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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bechers aus
einem Papiermaterial mit einem befüllbaren Innenraum, bei dem
ein den Innenraum bildender Mantel mit einer Wandung des topfförmigen Bodens
durch das Formen einer Zarge im Wesentlichen flüssigkeitsdicht verbunden wird.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Herstellen eines
Bechers mit wenigstens einem Innenwerkzeug und einem Außenwerkzeug
zum Bilden einer Zarge, sowie einen dadurch hergestellten Becher
aus einem Papiermaterial.
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Ein
Verfahren der eingangs genannten Art sowie die entsprechende Vorrichtung
werden bei der Herstellung von Becher aus einem Papiermaterial sehr
häufig
eingesetzt. Bei dem bekannten Verfahren wird die Wandung eines topfförmigen Bodens
beim Formen der Zarge auf ihrer gesamten Höhe mit einem den Innenraum
bildenden Mantel flüssigkeitsdicht
verbunden. Ein zum Verpressen von Mantel und Boden eingesetztes
Innenwerkzeug und ein dazu gehöriges
Außenwerkzeug
weisen wenigstens die Höhe
der Zarge auf. Die Zarge wird dadurch sehr stabil und ist sehr widerstandsfähig gegen
Verformungen.
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Bei
Bechern aus Papiermaterial ist die Zarge ein sehr wichtiges Element
des Bechers. Die Zarge ist notwendig für die Verbindung zwischen dem
Mantel und dem Boden. An der Zarge liegen wenigstens zwei Materialschichten
in Dickenrichtung aufeinander, nämlich
das Material des Bodens und das Material des den Innenraum begrenzenden
Mantels. Der Boden ist topfförmig
gestaltet und seine offene Seite ist der Füllöffnung des Bechers abgewandt.
Die wenigstens zwei Materialschichten sind also bevorzugt entlang
der Wandung des topfförmigen
Bodens angeordnet. Es kann zusätzlich
vorgesehen sein, dass beispielsweise der Mantel um das Material
des Bodens herum eingeschlagen ist, und dass die Zarge aus drei
oder mehr Materialschichten besteht. Das Material des Bodens ist
mit dem Material des Mantels im Bereich der Zarge verklebt oder
versiegelt, um wenigstens für
einen gewissen Zeitraum flüssigkeitsdicht
zu sein.
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Unter
dem Begriff „Papiermaterial" aus dem der Boden
und der Mantel besteht, können
dabei unterschiedliche Materialien verstanden werden, die wenigstens
eine Schicht aus Papier, Pappe oder Karton aufweisen. Zusätzlich kann
das Material eine oder mehrere Schichten aus Kunststoff und/oder
Aluminium aufweisen. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Papiermaterial
gewachst oder lackiert ist, um eine Beständigkeit gegenüber der
in den Innenraum einzufüllenden
Flüssigkeit
aufzuweisen. Bevorzugt ist das Papiermaterial wenigstens auf der
den Innenraum begrenzenden Seite mit einer dünnen Kunststoffschicht, vorzugsweise
aus Polyethylen, beschichtet. Im Gegensatz zu reinem Kunststoffmaterial
ist die Formbarkeit und insbesondere die Dehnbarkeit von derartigem
Papiermaterial eingeschränkt. Bei
zu starker Verformung kann das Papiermaterial selbst oder auch eine
vorgesehene Beschichtung reißen,
so dass die Dichtigkeit beeinträchtigt
ist. Bei Bechern aus Papiermaterial ist deshalb die Zarge ein wesentliches
Konstruktionsmerkmal, auf das nicht verzichtet werden kann.
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Sind
an der Zarge nun Formgestaltungen erforderlich, die in einem nachfolgenden
Bearbeitungsschritt nach der flüssigkeitsdichten
Verbindung von Boden und Mantel geformt werden sollen, ist die Gestaltungsmöglichkeit
dieser Formen eingeschränkt, da
die Zarge der Verformung einen hohen Widerstand entgegensetzt. Der
Bereich der Zarge ist kaum noch elastisch und es kann sehr leicht
vorkommen, dass das Material an der Zarge einreißt, wenn die Zarge nachträglich noch
umgeformt wird. Dabei kann es sehr leicht passieren, dass auch die
flüssigkeitsdichte
Verbindung zwischen Mantel und Boden einen Schaden erleidet, so
dass der Becher später
bei Gebrauch undicht wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zarge zu schaffen, die
auch bei nachträglich
an der Zarge durchgeführten
Formgebungen eine flüssigkeitsdichte
Verbindung zwischen Mantel und Boden gewährleistet.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass beim Verbinden des Mantels mit dem Boden zwei Höhenbereiche
der Zarge vorgesehen werden, wobei die Wandung des topfförmigen Bodens
nur in einem ersten Höhenbereich
mit dem Mantel verbunden wird, der als „Festbereich" der Zarge bezeichnet
wird, und wobei ein zweiter Höhenbereich
verbleibt, in dem die Wandung des topfförmigen Bodens nicht mit dem Mantel
verbunden wird, und der als „Losbereich" der Zarge bezeichnet
wird.
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Der
hergestellte Becher weist an seiner Zarge wenigstens einen Losbereich
auf, in dem der Mantel und der Boden nicht flüssigkeitsdicht miteinander verbunden
sind.
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Bei
der Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass wenigstens das Innenwerkzeug oder
das Außenwerkzeug
eine Höhe
aufweist, die geringer als die Höhe
der Zarge ist.
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Das
Vorsehen eines Festbereichs und wenigstens eines Losbereiches hat
den Vorteil, dass nachfolgend an die Herstellung der flüssigkeitsdichten
Verbindung in dem Festbereich der Zarge in nachfolgenden Bearbeitungsschritten
die Zarge noch weiter verformt werden kann, ohne dass die flüssigkeitsdichte
Verbindung im Festbereich beeinträchtigt wird. Umformungen an
der Zarge können
beispielsweise dazu dienen, das Design des Bechers zu verändern oder
zusätzliche
Funktionen in die Zarge zu integrieren. Bevorzugt wird der Losbereich
der Zarge in den nachgeordneten Bearbeitungsschritte umgeformt,
so dass der Festbereich in seiner Form unverändert bleibt und die flüssigkeitsdichte
Verbindung nicht beeinträchtigt
wird.
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Der
Losbereich ist bevorzugt an der dem Innenraum abgewandten Seite
der Zarge angeordnet, so dass die Wandung im Bereich des offenen
Endes des topfförmigen
Bodens nicht mit Mantel verbunden ist.
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Beim
Verbinden des Mantels mit dem Boden wird bevorzugt die Wandung des
topfförmigen
Bodens in dem Festbereich mit dem Mantel verpresst, indem zwischen
dem Innenwerkzeug und dem Außenwerkzeug
eine Presskraft erzeugt wird. Die Höhe des Innenwerkzeugs und/oder
des Außenwerkzeugs ist
geringer als die Höhe
der Zarge, wodurch gewährleistet
wird, dass ein Höhenbereich
der Zarge, der nachher den Losbereich bildet, nicht von dem Innenwerkzeug
oder dem Außenwerkzeug
abgedeckt wird. Damit die Verbindung im Festbereich flüssigkeitsdicht
wird, kann vorgesehen sein, dass auf das Material des Mantels und/oder
des Bodens im Bereich der Wandung ein Leim aufgetragen wird, bevor
die beiden Teile zusammengefügt
und verpresst werden. Wenn die mit dem Innenraum in Kontakt stehende Seite
des Mantels und des Bodens mit einer thermoplastischen Kunststoffbeschichtung
versehen sind, kann auch der Mantel mit dem Boden im Festbereich versiegelt
werden, wobei Mantel und/oder Boden erwärmt und anschließend nur
im Festbereich aneinander gepresst werden. Die Erwärmung bis
zum Schmelzpunkt der Kunststoffbeschichtung kann durch ein erhitztes
Innenwerkzeug und/oder Außenwerkzeug während des
Aneinanderpressens oder durch ein Anblasen mit heißer Luft
erfolgen. Die Erwärmung
erstreckt sich dabei wenigstens auf den Festbereich der Zarge. Bevorzugt
wird der Mantel vor dem Einsetzen des topfförmigen Bodens im Bereich der
Zarge durch Anblasen mit heißer
Luft erwärmt. Nach
dem Einsetzen des Bodens in den Mantel werden die Materialschichten
nur im Festbereich aneinander gepresst, so dass dort eine flüssigkeitsdichte Siegelung
entsteht.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein,
dass die Zarge in dem Losbereich wenigstens in einem Bereich entlang
des Umfangs aufgeweitet wird. Der unterer Rand der Aufweitung kann
eine Standfläche
für den
Becher bilden. Die Standfläche
ist durch die Aufweitung vergrößert, so
dass der Becher nicht so leicht umkippen kann. Beim Aufweiten der
Zarge in dem Losbereich können die
Materialschichten des Mantels und des Bodens sich gegeneinander
verschieben, da sie ja nicht miteinander verbunden sind. Die Gefahr,
dass das Papiermaterial oder eine darauf angebrachte Beschichtung
während
des Formens der Aufweitung einreißt, wird dadurch stark verringert.
Zum Aufweiten der Zarge kann die Vorrichtung zum Herstellen des
Bechers in einer der ersten Bearbeitungsstation mit dem Innenwerkzeug
und dem Außenwerkzeug
zum Bilden der Zarge nachgeordneten Bearbeitungsstation wenigstens
ein Aufweitwerkzeug enthalten, das dem Losbereich zustellbar ist.
Zusätzlich
kann ein Abstützwerkzeug
vorgesehen sein, das beim Aufweiten dem Festbereich der Zarge zustellbar
ist, und dort eine Verformung verhindert. Es kann vorgesehen sein,
dass die Zarge im Losbereich vor oder bei dem Aufweiten zusätzlich angewärmt wird.
Wenn die Aufweitung an der Zarge sehr stabil sein soll, kann außerdem vorgesehen
sein, dass die Wandung des Bodens bei oder nach dem Aufweiten noch
mit dem Mantel verbunden wird, beispielsweise in dem der Losbereich
auf eine zum Siegeln ausreichende Temperatur erwärmt wird.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung bildet die Aufweitung an der
Zarge ein Mittel zum Halten eines anderen Bechers gleicher Art.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass an dem den Innenraum begrenzenden
Mantel ein erstes Mittel zum Halten geformt wird, dass mit einem
an der Zarge angeordneten zweiten Mittel zum Halten zusammenwirken
kann. Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, dass dem Becher ein
Außenmantel
zugeordnet wird, der zur Verbesserung der Isolationswirkung dienen
kann. Der Außenmantel
kann an sich beliebige Formen haben, und wird bevorzugt an dem Becher
angebracht, bevor die Aufweitung im Losbereich der Zarge geformt wird.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele im Zusammenhang
mit den Figuren. Einzelmerkmale der unterschiedlichen dargestellten
und beschriebenen Ausführungsformen lassen
sich dabei in beliebiger Weise kombinieren, ohne den Rahmen der
Erfindung zu überschreiten.
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Es
zeigen:
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1 einen
erfindungsgemäßen Becher
im Längsschnitt,
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2 eine
Ansicht ähnlich 1 auf
zwei gestapelte Becher,
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3 eine
entlang der Schnittfläche
III-III der 2 geschnittene Ansicht auf eine
mit mehreren partiellen Aufweitungen versehene Zarge,
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4 bis 7 Ansichten ähnlich 1 auf teilweise
dargestellte Becher unterschiedlicher Ausgestaltung, bei denen verschiedene
Außenmäntel vorgesehen
sind,
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8 einen
Längsschnitt ähnlich 1 auf eine
mit mehreren partiellen Aufweitungen und dazwischenliegenden Aussparungen
versehene Zarge,
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9 einen
Längsschnitt
durch die Zarge eines erfindungsgemäßen Bechers mit einem Innenwerkzeug
und einem Außenwerkzeug
zum Verpressen der Zarge,
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10 einen
Längsschnitt
eines Bechers im Bereich der Zarge beim Anbringen einer Aufweitung mit
einem Aufweitwerkzeug und einem Abstützwerkzeug,
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11A bis E schematisch und nur teilweise dargestellte
Längsschnitte
auf unterschiedliche Ausgestaltungsformen im Bereich der Zarge von
erfindungsgemäßen Bechern,
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12 eine
Ansicht ähnlich 9 auf
eine andere Variante.
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Der
in 1 dargestellte Becher 1 besteht im Wesentlichen
aus einem konischen Mantel 2 und einem topfförmigen Boden 3.
Die offene Seite des topfförmigen
Bodens 3 ist so angeordnet, dass sie von der Füllöffnung des
Bechers 1 abgewandt ist. Der Boden 3 ist mit seiner
Wandung 31 im Bereich des geringeren Umfangs des Mantels 2 flüssigkeitsdicht
mit diesem durch eine Zarge 4 verbunden. Im Bereich der
Zarge 4 ist das Material des Mantels 2 um die
Wandung 31 des Bodens 3 herumgelegt und nach innen
eingeschlagen. Der Mantel 2 und der Boden 3 bilden
einen befüllbaren
Innenraum 5 des Bechers 1. Der befüllbare Innenraum 5 weist
eine Höhe A
auf. Der den Innenraum 5 begrenzende Mantel 2 weist
an seinem oberen Rand, also in dem Bereich des größeren Umfangs,
eine nach außen
gebördelte Mundrolle 6 auf,
die die Füllöffnung umgibt.
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Die
Eigenschaft „konisch" des Mantels 2 ist dabei
so zu verstehen, dass sich der Mantel 2 in dem in 1 dargestellten
Längsschnitt
von der Mundrolle 6 zu dem Boden 3 verjüngt. Der
Mantel 2 weist dabei im Bereich des befüllbaren Innenraums 5 einen Neigungswinkel α zu der Mittelachse 13 des
Bechers 1 auf. Es ist dabei unerheblich, welche Form der Mantel 2 im
Querschnitt aufweist. Der Mantel 2 kann im Querschnitt
beispielsweise kreisrund, oval oder auch rechteckig mit abgerundeten
Ecken sein. Der Becher 1 hat im Falle eines runden Querschnitts
des konischen Mantels 2 eine kegelstumpfähnliche
Form, während
er im Falle eines rechteckigen Querschnitts des konischen Mantels 2 eine
eher pyramidenstumpfartige Form aufweist.
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Die
Zarge 4 weist wenigstens in einem Bereich entlang ihres
Umfanges eine nach außen
ragende Aufweitung 10 auf. Ein unterer Rand 14 der Aufweitung 10 an
der Zarge 4 bildet eine Standfläche für den Becher 1. Der
Becher 1 steht bei Gebrauch auf seiner Standfläche, die
durch die Aufweitung 10 vergrößert ist. Dadurch ist ein Umkippen
des Bechers 1 erschwert. Die Aufweitung 10 ist
bevorzugt entlang des Umfangs der Zarge 4 umlaufend gestaltet.
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Die
nach außenragende
Aufweitung 10 bildet auch ein Mittel 9 zum Halten
eines anderen Bechers 1' gleicher
Art, das bei einem Stapeln des Bechers 1 mit einem gleichartigen
Becher 1' zusammenwirken
kann. Das Stapeln des Bechers 1 in einem gleichartigen
Becher 1' ist
in 2 dargestellt. Die Aufweitung 10 als
Mittel 9 zum Stapeln des Bechers 1 kann dabei
beispielsweise mit einem den Innenraum 5' begrenzenden Mantel 2' zusammenwirken.
Weitere Mittel zum Stapeln sind nicht unbedingt erforderlich.
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Bevorzugt
weist der den Innenraum 5 begrenzende Mantel 2 wenigstens
ein erstes Mittel 7 zum Halten eines anderen Bechers 1 gleicher
Art auf, das an sich beliebig geformt sein kann. Wichtig ist, dass
das erste Mittel 7 zum Halten wenigstens eine Kontur aufweist,
die in Richtung der Mittelachse 13 des Bechers 1 wirkende
Kräfte,
also Kräfte,
die beim Stapeln zwischen zwei Bechern wirken, aufnehmen kann. Das
erste Mittel 7 zum Halten kann beispielsweise durch eine
Rippe oder Sicke 8 gebildet werden, die in den Innenraum
des Bechers 1 hineinragt. An der Zarge 4, an der
der den Innenraum 5 begrenzende Mantel 2 um den
topfförmig
tiefgezogenen Boden 3 herumgebördelt und flüssigkeitsdicht
versiegelt ist, ist das genannte zweite Mittel 9 in Form
der Aufweitung 10 angeordnet.
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Die
Abmessung Y des zweiten Mittels 9 zum Halten ist an die
Abmessung X des ersten Mittels 7 zum Halten des anderen
Bechers 1' gleicher
Art angepasst. Im Falle eines kreisrunden Querschnitts des Bechers 1 entspricht
die Abmessung X des ersten Mittels 7 zum Halten dem Innendurchmesser
des Mantels 2 oberhalb der Sicke 8. Die Abmessung
Y des zweiten Mittels 9 zum Halten entspricht dem größten Außendurchmesser
der Aufweitung 10 an der Zarge, also dem Durchmesser, der
die Aufweitung 10 umschließt. Die Anpassung der Abmessungen
X und Y erfolgt vorteilhafterweise derart, dass die Abmessung Y
etwas kleiner oder maximal gleich groß wie die Abmessung X gewählt wird.
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Das
Zusammenwirken des ersten Mittels 7 und des zweiten Mittels 9 zum
Halten wird an den in 2 dargestellten Bechern 1 und 1' deutlich. Das an
dem den Innenraum 5' begrenzenden
Mantel 2' angebrachte
erste Mittel 7' des
Bechers 1' nimmt
das zweite Mittel 9 des Bechers 1 auf. Die an
der Zarge 4 des Bechers 1 angebrachte Aufweitung 10 und
speziell das untere Ende der Aufweitung 10 stützt sich dabei
auf die Sicke 8',
die in den Mantel 2' eingeformt ist.
Durch die genannte Anpassung der Abmessung X des ersten Mittels 7 zum
Halten an die Abmessung Y des zweiten Mittels 9 zum Halten
wird gewährleistet,
dass die Aufweitung 10 des Bechers 1 stabil und sicher
auf der Sicke 8' des
gleichartigen Bechers 1' aufsteht,
ohne sich jedoch in dem konischen Mantel 2' zu verklemmen. Die Kräfte, die
beim Stapeln entlang der Mittelachse 13 auftreten, beispielsweise
die Gewichtskräfte
des Bechers 1 und der eventuell noch darüber gestapelten
Becher, werden sicher von der Sicke 8' als Mittel 7' zum Halten
aufgenommen und über
den Mantel 2' bis
zum unteren Rand 14' der
Zarge 4' des
unteren Bechers 1' weitergeleitet
und von der am unteren Rand 14' befindlichen Standfläche an den
Untergrund abgegeben. Auch wenn sehr hohe Kräfte in Richtung der Mittelachse 13 auftreten,
ist eine leichte Entnehmbarkeit des Bechers 1 bzw. 1' beim Entstapeln
gewährleistet.
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Um
die Dichtigkeit der Zarge 4 beim Formen der Aufweitung 10 nicht
zu beeinträchtigen,
ist es vorteilhaft, wenn die Höhe
B der Aufweitung 10 – wie
in 1 erkennbar – kleiner
ist als die gesamte Höhe
Z der Zarge 4. Durch die geringere Höhe B der Aufweitung 10 verbleibt
an der Zarge ein Höhenbereich
C, der die Abdichtung zwischen dem den Innenraum 5 begrenzenden
Mantel 2 und dem Boden 3 übernimmt. Dabei entspricht
die Höhe
B bevorzugt in etwa der halben Höhe
Z. Im Axialschnitt der 1 gesehen weist die Zarge 4 unterschiedliche
Neigungswinkel β und γ zu der Mittelachse 13 des
Bechers 1 auf. Der Neigungswinkel β des Höhenbereiches B der Zarge 4 ist
dabei in jedem Fall so gerichtet, dass sich die Zarge zum unteren
Rand 14 hin aufweitet und an ihrem unteren Rand 14 die
größte Abmessung
Y aufweist, also parallel zur Mittelachse 13 gesehen der
untere Rand 14 der Zarge 4 den am weitesten von
der Mittelachse 13 beabstandeten Bereich der Zarge 4 bildet.
Im dargestellten Fall verjüngt
sich die Zarge 4 im Höhenbereich
C noch mit dem Neigungswinkel γ,
der dem Neigungswinkel α des
Mantels 2 im Bereich des Innenraumes 5 entspricht.
Die Aufweitung 10 setzt sich jedenfalls bis zum unteren Rand 14 fort,
der die Standfläche
bildet. Weitere mögliche
Ausgestaltungen der Zarge 4 sind unten noch mit Hilfe von 9 beschrieben.
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Der
die Aufweitung 10 umschließende Durchmesser Y ist dabei
bevorzugt größer als
der Durchmesser D, der den mit dem Innenraum 5 in Kontakt
stehenden Bereich des Bodens 3 umschließt. Damit ein effektives Stapeln
möglich
ist und die Stapelhöhe
nicht unnötig
hoch wird, ist es vorteilhaft, wenn das an dem den Innenraum 5 begrenzenden
Mantel 2 angeordnete Mittel 7 zum Halten nicht höher oberhalb
des Bodens 3 als ein Drittel der Höhe A des Innenraums 5 angeordnet
ist. Selbst wenn auf das Mittel 7 verzichtet wird und sich
die Aufweitung 10 unmittelbar auf dem konischen Bereich
des Mantels 2 abstützt,
ist der die Aufweitung 10 umschließende Durchmesser Y bevorzugt
kleiner als ein die Innenkontur des Mantels 2 umschließender Durchmesser
in einer Höhe
oberhalb des Bodens 3 von etwa einem Drittel der Höhe A.
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Ein
Höhenbereich
C ohne Aufweitung, bei dem ein Teil der Zarge 4 in seiner
ursprünglichen Form
verbleibt und nicht aufgeweitet wird, ist insbesondere für das erfindungsgemäße Verfahren
zum Herstellen eines stapelbaren Bechers 1 wichtig, bei dem
ein Halbzeug mit einem befüllbaren
Innenraum 5 verwendet wird, das aus dem konischen Mantel 2 und
dem darin bereits flüssigkeitsdicht
befestigten Boden 3 besteht. Das Halbzeug weist also eine
Zarge 4 auf, die jedoch noch keine Aufweitung 10 enthält. An dem
Halbzeug wird die Sicke 8 als erstes Mittel 7 zum
Halten und die Aufweitung 10 als zweites Mittel 9 zum
Halten geformt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass das Halbzeug
auf einer herkömmlichen
Bechermaschine hergestellt werden kann. Im Anschluss an diese herkömmliche
Bechermaschine wird das Halbzeug dann einer Vorrichtung zugeführt, die
das erste Mittel 7 zum Halten und das zweite Mittel 9 zum
Halten an das Halbzeug anformt und den stapelbaren Becher 1 fertigstellt.
Durch den unverformt bleibenden Höhenbereich C wird die Dichtigkeit der
Zarge 4 nicht beeinträchtigt.
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Die
Rippe oder Sicke 8 kann durch Formwerkzeuge geprägt oder
gerollt werden, die dem Mantel 2 in axialer oder radialer
Richtung des Bechers 1 zugestellt werden. Die Aufweitung 10 an
der Zarge 4 kann beispielsweise durch einen kegelförmigen Dorn
geformt werden, der der Zarge 4 von der Unterseite her
zugestellt wird. Gegebenenfalls kann die Zarge 4 zum Formen
der Aufweitung 10 erwärmt werden.
Da ein Formwerkzeug, das eine Gleitbewegung relativ zu der Oberfläche der Zarge 4 ausführt, sehr
leicht zu einer Faltenbildung führen
kann, kann es auch vorteilhaft sein, die Aufweitung 10 mittels
eines Rollwerkzeuges oder eines sich radial aufspreizenden Werkzeuges
zu formen. Es kann dabei vorteilhaft sein, dem Außenumfang
der Zarge 4 ein entsprechend geformtes Gegenwerkzeug zuzustellen, um
die Formung der Aufweitung 10 zu unterstützen.
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In 3 ist
eine besondere Ausgestaltung der Aufweitung 10 an der Zarge 4 dargestellt.
Die Aufweitung 10 gemäß 3 ist
nicht am gesamten Umfang der Zarge 4 umlaufend ausgeführt. Es
sind stattdessen vier Aufweitungen 10 gleichmäßig am Umfang
verteilt, zwischen denen jeweils ein Bereich 11 ohne Aufweitung
vorgesehen ist, der im Wesentlichen der ursprünglichen Kontur der Zarge 4 entspricht.
In Verbindung mit einer am gesamten Umfang umlaufenden Sicke 8 werden
beim Stapeln des Bechers 1 in einem gleichartigen Becher 1' Luftdurchlässe 12 zwischen
dem Mantel 2' bzw.
der Sicke 8' des
Bechers 1' und
den nicht aufgeweiteten Bereichen 11 des Bechers 1 gebildet,
die das Entstapeln der Becher erleichtern können. Durch die Luftdurchlässe 12 kann
beim Herausnehmen des Bechers 1 aus dem Becher 1' Luft aus der
Umgebung in den unter dem Boden 3 des Bechers 1 befindlichen Bereich
des Innenraums 5' des
Bechers 1' einströmen, so
dass sich dort kein Unterdruck bilden kann, der der Entnahmebewegung
des Bechers 1 entgegenwirkt.
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In
weiterer Ausgestaltung der partiellen Aufweitung 10 der 3 kann
neben der konkaven Ausgestaltung des Bereiches 11 zwischen
den vier Aufweitungen 10 dieser auch geradlinig oder leicht
konvex ausgestaltet sein. Der Umriss der Zarge 4 kann polygonförmig sein,
wobei die Ecken natürlich
abgerundet sind. Des Weiteren kann – wie in 8 angedeutet – vorgesehen
sein, dass die Zarge in Bereichen 11 gemäß 3 Aussparungen 111,
Schlitze oder Sollbruchstellen aufweist. Insbesondere wenn die Aufweitung 10 relativ
weit nach außen
ragen soll, kann es vorkommen, dass das Papiermaterial des Mantels 2 am
unteren Rand 14 unkontrolliert einreißt. Um ein unkontrolliertes
Einreißen
zu verhindern, können,
wie in 8 dargestellt, in den Bereichen 11 zwischen
den Aufweitungen 10 Aussparungen 111 oder Schlitze
eingestanzt sein, die sich über
den Höhenbereich
B der Zarge 4 erstrecken, der ja nicht für die Dichtigkeit
der Zarge 4 benötigt
wird. Die Höhe der
Aussparungen 111 kann dabei in Abhängigkeit von der Dehnfähigkeit
des Materials an der Zarge 4 unterschiedlich sein, geht
jedoch nicht wesentlich über
den Höhenbereich
B hinaus, so dass ein genügend
großer
Höhenbereich
C zur Abdichtung verbleibt. Die Aussparungen 111 können entweder
bereits im Zuschnitt des Mantels 2 vorgesehen sein, bevor
das Halbzeug aus Mantel 2 und Boden 3 hergestellt
wird, können
aber genauso gut auch erst in die fertiggestellte Zarge 4 vor
dem Aufweiten eingebracht werden.
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Obwohl
es in den 1 bis 3 nicht
dargestellt ist, kann es vorteilhaft sein, dem Becher 1 einen
Außenmantel
gemäß einer
der 4 bis 7 zuzuordnen, der den den Innenraum 5 begrenzenden
Mantel 2 bevorzugt unter Bildung eines Hohlraumes umgibt.
Damit das Stapeln des Bechers 1 nicht beeinträchtigt wird,
kann es vorteilhaft sein, dass sich die Außenkontur des Außenmantels
innerhalb einer Parallelen 15 zu dem den Innenraum 5 begrenzenden
Mantel 2 befindet, wobei die Parallele 15 an der Aufweitung 10 der
Zarge 4 angelegt wird. Solange sich ein Außenmantel
innerhalb des Raumes 16 zwischen der Parallelen 15 und
dem den Innenraum 5 begrenzenden Mantel 2 befindet,
werden die Stapeleigenschaften des Bechers in keiner Weise beeinflusst.
Der Gestaltungsfreiheit sind somit keine Grenzen gesetzt. Außerdem ist
es möglich,
eine gemeinsame Ausführung
des Bechers 1 mit unterschiedlichen Außenmänteln auszustatten, ohne das
erste Mittel 7 zum Halten und das zweite Mittel 9 zum
Halten verändern
zu müssen.
Nachfolgend werden mit Hilfe der 4 bis 7 einige
mögliche
Ausgestaltungen für
derartige Außenmäntel beschrieben.
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Die
in den 4 bis 7 dargestellten Becher 1 weisen
jeweils einen wärmeisolierenden
Außenmantel 417, 517, 617 und 717 auf,
der den den Innenraum 5 begrenzenden Mantel 2 teilweise
unter Bildung eines Hohlraumes 18 umgibt. Derartige Becher
werden auch als doppelwandige Isolierbecher bezeichnet, bei denen
der sich innerhalb des Außenmantels 417, 517, 617, 717 befindliche
Mantel 2 in Verbindung mit dem Boden 3 auch als „Innenbecher" bezeichnet werden
kann. Das erste Mittel 7 zum Halten eines anderen Bechers 1' gleicher Art
und das zweite Mittel 9 zum Halten sind jeweils analog
der in 1 beschriebenen Variante gestaltet, so dass auf eine
wiederholte Beschreibung verzichtet werden kann.
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Bei
der Herstellung eines doppelwandigen Bechers 1 nach den 4 bis 7 wird
an einem als Halbzeug zugeführten
Innenbecher, der auch schon eine Mundrolle 6 aufweisen
kann, ein erstes Mittel 7 zum Halten geformt. Anschließend wird
der Außenmantel 417, 517, 617 bzw. 717 aufgeschoben und
an dem den Innenraum 5 begrenzenden Mantel 2 fixiert.
Als letzter Schritt wird das zweite Mittel 9 zum Halten
geformt. Dies hat den Vorteil, dass das zweite Mittel 9 zum
Halten das Aufschieben des Außenmantels 417, 517, 617, 717 nicht
behindert, und dass beispielsweise die Abmessung Y der Aufweitung 10 größer als
die Innenkontur des Außenmantels 417, 517, 617, 717 sein
kann.
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Der
Außenmantel 417 des
in 4 dargestellten Bechers 1 ist im Wesentlichen
parallel zu dem den Innenraum begrenzenden Mantel 2 angeordnet.
Der Außenmantel 417 weist
an einem oberen und an einem unteren Ende jeweils eine nach innen gerichtete
Einrollung 419 und 420 auf und stützt sich durch
die Einrollungen 419 und 420 an dem den Innenraum 5 begrenzenden
Mantel 2 ab. Es kann vorgesehen sein, dass der Außenmantel 417 im
Bereich der Einrollung 419 und/oder 420, beispielsweise durch
Leimen, fixiert ist. Die Höhe
des Außenmantels 417 kann
wie durch die gestrichelt dargestellte Einrollung 420' angedeutet,
je nach Bedarf unterschiedlich sein. Besonders vorteilhaft ist eine
Höhe des
Außenmantels 417,
die der dargestellten Einrollung 420 entspricht, bei der
der Außenmantel 417 oberhalb
der Aufweitung 10 der Zarge 4 und unterhalb des
Bodens 3 endet. Bevorzugt beträgt der Abstand E zwischen dem
Außenmantel 417 und
der Aufweitung 10 etwa 1 bis 2 mm. Eine derartige Höhe des Außenmantels 417 gewährleistet
auch bei schon aufgeschobenem Außenmantel 417 die
Zugänglichkeit
der Zarge 4 in dem Höhenbereich
B von außen,
so dass eine Formung der Aufweitung 10 mit einem radial
von außen zugestellten
Werkzeug nicht durch den Außenmantel 417 behindert
wird. Die Einrollung 420 stützt sich im Bereich der Zarge 4 am
Innenmantel 5 ab, wodurch der Außenmantel 417 sehr
stabil wird. Gleichzeitig verdeckt der Außenmantel 417 auch
das erste Mittel 7 zum Halten, so dass dieses von außen nicht
erkennbar ist. Die Sicke 48 ist im Gegensatz zu 1 nach
außen
geformt. Die Kraftaufnahmefähigkeit
des Mittels 7 zum Halten kann dadurch gesteigert werden,
da das gestreckte Papiermaterial der Sicke 48 eine höhere Stabilität als das
gestauchte Papiermaterial der Sicke 8 der 1 aufweist.
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In 5 weist
der den Innenraum 5 begrenzende Mantel 2 im Bereich
unterhalb der Mundrolle 6 eine sprunghafte Größenveränderung
in Form einer Schulter 21 auf, die sich vom Boden 3 zur
Mundrolle 6 gesehen als sprunghafte Querschnittserweiterung darstellt.
Der Außenmantel 517 ist
im Bereich zwischen der Mundrolle 6 und der Schulter 21 mit
dem den Innenraum 5 begrenzenden Mantel 2, beispielsweise
durch Siegeln oder Leimen, verbunden. An seinem unteren Ende weist
der Außenmantel 517 eine nach
innen gerichtete Einrollung 520 analog der Einrollung 420 auf,
die auch weiter oben in der gestrichelt angedeuteten Position 520' liegen kann.
Ein oberhalb des Bodens 3 endender Außenmantel 517 bewirkt
oftmals eine ausreichende Isolationswirkung und hat den Vorteil,
dass der Materialbedarf für
den Außenmantel 517 reduziert
ist. Die Höhenposition der
Einrollung 520 kann alternativ auch entsprechend den unter 4 beschriebenen
Auswahlkriterien erfolgen und weiter unten liegen. Das Mittel 7 zum
Halten ist hier als gerundete Rippe 58 gestaltet, wobei
die Rippe 58 nicht komplett umlaufend geprägt sein
braucht, sondern sehr vorteilhaft auch aus nur punktuellen Einprägungen im
Mantel 2 bestehen kann.
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Abweichend
zur Darstellung der 5 kann der Becher 1 im
Bereich der Schulter 21 auch anders gestaltet sein. Eine
vorteilhafte Variante im Bereich der Schulter 21 ist in 5A stark
vergrößert dargestellt.
Der Bereich des den Innenraum 5 begrenzenden Mantels 2,
der zwischen der Mundrolle 6 und der Schulter 21 liegt
und in 5A mit dem Bezugszeichen 25 bezeichnet
ist, weist im Gegensatz zu der Darstellung nach 5 einen
anderen Neigungswinkel zur Mittelachse 13 als der übrige Mantel 2 auf.
In 5A verläuft
der Bereich 25 des Mantels 2 zwischen der Mundrolle 6 und
der Schulter 21 in etwa parallel zur Mittelachse 13.
Damit der Außenmantel 517 beim
Aufschieben auf den Innenbecher 1 ein wenig unter die Mundrolle 6 geschoben
werden kann, ist der obere Randbereich 26 des Außenmantels 517 leicht
eingestaucht. Der Randbereich 26 setzt den konischen Außenmantel 517 also
nicht gleichmäßig fort,
sondern weist einen etwas geringer werdenden Durchmesser auf. Wird
der Außenmantel 517,
so wie in 5A, dargestellt, mit seinem
oberen Rand ein wenig in die Mundrolle 16 eingeschoben,
so ergibt sich ein besonders gutes Erscheinungsbild des Bechers 1,
da der obere Rand des Außenmantels 517 nicht
mehr sichtbar ist. Wird der Außenmantel 517 in nicht
dargestellter Ausgestaltung noch weiter in die Mundrolle 6 eingeschoben,
so bewirkt schon die Klemmung des Außenmantels 517 durch
das Material der Mundrolle 6 eine Fixierung des Außenmantels 517.
Für gewisse
Anwendungsfälle
kann die Klemmung des Außenmantels 517 in
der Mundrolle 6 als einzige Befestigung des Außenmantels 517 ausreichend
sein.
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6 zeigt
eine Variante eines Außenmantels 617,
bei der der Hohlraum 18 im oberen Bereich seine größte Dicke
aufweist und sich nach unten hin zunehmend verjüngt. Am oberen Ende des Außenmantels 617 ist
eine nach innen gerichtete Einrollung 619 vorgesehen, die
sich an dem den Innenraum 5 begrenzenden Mantel 2 abstützen kann.
Der Außenmantel 617 kann
ebenfalls oberhalb der Zarge 4 oder – wie dargestellt – kurz oberhalb
der Aufweitung 10 mit einem Abstand E enden und dort beispielsweise flach
angesiegelt sein. Eine Alternative zeigt die 6A, bei
der Außenmantel 617 ebenfalls
nicht parallel zum Mantel 2 verläuft. Der Außenmantel 617' ist unterhalb
der Mundrolle 6 flach angesiegelt und die Dicke des Hohlraumes 18 vergrößert sich
nach unten hin. Am unteren Ende ist stützt sich der Außenmantel 617' mit einer Einrollung 620 analog
der Einrollung 420 an dem Mantel 2 ab. Der Becher 1 der 6A weist
keine Sicke 68 auf. Beim Stapeln wirkt dann die Aufweitung 10 ohne
weitere Mittel zum Stapeln mit einem anderen Bechers 1' gleicher Art
zusammen und stützt
sich direkt an dem den Innenraum 5 begrenzenden Mantel 2 ab.
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In 7 ist
ein Außenmantel 717 dargestellt, der
den den Innenraum 5 begrenzenden Mantel 2 eng
umschließt
und im Wesentlichen auf der gesamten Fläche dicht aufliegt. Ein solcher
Außenmantel 717 kann
ausreichend sein, wenn die Anforderungen an die Isolationswirkung
des Bechers 1 nicht besonders hoch sind. Außerdem kann
ein dicht anliegender Außenmantel 717 die
Stabilität
des Bechers 1 verbessern, da der Mantel 2 praktisch
auf seiner gesamten Höhe
am Außenmantel 717 abgestützt ist.
Die Fixierung des Außenmantels 717 geschieht
bevorzugt wiederum durch Siegeln oder Leimen, wobei die Fixierung
in einzelnen Bereichen oder auch vollflächig erfolgen kann. In Ausgestaltung
des Außenmantels 717 können im
Außenmantel 717 nach
außen
gerichtete Prägungen 23 vorgesehen
sein. Die Prägungen 23 können Design-Elemente zur Gestaltung
des Bechers sein, die beispielsweise in Form eines Schriftzuges
das enthaltene Produkt kennzeichnen. Die Prägungen 23 können jedoch
auch benützt
werden, um die Isolationswirkung des Außenmantels 717 in bestimmten
Bereichen gezielt zu erhöhen,
da unterhalb der Prägungen 23 wiederum
Hohlräume 18 entstehen.
Die Prägungen 23 können beispielsweise
genau in den Bereichen am Becher 1 angeordnet werden, an
denen sich die Kontaktpunkte zu einer den Becher 1 greifenden
Hand befinden.
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Auch
wenn die Sicke 48, 58 des ersten Mittels 7 zum
Halten bei den Bechern der 4 und 5 eine
etwas andere Ausgestaltung als in den übrigen Figuren aufweist, ist
nichtsdestotrotz die Abmessung Y des zweiten Mittels 9 an
die Abmessung X des ersten Mittels 7 zu Halten eines anderen
Bechers 1' gleicher
Art angepasst. Wenn die Abmessungen X und Y bei den Bechern 1 der 4 bis 7 mit
den unterschiedlichen Außenmänteln 417, 517, 617 und 717 identisch
sind, können
alle diese Becher 1 auch in beliebiger Kombination untereinander
gestapelt werden ohne sich zu verklemmen, da alle Außenmäntel 417, 517, 617 und 717 innerhalb des
Raumes 16 zwischen der Parallelen 15 und dem den
Innenraum 5 bildenden Mantel 2 liegen. Zur Variation
der optischen und haptischen Wahrnehmung der Becher 1 kann
die Außenseite 22 der
Außenmäntel 417, 517, 617, 717 unterschiedliche
Strukturen aufweisen. Die Außenseite 22 kann
beispielsweise geriffelt, geprägt,
gewellt sein oder eine aufgeschäumte
Beschichtung aufweisen. Es kann auch vorgesehen sein, den Außenmantel 417, 517, 617 beispielsweise
gewellt auszuführen
und zusätzlich an
der Außenseite 22 eine
glatte Abdeckung der Wellenstruktur in Form eines weiteren Mantels
vorzusehen, um die Isolierwirkung des Bechers 1 weiter
zu verbessern.
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Insbesondere
die Ausgestaltung des Außenmantels 417 mit
einer oberen Einrollung 419 oder die Befestigung des Außenmantels 517 im
Bereich einer Schulter 21 des Mantels 2 haben
den Vorteil, dass auch schon in einem Bereich dicht unterhalb der Mundrolle 6 ein
sehr breiter Hohlraum 18 zwischen Mantel 2 und
Außenmantel 417, 517 entsteht,
der eine sehr hohe Isolationswirkung aufweist. Die Einrollung 419 oder
die Schulter 21 gewährleisten
auch ohne zusätzliche
Mittel, wie beispielsweise aufgeschäumte Schichten oder Wellpappe-Schichten
innerhalb des Hohlraumes 18, dass sich der Abstand zwischen
Mantel 2 und Außenmantel 417 bzw. 517 auch
unter Druckbelastung, beispielsweise durch eine greifende Hand,
nicht verringert und die Isolationswirkung verloren geht.
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Es
sei noch ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass die unterschiedlichen Ausgestaltungen der Außenmäntel 417, 517, 617 und 717 und
anderer Gestaltungsmittel des Bechers 1 wie der Sicke 8, 48, 58, 68, 78 oder
der Schulter 21 je nach Bedarf beliebig miteinander kombiniert
werden können,
und nicht auf die dargestellten Varianten beschränkt sind.
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Anhand
der 9 und 10 wird nun das Verfahren und
die Vorrichtung zum Herstellen eines Bechers 1, wie er
beispielsweise in den 1 bis 8 dargestellt
ist, näher
erläutert.
Die in 8 dargestellte Zarge 4 des Bechers 1 weist
zwei Höhenbereiche
F und L auf. Im Höhenbereich
F, der als Festbereich F der Zarge 4 bezeichnet wird, ist
die Wandung 31 des topfförmigen Bodens 3 mit
dem Mantel 2 flüssigkeitsdicht
verbunden. In dem Höhenbereich
L, der als Losbereich L der Zarge 4 bezeichnet wird, ist
die Wandung 31 des topfförmigen Bodens nicht mit dem
Mantel 2 verbunden. Der Mantel 2 kann dabei wie
dargestellt locker um die Wandung 31 des Bodens 3 herumgelegt
sein und eine Art Wulst 24 bilden. Alternativ kann der
Mantel 2 auch ohne Wulst 24 um die Wandung 31 umgelegt
sein. Auch wenn die Materialschichten des Mantels 2 und des
Bodens 3 im Losbereich L dicht aufeinanderliegen, ist es
wichtig, dass die Materialschichten nicht fest miteinander verbunden
sind.
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Die
Herstellung des Bechers 1 erfolgt, in dem in an sich bekannter
Weise ein flachliegender Zuschnitt für den Mantel 2 auf
einem Dorn um die Mittelachse 13 gewickelt wird und der
Zuschnitt an einer Überlappungsstelle
parallel zur Mittelachse 13 verbunden wird, so dass der
Mantel 2 entsteht. Ein mit der Wandung 31 topfförmig vorgeformter
Boden 3 wird parallel zur Mittelachse 13 in den
konischen Mantel 2 eingeschoben. Anschließend wird
der Mantel 2 um die Wandung 31 nach innen eingeschlagen.
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Das
Papiermaterial des Mantels 2 und des Bodens 3 enthalten
bevorzugt auf ihrer dem Innenraum 5 zugewandten Seite eine
Beschichtung aus thermoplastischem Kunststoffmaterial. Das Verbinden
des Mantels 2 mit dem Boden 3 kann dadurch mittels
eines Heißsiegelns
erfolgen, bei dem der Mantel 2 und/oder der Boden 3 wenigstens
in dem später
den Festbereich F bildenden Bereich erwärmt wird, so dass die Beschichtung
weich wird. Das Erwärmen
erfolgt bevorzugt durch ein Anblasen des Mantels 2 und/oder
des Bodens 3 mit heißer
Luft, bevorzugt bevor der Boden 3 in den Mantel 2 eingesetzt wird.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens in dem später den
Festbereich F und/oder die Wandung 31 bildenden Bereich
ein Leim aufgetragen wird, bevor der Boden 3 in den Mantel 2 eingesetzt
wird.
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Zum
Verbinden des Mantels 2 mit dem Boden 3 wird die
Wandung 31 in dem Festbereich F mit dem Mantel 2 verpresst.
Die Vorrichtung zum Herstellen enthält hierzu ein schematisch dargestelltes Innenwerkzeug 25 und
einen Außenwerkzeug 26,
die der Zarge 4 beispielsweise in Richtung der dargestellten
Pfeile zugestellt werden können
und mit einer Presskraft den Mantel 2 und die Wandung 31 aneinander
pressen. Die in 9 dargestellte Form der Zarge 4 ergibt
sich, wenn das Innenwerkzeug 25 und das Außenwerkzeug 26 nach
dem Verpressen von Mantel 2 und Boden 3 entgegen
der Richtung der dargestellten Pfeile wieder auseinander gefahren worden
sind. Das Innenwerkzeug 25 weist in dem Bereich, der mit
der Zarge 4 in Kontakt kommt, eine Höhe V auf. Das Außenwerkzeug 26 weist
in seinem mit der Zarge 4 in Kontakt kommenden Bereich
eine Höhe
W auf. Im dargestellten Fall entspricht die Höhe V und W des Innenwerkzeugs 25 und
des Außenwerkzeugs 26 jeweils
der Höhe
des Festbereiches F. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass
nur das Innenwerkzeug 25 oder Außenwerkzeug 26 eine Höhe aufweist,
die geringer als die Höhe
Z der Zarge 4 ist. In 9 ist ein
Außenwerkzeug 26 mit
einer die Höhe
der Zarge 4 übersteigenden
Höhe W
gestrichelt eingezeichnet. Ein Außenwerkzeug 26 mit
einer so großen
Höhe W
hat den Vorteil, dass der Mantel 2 großflächiger abgestützt wird.
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Innenwerkzeug 25 und
Außenwerkzeug 26 können unterschiedlich
gestaltet sein und sind in verschiedenen Varianten auch an sich
bereits bekannt. Das Innenwerkzeug 25 kann beispielsweise
durch einen Dorn mit in radialer Richtung beweglichen Backen oder
durch eine in Umfangsrichtung der Zarge 4 umlaufende Andruckrolle
gebildet werden. Das Außenwerkzeug 26 kann
ebenfalls radial bewegliche Backen oder eine in Umfangsrichtung
umlaufende Rolle enthalten. In einer vorteilhaften Alternative kann
auch ein ringförmiges
Außenwerkzeug 26 verwendet
werden, das in Abweichung zu 9 parallel zur
Mittelachse 13 von unten auf die Zarge 4 aufgeschoben
wird und den Mantel 2 im gesamten Bereich ringförmig umgibt.
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Der
in 9 dargestellte Becher 1 mit dem Wulst
an der Zarge 4 stellt bevorzugt ein Halbzeug für einen
Becher gemäß der 1 bis 8 dar.
Alternativ kann es auch vorteilhaft sein, den Losbereich L in anderer
Weise beliebig umzuformen oder auch in dieser Form zu belassen und
den Becher 1 unmittelbar in dieser Form zu gebrauchen.
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In 10 ist
eine Vorrichtung zum Aufweiten der Zarge 4 schematisch
angedeutet. Es ist ein Aufweitwerkzeug 27 vorgesehen, das
der Zarge 4 im Losbereich L zugestellt werden kann. Je
nach Ausgestaltung des Aufweitwerkzeuges 27 als radial
beweglicher Backen, als in Umfangsrichtung der Zarge umlaufende
Rolle oder als konischer Dorn erfolgt die Zustellbewegung radial
in Richtung des dargestellten Pfeiles oder alternativ auch axial,
also parallel zur Mittelachse 13 von dem offenen Ende des
topfförmigen
Bodens 3 her. Der die Aufweitung 10 formende Bereich
des Aufweitwerkzeuges 27 weist bevorzugt die Höhe B der
zu erzeugenden Aufweitung 10 auf. Wird das Aufweitwerkzeug 27 der
Zarge 4 zugestellt und die Aufweitung 10 geformt,
können
die Materialschichten des Mantels 2 und des Bodens 3 sich
gegeneinander verschieben, da sie ja im Losbereich L nicht miteinander
verbunden sind. Ungleichmäßigkeiten
und Toleranzen können
sich dadurch ausgleichen, so dass die Gefahr der Rissbildung, insbesondere
in der äußeren Schicht
des Mantels 2, verringert wird. Bevorzugt entspricht die
Höhe L
etwa der Höhe B.
Je nach Dehnfähigkeit
des Papiermaterials und der Anforderung an die Stabilität der Zarge 4 kann
es jedoch auch vorteilhaft sein, die Höhe L größer oder bevorzugt kleiner
als die Höhe
B zu wählen.
Das in einem Wulst 24 enthaltene Material kann sich bei
der Formung der Aufweitung 10 noch etwas verteilen und dadurch
die Gefahr der Rissbildung weiter verringern.
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Damit
der Festbereich F der Zarge 4, der bevorzugt im Wesentlichen
mit dem Höhenbereich
C übereinstimmt,
beim Aufweiten nicht mitverformt wird, kann dem Festbereich F der
Zarge 4 ein Abstützwerkzeug 28 zugestellt
werden. Das Abstützwerkzeug 28 ist
mit seiner Höhe
bevorzugt auf den Abstand E zwischen der Aufweitung 10 und
einem – in 10 nicht
dargestellten – Außenmantel 417, 717 abgestimmt.
Das Abstützwerkzeug 28 kann
beispielsweise als umlaufende Rolle gestaltet sein, die synchron
mit einem als Rolle gestalteten Aufweitwerkzeug 27 entlang
des Umfangs der Zarge 4 umläuft. Es kann auch vorgesehen
sein, das Abstützwerkzeug 27 als
einen aus mehreren Segmenten bestehenden Ring auszugestalten, dessen
Segmente sich nach dem Formen der Aufweitung in radialer Richtung
auseinander bewegen können,
so dass der Becher mit der Aufweitung 10 aus dem Abstützwerkzeug 28 entnommen
werden kann. Zur besseren Fixierung und Abstützung des Festbereiches F beim Aufweiten
des unteren Randes 14 der Zarge 4 kann das Aufweitwerkzeug 27 auch
in gestrichelt dargestellter Weise vergrößert ausgeführt werden.
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Es
kann auch vorteilhaft sein, das Abstützwerkzeug 28 nach
unten in der gestrichelt dargestellten Weise zu verlängern, so
dass es einen Bereich 29 aufweist, der die Aufweitung 10 von
außen
umgibt. Der Bereich 29 des Abstützwerkzeuges 28 kann
mit dem Aufweitwerkzeug 27 zusammenwirken und die Zarge 4 im
Bereich der Aufweitung 10 verpressen. Es wird dadurch möglich, die
Wandung 31 des Bodens 3 nach dem Aufweiten noch
mit dem Mantel 2 zu verbinden. Dies kann beispielsweise
wiederum unter Wärmeeinwirkung
geschehen, indem zum Beispiel das Aufweitwerkzeug 27 und/oder
das Abstützwerkzeug 28 beheizbar
sind.
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In
der Vorrichtung zum Herstellen des Bechers 1 sind bevorzugt
mehrere Bearbeitungsstationen vorgesehen, die der Becher 1 während seiner Herstellung
nacheinander durchläuft.
Das Aufweitwerkzeug 27 und das Abstützwerkzeug 28 sind
bevorzugt in einer Bearbeitungsstation angeordnet, die einer Bearbeitungsstation
nachgeordnet ist, in der das Innenwerkzeug 25 und das Außenwerkzeug 26 angeordnet
sind
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In 11 sind in den einzelnen Darstellungen
A bis E in schematischer Form unterschiedliche Gestaltungsmöglichkeiten
des Bechers 1 im Bereich der Zarge 4 dargestellt.
In den Varianten der 1 bis 10 ist
die Zarge 4 stets durch drei Materialschichten, nämlich von
zwei Materialschichten des Mantels 2, die die Wandung 31 des
topfförmigen
Bodens 3 innen und außen
umgeben, gebildet. Diese Ausgestaltung ist oft sehr vorteilhaft,
ist jedoch nicht zwingend erforderlich, um die vorliegende Erfindung umzusetzen.
Für gewisse
Anforderungen können auch
die nachfolgenden beschriebenen Varianten vorteilhaft sein.
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In 11A ist vorgesehen, dass das Material des Bodens 3 nach
außen
umgeschlagen ist, und das Material des Mantels 2 umschließt. Der
untere Rand 14 der Aufweitung 10, der die Standfläche für den Becher 1 bildet,
wird hierbei durch das Material des Bodens 3 gebildet.
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In
der 11B ist eine Ausführung dargestellt,
bei der die Zarge 4 lediglich durch zwei Materialschichten
gebildet wird. Das Material des Mantels 2 und die Wandung 31 des
Bodens 3 enden beide am anderen Rand 14 und bilden
dadurch die Standfläche.
Auch hierbei ist es vorgesehen, dass die Aufweitung 10 in
einem Losbereich L der Zarge 4 gebildet wird, in dem die
Wandung 31 des topfförmigen
Bodens 3 nicht mit dem Mantel 2 verbunden ist.
In den 11C, 11D, 11E sind Ausgestaltungen der Zarge 4 des
Bechers 1 dargestellt, bei denen die Zarge 4 insbesondere
im Höhenbereich
C, in dem sich der Festbereich F befindet, unterschiedliche Neigungswinkel
zur Mittelachse 13 aufweist. In den 1 bis 10 entspricht
der Neigungswinkel γ in etwa
dem Neigungswinkel α des
Mantels 2 im Bereich des befüllbaren Innenraums 5.
Diese Ausführung
ist sehr einfach herzustellen, da das Halbzeug vor der Anbringung
der Aufweitung 10 über
die gesamte Höhe
denselben Neigungswinkel α besitzt.
Je nach Höhe
Z der Zarge 4 und der gewünschten Größe der Aufweitung 10 kann
es jedoch erforderlich sein, ein Halbzeug zu verwenden, bei dem
der Neigungswinkel γ der
Zarge 4 von dem Neigungswinkel α abweicht, um beim Aufweiten
der Zarge 4 am unteren Rand 14 ein Einreißen des
Papiermaterials zu verhindern. Es kann dabei ausreichen, den Neigungswinkel γ, wie in 11C dargestellt, beim Verpressen der Zarge 4 durch
das Innenwerkzeug 25 und das Außenwerkzeug 26 etwas
kleiner als den Neigungswinkel α zu
wählen.
Bevorzugt wird der Neigungswinkel γ soweit verkleinert, dass er
etwa 0° beträgt, so dass
die Zarge 4 im Höhenbereich
C und somit auch im Festbereich F in etwa parallel zur Mittelachse 31 verläuft, wie
es in 11D dargestellt ist. Beim Aufweiten
um den gleichen Betrag lassen sich hierdurch größere Abmessungen Y der Aufweitung 10 erzielen.
Dieser Effekt lässt
sich noch verstärken, wenn
sich, wie in 11E dargestellt, die Zarge 4 bereits
in dem Festbereich F mit einem Neigungswinkel γ aufweitet. Bei der Variante
nach 11E ist der Neigungswinkel β bevorzugt
größer als
der Neigungswinkel γ.
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In 12 ist
eine andere Ausgestaltung eines Bechers 1 im Bereich der
Zarge 4 dargestellt. Die Darstellung ist ähnlich der
Darstellung in 9. Die Form der Zarge 4 des
in 12 dargestellten Bechers 1 ist dabei
so gewählt,
dass der Becher 1 sehr vorteilhaft als Halbzeug für den in 11D dargestellten Becher einsetzbar ist. Die Zarge 4 verläuft im Festbereich
F in etwa parallel zur Mittelachse 31 und ist dadurch in
diesem Bereich im Wesentlichen zylindrisch. Das Innenwerkzeug 25 und
das Außenwerkzeug 26 zum
Verpressen des Mantels 2 mit der Wandung 31 des
Bodens 3 sind so geformt, dass sie lediglich im Festbereich
F eine Presskraft auf die Zarge 4 aufbringen können. Im
dargestellten Fall entspricht die Höhe V des mit der Zarge 4 in
Kontakt kommenden Bereiches des Innenwerkzeugs 25 etwa
der Höhe
des Festbereiches F. Im Losbereich L der Zarge 4 ist auf
der Innenseite und der Außenseite
der Zarge 4 jeweils ein Wulst 24 vorgesehen, der
eine Materialreserve für
eine später
zu formende Aufweitung 10 darstellen kann. Je nach verwendetem
Papiermaterial kann unter Umständen
auch auf einen oder beide Wulste 24 verzichtet werden,
so dass Mantel 2 und Boden 3 im Losbereich F lediglich
lose aufeinanderliegen.