und die andere Folienlage, z.B. die Siegelschicht, wird mit zunehmenden Druck gedehnt. Durch Überdehnung kommt es in dieser Folienlage dann zur Bildung mehrerer kleiner Öffnungen und Risse, d.h. bei Überschreitung der Elastizitätsgrenze tritt ein Bruch der Folie auf. Über die so entstandenen kleinen Öffnungen kann der Überdruck entweichen und es stellt sich ein Gleichgewicht zwischen dem entstehenden Überdruck und der Anzahl bzw. Öffnungsgröße der Löcher in der Folie ein.
Hierbei tritt noch das Phänomen auf, dass im Randbereich der in der zweiten Folie entstandenen Löcher das Material noch eine Elastizität hat und sich dadurch die Öffnungen bei wieder im Inneren der Folienverpackung abnehmendem Druck wieder teilweise schließen bzw. kleiner werden. Das so gebildete Überdruckventil ist daher ein dynamisches Ventil, welches sich abhängig vom Druck öffnet und in begrenztem Maße wieder schließt. Auf diese Weise ist es möglich, dass während des Garens von abgepackten Fertiggerichten in der Mikrowelle kontrolliert Dampf entweichen kann, wobei durch das dynamische Verhalten über die Garzeit ein größerer Druck aufrechterhalten werden kann und die Garzeit reduziert wird. Die Ventilwirkung ist unabhängig von der Verpackungsgröße oder dem Inhalt, gleich, ob der Wassergehalt
z.B. 30 ml oder 300 ml ist. Wenn die Mikrowelle wieder abgeschaltet wird, wird der Druck im Inneren der Folienverpackung langsam abgebaut. Anders als bei herkömmlichen Folienverpackungen mit Löchern kommt es nicht zum Zusammenfallen der Folienverpackung, wie dies von Beutelverpackungen etwa bekannt ist.
Durch den Einsatz der Lasertechnik kann das Vorsehen der erfindungsgemäßen Perforation sehr einfach ohne zusätzliche Mehrkosten auch in der Massenproduktion eingesetzt werden. Dabei lässt sich dieses Verfahren ohne zusätzliche Arbeitsschritte in die vorhandene Prozesstechnik integrieren, beispielsweise in Form einer Integration auf einem Rollenschneider.
Grundsätzlich kann bei der erfindungsgemäßen Bildung der Perforation in der Folienlage eine bestimmte Wellenlänge eingesetzt werden. Hierbei ist die Voraussetzung, dass die für die Perforation vorgesehene Folienlage im Folienverbund aus einer die für den Laser typische Wellenlänge absorbierenden Folie besteht. Beispielsweise absorbiert eine PET-Folie bei 10,25 μm das Laserlicht für die Perforationsbildung gut. Die absorbierende Folienschicht kann auch die untere Folienschicht sein, d.h. der Laserstrahl tritt durch die darüber liegende erste Schicht durch und wird in der darunter liegenden zweiten Schicht aufgrund der höheren Absorption getrennt. Durch die Wahl der Wellenlänge kann so der gewünschte Ort, d.h. die zu perforierende Folienlage, ausgewählt werden.
Die Perforation kann in Form von Punkten und/oder Linien vorliegen. Beispielsweise kann sie ein Schlitz sein oder eine aus sehr kurzen Linien oder Punkten bestehende Linie sein, wobei die dazwischenliegenden Stege so klein gewählt sein müssen, dass sie bei der Dehnung der Folie brechen und dem eigentlichen Ventileffekt nicht entgegenwirken. Es können auch mehrere Perforationen (Schlitze, Linien etc.) vorgesehen sein, deren Kontur beliebig gewählt werden kann. Die Länge der Schlitze beispielsweise wird durch die physikalischen Eigenschaften der zu dehnenden Folienschicht bestimmt, d.h. die Elastizitätsgrenze bestimmt den Bruch der Folie. Ist der Schlitz zu kurz, so kommt es nicht zur Überdehnung der Folie, diese bricht nicht, es
ergibt sich keine Ventilwirkung und die Verpackung platzt. Beispielsweise wurden Schlitze mit einer Länge von 30 mm in die eine Folienlage eingebracht. Andere Schlitzlängen sind ebenfalls möglich und hängen auch von den Foliendimensionen ab. Andererseits kann der Schlitz auch bis zur vollständigen Linie über die gesamte Verpackung ausgeführt werden. Hierbei kann es jedoch zu dem Nachteil kommen, dass die Stabilität der Verpackung stark beeinträchtigt ist und die Barriereeigenschaften der Verpackung hierdurch zu stark beinflusst sind. Auch die Breite der Schlitze kann auf verschiedene, beliebig gewählte Abmessungen gezielt eingestellt werden, beispielswei¬ se durch Defokussieren des Lasers oder mittels Kollimator. Vorzugsweise ist die Schlitzbreite 0,1 bis 3 μm, noch bevorzugter 1 bis 3 μm.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Folie eine Duplexfolie mit zwei Schichten, wobei die Siegelschicht beispielsweise aus Polypropylen oder Polyethylen und die Schutzfolie beispielsweise aus biaxial orientiertem Polyamid, Polyester und SiOx-beschichtetem Polyester oder monoaxial orientiertem Vinylpolyamid etc. sein kann. Als Laser ist ein CCVLaser eingesetzt worden, wobei jedoch auch an¬ dere Laser verwendet werden können.
In der Zeichnung sind eine gemäß der Erfindung ausgebildete Materialbahn und deren Verwendung bei Verpackungsbehältern dargestellt, die nachfolgend im Einzelnen erläutert sind. Hierbei zeigt:
Figur 1 eine mit schlitzartigen Freisparungen versehene Materialbahn, in
Draufsicht,
Figur 2 die Materialbahn nach Figur 1 in einem Schnitt nach der Linie Il - II, in vergrößerter Wiedergabe,
Figur 3 einen mit einer gemäß Figur 1 ausgebildeten Materialbahn verschlossenen Verpackungsbehälter, in einem Schnitt,
Figur 4 den Verpackungsbehälter nach Figur 3, im Überdruckzustand,
Figur 5 eine Draufsicht auf die Deckelfolie des Verpackungsbehälters nach Figur 4, in einer vergrößerten Darstellung, und
Figur 6 einen aus der Materialbahn gemäß Figur 1 hergestellten Verpackungsbeutel.
Figur 7 (a) eine schematische Schnittansicht einer Duplexfolienverpackung gemäß der Erfindung und (b) eine Draufsicht eines Ausschnitts aus der Ver¬ packung, die das Einbringen des Schlitzes veranschaulichen,
Figur 8 eine Veranschaulichung des Öffnungsvorgangs durch steigenden Druck mit Dehnung der perforierten Folie (a) im Schnitt und (b) als Draufsicht, bei der Verpackung nach Figur 7,
Figur 9 eine Veranschaulichung des Überdehnvorgangs der perforierten Fol ie (a) in der Schnittansicht und (b) in Draufsicht, bei der Verpackung nach Figur 7,
Figur 10 eine Schnittansicht ähnlich Figur 7, wobei jedoch die darunter liegende Folie geschnitten wird,
Figur 11 Beispiele für unterschiedliche Perforationsausführungen gemäß der bis 14 Erfindung.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte und mit 1 bezeichnete Materialbahn ist z.B. gemäß Figur 3 als auf einen Verpackungsbehälter 11 aufsiegelbare Deckelfolie 1 3 oder nach Figur 6 als Verpackungsbeutel 21 verwendbar und besteht aus einer inneren Folie 2 und einer mit dieser über eine Klebstoffschicht 4 verbundenen äußeren Folie 3. Die innere Folie 2 ist hierbei aus einem elastisch verformbaren Werkstoff hergestellt, die
äußere Folie 3 dagegen bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem biaxialen Material.
Des Weiteren sind in die äußere Folie 3 schlitzartige hintereinander mit Abstand angeordnete Freisparungen 5 eingearbeitet, es ist gemäß der strichpunktierten Darstellung aber auch möglich, zwei oder mehrere Reihen schlitzartiger Freisparungen 5' in der äußeren Folie 3 nebeneinander vorzusehen.
Die schlitzartigen Freisparungen 5 können, wie dies in Figur 2 gezeigt ist, bei der Herstellung der Materialbahn 1 mit Hilfe eines über einen Laserkopf 10 zugeführten Laserstrahls 10' in die äußere Folie 3 eingearbeitet werden. Das dabei abgetragene Material der äußeren Folie 3 wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Gebläses abgesaugt.
Gemäß Figur 3 ist auf dem umlaufenden Rand 12' des als Schale 12 ausgebildeten Verpackungsbehälters 11 eine Deckelfolie 13 aufgesiegelt, die aus der Materialbahn 1 herausgearbeitet sein kann und aus einer inneren Folie 14 und einer äußeren Folie 15 besteht, die mittels einer Klebstoffschicht 16 fest miteinander verbunden sind. Die äußere Folie 14 weist wiederum schlitzartige Freisparungen 17 auf.
Wird durch einen Pasteurisationsvorgang das in dem Verpackungsbehälter 11 eingelagerte Lebensmittel 20 erhitzt, erhöht sich der Innendruck in dem Verpackungsbehälter 11 , und die Deckelfolie 13 wird, wie dies in Figur 4 gezeigt ist, ausgedehnt. Dabei öffnen sich die in die äußere Folie 15 eingearbeiteten schlitzartigen Freisparungen 17, da die Folie 15 nicht dehnbar ausgelegt ist. In der inneren elastisch verformbaren Folie 14 bilden sich dagegen mehrere porenartige Durchgangsöffnungen 18 aus, über die im Bereich der Freisparungen 17 der in dem Verpackungsbehälter 12 herrschende Überdruck abgebaut wird, in dem Luft ausströmen kann. Sobald jedoch der Druck in dem Verpackungsbehälter 11 abgesenkt ist, wird die Deckelfolie 13 selbsttätig aufgrund der Elastizität der inneren Folie 14 in den Ausgangszustand zurückgeführt, so dass der Verpackungsbehälter 11 wiederum nahezu luftdicht verschlossen ist.
In gleicher Weise ist der aus einer Schlauchfolie hergestellte und durch eine Siegelnaht 22 verschlossene Verpackungsbeutel 21 gemäß Figur 6 wirksam. Die innere Folie 23 ist aus einem elastisch verformbaren Werkstoff hergestellt, die auf dieser angeordnete Folie 24 ist dagegen wiederum biaxial ausgelegt und mit schlitzartigen Freisparungen 25 versehen. Das in dem Verpackungsbeutel 21 eingelagerte Lebensmittel 30 kann somit gegart werden, ohne dass dabei zu befürchten ist, dass durch einen zu hohen Überdruck der Verpackungsbeutel 21 aufreißt.
Figur 7 zeigt das Einbringen eines Schlitzes 110 in die obere Folie 101 einer Duplexfolie F mittels eines Laserstrahls L. Im Verlauf der Erwärmung kommt es in der Folienverpackung zur Verdampfung von Wasser und damit zu einer Druckerhöhung, wodurch sich der Schlitz 110 der Folie 101 öffnet.
Dies ist in Figur 8 veranschaulicht. Infolge des Aufblasens der Verpackung ist der Schlitz 110 der Folie 101 erweitert und die darunter liegende Folie 102 wird gedehnt. Es bildet sich eine lokale Verdünnung 112. Infolge der Druckzunahme wird die Folie 102 überdehnt. Es bilden sich kleine Öffnungen 114 bei teilweise Überschreiten der Ela¬ stizitätsgrenze und die Folie 102 bricht. Die Bildung der Öffnungen 114 ist in Figur 9(b) in Detailansicht veranschaulicht.
Figur 10 zeigt eine ähnliche Anordnung, wobei jedoch die darunter liegende Folie 102 geschnitten wird und die Folie 101 die Schutzfolie bildet.
Figur 11 zeigt eine Perforationslinie, die sich über die gesamte Folie 101 erstreckt, jedoch aus einzelnen Schlitzen besteht.
Figur 12 zeigt eine Anordnung von beliebig angeordneten Schlitzen 110'.
Figur 13 veranschaulicht, dass die Gestalt der Schlitze 110" bzw. Perforationen beliebig sein kann, beispielsweise geschwungen, zickzackförmig, kreisbogenförmig, abgewin¬ kelt, etc.
Figur 14 veranschaulicht aus einzelnen Linienabschnitten gebildete Schlitze 10'". Damit ist ersichtlich, dass die Kontur der Linien und Schlitze ebenso wie deren Lage beliebig sein kann.