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Aus thermoplastischer Kunststoff-Folie gezogener, dünnwandiger Behälter
sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich
auf einen aus thermoplastischer Kunststoff-Folie gezogenen, dünnwandigen Behälter,
bei dem der Boden in Abstand oberhalb des unteren Behälterrandes gehalten und über
einen Bodenkragen mit dem unteren Behälterrand verbunden ist. Die Erfindung bezieht
sich ferner auf das Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen solcher Behälter.
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Es sind bereits aus zwei Teilen hergestellte Papierbehälter bekannt
(USA.-Patentschrift 2 816 697), bei welchen der Behälterboden an seinem Umfang einen
sich nach unten erstreckenden Bodenkragen aufweist.
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Dieser Bodenkragen ist in einem unteren ringförmigen Rand der Behälterwandung
befestigt, so daß die eigentliche Bodenfläche mit Abstand oberhalb des unteren Behälterrandes
gehalten wird.
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Obwohl derartige Behälter mit Bodenkragen und hochgezogenem Boden
für manche Zwecke bevorzugt benutzt werden, hat man bisher keine Möglichkeit gefunden,
derartige Behälter als Massenartikel im Tiefziehverfahren aus thermoplastischer
Kunststoff-Folie herzustellen. Die wesentliche Schwierigkeit be steht nämlich darin,
daß die Behälterwand und der Boden im Tiefziehverfahren einstückig hergestellt werden
müssen und sich der doppelwandige untere Rand des Behälters nicht tiefziehen läßt.
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Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, den Behälter und den Behälterboden
in einer Negativform mit nach außen umgeklapptem Bodenkragen zu formen und den Boden
und den Bodenkragen noch innerhalb des Negativ-Formwerkzeuges in noch verhältnismäßig
warmem Zustand der Folie in das Behälterinnere umzuklappen. Diese Arbeitsweise ist
aber für die Herstellung von Massenartikeln nicht geeignet, weil einerseits das
Formwerkzeug in seinem Aufbau und in seiner Arbeitsweise wesentlich komplizierter
wird als bisher, was nicht allein eine wesentliche Verteuerung des Werkzeuges, sondern
vor allem auch eine wesentliche Verminderung seiner Leistungsfähigkeit, insbesondere
seiner Arbeitsgeschwindigkeit, zur Folge hat. Es kommt noch hinzu, daß durch das
Umschlagen des Randkragens der untere Rand des geformten Behälters im Formwerkzeug
verkeilt und dadurch das Auswerfen des Formlings wesentlich erschwert wird. Durch
diese Mängel wird es unmöglich gemacht, dünnwandige Behälter mit eingeschlagenem
Boden als Massenartikel aus thermoplastischer Kunststoff-Folie zu einem Preis herzustellen,
der einem Vergleich der Preise mit bekannten Papierbechern dieser Art standhält.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Möglichkeiten
für die Herstellung solcher
dünnwandiger Behälter aus thermoplastischer Kunststoff-Folie
als Massenartikel zu schaffen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von dem Grundgedanken
aus, daß der Bodenkragen des Behälters durchaus zunächst in dem nach außen geklappten
Zustand einstückig mit der Behälterwandung und dem Boden geformt werden sollte,
aber daß das Umklappen des Bodenkragens und des Bodens in das Behälterinnere keinesfalls
im Formwerkzeug selbst, sondern erst nach dem Entformen erfolgen sollte, selbst
wenn dabei die vorgeformte Folie inzwischen ihren gut verformbaren Zustand verloren
hat.
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Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, den einstückig mit
der Behälterwand und dem Boden hergestellten und nach dem Entformen des Behälters
mit dem Boden in das Behälterinnere einzuschlagenden Bodenkragen mit Dehnungsrippen
auszubilden, die ihm genügend Nachgiebigkeit zum Einstülpen in den Raum innerhalb
eines unteren ringförmigen Bereiches der Behälterwand verleihen. Die Erfindung gibt
dadurch die Möglichkeit, das Einschlagen des Bodenkragens und des Bodens zu einem
beliebigen, gewünschten Zeitpunkt nach der Herstellung des Behälters selbst vorzunehmen.
Es besteht sogar die Möglichkeit, die Behälter mit nach außen stehenden Bodenkragen
und Boden zu benutzen, d. h. mit ein und demselben Formwerkzeug praktisch zwei verschiedene
Behältertypen herzustellen.
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Die das nachträgliche Eindrücken oder Einschlagen des Bodenkragens
und Bodens ermöglichenden Dehnungsrippen können in verschiedener Weise ausgebildet
sein. So können beispielsweise der Bodenkragen und gegebenenfalls auch der Boden
selbst mit in Umfangsrichtung verlaufenden bzw. konzentrischen Dehnungsrippen ausgebildet
sein. Es besteht auch die Möglichkeit, daß der Bodenkragen und der
untere
ringförmige Bereich der Behälterwand in Art eines einzuklappenden Druckknopfes doppelkonischer
Form ausgebildet sind und sich im wesentlichen axial erstreckende Dehnungsrippen
tragen.
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Das Verfahren nach der Erfindung kennzeichnet sich im wesentlichen
dadurch, daß der Behälter zunächst mit einem über den unteren Behälterrand nach
unten vorstehenden Boden und Bodenkragen hergestellt wird, wobei der Bodenkragen
mit Dehnung rippen ausgebildet wird, die ihm genügend Nachgiebigkeit zum Einstülpen
in den Raum innerhalb eines unteren ringförmigen Bereiches der Behälterwand verleihen,
und daß der Boden urid der Bodenkragen außerhalb des Formwerkzeuges unter Einwirkung
von Druck und gegebenenfalls auch Wärme in den Behälterinnenraum eingedrückt werden.
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Zweckmäßig wird dabei der Druck mit einem Stempel geeigneter Form
auf die Bodenfläche übertragen. Der Bodenkragen und gegebenenfalls der untere Randbereich
der Behälterwand können dabei beheizt werden.
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Der besondere Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin,
daß einerseits das eigentliche Tiefziehverfahren zur Herstellung des Behälters nicht
beeinträchtigt wird und andererseits das Einschlagen oder Eindrücken des Bodens
und des Bodenkragens in den Behälterinnenraum mit einem beliebigen Behandlungsgang
des Behälters nach dem Entformen verbunden werden kann. Eine solche besonders günstige
Verbindung ergibt sich beispielsweise, wenn das Eindrücken des Bodens und des Bodenkragens
gleichzeitig mit dem Umbördeln des oberen Behälterrandes erfolgt.
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Für dieses gleichzeitige Umbördeln des oberen Behälterrandes und
Eindrücken des Behälterbodens und Bodenkragens eignet sich besonders eine Vorrichtung,
bei der ein Bördelwerkzeug für den oberen Behälterrand außen und von oben über den
umgekehrt mit seinem oberen Rand auf einem Formschemel sitzenden Behälter geführt
wird. Bei einer solchen Vorrichtung soll nach der Erfindung das Bördelwerkzeug in
seinem oberen Teil einen sich auf den Behälterboden setzenden Stempel aufweisen,
der dann während des Bördelvorganges den Boden und den Bodenkragen in den Behälterinnenraum
drückt. Der Stempel kann dabei dazu ausgebildet sein, sich gleichzeitig mit dem
Bördelwerkzeug vorzuschieben; dann ist er derart gegenüber dem Bördelwerkzeug eingestellt,
daß er während des Bördelvorganges den Boden und den Bodenkragen in den Behälterinnenraum
drückt.
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Eine andere Möglichkeit für die Anordnung des Stempels gegenüber
dem Bördelwerkzeug besteht darin, den Stempel zu gesondertem, gesteuertem Vorschub
im oberen Teil des Bördelwerkzeuges anzubringen. Bei einer solchen Ausbildung ist
die Möglichkeit gegeben, jede gewünschte zeitliche Steuerung des Eindrückvorganges
gegenüber dem Bördelvorgang vorzunehmen.
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Die Vorrichtung zum gleichzeitigen Bördeln des oberen Behälterrandes
und Eindrücken des Behälterbodens kann dabei oberhalb des eigentlichen Bördelwerkzeuges
eine der Querschnittsform des Behälters angepaßte Aufnahmekammer aufweisen, wobei
zumindest ein ringförmiger Wandbereich dieser Aufnahmekammer als auf den unteren
Randbereich und den Bodenkragen des Behälters einwirkender Infrarotstrahler ausgebildet
sein kann. Auf diese Weise läßt sich das Bördeln des oberen Behälterrandes und
das
Eindrücken des Behälterbodens mit jedem beliebigem zeitlichem Abstand von der eigentlichen
Behälterherstellung ausführen, also auch noch, wenn der Behälter längere Zeit gelagert
worden ist.
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Um zu vermeiden, daß der Bodenkragen beim Einschlagen faltig wird,
kann der Stempel zumindest im Bereich seines Umfangsrandes beheizt sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im folgenden an
Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen F i g. 1 und 2 eine Ausführungsform
des Behälters nach der Erfindung in senkrechtem Schnitt mit nach unten vorstehendem
bzw. eingelegtem Boden und Bodenkragen, Fig. 3 und 4 eine andere Ausführungsform
des Behälters nach der Erfindung in entsprechenderDarstellungsweise wie F i g. 1
und 2, F i g. 5 eine Ausführungsform der Einlegevorrichtung für den Behälterboden
nach der Erfindung, F i g. 6 eine zweite Ausführungsform der Einlegevorrichtung
nach der Erfindung.
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Wie die Zeichnung zeigt, bezieht sich die Erfindung auf dünnwandige
Behälter, die aus thermoplastischer Kunststoff-Folie gezogen, beispielsweise im
Vakuum-Tiefziehverfahren hergestellt sind. Beim Formen des Behälters ist, wie F
i g. 1 und 3 zeigen, zunächst an der Behälterwand 1 über den unteren Behälterrand
2 hinaus als Fortsetzung ein Bodenkragen 3 geformt, der unmittelbar in den Boden
4 übergeht. Der Behälter wird in der in F i g. 1 und 3 gezeigten Form, d. h. mit
dem nach unten vorstehenden Bodenkragen mit Boden, aus dem Formwerkzeug entformt
und kann schon in dieser Form als Behälter Verwendung finden.
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Nach dem Entformen und gegebenenfalls nach beliebiger Lagerung wird
dann der Boden4 in den Behälterinnenraum eingedrückt und dabei der Bodenkragen 3
nach einwärts umgestülpt, wie dies die F i g. 2 und 4 zeigen.
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Im Beispiel der Fig. 1 und 2 sind der Behälterboden 4 und der Bodenkragen
3 mit ringsumlaufenden Dehnungsrippen 5 versehen, die das Eindrücken des Bodens
4 und das Umstülpen des Bodenkragens 3 erleichtern.
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Im Beispiel der Fig.3 und 4 wird der Behälter zunächst im unteren
Bereich seiner Wandung 1 und im Bereich des Bodenkragens 3 doppelkonisch, druckknopfartig
ausgebildet, wobei sich über diesen doppelkonischen Rand 6 im wesentlichen axial
zum Behälter verlaufende Rippen 7 erstrecken, die diesen doppelkonischen, ringförmigen
Rand 6 in Art eines Ziehharmonikabalges dehnbar machen, so daß beim Eindrücken des
Bodens 4 und Umstülpen des Bodenkragens 3 der Doppelkonus in seiner Mittellinie,
die den späteren, unteren Behälterrand 2 bildet, radial nach außen nachgeben kann.
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In bevorzugter Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung
erfolgt das Eindrücken des Behälterbodens 4 und das Umstülpen des Bodenkragens 3
gleichzeitig mit dem Umbördeln des oberen Behälterrandes. Hierzu wird der obere
Behälterrand in bekannter Weise mit einer Rundung 8 und einem schräg sich nach unten
und außen erstreckenden Randkragen 9 ausgebildet, wie dies F i g. 3 zeigt. Der Randkragen9
wird dann, wie Fig.4 zeigt, gleichzeitig mit dem Eindrücken des Behälterbodens und
dem Umstülpen des Bodenkragens 3 in einer Lippenrolle 10 umgelegt.
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Zwei Ausführungsformen der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
sind in F i g. 5 und 6 schematisch wiedergegeben.
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Im Beispiel der Fig. 5 ist ein Bördelwerkzeug 11 vorgesehen, das
in Richtung des Pfeiles 12 von oben her über den mit seinem abgerundeten Randteil
8 auf einen Schemel 13 gesetzten Behälter geführt wird.
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Dieses Bördelwerkzeug 11 weist eine mit weitem Konus ausgeführte Einführungszone
14, eine sich daran anschließende, verhältnismäßig schwachkonische Vorformzone 15
und eine endgültige Form und Umlegezone 16 mit gewölbter Oberfläche auf.
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Das Bördelwerkzeug 11 wird zumindest in den beiden Formzonen 15 und
16 mit einer elektrischen Heizung 17 auf Verformungstemperatur für den Kunststoff
des Behälters erwärmt.
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Oberhalb des Bördelwerkzeuges 11 ist ein Stempel 21 zum Eindrücken
des Behälterbodens 4 und Umstülpen des Bodenkragens 3 so angebracht, daß er die
Vorschubbewegung des Bördelwerkzeuges im gleichen Sinn wie der Pfeil 12 und im gleichen
Ausmaß mitmacht. Um das Eindrücken des Behälterbodens 4 und insbesondere das Umstülpen
des Behälterkragens 3 zu erleichtern, ist der Stempel 21 an seiner Stirnfläche und
seinen schräg ausgeführten Seitenflächen durch eine elektrische Heizung 22 erwärmt.
Außerdem kann in dem Zwischenraum zwischen dem Bördelwerkzeug 11 und dem Stempel
21 eine ringförmige beheizte Zone 23 angeordnet sein, die ebenfalls eine elektrische
Heizung 24 aufweist, die beim Vorschub des Bördelwerkzeuges 11 und des Stempels
21 mit vorgeschoben und gleichzeitig oder etwas vor dem Stempel 21 am Randkragen3
und gegebenenfalls dem unteren Bereich der Behälterwandung 1 wirksam wird.
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Zum gegenseitigen Einstellen von Bördelwerkzeug 11, Stempel 21 und
beheizter Zone 23 sind alle diese Teile in einer Buchse oder Hülse 25 vereinigt
und durch Abstandsringe 26 voneinander getrennt. Die Feineinstellung des Stempels
21 gegenüber dem Bördelwerkzeug 11 kann noch dadurch erfolgen, daß der Stempel 21
in einem Trägerring 27 mittels Gewinde28 angebracht ist und in diesem mit Hilfe
eines Vierkantes29 mehr oder weniger tief eingeschraubt werden kann.
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Im Beispiel der F i g. 6 wird der grundsätzlich gleiche Aufbau der
Werkzeugkombination benutzt, so daß für die sich entsprechenden Teile die gleichen
Bezugszeichen verwendet werden. An Stelle einer beheizten Innenflächenzone ist in
diesem Beispiel zwischen dem Bördelwerkzeug 11 und dem Stempel 31 ein ringförmig
gelegtes Infrarot-Strahlerrohr 33 angeordnet, das in einem in U-Profil ausgebildeten
Träger und Reflektor 34 gehalten ist.
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Der Stempel 31 ist in diesem Beispiel so gegenüber dem Bördelwerkzeug
11 angeordnet, daß er bei vollständigem Vorschub des Bördelwerkzeuges 11 im Sinne
des Pfeiles 12 erst an oder in geringem Abstand vor den Behälterboden 4 gelangt.
Der Stempel 31 wird in diesem Beispiel dann mittels eines pneumatisch oder hydraulisch
vorgeschobenen Kolbens 35 im Sinne des Pfeiles 36 so weit vorgeschoben, bis er den
Boden4 in das Innere des Behälters eingedrückt und den Bodenkragen 3 umgestülpt
hat. Als Begrenzungselement für den so betätigten Stempel 31 ist der Schemel 13
an seinem oberen Teil mit einem Aufsatz 37 versehen, in den ein Begrenzungsring
38 eingesetzt ist. Der Begrenzungsring 38 ist verhältnis-
mäßig dünn ausgebildet
und kann sich so in den in F i g. 2 und 4 ersichtlichen, oberhalb des unteren Behälterrandes
2 liegenden Zwischenraum zwischen dem unteren Teil der Behälterwandung 1 und dem
umgebördelten Bodenkragen 3 legen und beim Abziehen des fertigen Behälters aus diesem
ringförmigen Zwischenraum ziehen.
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Die dargestellten Ausführungsformen der Einlege-und Umstülpvorrichtung
können unabhängig von der Ausbildung des unteren Behälterteiles, beispielsweise
nach F i g. 1 und 2 oder 3 und 4, benutzt werden.
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Durch die Zusammenfassung der einzelnen Werkzeuge in einer Hülse oder
Buchse 25 ist es möglich, durch Wahl der entsprechenden Abstandsringe 26 die Werkzeugkombination
auf die verschiedensten Behältertypen abzustimmen. Die axiale Halterung der einzelnen
Werkzeuge und Abstandsringe kann durch Schraubringe, Sprengringe oder sonstige bekannte
Mittel (nicht dargestellt) innerhalb der Buchse 25 erfolgen. Durch diese Buchse
25 läßt sich auch eine Vielzahl solcher Werkzeugkombinationen leicht zu einem Vielfachwerkzeug
zusammensetzen.
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Der Stempel 21 bzw. 31 und bzw. oder der Schemel 13 läßt sich auch
in einfacher Weise mit Auswerfern und sonstigen Einrichtungen verbinden, die den
fertigen Behälter vom Schemel 13 abheben bzw. aus dem Bördelwerkzeug 11 und vom
Stempel 21 bzw. 31 stoßen oder ziehen.
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Alle in der Beschreibung, der Zeichnung und in den Patentansprüchen
wiedergegebenen Merkmale des Erfindungsgegenstandes können für sich allein oder
in jeder denkbaren Kombination von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung sein.