DE1152248B

DE1152248B - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von becherfoermigen Gegenstaenden aus schaeumbaren thermoplastischen Kunststoffen

Info

Publication number: DE1152248B
Application number: DEC15612A
Authority: DE
Inventors: James M Harrison; Robert E Smucker
Original assignee: Crown Machine and Tool Co Inc
Current assignee: Crown Machine and Tool Co Inc
Priority date: 1959-01-13
Filing date: 1957-10-14
Publication date: 1963-08-01
Also published as: BE575035A; FR1221061A; NL129347C; US3162705A; NL235314A; CH365529A; US3125780A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von becherförmigen dünnwandigen Gegenständen aus schäumbaren thermoplastischen Kunststoffen, die in Form von vorgeschäumtem Granulat als Ausgangswerkstoff verwendet werden.

Es ist bekannt, die zur Herstellung von Formkörpern aus Kunststoff dienenden Formen mit dem als Granulat vorliegenden Rohmaterial durch Einbringen desselben unter Schwerkraftwirkung zu füllen. Da es sich hierbei zumeist um mehr oder weniger feinkörnige Substanzen handelt, können diese bei im wesentlichen flächenhaft beschaffenen Fertigprodukten als Schicht in die eine Hälfte der geöffneten Form eingestreut werden. Um hierbei eine im wesentlichen gleichmäßig verteilte Schicht zu erzielen, kann das Rohmaterial von Hand in die etwa zu dünn beschichteten Ecken geschoben werden.

Das Füllen einer Form gestaltet sich jedoch schwierig, wenn als Fertigprodukt ein Werkstück von verwickelter geometrischer Form, beispielsweise ein becherförmiger Behälter, hergestellt werden soll, weil hierbei der mit dem Rohmaterial zu füllende Formenhohlraum einen konischen Ringspalt bildet, an dessen im Durchmesser dünneren Ende ein den späteren Boden des Behälters bildender, quer zur Achse des von dem Ringspalt umgebenen Kegelstumpfes verlaufender weiterer Hohlraum frei bleibt. Bei einer derartigen Form ist es beim Füllen nicht erkennbar, ob der Rohwerkstoff überall bis zum unteren Ende des Formenhohlraums vordringt, zumal die vorgeschäumten Kunststoffperlen bei dünnwandigen Formkörpern im Durchmesser nicht wesentlich kleiner als die Breite des in der Form frei gelassenen Ringspalts sind.

Eine ausreichend gleichmäßige Verteilung des Rohwerkstoffs im Formenhohlraum durch Rütteln zu erzielen, ist insofern nachteilig, als entweder mit Einzelformen gearbeitet werden muß oder die Formmaschine durch die erforderliche Rüttelvorrichtung höheren baulichen Aufwand verlangt. Es kommt hinzu, daß das Füllen der Form durch Rütteln erhebliche Zeit beansprucht, weil die vorgeschäumten Kunststoffteilchen sehr leicht sind.

Man hat bereits vorgeschlagen, bei der Herstellung von Formkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen mit ungleicher Wandstärke oder ungleicher Profilierung den in einer geschlossenen Form aufgeschäumten Kunststoff in plastischem Zustand in vorzugsweise derselben geschlossenen Form durch Verkleinerung des Formhohlraums einer ihn in alle Teile des Formhohlraums hineindrückenden Rückverdichtung zu unterwerfen, um dadurch das sich beim Schäumen Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von becherförmigen Gegenständen

aus schäumbaren thermoplastischen

Kunststoffen

Anmelder:

Crown Machine & Tool Company,
Fort Worth, Tex. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. K.-A. Brose, Patentanwalt,
Pullach bei München, Wiener Str. 2

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 30. Oktober 1956

und 1. Oktober 1957 (Nr. 619 259 und Nr. 687 394)

James M. Harrison und Robert E. Smucker,

Fort Worth, Tex. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

bildende Gas zu verdrängen, welches sonst in die abgelegeneren Hohlräume der Form entweicht und den Kunststoff daran hindert, in diese Hohlräume nachzufolgen. Diesen bekannten Verfahren haftet jedoch der Nachteil an, daß auf einen wesentlichen Vorzug des Kunststoffmaterials, nämlich Formkörper von außerordentlich geringer Dichte herzustellen, auf Grund der erforderlichen Rückverdichtung verzichtet werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kunststofformkörper von schwierigerer Gestalt herzustellen, ohne daß diese Körper eine höhere Dichte aufweisen, als sie bei einfacher gestalteten Körpern erreichbar ist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschäumtes Granulat als Ausgangswerkstoff durch Saugkraft, die an einem nach Verschieben des Kerns gegenüber der Form entstandenen Ringspalt an der der Einfüllseite gegenüberliegenden Seite der Form wirksam wird, in den Formenhohlraum eingebracht und anschließend aufgeschäumt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für die Herstellung von topf- oder becherförmigen Kunststoffgegenständen von Vorteil, die z. B. als Trinkbecher oder Verpackung für die verschiedensten Zwecke in großen Mengen benötigt werden. Bei derartigen Verpackungs-

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behältern ist eine möglichst geringe Dichte erwünscht, damit die Verpackung ein möglichst geringes Totgewicht darstellt und zu ihrer Herstellung möglichst wenig Rohwerkstoff erfordert.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Durchführung des obengenannten Verfahrens, welche aus einer beheizbaren Form mit ein- und ausfahrbarem, auf einem Träger angeordnetem Kern, der die im Querschnitt größere Seite des Form-Die Formträgerplatte 14 ist mit einer Mittelöffnung versehen, die einen Absatz zur Aufnahme eines Isolierungsringes 26 bildet (Fig. 5). Dieser Ring wird durch einen Haltering 28 von unten angedrückt, wobei der Ring 28 an der Unterseite der Formträgerplatte 14 durch Schrauben 30 befestigt ist. Das zylindrische Gehäuse 32 wird an dem Ring 28 mittels der Schrauben 34 gehalten.

In der Mittelöffnung der Formträgerplatte ist eine

hohlräume abschließt, besteht. Das besondere Merk- io Form 36 angeordnet, die als Kegelstumpf, mit dem mal einer derartigen Vorrichtung besteht darin, daß im Durchmesser kleineren Teil obenliegend, an jedem in dem die Form umgebenden Gehäuse eine Abdrück- Ende durch Flansche abgedichtet und abgestützt wird, vorrichtung angeordnet ist, die bei Betätigung den Der obere Flansch 38 greift zwischen den Isolierungs-Kernträger unter Öffnung eines Ringspalts an dem der ring 26 und den Haltering 28 ein. Der Flansch 40 am Einfüllseite gegenüberliegenden Ende der Form von 15 unteren Ende der Form liegt in einer Aussparung 42 dieser trennt, daß an der Trennfläche zwischen Form
und Kernträger mündende Kanäle vorgesehen sind,
die mit einer Unterdruck erzeugenden Vorrichtung
verbunden sind, und daß an der Trennfläche eine
Dichtung vorgesehen ist, die bei Betätigung der
Abdrückvorrichtung den gebildeten Ringspalt nach
außen abschließt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines fertigen 25 der bei 76 an eine Preßluftleitung angeschlossen ist. Behälters, In dem Ringkanal ist ein Ringkolben 78 verschiebbar,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch den Behälter der auf mehrere, in kreisförmig angeordneten Bohrun-

in dem unteren Teil des Gehäuses und wird darin durch einen Stützring 44 gehalten, der seinerseits durch Schrauben 46 am Gehäuse 32 befestigt ist. Das Gehäuse 32 umschließt zusammen mit dem Ring 28 eine Kammer 48, die zur Beheizung oder Kühlung der Form 36 dient. Das Gehäuse und der Ring 28 sind auf geeignete Weise gegeneinander wie auch oben und unten gegen die Form abgedichtet. Im Gehäuse 32 ist ein Ringkanal 74 angeordnet,

nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilschnitt durch die Wand des Behälters in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Behältern nach den Fig. 1 und 2,

Fig_T.5 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 4, Fig. 6 einen Teilschnitt durch eine Form, Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Formkern,

Fig. 8 einen senkrechten Schnitt durch einen Formkern und

Fig. 9 einen Teilschnitt durch den oberen Verschluß des Formenhohlraums.

In den Fig. 1 und 2 ist ein nach der Erfindung hergestellter becherförmiger Behälter abgebildet, dessen annähernd zylindrische Wandung mit 1 und dessen Boden mit 2 bezeichnet ist. Wandung und Boden bestehen aus einem Stück; die Oberseite 3 ist offen. Der Behälter kann als Trinkbecher oder als Verpackung, beispielsweise für Eiscreme, verwendet werden.

In Fig. 3 ist die Behälterwand in vergrößertem Schnitt wiedergegeben. Die Innenfläche 4 ist glatt und wasserundurchlässig ausgebildet und besteht mit der porösen Schicht 5 aus einem Stück. Die Außenfläche 6 kann genau wie die Innenfläche glatt und wasserdicht beschaffen sein. Die poröse Schicht aus Schaumstoff bildet eine gute Wärmeisolierung, die nicht nur die Hände der den Behälter handhabenden Person, sondern auch den Behälterinhalt gegen Temperatureinwirkungen schützt. Die Behälterwand kann sehr dünn sein und beispielsweise nur etwa 1,5 mm betragen.

In Fig. 4 ist eine Vorrichtung zur Herstellung der beschriebenen Behälter dargestellt. Der obere Teil des Maschinenrahmens bildet eine Formträgerplatte 14, an der ein eine Form 36 umgebendes Gehäuse 32 befestigt ist. Gegenüber dem Rahmen und dem daran befestigten Gehäuse ist ein Kernträger 20 (Fig. 5) beweglich im Maschinenrahmen angeordnet, der die Form zu öffnen und zu schließen gestattet.

gen geführte Kolbenstangen 80 drückt, wenn die Oberseite des Ringkolbens 78 mit Druckluft beaufschlagt wird. In Fig. 5 ist der Hub, den die Kolbenstangen ausführen, wegen der geringen Höhe des Ringkanals 74 verhältnismäßig kurz.

Der Formkernträger 20 ruht auf einer Kolbenstange 84 (Fig. 4), die durch einen (nicht dargestellten) Arbeitszylinder betätigbar ist und an dem sie über ein Zwischenstück 90 befestigt ist. Von dem Träger 20 gehen Arme 94 nach oben, welche eine drehbare Hohlwelle 96 lagern. Ein Kernträgerboden 100 ist durch Stiftschrauben 102 drehfest mit der Welle 96 verbunden. Auf dem Kernträgerboden ist ein Kern 106 mit einem Ringflansch 104 (Fig. 5) befestigt. Der Kern 106 bildet einen verhältnismäßig dünnwandigen Hohlkörper, der durch eine Zwischenwand 112 in zwei Kammern X und Y unterteilt ist. Heiz- und Kühlmittel können in die obere Kammer X durch ein Rohr 114 eingelassen und durch ein ähnliches Rohr 116 abgelassen werden, die beide durch den Kernträgerboden 100 hindurchgehen und an der Trennwand 112 befestigt sind.

Eine Druckluftleitung 120, die mit einem Bogen die Welle 96 umgeht, führt durch die Kammer X zu einem federbelasteten Ventil 122, dessen Auslaßkanäle 124 an der Oberseite des Kerns 106, d. h. am Innenboden des geschäumten Behälters, münden.

Die Drehung der Welle 96 erfolgt mit Hilfe von Zahnstangen 134, die in Zahnräder 132 auf der Welle eingreifen, wenn der Kernträger 20 abgesenkt wird.

Eine Vakuumeinrichtung ist bei 138 an die hohle Welle 96 angeschlossen. Das andere Ende der hohlen Welle 96 ist mit einem Pfropfen 140 verschlossen. In der Welle 96 sind öffnungen 142 vorgesehen, durch die die Kammer Y mit der Saugleitung in Verbindung steht. Von der Kammer Y geht eine Anzahl Kanäle (Fig. 5) durch den Flansch 104 des Kerns zu der Trennfläche 146 zwischen Kern und Form, an der ein genauer Sitz durch konische Führungsflächen 148 am Flansch 104 und dem mit dem Gehäuse 32 verbundenen Ring 44 gewährleistet wird.

Ein Aufgabeschieber 164 auf der Formträgerplatte 14 führt den zu verarbeitenden Rohwerkstoff von einem Aufgabetrichter 156 in den Formenhohlraum. Der mit einem druckmittelbetätigten Antriebszylinder verbundene Schieber bildet gleichzeitig bei nach links geschobener Stellung eine beheizte Abdeckung 174 für die Form, so daß der Formenhohlraum nach dem Füllen allseitig abgeschlossen ist.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Das vorgeschäumte Granulat wird aus dem Trichter 156 durch den Aufgabeschieber 164 zur Oberseite der Form 36 gebracht, während der Kern 106 so weit angehoben ist, daß die Saugkanäle 144 geschlossen sind. Hiernach wird die Abdrückvorrichtung 74, 78, 80 betätigt, so daß der Kern 106 an der Trennfläche 146 vom Gehäuse 32 getrennt wird, sich nach unten bewegt und die Kanäle 144 mit dem Formenhohlraum in Verbindung kommen. Da die Kanäle an den in der Kammer Y herrschenden Unterdruck angeschlossen sind, wird das Granulat in den Formenhohlraum eingesaugt, bis dieser vollständig und gleichmäßig gefüllt ist. Die Kanäle 144 sind hierbei durch die Dichtung 152- nach außen abgedichtet. Dann bewegt sich der Aufgabeschieber nach links in die Ausgangsstellung zurück, wodurch die beheizte Abdeckung 174 den Formenhohlraum oben verschließt.

Nunmehr wird die Zufuhr von Preßluft durch die ;. Leitung 76 abgeschaltet, und die Kolbenstangen 80 ;; können sich heben, so daß die Flächen 146 wieder dicht aneinanderliegen. Durch_Einleiten von Heiß- : lift oder Dampf in den Hohlraum 48 durch im Geläuse 32 gestrichelt angegebene Leitungen sowie in den Hohlraum X durch die Leitungen 114 bzw. 116 wird das Granulat fertiggeschäumt und zu einem Formkörper verfestigt.

Nach dem Beheizen wird Kühlmittel in die Kammer 48 sowie in das Innere des Kerns, die Kammer X eingeleitet. Als Kühlmittel kann z. B. kaltes Wasser oder kalte Luft verwendet werden.

Nachdem das Werkstück auf diese Weise fertiggestellt ist, wird der Kernträger 20 mit dem Kernträgerboden 100 und dem Kern 106 gesenkt. Hierbei kommen die Zahnräder 132 mit den Zahnstangen 134 in Eingriff, und der Kern kippt nach dem Ausfahren aus der Form in eine geneigte oder waagerechte Lage.

Zum Abziehen des Werkstücks wird nunmehr Preßluft durch die Leitung 120 und das Ventil 122 zugeführt. Wenn der Kernträger danach wieder angehoben wird, drehen die Zahnstangen über die Zahnräder den Kern wieder in die senkrechte Lage. Die Konusflächen 148 gewährleisten eine genaue Ausrichtung des Kerns zur Form, so daß bei allen Werkstücken eine gleichmäßige Wandstärke erzielt wird.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform erfolgt die Beheizung der Form 186 durch Elektroden 190 und 196, wobei das Granulat einen Elektrolyten enthalten muß. Vorzugsweise ist das Granulat mit Wasser befeuchtet, beispielsweise dadurch, daß das Rohmaterial durch feuchtigkeitsgesättigte Luft oder Nebel in die Form eingesaugt oder indem Wasser auf die Perlen gespritzt wird. Es kann auch pulverisiertes Aluminium oder ein anderes pulverisiertes Metall für diesen Zweck verwendet werden bzw. kann der Elektrolyt bei dem Polymerisationsprozeß mit eingeschlossen werden.

Wie in Fig. 7 dargestellt, kann der in der Formvorrichtung obenliegende Boden des Kerns mit Ringnuten B ausgestattet sein, die die Perlen des Granulats beim Rückgang des Aufgabeschiebers festhalten. Durch die Ringnut werden am Boden des fertigen Behälters Ringrippen gebildet, die eine dekorative Wirkung erzeugen.

In Fig. S ist eine andere Ausführung des Kerns dargestellt, bei der eine Druckluftleitung 202 an Verteilerleitungen 212 angeschlossen ist, die an den konischen Seiten des Formkernes mit Pfropfen 206 z. B. aus Messing, die in die Kernwand eingelassen sind, münden. Jeder Pfropfen weist mehrere Düsenöffnungen 210 auf. Bei dieser Anordnung zum Abheben des fertigen Werkstücks wird die Druckluft gegen dessen Innenwände gerichtet, so daß sich das Werkstück gleichmäßig vom Kern löst.

Fig. 9 zeigt schließlich eine Ausführungsform für eine beheizte Abdeckung des Formenhohlraums. Sie besteht aus einer mit dem Aufgabeschieber 164 verbundenen Scheibe 178 aus einem gut wärmeleitenden Material, die gegen den Schieber bei 184 (Fig. 5) wärmeisoliert ist. Die Zu- und Ableitung des Heizmittels erfolgt durch zwei F-förmig in der Scheibe 178 zusammenstoßende Kanäle 180, an deren Mündungen geeignete Anschlüsse 182 vorgesehen sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Herstellen von becherförmigen dünnwandigen Gegenständen aus schäumbaren thermoplastischen Kunststoffen, die in Form von vorgeschäumtem Granulat als Ausgangswerkstoff verwendet und in einer Form mit Kerneinsatz fertig geschäumt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangswerkstoff durch Saugkraft die an einem nach Verschieben des Kerns gegenüber der Form entstandenen Ringspalt an der der Einfüllseite gegenüberliegenden Seite der Form wirksam wird, in den Formenhohlraum eingebracht und anschließend aufgeschäumt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fertige Werkstück durch zwischen Werkstück und Kern eingeblasene Luft von dem aus der Form entfernten Kern abgelöst wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, bestehend aus einer beheizbaren Form mit ein- und ausfahrbarem, auf einem Träger angeordnetem Kern, der die im Querschnitt größere Seite des Formhohlraumes abschließt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Form (36) umgebenden Gehäuse (32) eine Abdrückvorrichtung (74, 78, 80) angeordnet ist, die bei Betätigung den Kernträger (100) unter Öffnung eines Ringspalts an dem der Einfüllseite gegenüberliegenden Ende der Form von dieser trennt, daß an der Trennfläche (146) zwischen Form und Kernträger mündende Kanäle (144) vorgesehen sind, die mit einer Unterdruck erzeugenden Vorrichtung verbunden sind, und daß an der Trennfläche (146) eine Dichtung (152) vorgesehen ist, die bei Betätigung der Abdrückvorrichtung den gebildeten Ringspalt nach außen abschließt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdrückvorrichtung aus einseitig druckmittelbeaufschlagten Zylindern (74) besteht, die in dem die Form (36) umgebenden

Gehäuse (32) angeordnet und mit einer gemeinsamen Druckmittelleitung (76) verbunden sind und deren Kolben (78) bei Betätigung über Kolbenstangen (80) auf den Kernträgerboden (100) drücken, wobei der Hub der Kolben (78) der Breite des Ringspalts entspricht.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Ker-

nes (106) Öffnungen (124, 210) aufweist, an die eine Druckluftleitung (120,202) angeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 806 733, 917 237, 085;

USA.-Patentschrift Nr. 2 480 313; »Kunststoffe«, 1954, Heft 4, S. 173 bis 180.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen