-
Die
Erfindung betrifft eine Verpackung, bestehend aus einer Trägerschicht
aus Papier, Pappe oder Karton, die einseitig mit einer Dekorschicht
beschichtet ist und die eine Sollknicklinie aufweist sowie ein Verfahren
zur Herstellung einer solchen Verpackung. Beschichten soll im Sinne
der Erfindung auch Bedrucken einschließen.
-
In
der
DE OS 37 42 917 ist
ein Verfahren beschrieben bei dem ein Laserstrahl über
die Oberfläche eines blattförmigen Materials entlang
einer vorgesehenen Falzkante bewegt wird. Vorteilhaft kann der Laserstrahl
in mehreren eng benachbarten Zeilen über den Bereich der
Falzkante geführt werden. Bei dem blattförmigen
Material soll es sich um Kunststoff handeln, um einen bedruckten
Datenträger aus Papier oder ein papierähnliches
Material, dass zumindest einseitig mit einer Kunststoffschicht laminiert
ist.
-
Die
durch die kurzzeitige Einwirkung des Laserstrahles bewirkten Veränderungen
im Kunststoff erklärt die Anmelderin der
DE OS 37 42 917 wie folgt.
-
Neben
dem Aufbrechen der polymeren Molekularstruktur des Kunststoffes ändert
sich die Orientierung der Moleküle und es findet ein Materialabtrag
durch Verdampfen und Abfließen des Materials aus dem vom
Laserstrahl überstrichenen Bereich nach dessen Rändern
hin statt. Die dadurch bewirkte Schwächung des Kunststoffquerschnittes
im Bereich der vorgesehenen Falzkante wird noch dadurch verstärkt,
dass sich im Kunststoff in dem vom Laserstrahl bestrichenen Bereich
Gasblasen einlagern.
-
Das
hier beschriebene Verfahren führt nicht zum Erfolg, wenn
man in eine Verpackung aus beschichtetem Papier, Karton oder Pappe
eine Sollknicklinie einbringen möchte, wobei die Beschichtung
nicht beeinträchtigt werden und langzeitstabil auch über
eine Vielzahl von Knickungen unbeschadet bleiben soll.
-
Derartige
Verpackungen werden insbesondere als Produktverpackungen verwendet,
die nicht nur als Transportverpackungen dienen, sondern insbesondere
Verpackungen darstellen in denen der Endkunde das Produkt über
dessen Lebensdauer aufbewahrt.
-
Solche
Verpackungen werden über ihre Lebensdauer zum Teil vielfach
geöffnet und geschlossen, wobei im geöffneten
und/oder geschlossenen Zustand die an eine Sollknicklinie angrenzenden
Verpackungsbereiche einen vorgegebenen Knickwinkel miteinander einschließen.
-
Die
Verpackung, die z. B. ein Bucheinband, eine Buchhülle oder
ein Schmuckkarton ist, soll dem innen liegenden Produkt nicht nur
Schutz bieten und eventuell als Informationsträger dienen
sondern auch ein dauerhaft attraktives Aussehen verleihen, weshalb
zum Beschichten mittels Druckverfahren neben konventionellen Druckfarben
spezielle UV-Druckfarben verwendet werden, um die Verpackung am
Ende des Druckprozesses mit einem UV-Lack zu lackieren, der der
Verpackung einen extremen Glanz verleiht.
-
Lacke
und Farben werden vereinfacht als UV-Farben bzw. UV-Lacke bezeichnet,
wenn sie mit Hilfe von UV-Strahlung ausgehärtet werden
und sollen nachfolgend zusammenfassend als UV-Materialien bezeichnet
werden.
-
Schichten
gebildet aus UV-Materialien reagieren im Vergleich zu Schichten
aus konventionellen Druckfarben empfindlicher auf Zugspannungen.
Bereits ein einziger Knick kann dazu führen, dass die Oberfläche
aufplatzt. Außerdem sind Oberflächenrisse in Schichten
aus UV-Materialien visuell deutlicher wahrnehmbar.
-
Es
wurden praktische Versuche durchgeführt, bei denen in Verpackungen,
aus mit einem UV-Material einseitig beschichteten Pappen unterschiedlicher
Dicken, eine Sollknicklinie eingebracht wurde, indem ein Laserstrahl
von der unbeschichteten Seite her, senkrecht auf die Verpackungsoberfläche
gerichtet, entlang der gewünschten Sollknicklinie geführt
wurde. Die Prozessparameter wurden dabei so gewählt, dass
in der Trägerschicht aus Pappe ein Materialabtrag bewirkt
wurde, der annähernd an die Beschichtung grenzte, jedoch
ein Materialrest zur Beschichtung stets erhalten blieb.
-
Im
Ergebnis wurde entlang der Sollknicklinie, durch den bewirkten Materialabtrag,
eine keilförmige Nut erzeugt, deren Keilwinkel unabhängig
von der Tiefe der Nut zwischen 5° und 15° lag.
-
Der
Herstellung nachfolgende Knickversuche führten zu dem Ergebnis,
dass je stärker die beiden an die Sollknicklinie angrenzenden
Verpackungsbereiche zueinander geknickt wurden, d. h. je kleiner
der Knickwinkel gewählt wurde, desto mehr und breitere
Risse bildeten sich entlang der Sollknicklinie in der Dekorschicht
aus.
-
Die
beim Knicken entlang einer solchen Sollknicklinie entstehenden Spannungsverhältnisse
unterscheiden sich nur unwesentlich von denen, wie sie entstehen,
wenn die Verpackung völlig ungeschwächt geknickt
wird.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Verpackung mit einer
Sollknicklinie eines vorgegebenen Knickwinkels zu schaffen, bei
der eine auf der äußeren Oberfläche einer
Trägerschicht aufgebrachte Dekorschicht auch bei vielfachem
Knicken nicht beschädigt wird.
-
Es
ist auch eine Aufgabe der Erfindung ein hierfür geeignetes
Herstellungsverfahren zu finden.
-
Diese
Aufgaben werden für eine Verpackung mit den Merkmalen des
Anspruches 1 und für ein Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruches 7 gelöst.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Für
eine Verpackung ist es erfindungswesentlich, dass sie entlang der
Sollknicklinie eine keilförmige Materialausnehmung aufweist,
die die Trägerschicht nicht vollständig durchdringt
und einen Keilwinkel aufweist, der dem vorgegebenen Knickwinkel
für die Verpackung entspricht.
-
Für
ein Verfahren ist es erfindungswesentlich, dass die Sollknicklinie
mit zwei Laserschnitten erzeugt wird, die so in die gegenüberliegende
Seite der mit der Dekorschicht beschichteten Seite der Trägerschicht
eingebracht werden, dass sie sich in einer Ebene senkrecht zur Richtung
der Sollknicklinie unter einem Keilwinkel gleich dem vorgegebenen Knickwinkel
innerhalb der Trägerschicht schneiden.
-
Die
Laserschnitte können zeitgleich mit zwei Laserstrahlen
oder zeitlich nacheinander mit nur einem Laserstrahl erzeugt werden.
Die Trägerschicht kann selbst mehrschichtig sein oder auch
auf der mit der Dekorschicht gegenüberliegenden Schicht
beschichtet sein.
-
Je
tiefer die Materialausnehmung ist, bzw. je tiefer die beiden Laserschnitte
innerhalb der Trägerschicht aufeinander treffen, desto
geringer sind die in der Dekorschicht entstehenden Zugspannungen beim
Knicken.
-
Anhand
der Zeichnung werden die Verpackung und das Verfahren im Folgenden
beispielhaft näher erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1a zwei
auf eine Verpackung gerichtete Laserstrahlen
-
1b eine
fertige Verpackung gemäß 1a im
geknickten Zustand
-
1c einen
Ausschnitt aus 1b
-
In
einem ersten Ausführungsbeispiel soll eine Verpackung hergestellt
werden, die als Bucheinband dient.
-
Das
Buch hat eine Dicke von beispielsweise 1 cm, sodass in den Zuschnitt
der Verpackung zwei Sollknicklinien im Abstand von 1 cm eingebracht
werden müssen, jeweils mit einem Knickwinkel β von 90°,
damit ein passender Bucheinband entsteht.
-
Eine
hierfür geeignete Verpackung besteht beispielsweise aus
einer 0,5 mm starken Trägerschicht 1 aus Pappe,
die einseitig mit einer Dekorschicht 2 aus UV-Material
beschichtet ist.
-
Zur
Erzeugung der Sollknicklinie werden zeitgleich zwei Laserstrahlen 3.1, 3.2 auf
die unbeschichtete Oberfläche der Trägerschicht 1 gerichtet. Dabei
liegen die Laserstrahlen 3.1, 3.2 in einer gemeinsamen
Ebene die senkrecht zur Richtung der Sollknicklinie verläuft
und schließen einen Keilwinkel α miteinander ein.
-
Bei
der in 1a dargestellten Ausführungsform
ist der Keilwinkel α gleich 90°. Die Laserstrahlen 3.1 und 3.2 treffen
in einer Tiefe in der Trägerschicht 1 aufeinander,
die ungefähr 2/3 der Dicke a der Trägerschicht 1 entspricht.
-
Um
eine Sollknicklinie zu erzeugen, werden die Laserstrahlen 3.1, 3.2 in
fester Relativlage zueinander entlang der gewünschten Sollknicklinie
geführt.
-
Die
entstehende Materialausnehmung wird durch den Laserabtrag und einen
sich dazwischen ausbildenden Materialspan 4 gebildet, der
entweder bereits während der Entstehung, z. B. durch Absaugen,
oder am Ende des Verfahrens entfernt wird.
-
Die
Materialausnehmung ist idealisiert eine Nut mit dem Querschnitt
eines gleichschenkligen Dreieckes mit einem von den Schenkeln eingeschlossenen
Keilwinkel α, der gleich dem Knickwinkel β gewählt
ist, welcher durch die Verwendung der Verpackung vorgegeben ist.
Der Knickwinkel β stellt üblicherweise den Winkel
dar, den die beiden an die Sollknicklinie angrenzenden Verpackungsbereiche im
geschlossenen Zustand der Verpackung miteinander einschließen.
-
In
ihrer späteren Funktion sollen die an die Sollknicklinie
angrenzenden Verpackungsbereiche z. T. vielfach zwischen einer ungeknickten
Relativlage zueinander (1a) und
einer durch einen vorgegebenen Knickwinkel β bestimmten
Relativlage (1b) zueinander bewegbar sein,
ohne dass dabei die Dekorschicht 2 einen sichtbaren Schaden
erleidet.
-
Mit
einer erfindungsgemäßen Sollknicklinie erfolgt
der Prozess des Knickens nahezu kraftfrei. Da das Trägermaterial über
die Tiefe der Materialausnehmung über den gesamten Knickbereich
entfernt wurde, treffen die an die Materialausnehmung angrenzenden
Flächen erst zusammen, wenn der vorgegebene Knickwinkel β eingestellt
ist. Das heißt, über die Tiefe der Materialausnehmung
entstehen keine Spannungen im Trägermaterial, die eine
der Knickbewegung entgegenwirkende Kraft erzeugen würden.
-
In 1c ist
das Spannungsbild der Verpackung im geknickten Zustand dargestellt.
-
In
dem verbleibenden Restmaterial entlang der Sollknicklinie entstehen
zur Mitte der Restmaterialdicke hin abnehmende Druckspannungen,
die zur Dekorseite hin in zunehmend große Zuspannungen übergehen.
Je dicker das Restmaterial ist, desto größer werden
die in der Dekorschicht 2 entstehenden Zugspannungen, weshalb
die Restmaterialdicke so gering wie möglich und nur unwesentlich
geringer der Dicke a der Trägerschicht 1 gewählt
werden sollte.
-
Vorteilhaft
wird die Materialausnehmung um die Dicke der Dekorschicht 2 flacher
gewählt als die Dicke a der Trägerschicht 1 ist,
wodurch in der Dekorschicht 2 keine Druckspannungen und
nur geringe Zugspannungen entstehen.
-
Für
eine Verpackung mit einer Trägerschicht 1 aus
Pappe unterschiedlicher Dicke wurde zur Erzeugung der Laserstrahlen 3.1, 3.2 ein
CO2-Laser mit einer Leistung von jeweils
10 W und einer Pulsfrequenz von 20 kHz verwendet. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit
betrug z. B. für 0,2 mm starke Trägerschichten 1 60
m/min und für 1 mm starke Trägerschichten 1 15
m/min.
-
Die
Materialausnehmung kann anstatt zeitgleich mit zwei Laserstrahlen 3.1, 3.2 auch
mit nur einem Laserstrahl 3.1 erzeugt werden, indem dieser
in der beschriebenen Relativlage zur Trägerschicht 1 erst
den einen und dann den anderen eine keilförmige Materialausnehmung
bildenden Schnitt ausführt. Damit verlängert sich
allerdings die Prozessdauer.
-
Ein
Vorteil der Herstellung einer erfindungsgemäßen
Verpackung mit einem erfindungsgemäßen Verfahren
gegenüber der Herstellung mit konventionellen mechanischen
Verfahren besteht in der berührungsfreien Bearbeitung,
wodurch kein Werkzeugverschleiß entsteht.
-
Darüber
hinaus kann der gewünschte Keilwinkel α stufenlos
eingestellt werden allein durch eine bloße Änderung
der Relativlage der Laserstrahlen 3.1, 3.2 zueinander.
Im Unterschied hierzu müssen mechanische Werkzeuge, die
geeignet sind eine beschriebene Materialausnehmung herzustellen,
wie Schälmesser oder Fräser, in Abhängigkeit
vom gewünschten Keilwinkel α ausgewählt
und ausgetauscht werden.
-
Die
Herstellung einer erfindungsgemäßen Verpackung
mit mechanischen Werkzeugen hat außerdem den Nachteil,
dass während des Bearbeitungsprozesses Druck auf die Verpackung
und damit die Dekorschicht 2 ausgeübt wird, wodurch
sich besondere Anforderungen an die Oberfläche der Auflage
für die Verpackung ergeben, um die Dekorschicht 2 nicht
zu beschädigen.
-
Die
beschriebenen Nachteile von mechanischen Verfahren zur Herstellung
einer erfindungsgemäßen Verpackung sind jedoch
kein Hindernis die Verpackung so herzustellen.
-
Die
Verpackung und das hierzu beanspruchte Herstellungsverfahren sind
nicht darauf beschränkt, dass die Trägerschicht 1 nur
einseitig beschichtet ist. Sie kann auch auf der nicht mit der Dekorschicht 2 versehenen
Seite beschichtet sein, wodurch ein mechanischer Schutz der Trägerschicht 1 erreicht
wird.
-
Diese
zusätzliche Schicht wird allerdings entlang der Sollknicklinie
zertrennt.
-
Auch
kann die Trägerschicht 1 ein Laminat aus mehreren
Papier- oder Pappschichten sein.
-
- 1
- Trägerschicht
- 2
- Dekorschicht
- 3.1
- erster
Laserstrahl
- 3.2
- zweiter
Laserstrahl
- 4
- Materialspan
- α
- Keilwinkel
- β
- Knickwinkel
- a
- Dicke
der Trägerschicht
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 3742917 [0002, 0003]