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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen
von Hohlbodenbechern aus Kunststoffolie.
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Es besteht seit langem ein Bedarf, die bekannten tiefgezogenen Kunststoffbecher
mit einem Hohlboden zu versehen, wie er von den Papierbechern bekannt ist und aus
ästhetischen Gründen sowie aus Stabilitätsgründen gewünscht wird. Die praktische
Herstellung derartiger Becher scheiterte bisher an technischen Schwierigkeiten bei
der Ausbildung des sehr schmalen Becherfußes, der zur Vermeidung eines wesentlichen
Ringspaltes am Boden des Bechers erwünscht ist.
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Gemäß einem älteren Vorschlag wird in einer ersten Vorrichtung ein
Becherrohling aus einer Kunststoffolie in üblicher Weise tiefgezogen, worauf er
in eine zweite Vorrichtung überführt wird, in welcher durch Umstülpen des zylindrisch
tiefgezogenen Bodenbereiches mittels eines von der Bodenunterseite her eingedrückten
Stempels über die Kante eines in den Stülpbereich eingeführten dünnwandigen Kragens
der Hohlboden hergestellt wird. Diesem Verfahren haftet der Nachteil an, daß die
Herstellung des Hohlbodenbechers in zwei getrennten Vorrichtungen durchgeführt werden
muß.
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Es besteht daher ein Bedarf an einem Verfahren sowie an einer Vorrichtung
zum Herstellen eines Hohlbodenbechers aus Kunststoffolie, wobei die Herstellung
in einer einzigen Vorrichtung durchgeführt werden sollte. Außerdem wäre es zweckmäßig,
einen Hohlbodenbecher mit einem Stapelrand oder hinterschnittenen Oberrand herzustellen,
um mehrere Becher ineinander stapeln zu können, ohne daß dabei Schwierigkeiten bei
der Herausnahme der Becher aus dem Stapel auftreten.
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Dies ist nunmehr durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Tiefziehen
von Bechern aus Kunststoffolie unter Ausbildung eines Hohlbodens und eines hinterschnittenen
Oberrandes oder Stapelrandes möglich. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
daß man in einer gekühlten Form, die zwischen der Innenwandung und dem Innenboden
eine umlaufende schmale Ringnut in Höhe des gewünschten Hohlbodens aufweist, zunächst
mittels Vakuum den Becher in an sich bekannter Weise zum Boden tiefzieht und anschließend
mittels eines Ziehstempels mit in die Ringnut passendem dünnen Ringkragen und im
Oberrandbereich waagerecht konzentrisch auf ihm angeordneten Spreizring die Folie
zur Bildung des Hohlbodens bis zum Boden der Ringnut tiefzieht und gleichzeitig
durch Aufweiten des Spreizringes die -Folie in die Hinterschneidung des Formoberrandes
verzieht, wobei vorzugsweise die Kühlung im Bereich der mittels des Ziehstempels
zu verformenden Teile des Ziehlings gedrosselt wird.
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Dieses Verfahren wird in einer Vorrichtung durchgeführt, welche nachstehend
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert wird. - Diese Vorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Formboden 7 einer konischen Ziehform 4 in diese
unter Freilassung einer schmalen senkrechten Ringnut 10 hineinragt und über einem
durch Abstandshalter 9 gebildeten Hohlraum 8 liegt, der untere Bereich der Ziehform
mittels einer Isolierschicht 11 gegen Kühleinwirkung abgeschirmt ist und eine vertikal
verschiebbare Stempelstange 14 mittels einer Spindel 17 an ihrem unteren Ende einen
Ziehstempel 15 besitzt, der wandungsfern vom Formoberteil ver-
läuft, aber mit seinem
senkrechten schmalen Ringkragen 18 in die Ringnut 10 des Formunterteils paßt und
in einem Abstand oberhalb dieses Ziehstempels einen in waagerechter Richtung wirkenden
Spreizstempel 21 trägt, der beim Herabfahren der Stempelstange 14 sich in eine Hinterschneidung
20 der Ziehform 4 hineinspreizt.
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In der USA.-Patentschrift 3 218379 wird ein Verfahren zur Herstellung
von Tassen od. dgl. aus einer Kunststoffolie beschrieben, welches sich jedoch von
dem erfindungsgemäßen Verfahren hauptsächlich darin unterscheidet, daß keine Ziehlinge
mit Hinterschneidungen an der Innenseite des Oberrandes hergestellt werden, wobei
außerdem lediglich ein konkav gewölbter Boden und kein Hohlboden im Sinne der vorliegenden
Erfindung, d. h. ein doppelwandigzylindrischer Boden, gebildet wird.
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Das in der USA.-Patentschrift 3 173 174 beschriebene Verfahren unterscheidet
sich von dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch, daß Oberrand und Boden des Ziehlings
mittels Preßluft ausgeformt werden.
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In der französischen Patentschrift 1214895 wird in F i g. 7 eine
Vorrichtung beschrieben, die dazu verwendet wird, einen Flaschenkörper mit einem
eingezogenen doppelwandigen Hals zu bilden. Dieses Verfahren unterscheidet sich
von dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch, daß eine auf einer Einsenkplatte gehaltene
erwärmte Folie mittels eines aus einem Hohlkörper bestehenden Oberstempels gezogen
wird, wobei die Folie die Form des Oberstempels einnimmt, worauf von unten in den
hohlen Oberstempel ein massiver zylindrischer Gegenstempel einfährt und dabei die
Folie weiter zur Ausbildung eines doppelwandigen Flaschenhalses verstreckt. Dieses
bekannte Verfahren unterscheidet sich von dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch
nicht nur hinsichtlich seiner Verfahrensmerkmale, sondern auch seiner Zielsetzung,
da gemäß der französischen Patentschrift 1 214 895 bewußt durch das weitere Verstrecken
der mit der Grundfläche des massiven Unterstempels in Kontakt kommenden Folie ein
dünner Verschluß gebildet wird, der sich leicht durchstoßen läßt. Demgegenüber soll
der Boden des erfindungsgemäßen Hohlbodenbechers fest sein, was sich nur dadurch
erreichen läßt, daß keine weitere Verstreckung der den Boden bildenden Folie erfolgt.
Erfindungsgemäß erfolgt lediglich eine geringfügige Streckung im Bereich der Ringnut.
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Die Erfindung wird durch die Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt das Hochfahren des Vorformkörpers gegen die Niederhalteplatte
2 unter gleichzeitiger Bildung des Becherkragens; F i g. 2 zeigt die auf F i g.
1 folgende Arbeitsstellung mit sich nach unten bewegendem Ziehstemperl 15 ; F i
g. 3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung, wenn der Ziehstempel 15 seine tiefste
Stellung erreicht hat; F i g. 4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in ausgefahrenem
Zustand des Ziehstempels.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform trägt der Ziehstempel 15
auf seiner Unterseite einen isolierenden und dämpfenden Belag 19. Ferner ist es
vorzuziehen, den Spreizring oder Spreizstempel 21 aus einer zwischen Muttern22,
23 eingespannten sphärischen Scheibe herzustellen.
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Der Abstand der unteren Außenkante des Spreizringes 21 von der untersten
Kante des Ziehstempels 15 ist vorzugsweise etwas kleiner als der Abstand der Unterkante
der Hinterschneidung 20 der Ziehform 4 vor deren Boden.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise der zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens verwendeten Vorrichtung beschrieben: Der tiefzuziehende Teil 1 einer
fortlaufenden Kunststoffolienbahn ist zwischen einer Niederhalteplatte 2 und der
oberen Fläche einer konischen Ziehform 4 eingespannt. Die Niederhalteplatte 2 sowie
die konische Ziehform 4 weisen zusammenwirkende Formstufen 5 zur Bildung des Becherkragens
auf.
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Die konische Ziehform 4 ist unten von einer Bodenplatte 6 abgeschlossen,
die den Formboden 7 unter Freilassung eines Hohlraumes 8 über Abstandshalter 9 trägt.
Zwischen der Seitenwand der konischen Ziehform 4 und den Seitenkappen des Formbodens
7 ist die Ringnut 10 für den Becherfuß ausgebildet. Im Fußbereich der Form ist diese
von einer Isolierschicht 11, beispielsweise aus Teflon, umgeben, welche diesen Bereich
von dem den Formkörper sonst allseitig umgebenden Kühlwasser abschirmt.
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Durch die Öffnung 12 in der Niederhalteplatte 2 und in dem diese
tragenden Niederhalter 13 dringt der längs der Stempelstange 14 vertikal bewegliche
Ziehstempel 15 in den Hohlraum des Formkörpers in Pfeilrichtung 16 ein. Der an der
Spindel 17 gehaltene Ziehstempel 15 besitzt am unteren äußeren Rand einen Ringkragen
18, der zur Bildung des Becherfußes mit der Ringnut 10 zusammenwirkt. Die Unterseite
des Ziehstempels 15 ist von der Isolierschicht 19, beispielsweise aus Teflon, abgedeckt.
Diese Schicht fängt außerdem den nicht unerheblichen Stoß dämpfend auf, der beim
Aufschlag des Oberstempels auf den Formboden 7 entsteht. Der Ziehstempel 15 weist
wenig oberhalb seines oberen Randes die Hinterschneidung 20 auf, die im Zusammenwirken
mit dem Spreizring oder Spreizstempel 21 zur Bildung eines Stapelrandes am Becher
dient.
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Der Spreizring 21 wird von einer elastischen Scheibe gebildet, die
zwischen zwei Muttern 22 und 23 in sphärischer Form eingespannt ist. Die Scheibe
kann ursprünglich eine ebene Form besitzen.
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Der Abstand der äußeren unteren Kante des Spreizringes 21 von der
Unterfläche des Ziehstempels 15 ist etwas geringer (beispielsweise 1 mm) als der
Abstand zwischen der Hinterschneidung 20 und dem Boden der Ziehform 4. Der Spreizring
21 ist jedoch fest mit dem Ziehstempel 15 an der Spindel 17 verbunden.
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Vakuumleitungen 24 münden in verschiedener Höhe und gleichmäßig über
den Umfang verteilt in der Formwandung sowie in der Hinterschneidung 20.
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Auch der Hohlraum 8 unterhalb des Formbodens 7 steht mit Vakuumleitungen
in Verbindung.
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Durch die Spindell7 führt zur Unterfläche des Ziehstempels 15 eine
Entlüftungsleitung 25. Zwischen die Niederhalteplatte 2 und die konische Ziehform
4 gelangt die unverformte Folie 1. Beim Zufahren des Ziehstempels 15 gegen die Niederhalteplatte
bildet sich der Randkragen gemäß F i g. 1. Das anschließend im Inneren der Form
angelegte Vakuum zieht die Folie in diesen Hohlraum hinein, wie dies in einem Zwischenstadium
bei 26 angedeutet ist. Unmittelbar darauffolgend wird der Stempel 15 gemäß F i g.
2 nach unten bewegt, bis er seine tiefste Stel-
lung gemäß F i g. 3 erreicht hat,
wobei der Ringkragen 18 in die Ringnut 10 unter Bildung des Becherfußes eingedrungen
ist. Kurz vorher setzt sich der Spreizring 21 auf der Hinterschneidung 20 bzw. auf
der in dieser Stufe durch das Vakuum eingezogenen Folie auf. Bei der folgenden Verformung
des Spreirstem pels vergrößert sich dessen Durchmesser. Seine Außenkante dringt
in die Hinterschneidung ein, wobei die Folie in der gleichen Stufenform nach außen
gezogen wird, und zwar unter Bildung einer gegenüber der Konusform des übrigen Bechers
umgekehrt konischen oder doch wenigstens sehr steilen Stufe, welche die Stapelbarkeit
der Becher gewährleistet.
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In vorteilhafter Weise besteht der Spreizring 21 aus Teflon, er kann
jedoch beispielsweise auch aus einem Metall bestehen.
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Die Fig.4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in ausgefahrenem
Zustand des Ziehstempels 15.
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Dieser Ziehstempel läßt sich aus dem Becher ohne weiteres entfernen,
weil die Kühlung des Becherfußes zwar schwächer als diejenige der übrigen Becherbereiche
ist, jedoch zur Erstarrung des Materials ausreicht, ohne daß dabei das Material
an den Formteilen festklebt.
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Durch den erfindungsgemäß an den Bechern hergestellten Stapelrand
werden einerseits die mit einem derartigen Stapelrand verbundenen Vorteile (Stapelbarkeit
und leichte Entnahme der Becher aus dem Stapel) ausgenutzt, während andererseits
der Becher in der Ziehform bei der Ausbildung des Hohlbodens durch die gleichzeitige
Herstellung des Stapelrandes mittels des Spreizringes festgehalten wird, so daß
der Becher bei der Herstellung des Hohlbodens mittels des Ziehstempels 15 nicht
in die Ziehform gezogen werden kann.