DE102004056932A1 - Doppelwandiger Pappbecher - Google Patents

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Abstract

Beschrieben wird ein stapelbarer wärmeisolierender Pappbecher, der einen Innenmantel und einen davon beabstandeten Außenmantel enthält. Am unteren Ende des Außenmantels ist eine Bördelrolle angebracht, die am Innenmantel anliegt. Am Innenmantel ist eine Schulter für die Bördelrolle eines anderen zu stapelnden Pappbechers angeformt. Unterhalb der Schulter ist der Durchmesser des Innenmantels sprunghaft verkleinert. Der Anschlag der unteren Bördelrolle an der Außenfläche des Innenmantels liegt in der Höhe oder unterhalb des Becherbodens.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen doppelwandigen, stapel- und entstapelbaren Pappbecher mit einem einen Becherboden aufweisenen Innenmantel, einem davon beabstandeten Außenmantel, einer am unteren Ende des Außenmantels angebrachten, am Innenmantel anliegenden Bördelrolle sowie einer am Innenmantel angeformten Anschlagfläche für die Bördelrolle eines anderen, gleichartig zu stapelnden Pappbechers.
  • Ein Becher dieser Art ist durch das EP-Patent 1227042 Stand der Technik. Beschrieben wird ein wärmeisolierender Becher, der einen konischen Innenmantel und einen konischen Außenmantel aufweist, wobei der Innenmantel eine einwärts gerichtete Nut besitzt, die zur Abstapelung eines gleichartigen Bechers im Inneren des zu stapelnden Bechers dient. Die einwärts gerichtete Nut, die durch Einrollen erzeugt wird, soll dem Becher gute Stapel- und Entstapeleigenschaften verleihen, ohne dass eine Vielzahl gestapelter Becher verklemmt. Die Erfahrung zeigt, dass die Stapeleigenschaften bis zu einer Anzahl von etwa 20 Bechern zufriedenstellend sind. Werden wesentlich mehr Becher gestapelt, dann treten aber Verklemmungen auf. Insbesondere werden diese Verklemmungen durch axialen Druck, der von der Becheröffnung zum Becherboden gerichtet ist, bei einer großen Anzahl gestapelter Becher durch ihr Eigengewicht hervorgerufen. Schon das mäßige Absetzen von 50 verpackten und gestapelten Bechern führt zu einem Verklemmen. Als Ursache für das Verklemmen muss eine ungenügende Steifigkeit der Nat angesehen werden, die in dieser Herstellungsweise jedoch nicht verbessert werden kann, da das Einrollen zu einer Materialschwächung führt.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stapel- und Entstapeleigenschaften von Pappbechern der genannten Art wesentlich zu verbessern. Insbesondere sollen im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich mehr Becher stapelbar sein, die insbesondere auch dann nicht verklemmen, wenn eine große Anzahl gestapelter Becher ruckartig abgesetzt wird, oder wenn in irgendeiner anderen Art und Weise ein großer Axialdruck auf die gestapelten Becher wirkt, der z. B. bei Bestückung eines Bechermagazins auftreten kann. Zusätzlich soll durch eine spezielle Position des Anschlags der unteren Bördelrolle des Außenmantels auch eine bessere Formstabilität des Innenmantels erreicht werden, damit während des Abzugs eines Bechers aus einem Bechermagazin ein Anhaften des nächstfolgenden Bechers vermieden wird.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Anschlagfläche als Schulter ausgebildet ist, unterhalb welcher der Durchmesser des Innenmantels sprunghaft verkleinert ist, und dass der Anschlag der unteren Bördelrolle an der Außenfläche des Innenmantels in der Höhe oder unterhalb des Becherbodens angebracht ist.
  • Die Anschlagfläche wird durch eine sprunghafte Reduzierung des Durchmessers des Innenmantels ausgebildet, unterhalb welcher der Durchmesser des Bechers für einen gewissen Höhenbereich konstant bleibt. An diesen zylindrischen Bereich schließt sich dann wieder der ursprüngliche Konus des Innenmantels an. Die Durchmesserreduzierung wird durch einen speziellen Formungsprozess erreicht, der weiter unten beschrieben wird. Durch den Formungsprozess der Anschlagfläche wird eine Materialverstärkung und Materialverdichtung im sich unterhalb der Anschlagfläche anschließenden zylindrischen Bereich erreicht, wodurch dieser Bereich eine Festigkeitserhöhung erfährt. Dadurch wird die Anschlagfläche widerstandsfähiger gegen Verformungen, womit eine hohe Druckresistenz erreicht wird. Zusätzlich beeinflusst der Steigungswinkel der Anschlagfläche, die in den 3 und 4 mit α gekennzeichnet ist, und die Prägetiefe p die Stabilität des Innenmantels und damit die Stapelbarkeit des Bechers insgesamt. In praktischen Ausführungen liegen die Prägetiefen p im Bereich von 0,4 bis 1 mm und die Steigungswinkel α der Anschlagfläche im Bereich von 20 bis 50 Grad. Es ergeben sich sehr stabile Innenmäntel, die auch bei extremen Belastungen, die in Richtung der Becherachse wirken und mehr als 200 N betragen könnten, nicht zu Verklemmungen führen.
  • Auch Steigungswinkel von α im Bereich von 0 bis 20 Grad sind unter erhöhtem konstruktiven Aufwand praktisch ausführbar. Für diese Steigungswinkel erreicht man die formstabilsten Anschlagflächen. Jedoch muss speziell bei diesen Ausführungsformen die Prägung bei erhöhter Temperatur erfolgen, da ansonsten die Innenbeschichtung des Innenmantels aufreißen würde: Der Innenmantel von Bechern dieser Art besteht üblicherweise aus Pappe, wobei die Innenseite mit einer dünnen Kunststoffschicht, in den meisten Fällen wird Polyethylen verwendet, überzogen ist.
  • Ein Aufreißen der Innenbeschichtung würde den Becher unbrauchbar machen, weil er an dieser Verletzungsstelle durch Kontakt mit dem Getränk aufweichen würde. Eine Temperaturerhöhung der Formstation auf eine Temperatur etwas unterhalb der so genannten Glastemperatur (Erweichungstemperatur) der Innenbeschichtung erfüllt die Voraussetzung, dass die Beschichtung so fließfähig ist, dass auch Steigungswinkel α der Anschlagfläche im Bereich von 0 bis 20 Grad möglich sind, ohne dass die Beschichtung aufreißt.
  • Außerdem wird die Formstabilität des Innenmantels erhöht, indem der Anschlag der unteren Bördelrolle an der Außenfläche des Innenmantels in der Höhe des Becherbodens oder unterhalb des Becherbodens angebracht ist.
  • Der Becher kann im Öffnungsbereich mit oder ohne Schulter angefertigt werden. Die Anbringung einer oberen Schulter führt zu einem größeren Abstand zwischen Innen- und Außenmantel, womit eine höhere thermische Isolation gegeben ist. Auf die Stapeleigenschaften des Bechers hat die obere Schulter jedoch keinen Einfluss.
  • Eine weitere Verbesserung der Stapeleigenschaften wird durch die Formschlüssigkeit der unteren Bördelrolle mit der geometrischen Form der Anschlagfläche erreicht. Hierbei wird in einem speziellen Produktionsschritt des Außenmantels durch ein Prägeelement eine Formanpassung der unteren Bördelrolle an die Form der Anschlagfläche vorgenommen. Durch die Formanpassung der unteren Bördelrolle wird ein sehr genauer Sitz eines jeden gestapelten Bechers erreicht, so dass sehr hohe Stapelsäulen möglich sind, die nicht umkippen, weil deren Schwerpunkt nicht über die Standfläche hinauswandert, wodurch ein Zwischenabsetzen etwa bei einer Magazinbestückung gefahrlos durchgeführt werden kann.
  • Insbesondere die Temperatur des eingefüllten Getränkes ist Grundlage für die Isoliereigenschaften des Bechers. Die Materialstärke des Innenmantels, gefolgt vom Abstand zwischen dem Innenmantel und dem Außenmantel, und die Materialstärke des Außenmantels bestimmen den Temperaturabfall zwischen dem Getränk und der den Becher greifenden Hand. Bei den üblichen Flächengewichten der Pappe des Innen- und des Außenmantels beträgt üblicherweise der Abstand zwischen Innen- und Außenmantel etwa 1,2 mm. Damit lässt sich durch Einfüllen eines Getränkes mit einer Temperatur von 80 °C eine Außentemperatur von unter 60 °C erreichen, womit der Becher schmerzfrei auch für längere Zeit gehalten werden kann.
  • Aufgrund der optimierten Steifigkeit des Innenmantels eines Bechers dieser Erfindung, lässt sich Material von etwa 15 % einsparen, ohne dass der Becher merklich an Steifigkeit verliert. Die aufgrund der Materialeinsparung entstehenden reduzierten Isoliereigenschaften lassen sich durch eine Abstandsvergrößerung um 0,2 mm zwischen Innen- und Außenmantel wieder ausgleichen.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, mit dem der Becher hergestellt wird. Dazu wird in vorgelagerten Prozessschritten, die hier nicht beschrieben werden sollen, ein Innenbecher so weit angefertigt, dass er eine obere Bördelrolle besitzt und mit einem Becherboden ausgestattet ist.
  • Die Anbringung der Anschlagfläche geschieht in einer Formstation, die in die Prozesslinie zur Fertigung des Innenbechers integriert ist und die aus den Elementen einer Becheraufnahme, eines Kerndorns und eines Prägeringes besteht. Der Kerndorn bestimmt durch einen zylindrischen Teil und durch seinen Durchmessersprung die Form und die Eigenschaften der Anschlagfläche. Zur Anbringung der Anschlagfläche wird der Innenbecher bei geöffneter Formstation in die Becheraufnahme geschoben. Hierzu sind Kerndorn und Prägering so weit aufgefahren, dass ein Bestücken der Becheraufnahme mit einem Innenbecher möglich ist. Anschließend wird die Formstation zugefahren, d. h. der Kerndorn und der Prägering bewegen sich aufeinander zu, was in 10 mit Pfeilen angedeutet ist. Ist die Formstation so weit zugefahren, dass der Prägering den zylindrischen Teil des Kerndorns erreicht hat, dann wird eine Formschlüssigkeit des Prägeringes, des Innenbechers und des Kerndornes erreicht. Dabei sind die geometrischen Eigenschaften von Prägering und Kerndorn so angepasst, dass der Prägering im Verlauf des weiteren Zufahrens der Formstation einen zylindrischen Teilbereich des Innenbechers formt und dabei etwas Material der Becherwand zur Anschlagfläche treibt. Damit wird in der geschlossenen Position der Formstation im zylindrischen Teil des ursprünglich konischen Innenbechers eine Materialverdichtung und in der Anschlagfläche eine Materialverstärkung erreicht. Dies ist möglich, da die Faserorientierung des Mantels des Innenbechers mit der Bewegungsrichtung des Prägeringes übereinstimmt und die verwendeten Materialien verdichtbar und deren Fasern dehnbar sind.
  • Für sehr ausgeprägte Anschlagflächen, deren Steigungswinkel weniger als 20 Grad betragen, kann die Formstation beheizt werden, um die Fließfähigkeit der Kunststoffbeschichtung zu verbessern. Temperaturen von etwa 70 bis 90 °C, die durch einen warmen Luftstrom oder durch elektrische Beheizung der Station erzeugt werden, führen zu einer guten Formbarkeit und guten Fließfähigkeit der Innenbeschichtung.
  • Im nächsten Fertigungsschritt wird die Formstation wieder aufgefahren und der Innenbecher an Stationen weitergegeben, in denen er mit dem Außenmantel bestückt, verbunden und fertiggestellt wird.
  • Im Folgenden werden einige Figuren beschrieben, welche die Vorteile und Merkmale des Bechers verdeutlichen.
    •
  • Es zeigen:
  • 1: Einen Längsschnitt durch eine erste Ausführung eines stapelbaren, wärmeisolierenden Bechers,
  • 2: vier gestapelte Becher des in 1 dargestellten Bechers,
  • 3: die Ausführungsform einer Anschlagfläche mit einem Steigungswinkel von 25 Grad,
  • 4: die Ausführungsform einer Anschlagfläche mit einem Steigungswinkel von 5 Grad,
  • 5: die Anbringung der unteren Bördelrolle in Höhe des Becherbodens,
  • 6: die Anbringung der unteren Bördelrolle unterhalb des Becherbodens,
  • 7: die Ausführungsform eines Bechers im Bereich einer oberen Bördelrolle ohne obere Schulter,
  • 8: die Ausführungsform eines Bechers im Bereich einer oberen Bördelrolle mit oberer Schulter,
  • 9: die geöffnete noch unbestückte Formstation,
  • 10: die mit einem Innenbecher bestückte Formstation, wobei der Prägeprozess noch nicht durchgeführt wurde,
  • 11: der erste Kontakt zwischen Prägering, Innenbecher und Kerndorn,
  • 12: die vollständig geschlossene Formstation,
  • 13: die nach der Prägung vollständig geöffnete Formstation mit der Entnahme des Innenbechers.
  • Der als Längsschnitt dargestellte wärmeisolierende Becher nach 1 besteht aus einem einen Innenmantel (1) und einen Becherboden (4) aufweisenden Innenbecher und aus einem Außenmantel (2). Am Innenmantel (1) ist eine obere Bördelrolle (3) angebracht und ein Becherboden (4) eingesetzt. Die Stapeleigenschaften des Bechers werden durch eine Anschlagfläche (5), deren Prägetiefe (p) (siehe 3) sowie durch einen sich unterhalb der Anschlagfläche (5) befindlichen zylindrischen Bereich (7) bis (8) bestimmt. Die Symmetrieachse (15) des Bechers dient zur besseren Darstellung des Steigungswinkels (α) (siehe 3 und 4) der Anschlagfläche (5) und ist nur eine gedachte Linie. Der Außenmantel (2) ist im Bereich der Becheröffnung unterhalb der oberen Bördelrolle (3) außen am Innenmantel (1) angeschlagen. An seinem unteren Ende ist der Außenmantel (2) mit einer unteren nach innen eingeschlagenen Bördelrolle (11) versehen. Die Ausführung des oberen Anschlages (9), eine evtl. angebrachte obere Schulter (12) (siehe 8) und die untere Bördelrolle (11) definieren die Isoliereigenschaften des Bechers.
  • In 2 sind vier gestapelte Becher dargestellt, wobei drei Bereiche markiert wurden, die in weiteren Figuren vergrößert dargestellt sind. Der markierte Bereich "X" ist in den 3 und 4 dargestellt, um die Ausführungsform zweier Anschlagflächen (5) zu illustrieren. Der markierte Bereich "Y" ist in den 5 und 6 dargestellt, um die Ausführungsform des Anschlages (13) der unteren Bördelrolle (11) zu verdeutlichen. Der markierte Bereich "Z" ist in den 7 und 8 dargestellt, um die Ausführungsform der Becheröffnung zu verdeutlichen.
  • Die Stapelungs- und Entstapelungseigenschaften des Bechers werden durch den Steigungswinkel (α) der Anschlagfläche (5), die Prägetiefe (p) und den zylindrischen Bereich (7) bis (8) bestimmt. 3 zeigt die Stapelung eines Bechers an einer Anschlagfläche (5) mit einem Steigungswinkel (α) von 25 Grad. 4 zeigt die Stapelung eines Bechers an einer Anschlagfläche (5) mit einem Steigungswinkel (α) von 5 Grad.
  • 5 und 6 verdeutlichen die Verbesserung der Stabilität des Innenmantels (1) durch Anbringung der unteren Bördelrolle (11) auf der Höhe des Becherbodens (4) (5) oder unterhalb des Becherbodens (4) (6). Wird der Becher im Bereich der unteren Bördelrolle (11) gegriffen, dann kann sehr viel Druck auf die Bördelrolle (11) ausgeübt werden, ohne dass sich der Innenmantel (1) deformiert, weil die Bördelrolle (11) aufgrund ihres Anschlages (13) den Druck nur auf den Becherboden (4) oder die untere Zarge (24) überträgt. Wäre die untere Bördelrolle (11) oberhalb des Becherbodens (4) angebracht, dann könnte bei zu starkem Griff an der unteren Bördelrolle (11), etwa während der Entnahme aus einem Magazin, der Querschnitt des Innenbechers durch Kraftübertragung der Bördelrolle (11) auf den Innenmantel (1) deformiert werden, wodurch sich ein Verklemmen mit dem nächstfolgenden Becher ergeben würde.
  • Je nach Art oder Temperatur des einzufüllenden Getränkes kann der obere Bereich des Bechers unterschiedlich ausgeführt sein. Für sehr heiße Getränke empfiehlt sich eine obere Schulter (12), welche die Isolierstrecke zwischen Innenmantel (1) und Außenmantel (2) vergrößert und die am Innenmantel (1) angebracht ist. Für mäßige Getränketemperaturen wird diese Schulter (12) nicht benötigt. Die Ausführungsform ohne obere Schulter (12) ist in 7 dargestellt. Die Ausführungsform mit oberer Schulter (12) ist in 8 dargestellt.
  • Der Formungsprozess der Anschlagfläche (5) wird in einer Formstation (14) vorgenommen. Dazu wird der den Becherboden (4) enthaltende Innenbecher in die Becheraufnahme (17) der Formstation (14) übergeben (siehe 9). Anschließend wird die Formstation (14) zusammengefahren. Ein Kerndorn (18) der Formstation (14) fährt in den Innenbecher, und der Prägering (19) fährt von außen über den Innenbecher, wie in 10 dargestellt. Der Kerndorn (18) besitzt einen zylindrischen Bereich (20) bis (21) (11) und einen Durchmessersprung (22) bis (23), welcher die Form der Anschlagfläche (5) des Innenmantels (1) und die Höhe seines zylindrischen Bereiches (7) bis (8) bestimmt. Hat die Oberkante (26) des Prägeringes (19) den Anfang des zylindrischen Bereiches (21) des Kerndorns (18) erreicht, dann beginnt die Prägung des Innenmantels (1). Dieser Zustand ist in 11 dargestellt. Das Zusammenfahren der Formstation (14) in den geschlossenen Zustand (12) beendet die Formung der Anschlagfläche (5). Im letzten Prozessschritt der Prägung (13) wird die Formstation wieder vollständig geöffnet und der Innenbecher weitergegeben.

Claims (6)

  1. Doppelwandiger stapel- und entstapelbarer Pappbecher mit einem einen Becherboden aufweisenden Innenmantel, einem davon beabstandeten Außenmantel, einer am unteren Ende des Außenmantels angebrachten, am Innenmantel anliegenden Bördelrolle sowie einer am Innenmantel angeformten Anschlagfläche für die Bördelrolle eines anderen, gleichartig zu stapelnden Pappbechers, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (5) als Schulter ausgebildet ist, unterhalb welcher der Durchmesser des Innenmantels (1) sprunghaft verkleinert ist, und dass der Anschlag (13) der unteren Bördelrolle (11) an der Außenfläche (25) des Innenmantels (1) in der Höhe oder unterhalb des Becherbodens (4) angebracht ist.
  2. Doppelwandiger Pappbecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (5) einen Steigungswinkel (α) im Bereich von 0 Grad bis 70 Grad und vorzugsweise einen Steigungswinkel (α) im Bereich von 5 Grad bis 25 Grad besitzt.
  3. Doppelwandiger Pappbecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er eine obere Schulter (12) aufweist.
  4. Doppelwandiger Pappbecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Bördelrolle (11) formschlüssig an die Form der Anschlagfläche (5) angeglichen ist.
  5. Verfahren zum Herstellen eines Pappbechers gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, umfassend die folgenden Schritte: – Zuführen eines Innenbechers, an welchem eine obere Bördelrolle (3) angebracht ist und in welchem ein Becherboden (4) eingesetzt ist, in eine Formstation (14) bestehend aus Kerndorn (18), Becheraufnahme (17) und Prägering (19), – Einschieben des Kerndorns (18) in den Innenbecher, – Anbringen der Anschlagfläche (5) in der Formstation (14) durch Aufschieben des Prägeringes (19) auf den Innenbecher und den Kerndorn (18), – Öffnen der Formstation (14) und Weiterleitung des Innenbechers zur Fertigstellung des doppelwandigen Bechers zu Arbeitsstationen, in denen er mit dem Außenmantel (2) verbunden wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägeprozess zur Anbringung der Anschlagfläche (5) bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird.
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