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Gegenstand des Hauptpatentes sind ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Herstellen von dünnwandigen Kunststoffartikeln mit umgebördeltem Rand abgerundeten
Querschnitts, insbesondere als Randwulst mit kreisförmigem Querschnitt, bei welchen
das in bekannter Weise mit einem verhältnismäßig schmalen, nach außen stehenden
Randkragen hergestellte Werkstück zunächst an seinem freien Außenrand dieses Kragens
mit einer ersten Formzone erfaßt und etwa senkrecht zu der durch den Werkstückrand
gebildeten Ebene nach der Werkstückwandung zu umgelegt wird und bei welchem dann
der freie Rand des so umgelegten Kragens mit einer erhitzten zweiten Formzone mit
kurvenförmiger Oberfläche erfaßt und in einen glatten Randwulst mit abgerundetem
Querschnitt eingerollt wird.
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Während die den Gegenstand des Hauptpatentes bildenden Verfahren
und Vorrichtung für fast alle praktischen Zwecke hervorragende Ergebnisse erzielen
lassen, insbesondere zum Herstellen des Lippenrandes an Trinkbechern u. dgl., soll
durch die Erfindung eine Weiterbildung und Ergänzung dieses Verfahrens und dieser
Vorrichtung geschaffen werden, durch die es sich in einfacher Weise ermöglichen
läßt, den Randwulst des dünnwandigen Kunststoffartikels sehr weitgehend einer vorher
bestimmten gewünschten Form, beispielsweise der Kreisform, anzupassen. Dies kann
beispielsweise von besonderer Bedeutung sein, wenn der Behälter od. dgl. an seinem
Randwulst mit einem Deckel, gegebenenfalls mit eingelegtem Dichtungsring, einen
luftdichten Verschluß ergeben soll.
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Die Erfindung ist auch insofern als eine Ergänzung und Weiterbildung
des Verfahrens und der Vorrichtung nach dem Hauptpatent gedacht, als durch sie das
einwandfreie Herstellen eines Randwulstes ermöglicht werden soll, wenn besonders
schwierige Behandlungsbedingungen vorliegen, beispielsweise wenn ein Paar von Werkstücken
an dem Randwulst durch gemeinsames Einrollen miteinander verbunden werden soll oder
die Wand des Behälters im Bereich des einzurollenden Randes verhältnismäßig dick,
starr oder fest ist. Durch die Erfindung wird auch die Möglichkeit geschaffen, den
Rand um mehr als 3600 einzurollen.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Kragen in der ersten Formzone,
d. h. beim Umlegen nach der Werkstückwandung zu, in seinem äußersten freien Randbereich
zusätzlich in ein sich nach der Werkstückwandung hin erstreckendes abgerundetes,
ringsum laufendes Profil vorverformt und dann in der zweiten Formzone, ausgehend
von diesem vorverformten äußersten Randbereich, vollständig in einen Randwulst mit
dem gewünschten abgerundeten Querschnitt eingerollt wird. Durch die Erfindung wird
jetzt in der zweiten Formzone von Anbeginn an eine Flächenberührung zwischen dem
zu verformenden Kragen und der gewölbten kurvenförmigen Oberfläche der zweiten Formzone
sichergestellt. Es besteht keine Gefahr mehr, daß der zu verformende Kragen nur
mit seiner äußersten Schnittkante über die kurvenförmige Oberfläche der zweiten
Formzone läuft und im übrigen nur ungenügend die vorher durch die Wölbung der zweiten
Formzone bestimmte Rundung annimmt. Auch bei mehreren ineinander zu verrollenden
Werkstückkragen bietet jetzt die vorbereitete Berührungsfläche des Kragens mit der
kurvenförmigen Oberfläche des Bördelwerkzeuges der
zweiten Formzone die Gewähr für
eine günstige Berührung zwischen dem Werkstückkragen und der Formoberfläche, so
daß die erforderliche Wärmemenge ohne weiteres auf den Werkstückkragen übertragen
wird.
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Ferner wird erreicht, daß in der ersten Formstufe zur Herstellung
des Randwulstes dieser so weit vorgebildet wird, daß in der zweiten Formstufe die
Erhitzung des Kunststoffmaterials und die Ausübung der Formkräfte sich so steuern
lassen, daß praktisch jede gewünschte abgerundete Querschnittsform erreichbar wird.
Die Erfindung macht dabei Gebrauch von der Erkenntnis, daß die vom Formwerkzeug
selbst zu dem zu verformenden Material zugeführte Wärme in erster Linie an denjenigen
Teilen des Randes übertragen werden, die am weitesten nach außen ragen. Durch die
mit der Erfindung erzielte Vorabrundung des freien Randes wird es ermöglicht, die
hauptsächliche Wärmeübertragung in dem Flächenbereich zwischen dem freien Rand und
dem Übergang zur Werkstückwandung vorzunehmen, so daß dieser Flächenbereich in der
zweiten Formstufe besonders formbar wird, während der äußere freie Rand und der
Übergang zur Werkstückwandung in der zweiten Formstufe verhältnismäßig fest bleiben
und günstige Angriffsflächen für die Verformungskräfte darstellen.
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Besonders günstig läßt sich das Verfahren nach der Erfindung so ausführen,
daß die Vorabrundung des freien Randes etwa bis zu viertelkreisförmigem Querschnitt
geführt wird.
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Die Vorabrundung des freien Randes läßt sich besonders wirksam ausführen,
wenn der freie Außenrand des Kragens während der ersten Formstufe an einer gegenüber
der Werkstückachse schräggestellten, sich verjüngenden Fläche entlanggeführt und
am Ende dieser Fläche in eine kurvenförmige Vorformfläche eingeführt wird. Hierbei
wird in der ersten Formstufe in erster Linie der freie Außenrand des Kragens erhitzt
und formbar gemacht, während der sich anschließende Flächenteil und der Übergang
zur Werkstückwandung verhältnismäßig fest bleiben und die zur wirksamen Verformung
des äußeren Randteiles erforderlichen Gegenkräfte hervorbringen.
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Für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung eignet sich
insbesondere eine Vorrichtung, bei der zwei verschiedene Formwerkzeuge für das Vorformen
und das Nachformen des Kragens vorgesehen sind, von welchen das Werkzeug zum Vorformen
eine konische Eingangszone und dahinter eine leicht konische Umlegezone und eine
kurvenförmige Vorformzone aufweist, von welchen zumindest die Umlegezone und die
Vorformzone beheizt sind, während das Werkzeug zum Nachformen des Kragens hinter
einer konischen Einführungszone eine kurvenförmige Nachformzone hat, von welchen
zumindest diese Nachformzone beheizt ist. Jedes dieser beiden Werkzeuge weist vorzugsweise
seinen eigenen Werkzeugträger und seine eigene Betätigungseinrichtung auf, während
der das Werkstück tragende und das Widerlager für den Verformungsvorgang dienende
Schemel für beide Werkzeuge gemeinsam vorgesehen ist und an seinem unteren Teil
als Führungssockel für jedes der beiden Werkzeuge ausgebildet ist.
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Eine besonders günstige Ausführungsform der Vorrichtung nach der
Erfindung sieht vor, daß die Schemel in mindestens vier Gruppen gleicher Schemel
anzahl und -anordnung auf einer schrittweise
umlaufenden Scheibe
angebracht sind und mit der Scheibe nacheinander vier Stationen durchlaufen, eine
Station zum Aufsetzen der Werkstücke, eine Vorformstation, eine Nachformstation
und eine Abnahmestation.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden an Hand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1. eine Übersicht über die Ergebnisse
der beiden Verformungsstufen nach der Erfindung, F i g. 2 und 3 sich entsprechende
senkrechte Teilschnitte durch das Vorformwerkzeug in einer Ausführungsform der Erfindung
in geöffnetem und geschlossenem Zustand und Fig. 4 und 5 senkrechte Schnitte entsprechend
Fig.2 und 3 durch das Nachformwerkzeug der gleichen Ausführungsform der Erfindung
in geöffnetem und geschlossenem Zustand.
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Der in Fig. la gezeigte Schnitt durch den Randbereich eines dünnwandigen
Kunststoffartikels zeigt die Wandung 1 des Artikels, die unmittelbar in einen Übergangsteil
2 und von dort in einen sich schräg nach außen und rückwärts erstreckenden Randkragen
3 übergeht. Die gewünschte Form der Artikelwandung 1, der bogenförmige Übergangsteil
2 und der Kragen 3 können in einem beliebigen bekannten Verfahren beispielsweise
im Vakuum-Tiefziehverfahren aus thermoplastischem Kunststoff gebildet sein. Der
so vorgeformte, aber noch nicht endgültige Artikel, der im folgenden als Werkstück
bezeichnet werden soll, wird zunächst in einer ersten Formstufe an seinem Kragen3
so vorgeformt, daß sich der Kragen 3 etwa senkrecht zu der durch den Werkstückrand
gebildeten Ebene 4 erstreckt, wie dies in Fig. lb durch den rechten Winkel R angedeutet
ist. Der äußerste Randbereich 5 des Kragens 3 wird im Vorformvorgang zugleich zusätzlich
nach einwärts, d. h. nach der Werkstückwandung 1 zu, umgelegt und bildet im Beispiel
der Fig. lb etwa einen viertelkreisförmigen Querschnitt.
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Der so vorgeformte Kragen 3 wird dann in einem zweiten Formvorgang
vollständig eingerollt, wie dies Fig. 1 c zeigt und bildet dadurch einen fast genau
kreisförmigen Querschnitt 6. Durch entsprechende Wahl der Formwerkzeuge läßt sich
aber praktisch auch jede andere gewünschte Querschnittsform, beispielsweise elliptische
Querschnittsform, quadratische oder rechteckige Querschnittsform mit abgerundeten
Kanten usw., ausbilden.
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Die F i g. 2 bis 5 zeigen eine Ausführungsform für die Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Hiernach ist, wie im Fall des
Hauptpatentes, ein Schemel 11 vorgesehen, der das Werkstück 12 vor Beginn des Verfahrens
aufnimmt und während des gesamten Verfahrensablaufes trägt.
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Mit diesem Schemel 11 arbeiten zur Durchführung des Verfahrens der
Erfindung zwei verschiedene Werkzeuge 13 und 14 zeitlich nacheinander zusammen.
Zunächst wird, wie die F i g. 2 und 3 andeuten, ein ringförmiges Vorformwerkzeug
13 in axialer Richtung zum Schemel 11 und dem Werkstück 12 über diese geschoben.
Dieses Vorformwerkzeug 13 weist eine stark konische Einführungszone 15, eine schwach
konische Umlege- und Formzone 16 und eine mit kurvenförmiger Formfläche ausgebildete
Vorformzone 17 auf. Die Umlege- und Formzone 16 und die Vorformzone 17 werden mittels
einer elektrischen Heizwicklung 18 beheizt. Das ringförmige
Vorformwerkzeug hat in
seinem Ring die Gestalt des jeweiligen Artikelrandes, sei es kreisförmig wie bei
Bechern od. dgl. oder quadratisch oder rechteckig wie bei Behältern usw.
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Der Vergleich der Fig. 2 und 3 zeigt, daß beim axialen Überstreifen
des ringförmigen Werkzeuges 13 zunächst die Einführungszone 15 den Außenrand des
Kragens 3 erfaßt und unter elastischem Verbiegen des Kragens 3 in Anlage an die
beheizte Oberfläche der Umlege- und Formzone 16 führt. Beim weiteren Vorschieben
des Werkzeuges 13 wird dann der Kragen 3 von seinem Außenrand her auf die gesamte
Breite erhitzt und nach einwärts umgelegt. Gegen Ende des Vorschubes des Werkzeuges
13 läuft der freie Außenrand des Kragens 3 in die Vorformzone 17 ein und wird entsprechend
der Kurvenform der Oberfläche geformt. In dem dargestellten Beispiel ergibt sich
hierbei die viertelkreisförmige Vorabrundung 5. Bei Ende des Vorschubes des Werkzeugringes
13 legt sich dieser mit der Oberfläche der Einführungszone 15 gegen den Führungskegel
19, so daß eine genaue koaxiale Einstellung des Werkzeugringes 13 gegenüber dem
Schemel 11 sichergestellt ist und die Vorverformung auf den gesamten zu behandelnden
Råndbereich des Artikels gleichmäßig erfolgt.
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Zur fertigen Ausbildung des umgebördelten Randes wird über das auf
dem Schemel 11 sitzende Werkstück 12 noch ein zweites ringförmiges Bördelwerkzeug
gezogen, nämlich das Nachformwerkzeug 14. Dieses Nachformwerkzeug ist wiederum mit
mehreren Arbeitszonen ausgebildet. Während grundsätzlich eine Einführungszone und
eine Nachformzone für dieses Werkzeug genügen würden, sind im vorliegenden Beispiel
drei Arbeitszonen, nämlich eine konische Einführungszone 21, eine Vorheizzone 22
mit axial liegender beheizter Oberfläche und eine Nachformzone 23 mit kurvenförmiger
beheizter Oberfläche, vorgesehen. Dabei sind die Vorheizzonen 22 und die Nachformzone
23 mittels einer elektrischen Heizwicklung 24 beheizt.
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Beim Abwärtsbewegen des Nachformwerkzeuges 14 axial zum Schemel 11
und dem Werkstück 12 wird zunächst der zwischen der Vorabrundung 5 und dem Übergangsbereich
2 liegende Teil des Kragens 3 durch die konische Einführungszone 21 entgegen seiner
eigenen Elastizität etwas nach einwärts gebogen, bis sich die axial liegende Oberfläche
der Vorheizzone 22 in Berührung mit dem Mittelteil des Kragens 3 schiebt und diesen
so weit erhitzt, daß er auf Grund der thermoplastischen Eigenschaften des Materials
gut verformbar wird. Beim weiteren Vorschub des Nachformwerkzeuges 14 kommt dann
die VorabrundungS mit der beheizten kurvenförmigen Oberfläche der Nachformzone 23
in Berührung. Da das Material im Bereich der Vorabrundung 5 nicht durch die Vorheizzone
22 erreicht wird, ist der Kragen im Bereich seiner Vorabrundung 5 noch fest und
erhält dadurch eine gute flächenmäßige Führung entlang der Oberfläche der Nachformzone
23. Beim Entlanggleiten an der beheizten Oberfläche der Nachformzone 23 wird auch
in der Vorabrundung 5 das Material hinreichend erhitzt und erweicht, so daß es endgültig
als glatter, faltenloser Randwulst sich vollständig einrollt. Im dargestellten Beispiel
ist die Oberfläche der Nachformzone 23 so ausgebildet, daß sie einen Randwulst mit
etwa kreisförmigem Querschnitt 6 erzeugt. Die Querschnittsform des endgültig
hergestellten
Randwulstes kann aber auch je nach Gebrauchszweck und Wunsch anders, beispielsweise
ellipsenförmig, gestaltet werden.
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Um den Randwulst auf seine gesamte Länge gleichmäßig auszubilden,
ist auch bei dem Nachformwerk 14 die Einführungszone 21 auf die schrägliegende Führungsfläche
19 des Schemels 11 abgestimmt, so daß sich auch das Nachformwerkzeug 14 mit seiner
Einführungszone 21 auf diese Fläche 19 abstützt und sich dabei genau gegenüber dem
Schemel 11 zentriert. Zur Aufnahme der Vorheizzone 22 ist der Schemel oberhalb seiner
Führungsfläche 19 mit einem senkrechten Absatz 25 versehen. Wie F i g. 5 zeigt,
kann zwischen diesem Absatz 25 und der Oberfläche der Vorheizzone 22 ein ringförmiger
Spalt 26 gelassen sein, damit nicht unnötig Wärme von der Vorheizzone 22 auf den
Schemel 11 übertragen wird.
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Auch bei vollständig eingeführtem Vorformwerkzeug 13 bildet der Absatz
25 mit der schwach konischen Oberfläche der Umlegezone 16 einen verhältnismäßig
breiten ringförmigen Hohlraum 27, der eine unmittelbare Berührung der Arbeitsoberfläche
der Umlegezone 26 mit dem Schemel 11 vermeidet.
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Zum fortlaufenden Betrieb der Vorrichtung nach der Erfindung kann
eine Maschine vorgesehen sein, wie sie im Hauptpatent beschrieben ist. Allerdings
sind an Stelle der dort vorgesehenen und im Winkelabstand von 1200 angeordneten
drei Trägerplatten mit Schemeln vier Schemelgruppen in einem Winkelabstand von 900
mit gleicher Schemelanzahl und gleicher Schemelanordnung vorzusehen. Das Aufbringen
und Abnehmen der Werkstücke kann in gleicher Weise vorgenommen werden wie im Fall
des Hauptpatentes. Nach der Erfindung sind allerdings zwei Behandlungsstufen vorgesehen,
die aufeinanderfolgend in einem Winkelabstand von 900 angeordnet sind.
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Wenn man, wie im Beispiel der F i g. 2 bis 5, die ringförmigen Werkzeuge
13 bzw. 14 von oben nach unten gegenüber dem feststehenden Schemel 11 verschiebt,
so kann die Anbringung der Schemel 11 auf der kreisförmigen Platte besonders einfach,
beispielsweise mittels einer auf der Platte fest angebrachten Trägerscheibe erfolgen.
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Es ist aber auch möglich, die ganze Gruppe von Schemeln mit den aufgesetzten
Werkstücken von unten her in die beiden beschriebenen Werkzeuge einzuheben. Die
Werkzeuge 13 und 14 können dann mit einem Winkelabstand von 900 ortsfest angebracht
sein, während für das Anheben der Platten und Schemel eine Hebevorrichtung benutzt
werden kann, wie es sie das Hauptpatent zeigt.
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Schließlich kann auch die Maschine zur Durchführung der Erfindung
mehr als vier Gruppen von Schemeln 11 aufweisen. Jede Gruppe von Schemeln hat aber
dann auf jeden Fall zumindest die vier beschriebenen Stationen zu durchlaufen.