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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Bechers od. dgl. aus
Kunststoffolie Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bechers
od. dgl. aus Kunststoffolie, bei dem die Kunststoffolie im plastifizierten Zustand
mittels eines Vorreckstempels in eine Form gezogen wird, die am Boden eine Erhöhung
zur Bildung einer Einprägung in den Boden des Bechers od. dgl. umfaßt, bei dem beim
Einziehen der Kunststoffolie eine periphere Abdichtung am Öffnungsrand der Form
mindestens zwischen der Kunststoffolie und der Form bewirkt wird und bei dem anschließend
zum Anlegen der Kunststoffolie an die Formwandung auf die Kunststoffolie zwischen
dem Stempel und der Form ein Differenzdruck ausgeübt wird sowie eine Vorrichtung
zur Ausübung dieses Verfahrens.
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Es ist bereits bekannt, eine Ausnehmung am Stempel vorzusehen, in
die die thermoplastische Kunststoffolie eingezogen werden kann, dabei ist die Ausnehmung
aber nicht geschlossen, weil in dieser bekannten Anordnung mit einem Vakuum gearbeitet
wird, um das Material zu ziehen. Das hat den Nachteil, daß Ventileinrichtungen erforderlich
sind, um das zum Einziehen der Kunststoffolie in die Ausnehmung erforderliche Vakuum
zu erzeugen. Dabei ist die Taktzeit relativ groß, weil zum öffnen und Schließen
der Ventileinrichtungen zum Zweck des Einblasens oder Abziehens von Luft erhebliche
Zeit verloren geht, was die Produktionsleistung der bekannten Vorrichtung ganz entschieden
verringert.
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Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bereich
der von dem Vorreckstempel in die Form eingezogenen Kunststoffolie in eine im wesentlichen
geschlossene Aussparung einzuziehen, die am vorderen Ende des Stempels vorgesehen
ist, um die Kunststoffolie an dem Bereich vorzuziehen, an dem beim fertigen Becher
eine Bodeneinprägung vorgesehen werden soll, so daß eine gleichmäßigere Wandstärke
erzielt werden kann als das bisher möglich war. Dabei soll ohne Ventileinrichtungen
gearbeitet werden, um die Produktionsleistung von Schaltzeiten für Ventile und von
der Einblas- oder Abziehdauer von Luft aus dem Formraum unabhängig zu machen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen,
den Raum zwischen der Kunststoffolie und der Formwand zumindest beim mechanischen
Einziehen der Folie in die Form nicht zu entlüften, so daß die in diesem Raum eingeschlossene
Luft mit ihrer Druckerhöhung den anschließend an die Erhöhung am Boden der Form
anzulegenden Bereich der Kunststoffolie in eine Ausnehmung in den Stempel eindrückt.
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In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem auch eine
periphere Abdichtung am Öffnungsrand der Form zwischen der Kunststoffolie und dem
Stempel gehört, ist vorgesehen, daß zum Anlegen der Kunststoffolie an die Formwand
nach dem Vorrecken die Kunststoffolie aufgeblasen wird.
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Schließlich kann nach einem weiteren Merkmal im erfindungsgemäßen
Verfahren das Blähmedium im Bereich der Ausgangslage der Folie eingeleitet werden.
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Weiter ist dazu erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgesehen, die
gekennzeichnet ist durch einen massiven, kegelstumpfartigen Stempel ohne Luftkanäle,
der an seinem in die Hohlform eintretenden dünneren Ende eine Mittelausnehmung aufweist,
und durch einen ihn axial durchdringenden Bolzen mit einem Maschinenrahmen verbunden
ist, wobei zwischen dem Rahmen und dem dem Eintrittsende gegenüberliegenden Ende
des Stempels eine diesen Stempel im Abstand vom Rahmen haltende Hülse angeordnet
ist, die konzentrisch zum Bolzen liegt, diesen im Abstand umschließt und über ihren
Umfang verteilte, sich radial erstreckende, der Zuführung des Blähmediums dienende
Öffnungen umfaßt.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe gegenüber dem
Bekannten beruht darin, daß in der Form keine Entlüftungskanäle vorgesehen sind
und daß keine zusätzlichen Ventileinrichtungen erforderlich sind, um ein Eindrücken
bzw. Einziehen der Kunststoffolie in die Ausnehmung zu bewirken.
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Dadurch wird eine wesentliche Vereinfachung des Verfahrens und der
Vorrichtung bewirkt. Ferner ist die Taktzeit des erfindungsgemäßen Verfahrens und
der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich kürzer, weil keine Zeit dabei verlorengeht,
Ventile zu
öffnen und zu schließen, um während des Eindrükkens bzw.
Einziehens der Kunststoffolie in die Ausnehmung Luft einzulassen oder abzuziehen;
ferner entfällt die für das Einblasen bzw. Abziehen der Luft erforderliche Zeit
selbst.
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Die Erfindung ist im nachfolgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen ist Fig.
1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 ein
Schnitt durch den Stempel und die Form in der Ausgangslage, Fig. 3 ein der Fig.
2 entsprechender Schnitt, in dem die Relativlage zwischen der Form und dem Stempel
in der Vorreckphase gezeigt ist, F i g. 4 ein Schnitt, der in die Relativlage zwischen
dem Stempel und der Form kurz vor Abschluß der Formgebung zeigt, Fig. 5 ein Schnitt,
der die Relativlage zwischen dem Stempel und der Form nach Abschluß der Formgebung
zeigt und Fig. 6 ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in der erfindungsgemäßen
Vorrichtung hergestellter Becher.
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Gemäß F i g. 1 wird eine Folie 10 aus Kunststoff, beispielsweise
aus Polystyrol, von einer Rolle 12 abgezogen. Die FolielO wird durch Transportmittel,
beispielsweise sich gegenüberliegende, über Rollen 16 laufende Riemen 14, horizontal
voranbewegt, wobei mindestens eine dieser Rollen 16 angetrieben ist. Die Riemen
14 führen die Kunststoffolie 10 an einer Heizvorrichtung 18 vorbei, beispielsweise
einer elektrischen Heizung, durch die der Kunststoff auf eine diesen plastifizierende
Temperatur erwärmt wird. Die plastifizierte Folie wird anschließend einer Verformungsstation20
zugeführt. Die Verformungsstation 20 umfaßt einen Stempel 22, der von einem Rahmen
24 getragen wird. Dieser Rahmen seinerseits ist mit einem den Stempel aufwärts und
abwärts bewegenden Mechanismus 26 verbunden. Ferner ist der Rahmen 24 durch einen
flexiblen Schlauch 28 mit einer Preßluftquelle 30 verbunden.
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Die Verformungsstation 20 umfaßt ferner eine Form 32 mit einem im
wesentlichen kegelstumpfartig gestalteten Hohlraum und mit einem als Auswerfer ausgebildeten
Boden 36. Die Form 32 ist durch Träger 38 mit einem Vorschubmechanismus 40, der
Boden oder Auswerfer 36 über einen Verbindungsstab 42 mit dem Vorschubmechanismus
40 verbunden. Beiderseits der Folie 10 sind Klemmbacken 44 bzw. 46 vorgesehen. Diese
Klemmbacken 44 bzw. 46 sind über ihren Umfang geschlossen ausgebildet und haben
im Fall eines kreisförmigen Bechers oder anderer Behälter vorzugsweise eine ringförmige
Gestalt.
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Die obere Klemmbacke44 ist durch Träger48 mit einem oberen Klemmechanismus
50 und die untere Klemmbacke 46 in gleicher Weise durch Träger 52 mit einem gleichen
unteren Klemmechanismus 54 verbunden.
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Gemäß der Darstellung in Fig. 2 bis 5 ist der Stempel 22 kegelstumpfartig
ausgebildet. Seine konische Seitenwand 56 geht über eine gerundete untere Kante
58 in eine ringförmige Bodenwand 60 über.
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Der Boden selbst ist mit einer abgeschrägten Ausnehmung62 versehen,
in der eine Senkbohrung64 vorgesehen ist. Ein Bolzen 66 erstreckt sich axial von
der Senkbohrung 64 aus durch den Stempel hindurch und führt zu einem Tragrahmen
24, an dem der be-
festigt ist. Der Rahmen ist oberhalb der Umfangskante des Stempels
mit einer ringförmigen Ausnehmung 68 versehen. Er weist ferner eine vertikale Bohrung
70 auf, durch die sich der Bolzen 66 konzentrisch erstreckt. Eine Hülse 72 ist zwischen
dem Rahmen 24 und dem Stempel angeordnet und weist eine Mittelbohrung 74 auf, die
konzentrisch zum Bolzein 66 liegt und diesen mit Abstand umgibt. Die Hülse 72 weist
über den Umfang verteilte Öffnungen 76 auf, die sich radial durch deren Wand hindurch
erstrecken.
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Die Form 62 bestimmt die endgültige Gestalt des aus der Kunststoffolie
10 zu formenden Bechers. Der darin befindliche Formhohlraum 34 ist durch die konische
Seitenwand 78 begrenzt. Er ist etwas breiter als der Stempel 22. Die Form weist
an ihrem oberen Ende einen sich aufwärts erstreckenden gerundeten Rand 80 auf, der
durch eine äußere Schulter 82 umgeben ist. Diese Schulter liegt unterhalb des Randes
und ist einstückig mit ihm ausgebildet. Der Außendurchmesser dieser Schulter ist
so gewählt, daß er dicht in den äußeren Durchmesser dem im Rahmen vorgesehen ringförmigen
Ausnehmung 68 paßt, während die Differenz der Durchmesser zwischen der Schulter
82 und dem Rand 80 etwa gleich der Stärke der Kunststoffolie 10 ist, also etwa 0,2
bis 0,3 mm beträgt.
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Der Auswerfer 36 paßt in seiner zurückgezogenen Stellung genau in
den Hohlraum 34 hinein. Die obere Fläche des Auswerfers 36 umfaßt einen am Rand
liegenden Ringteil 84 und eine in der Mitte liegende Erhöhung 86. Beide sind flach
ausgebildet und liegen waagerecht. Der Ringteil84 und die Erhöhung 86 sind durch
eine schräge oder konische Fläche 88 miteinander verbunden.
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Die Klemmelemente 44 und 46 werden periodisch auseinanderbewegt,
um die Folie 10 intermittierend voranzubewegen. Nach Vorrücken der Folie klemmen
sie die Klemmelemente 44 und 46 wieder fest.
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In dieser Arbeitsphase befinden sich der Stempel und die Hohlform
in der auseinandergezogenen Lage (F i g. 1 und 2). Der Vorschubmechanismus 26 sorgt
zunächst für ein Absenken des Stempels 22 (F i g. 3), um die eingespannte Kunststoffolie
10 in die Hohlform hineinzuziehen. Dabei legt sich die Kunststofffolie 10 an die
Seite des Stempels 22 an, während die Seitenwände 78 des Hohlraums 34 nicht berührt
werden, bis der Stempel seine volle Absenktiefe erreicht hat. Der Stempel ist vorzugsweise
aus einem isolierenden Werkstoff gefertigt und wird auf einer entsprechenden Temperatur
gehalten, um ein Abführen der Wärme zur Kunststoffolie 10 zu vermeiden. Wie allgemein
bekannt, führt ein Abführen der Wärme zu einer Abkühlung und zu einem Erstarren
der Kunststoffolie was die Verformbarkeit beeinträchtigt oder ganz unmöglich macht.
Das Eintrittsende des Stempels läßt ein Gleiten der Kunststoffolie ihm gegenüber
zu, um die Entstehung relativ dünner oder dickerer Bereiche zu verhindern. In dem
Augenblick, in dem der Stempel 22 seine volle Absenktiefe erreicht hat, wird die
Hohlform durch den Vorschubmechanismus 40 aufwärts bewegt, um die relativ zum Stempel
in F i g. 4 und 5 gezeigte Lage einzunehmen.
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Beim Aufwärtsbewegen der Hohlform berührt der Rand 80 die Kunststoffolie,
um eine Randbördelung 90 am Becher zu formen. Dabei kühlt sich die Kunststoffolie
auf Grund seiner Anlage am Rand der Form ab und erstarrt in der Endform. Die Schulter
82 legt
sich unter Zwischenlage der Kunststoffolie gegen den Umfangsrand
68 an und klemmt dabei den Kunststoff fest.
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Im unteren Teil der Hohlform sind keine ein Abfließen der Luft ermöglichenden
Kanäle vorgesehen.
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Aus diesem Grund wird nach der Anlage des Randes 80 der Hohlform
an die Kunststoffolie eine gewisse Luftmenge zwischen der Kunststoffolie und der
Hohlform eingefangen. Dabei muß beachtet werden, daß die Kunststoffolie 10 sich
an den Rand 80 kurz vor dem vollständigen Ineinanderschieben der Hohlform und des
Stempels anlegt, also kurz nachdem die Hohlform ihre Aufwärtsbewegung begonnen hat,
so daß die oberhalb des Auswerfers 36 eingeschlossene Luft komprimiert und der Kunststoff
in die Aussparung 62 am Boden des Stempels hineingedrückt wird, wie das bei 92 in
F i g. 4 dargestellt ist.
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Dieser mechanische Bewegungsablauf der Teile sorgt für eine Vorformung
des zu formenden Bechers.
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Zu diesem Zeitpunkt besitzt der vorgeformte Becher im wesentlichen
die Gestalt des Stempels, insbesondere am Boden. Danach wird von der Druckluftquelle
30 Druckluft über die Bohrung 70 in die Hülse 74 geleitet. Diese Druckluft durchströmt
die Öffnungen 76 und tritt durch den oberhalb des Stempels 22 befindlichen Spalt
in die Aussparung 68 ein. Die Druckluft hebt den vorgeformten Becher von der Seitenwand
des Stempels 22 ab und drückt ihn gegen die Seitenwand der Hohlform in Anlage an
den Auswerfer 36. Da die Form vorzugsweise aus Metall gefertigt ist und eine niedrige
Temperatur besitzt, erstarrt der Kunststoff in der fertigen Form des Bechers sehr
schnell. Zu diesem Zeitpunkt wird der Rahmen 24 etwas weiter abgesenkt, so daß die
Schulter am äußeren Umfangsrand des Ringes 68 unter Zusammenwirkung mit der Schulter
62 für eine Abtrennung des Bechers von der verbleibenden Folie sorgt. Das Abtrennen
kann auch vor dem fertigen Blasen bewirkt werden.
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Für die unterhalb der Folie innerhalb des Hohlraumes eingefangene
Luft muß während des Blasvorganges für einen Ablaß gesorgt werden. Für einen solchen
Ablaß sorgt ein um den Auswerfer 36 herum vorgesehener Spalt (beispielsweise eine
lose Passung mit der Seitenwand 78). Dadurch wird ein so geringer Abfluß geschaffen,
daß einerseits genügend Luft eingefangen wird, um das in F i g. 4 gezeigte Aufwärtswölben
zu bewirken und andererseits das in F i g. 5 dargestellte Blasen in die Endform
zu ermöglichen.
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Schließlich wird der Stempel in seine in F i g. 1 und 2 dargestellte
Ausgangslage zurückbewegt, wie das in F i g. 5 gestrichelt dargestellt ist. Die
Hohlform wird abgesenkt, und der Auswerfer 36 wird angehoben, um den fertigen Becher,
wie er bei 94 in F i g. 5 gestrichelt dargestellt ist, auszuwerfen.
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In F i g. 6 ist ein fertiger Becher gezeigt. Er entspricht in seiner
Form der Gestalt der Hohlform und umfaßt einen Bördelrand 90, eine kegelstumpfförmige
Seitenwand 96 und einen Boden 98. Der Boden umfaßt ein äußeres Ringstück 100, ein
kegelstumpfartiges Zwischenstück 102 mit einem Winkel, der größer als 900 ist, und
ein erhöhtes Mittelstück 104. Ein derart erhöhtes Mittelstück ist deshalb wichtig,
weil dadurch für eine angemessene Festigkeit gesorgt wird, um ein Durchwölben des
Bodens im gefüllten Zustand des Bechers zu verhindern.
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Die Anfangsberührung des Formrands 80 mit der mechanisch vorgezogenen
Kunststoffolie ist eine glei-
tende Berührung. Sie findet nur statt, nachdem die
Kunststoffolie fast zu der vollen zum Formen des Bechers erforderlichen Ausdehnung
gezogen worden ist. Auf diese Weise ist dafür gesorgt, daß bei der ersten Berührung
des Randes mit dem Kunststoff kein Abkühlen und Erstarren erfolgt, daß zu einer
Unverformbarkeit des Kunststoffs führt. Eine geringe Erstarrung spielt dabei keine
Rolle, da der Kunststoff nach der Berührung mit dem Rand nicht mehr nennenswert
gezogen wird. Problematische Verdikkungen entstehen dabei nicht, wie dies durch
ein Abkühlen vor dem Ziehen der Fall ist.
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Die in der Hohlform unterhalb der Folie eingefangene Luft bewirkt
eine dämpfende Abstützung des Mittelteils des gezogenen Kunststoffes, so daß beim
Aufwärtswölben der Kunststoffolie in die Aussparung des Stempels hinein keine Verdünnung
des Bechermaterials an dessen unteren Kanten entsteht.
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Darüber hinaus hält die eingeschlossene Luft die Folie fast überall
im Abstand von der Hohlform, abgesehen vom Randbereich. Das Zuführen der Luft über
den Oberteil des Stempels sorgt für einen etwa gleichmäßigen Druck auf die Innenseite
des vorgereckten Bechers, wodurch eine vollständige Formgebung des Bechers ohne
örtliches Strecken unter Verdünnung des Werkstoffes eintritt, wie das der Fall ist,
wenn der Luftdruck nur am unteren Ende des Stempels örtlich begrenzt erzeugt wird.
Die gleichmäßige Druckbeaufschlagung bewirkt, daß der Boden in den Auswerfer 36
etwa in der Form eingeblasen wird, in der er in den Stempel eingewölbt ist, so daß
die Bodenform bereits vorgeformt ist, bevor der Boden an den Auswerfer angelegt
wird. Ein auf diese Weise erzeugter Becher besitzt eine außerordentlich gleichmäßige
Wandstärke. Der Becher weist daher keine Schwachstellen auf, insbesondere nicht
an den Bodenrändern, so daß mit vergleichsweise dünnem Material gearbeitet werden
kann.