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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoff-Formteilen, insbesondere
Ausgussteilen von Verpackungsbehältern,
vorzugsweise Köpfen
für Verpackungstuben, nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und 11.
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Verpackungsbehälter aus Kunststoffen, insbesondere
Verpackungstuben, umfassen ein rohrförmiges Packstoffbehältnis, auch
Tubenrohr genannt (folgend kurz als Rohr bezeichnet) und ein Ausgussteil,
auch Tubenkopf genannt (folgend kurz mit Kopf bezeichnet, der mit
dem Rohr einends verbunden ist. Hergestellt werden Verpackungstuben
der vorstehend beschriebenen Art, indem ein vorgefertigtes Rohr
entweder mit einem vorgefertigten Kopf verbunden oder der Kopf an
das Rohr durch Spritzgiessen oder Pressformen angeformt wird, wobei
die Fertigung von vorgefertigten zur Verbindung mit Rohren bestimmten
Köpfen überwiegend
auch durch Spritzgiessen erfolgt. Der Unterschied zwischen Spritzgiessen
und Pressformen liegt darin, dass ausgehend für beide Verfahren von einer
Matrize und Stempel bestehenden Form, beim Spritzgiessen keines
der Formteile Verformungsarbeit leistet, während beim Pressformen der
Stempel gegen die Matrize hinsichtlich einer Materialportion Verformungsarbeit
leistet. Dies leitet sich daraus ab, dass beim Spritzgiessen Matrize
und Stempel zusammengefahren, d.h. die Form geschlossen und anschliessend
die geschlossene Form mit flüssigem
Kunststoff befüllt
wird, wohingegen beim Pressformen eine offene Form mit einer Portion
plastifi zierten Kunststoffes befüllt
und anschliessend geschlossen wird, wobei ein Formteil, zumeist
der Stempel, während
des Schliessvorganges die Arbeit der Formgebung leistet.
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Beim Pressformen und auf diesem Gebiet liegt
die Erfindung, erfolgt die Befüllung
der Matrize mit einer ringförmigen
Portion plastifizierten Kunststoffes, die von einem Extruder gebildet,
von ihm abgetrennt und folgend im freien Fall in die Matrize abgefördert wird.
Eine andere Art der Befüllung
besteht darin, dass eine Portion, ausgehend vom Extruder, auf einem
aus der Matrize ausgefahrenen Hilfsträger abgelegt und anschliessend
der Hilfsträger
mit Materialportion in die Matrize zurückgefahren wird. Anschliessend
an die Befüllung
fährt der
Stempel der Form in die Matrize ein und formt dabei die plastifizierten
Materialportionen zu einem Formteil um. Bei der Herstellung von
Verpackungstuben wird auf den Stempel das Tubenrohr aufgebracht,
dass während des
Umformvorganges der Materialportion mit dem in Entstehung begriffenen
Tubenkopf verbunden wird. Während
der Zeit zwischen Befüllung,
Schliessen der Form durch Einfahren des Stempels in die Matrize,
liegt die Portion abkühlend
in der Matrize. Dieser Temperaturverlust ist besonders spürbar an
der Oberfläche
der Portion, die auf der formbildenden Oberfläche der Matrize oder des Hilfsträgers aufliegt. Dieser
Temperaturverlust kann an besagten Stellen zu vorzeitigen Kristallisationen
des Kunststoffes führen,
woraus nach Abschluss des Pressvorganges an der Oberfläche des
Formteiles Verfärbungen
resultieren. Da im Falle von Tubenköpfen die Matrize die äussere Oberfläche des
Kopfes formt – der
Stempel formt die innere Oberfläche – treten
Verfärbungen
am Tubenkopf immer als sichtbare optische Defekte einer fertigen
Tube auf.
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Verfärbungen werden bei beiden vorgenannten
Befüllarten
(Abwurf, Einfahrt) begünstigt,
wenn Portionen nicht zentrisch zur Matrize eingebracht sind. Bei
der Befüllung
durch Einfahren einer Portion auf einem Hilfsträger besteht die Gefahr unvollständiger Ausformungen,
die sich beispielsweise an Tubenköpfen als membranartige Verschlüsse der
Ausgussöffnung
(Überdeckungen
genannt) darstellen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist Verfärbungen,
insbesondere Verfärbungen
auf der äusseren
Oberfläche,
also auf der nach Fertigstellung einer sichtbaren Oberfläche eines
Tubenkopfes und Überdeckungen
zu vermeiden und diese Aufgabe wird bei einem Verfahren und einer
nach dem Verfahren arbeitenden Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und
11, vermittels der kennzeichnenden Merkmale vorstehend bezeichneter
Ansprüche
gelöst.
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Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens
und der Vorrichtung kennzeichnen die Gegenstände der dem Anspruch 1 und
11 folgenden Ansprüche.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten des
erfindungsgemässen
Verfahrens und der Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung
und Zeichnung des Verfahrens und der Vorrichtung, es zeigen
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1:
die Matrize einer Pressform und einen Extruder schematisch und im
Längsschnitt
vor Befüllung
der Matrize
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2:
die Matrize gemäss 1, einen ausgefahrenen Dorn
und ein noch in der Matrize aufgenommene Tube, umfassend ausgeformten
Kopf mit angeformten Tubenrohr
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3:
als Einzelteil den in der Matrize verfahrbaren teleskopischen Lochstempels
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Pressformen 10 zur Umformung
plastifizierter Materialportionen zu Fertigteilen, beispielsweise zu
Köpfen
von Verpackungstuben, umfassen eine Matrize 11 und einen
Dorn 12, die bei in die Matrize 11 eingefahrenem
Dorn 12 zwischen sich einen Hohlraum, den Formhohlraum
bilden, dessen Gestaltung und Bemessungen, das Fertigteil, im vorliegenden Beispiel
einen Tubenkopf, abbilden. Ein runder Tubenkopf umfasst eine Schulter
mit einends umlaufender Kante, die mit einem Tubenrohr in Eingriff
gebracht wird und anderenends einen von der Schulter abragenden
Ausguss mit Durchtrittsöffnung,
auf den zumeist eine Kappe als Verschluss der Durchtrittsöffnung aufgeschraubt
wird.
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Die äussere Fläche der Schulter, die umlaufende
Kante und die des von der äusseren
Fläche
der Schulter abragenden Ausgusses werden von entsprechend konturierten
Innenflächen 13 der
Matrize geformt, während
die Innenflächen
von Schulter, Kante und Ausguss von entsprechenden Aussenflächen 14 des
Dornes 12 geformt werden.
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Im Sinne vorstehender Beschreibung
eines Tubenkopfes sind somit dessen Aussenfläche solche Flächen, die
sich an den äusseren Umfang
eines Tubenrohres einzeln oder einander folgend anschliessen, während Innenflächen die
Flächen
sind, die sich an den inneren Umfang einzeln oder einander folgend
anschliessen. Die Verbindung von Kopf und Rohr erfolgt bei vorliegendem
Beispiel während
des Formgebungsvorganges, dabei trägt der Dorn 12 auf seiner
zylindrischen Umfangsfläche
das Tubenrohr, dessen vorderes freies Ende mit dem Dorn 12 in
die Matrize 11 einfährt.
Die Matrize 11 nach 1 und 2 ist mehrteilig ausgebildet
und zwar besteht sie aus einem oberen Matrizenteil 15 und
einem unteren Matrizenteil 16. Das obere Matrizenteil 15 weist
die Schulter des Tubenkopfes und den umlaufenden Rand bildende Ausnehmung 17 auf,
während
der Ausguss durch eine entsprechende Ausnehmung 18 im unteren
Matrizenteil 16 geformt wird. Der Ausguss trägt bei dem
hier beschriebenen Beispiel auf seinem Aussendurchmesser ein als
Hinterschneidung wirkendes Gewinde. Deshalb weist die Matrize nach 1 und 2 Einrichtungen auf, um einen Tubenkopf
mit Rohr nach Abschluss des Formgebungs- und Verbindungsvorganges
zwecks Austrag aus der Matrize 11 gegen die Hinterschneidungen
bildenden Formelemente freizusetzen.
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Die Ausnehmung 17 im oberen
Matrizenteil 15 und die Ausnehmung 18 im unteren
Matrizenteil 6 werden von einem doppelt teleskopisch wirkenden Lochstempel 20 (folgend
kurz Lochstempel genannt) axial senkrecht und zentrisch durchfahren. 1 zeigt den Lochstempel 20 in
einer oberen, ausgefahrenen Stellung, während 2 den Lochstempel 20 in einer
unteren, eingefahrenen Stellung zeigt. Folgend wird die ausgefahrene
Stellung des Lochstempels 20 als Beladestellung, die eingefahrene
Stellung als Entladestellung bezeichnet. In Beladestellung wirkt
die oben offene Matrize 11 und der Lochstempel 20 mit
einem Extruder 21 (Befüllstation 1), in Entladestellung mit
dem Dorn 12 zusammen, wobei der Dorn 12 , wie
dargestellt, ausgefahren sein kann (Formungsstation 2). Transportiert wird eine Matrize 11 von
der Befüllstation
zur Formungsstation, beispielsweise mittels eines Drehtisches, der
getaktet und/oder kontinuierlich laufend, stationsweise bestimmte
Teile eines Arbeitsablaufes zur Herstellung einer Tube in Verbindung
mit komplementären
Einrichtungen, zum Beispiel ein Dorn 12, ablaufen lässt.
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Gemäss 3 besteht der Lochstempel 20 aus
einer Hülse 22,
in der ein Stift 23 in Längsrichtung der Hülse 22,
axial verschiebbar aufgenommen ist. Die Hülse 22 weist einends
eine zylindrische, innen aufgebohrte Aufnahme 24 mit einer
die Aufnahme 24 umlaufende Schulter 25 zwischen
Hülse 22 und
Aufnahme 24 auf. Der Stift 23 trägt an seinem der
Aufnahme 24 zugewandten Ende eine Schulter 26,
an die sich ein Fortsatz 27 runden Querschnittes wie Stift 23 und
Schulter 26 anschliesst. Der Durchmesser der Bohrung 28 ist
so bemessen, dass in ihr die Schulter 26 des Stiftes 23 verschiebbar
aufnehmbar ist und ihre Tiefe ist so ausgelegt, dass die Schulter 26 und
Fortsatz 27 in ihr, axial verschiebbar, Aufnahme finden.
Das offene Ende der sich bis in die Schulter 25 erstreckenden
Bohrung 28 ist mit einem Gewindeeinsatz 29 verschlossen,
der axial so bemessen ist, dass sich ein zylindrischer Hohlraum 30 ergibt,
indem Schulter 26 und Fortsatz 27 verschiebbar
sind. Dabei wirkt der Boden der Bohrung 28 als Anschlag
für die
Schulter 26, während
das freie Ende des Fortsatzes 27 gegen die Stirnfläche des
Gewindeeinsatzes 29 fährt.
In dem zylindrischen Hohlraum 30 ist zwischen Stirnfläche des
Gewindeeinsatzes
29 und der Schulter 26 eine Druckfeder 31 aufgenommen,
die die Schulter 26 gegen den Boden der Bohrung 28 vorgespannt
hält. Die
Einschraubtiefe des Gewindeeinsatzes 29 ist veränderbar
und die Lage des Gewindeeinsatzes 29 in der Bohrung 28 arretierbar,
so dass sich über
die Einschraubtiefe die Wegstrecke, die Schulter 26 und
Fortsatz 27 in der Bohrung 28 zurücklegen,
einstellbar ist. An die Schulter 26 schliesst sich der
Stift 23 an, so dass sich über die Einstellung der Wegstrecke
der Abstand der Stirnfläche 32 des
Stiftes 23 zur Stirnfläche 33 der
Hülse 22 unter
Kompression der Druckfeder 31 bei gegebenenfalls gleichzeitigem
Anschlag an den Gewindeeinsatz 29 einstellen lässt. Gemäss 2 bildet die Stirnfläche 33 der
Hülse 22 zusammen
mit der Stirnfläche 34 des
Dornes 12 eine waagrechte Verschlussfläche des Ausgusses des Tubenkopfes,
die von einer Ausgussöffnung
durchgriffen wird, die von dem von der Stirnfläche 33 abragenden
freien Ende 35 des Stiftes 23, das freie Ende 35 an
der Stirnfläche 34 des
Dornes 12 anliegend, gebildet wird. Durch die beschriebene
Einstellbarkeit des Stiftes 23 kann das freie Ende 35 genau
auf die Stärke
einer Verschlussfläche
eingestellt werden. Nach Befüllen
der Matrize 11 mit einer Portion kommt vor einsetzen des eigentlichen
Pressformvorganges, frei von einem Kontakt mit dem Füllgut, als
erstes die Stirnfläche 34 des
Dornes 12 und die Stirnfläche 32 des freien
Ende 35 des Stiftes 23 zur federvorgespannten
Anlage, so dass Überdeckungen
von Ausgussöffnungen
vermieden sind.
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Die Hülse 22 läuft in einer
zentrisch zur Matrize 11 angeordneten Büchse 37, die ihrerseits
in einer hohlzylindrischen Führungsbüchse 38 aufgenommen
ist, in der die Schulter 25 verschiebbar aufgenommen ist.
Der Lochstempel 20 ist somit in jeder Verfahr stellung zweifach
gelagert. Der Gewindeeinsatz 29 trägt an seinem freien Ende eine
Einstelleinrichtung 39, bestehend beispielsweise aus einer
Gewindebüchse
und Arretiermutter, wobei die Einstelleinrichtung 39 in
axialer Richtung des Lochstempel 20, letzteren verlängernd oder
verkürzend
wirkt. Der Gewindeeinsatz 29 mit Einstelleinrichtung 39 als
Teile des Lochstempels 20 sind in einer Hülse 40 axial verschiebbar
aufgenommen, deren Boden mit einem Anschlagstück 41 versehen ist,
auf dem sich in Einfahrstellung der Lochstempel 20 über die
Einstelleinrichtung 39 drehend abstützen kann. Zwischen dem Anschlagstück 41 und
der Schulter 25 ist eine Druckfeder 42 vorgesehen,
die bei Öffnen
der Pressform 10 den Lochstempel 20 ausfahren
lässt,
bis die Schulter 25 in Anlage mit der Büchse 37 kommt. Die Druckfedern 31 und 42 haben
unterschiedliche Federkräfte
und zwar ist die Federkraft der Druckfeder 31 grösser als
die der Druckfeder 42. Damit wird erreicht, dass bei Einfahren
des Lochstempels 20, vermittels des Dornes 12,
der Lochstempel 20 zuerst gegen das Anschlagstück 41 gefahren
und folgend die gewünschte
Länge des
freien Endes 35 des Stiftes 23, gleichermassen
durch den Dorn 12, eingestellt wird.
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Gemäss 1 steht die Matrize 11 mit ausgefahrenem
Lochstempel 20 in Beladestellung unter einem Extruder 21.
Der Extruder 21 extrudiert, d.h. bildet eine Materialportion 44 aus
plastifiziertem Kunststoff, wie beispielsweise Polyethyleen, Polypropyleen
oder anderen aufschmelzbaren Polyodefinen. Plastifiziert heisst,
die Materialportion 44 ist in einem teigähnlich,
zähflüssigen Zustand,
der eine Umformung von einem Rohling in ein Fertigteil (hier Tubenkopf)
mittels Matrize 11 und Dorn 12 zulässt. Dabei ist
die Menge der Materialportion 44 so bemessen, dass aus
ihr, den Formhohl raum ausfüllend,
das vollständige
Fertigteil gebildet wird. Nach der Erfindung bildet der Extruder 21 eine
Materialportion 44, die während ihrer Bildung die äussere Umfangsfläche des
ausgefahrenem Lochstempels 20 überfährt, nach ihrer Trennung vom
Extruder 21 auf der Umfangsfläche weiter senkrecht abgleitet,
bis sie auf der Umfangsfläche
vor Erreichen der Innenfläche 13 der Matrize 11 durch
Reibung, axialer Verkantung oder Aufschrumpfen zum Stillstand kommt. 1 zeigt die auf den Lochstempel 20 aufgebrachte
Materialportion 44 in Ruhelage, das in Absinkrichtung vorlaufende
Ende 45 steht dabei nicht im Eingriff mit der Innenfläche 13 der
Matrize 11, während
das nachlaufende Ende 46 einen oberen Abschnitt 47 des
Lochstempels 20 überfahren,
den Abschnitt 47 nicht umfassend, d.h. vom Kunststoff der
Portion 44 freistehend, belassen hat.
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Für
die vorstehend beschriebene Art der Befüllung der Matrize 11 bildet
der Extruder 21 eine schlauchartige, d.h. hohlzylindrische
Materialportion 44, deren Innendurchmesser so bemessen
ist, dass die Portion 44 über den äusseren Umfang der Hülse 22 des
Lochstempels 20 abgleiten und während des Abgleitens selbsttätig in eine
Ruhelage auf der Hülse 22 des
Lochstempels 20 gelangen kann. Das erfindungsgemässe Verfahren
ist nicht auf die Befüllung mittels
einer schlauchartig-hohlzylindrischen Materialportion 44 und
nach Trennung der Materialportion 44 vom Extruder 21 auf
ein Abgleiten auf der äusseren
Umfangsfläche
des Lochstempels 20 beschränkt, die mit der Erfindung
angestrebten Verbesserungen werden auch, wenn auch nicht ganz vergleichbar,
erreicht, wenn beispielsweise die Materialportion 44 vom
Extruder 21 in Form eines Ringes, kreis- oder linsenförmigen Querschnittes,
gebildet, als solcher vom Extruder 21 abgetrennt und im
freien Fall auf den äusseren
Umfang des Lochstempels 20 so aufgebracht wird, dass er
vor Aufschlag auf die Innenfläche 13 der
Matrize 11 auf der Oberfläche der Hülse 22 des Lochstempels 20 in
seiner Fallbewegung zum Stillstand kommt und gleichermassen einen
oberen Abschnitt 47 des Lochstempels 20 freilässt. Diese
Arten der Aufbringung von Materialportionen 44 auf den Lochstempel 20,
mit ihrer förmlichen
Ausgestaltung, werden folgend als Aufextrusion einer Materialportion 44 auf
die Hülse 22 des
Lochstempels 20 bezeichnet. Mit der Aufextrusion wird erreicht,
dass die Materialportion 44 vermittels des Lochstempels 20 zentrisch
zur formgebenden Ausnehmung 17 der Matrize 11 und
bevorzugt ausser Eingriff mit der Innenfläche 13 der Matrize 11,
vor Beginn des Umformvorganges, positioniert ist. Durch diese zentrische
Positionierung, unter Einhaltung eines Abstandes zwischen der Innenfläche 13 der
Matrize 11 und dem vorlaufenden Ende 45 der Materialportion 44,
wird erreicht, dass sich Kristallisationen, wenn überhaupt,
an der Innenfläche
der Materialportion 44, die am äusseren Umfang des Lochstempels
anliegt, ausbilden. Das vorlaufende Ende 45 der Portion 44 bleibt,
da es während
der Beladung nicht auf der Innenfläche 13 der Matrize 11 aufliegt,
frei von Kristallisationserscheinungen und Überdeckungen der Ausgussöffnung sind,
vermieden, da der obere Abschnitt 47 des Lochstempels 20 von
plastifiziertem Kunststoff freigehalten ist.
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Folgend wird der Dorn 12 über der
Matrize 11 positioniert und in die Matrize 11 zur
Formung, beispielsweise eines Tubenkopfes mit angeformtem Tubenrohr,
das auf dem äusseren
Umfang des Dornes 12 angeordnet ist, eingefahren. Beim
Einfahren gelangt die Stirnfläche 34 des
Dornes 12 in Anlage mit der Stirnfläche 32 des Stiftes 23 und
der Dorn 12 verschiebt so den Lochstempel 20 axial
in Richtung auf die inneren Ausnehmungen 17, 18 der
Matrize 1
1. Während
der Verschiebung des Lochstempels 20 kommt das vorlaufende
Ende 45 in Anlage mit der Innenfläche 13 der Matrize 11.
Die Anlagefläche
des vorlaufenden Endes 45 ist relativ klein, da es sich
um eine stirnseitige Ringfläche
der Portion 44 handelt, die aufgrund ihrer Verfrachtung,
d.h. Verschiebung, in der Matrize 11 kristallisationsbedingte
Verfärbungen
nicht sichtbar werden lässt.
Nach erfolgter Anlage der Portion 44 fährt der Dorn 12 in
die innere Ausnehmung der Portion 44 ein und der Lochstempel 20 aus
der Ausnehmung aus, dabei bleibt die Portion 44 von Dorn 12 und
Lochstempel 20 während
des Verformungsvorganges durch Dorn 12 und Matrize 11, zentrisch
in der Matrize 11, gehalten. Während des Verformungsvorganges
wird ein erster Teil der Portion 44 vom nachlaufenden Ende 46 ausgehend, durch
die die Innenfläche
der Tubenschulter bildende Formfläche 48 des Dornes 12,
bei gleichzeitiger Verfrachtung eines zweiten Teiles der Portion 44,
in die den Ausguss bildende Ausnehmung 18, in Richtung auf
die die Aussenfläche
der Tubenschulter bildende Innenfläche 13 der Matrize 11,
aufgeweitet. Diese Aufweitung findet ihren Abschluss mit dem Ende
des Umformvorganges. Durch die zentrische Halterung der Portion 44 erfolgt
eine gleichförmige
Ausbreitung der Portion 44 über die Innenfläche 13 der
Matrize 11, wodurch Bereiche der Innenfläche 13 mit
unterschiedlichen Temperaturen und damit Auslöser von Kristallisationen vermieden
sind. Während
der Formung der Schulter wird gleichzeitig der Ausguss mit Ausgussöffnung ausgeformt.
Dazu fährt
der zylindrische Fortsatz und Stirnfläche 34 des Dornes 12 in
die Ausnehmung 18 im unteren Matrizenteil
16 ein und formt
die inneren Oberflächen
des Ausgusses und seiner Verschlusswandung mit Ausgussöffnung,
die durch das freie Ende 35 des Stiftes 23 gebildet
wird. Während
der Formgebung wird der Lochstempel 20 zunächst gegen
die Kraft der Druckfeder 42 axial verschoben, bis die Einstelleinrichtung 39 zur
Anlage an das Anschlagstück
gebracht ist. In dieser Stellung fällt die Stirnfläche 33 des
Lochstempels 20 mit einer Stirnfläche der Büchse 37 zusammen und
beide bilden die äussere
Oberfläche
der Verschlusswandung des Ausgusses. Die äussere Oberfläche des
zylindrischen Teiles des Ausgusses wird durch eine entsprechend
konturierte Formfläche
der Ausnehmung 18 gebildet. Liegt der Lochstempel 20 an
dem Anschlagstück 41 an,
wird der Stift 23 gegen die Feder 31, deren Federkraft
grösser
als die Feder 42 ist, verschoben, bis der Fortsatz 27 auf
den Gewindeeinsatz 29 in der Aufnahme 24 auftrifft
und/oder die gewünschte Dicke
der Ausgussfläche
erreicht ist.
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Mit der doppelten Einstellbarkeit
(Gewindeeinsatz 29, Einstelleinrichtung 39) lassen
sich die Stirnfläche 32 des
Stiftes 23 und die Stirnfläche 33 der Hülse 22 zum
Dorn 12 und zur Ausnehmung 18 genau positionieren,
so dass Überdeckungen,
d.h. membranartige Verschlüsse
oder teilweise Überdeckungen
der Ausgussöffnungen
vermieden und eine optisch defektfreie Aussenwandung der Verschlusswandung
gesichert ist.