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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlbodenbechers Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit einem Hohlboden versehenen
Bechers aus Kunststoff oder Metallfolie, wobei die Folie durch Tiefziehen mit Hilfe
eines Stempels in einer Hohlform die Gestalt des Hohlbodenbeohers erhält. Ausserdem
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur flurchfUhrung dieses Verfahrens0 Zum
Tiefziehen von Hohlbodenbechern wurde von der Anmelderin bereits ein Verfahren benutzt,
bei dem eine erwärmte Folie mit Hilfe eines kalten Stempels in eine kalte Form hineingezogen
wurde die keine Beweglichen Teile aufweies. Die Form hatte einen erhabenen Boden
und eine diesen umgebende ringförmige
Vertiefung, in die die Folie
mit Hilfe eines von dem Stempel vorragenden kragens hineingezogen wurde. Damit konnte
der Hohlbodenbecher in einem einstufigen Verfahren hergestellt werden0 Es wurde
auoh bereits ein Verfahren bekannt, bei dem in einer ersten Stufe aus der erwärmten
Folie zunächst ein Becher mit ebenem Booten gezogen wurde, dessen Boden anschlieesend
in einer zweiten Stufe mittels eines von der Bodenunterseite het eingedrückten Stempels
eingestülpt wurde0 Bei einem sol chen Verfahren wurde bereits vorgeschlagen, die
zu stülpende Wandung des Bodenbreichs in kaltem Zustand 2ber einen von oben in den
becher eingeführten dünnwandigen Kragen zu zieben. während nach dem zuerst genannten
einstufigen Verfahren die Becherwandung über lhre ganze Höhe konisch war. so dass
zwischen Becherinnenewand und Bodenaussenrand durch den Kragen des Oberstempels
ein verhältismässig breiter Schlitz ausgebildet wurde. sollte bei dem zweistufigen
Verfahren sowchl der Unterteil der Becherweandung als auch der Aussenrand des Bodens
zylindrisch sein, um den dazwischen verbleibenden Schlitz möglichst eng z machen.
Da dieser Schlitz von einem vom Oberstempel vorstehenden Kragen geformt wird hat
aber auch dieser Schlitz eine gewisse Breite.
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Bei allen diesen Bechern bereitete das Stapeln Schwierig.
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Reiten, weil die spitze Unterkante des bodenrandweulstes beim Ineinanderstapeln
in die offenen Schlitze eindrang. Nach einem nicht als Vorveröffentlichung und nicht
als älterer Recht geltenden Vorschlag der anmelderein (Gebrauchsmuster 1 944 758,
eingetragen am 18.8.1996) soll daher der Boden randwulst an seiner Unterseite breiter
sein als der Schlitz zwischen der Bechnerinnenwand und dem Bodenaussenrand0 Da wird
das Stapeln der Becher erleichtert.
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Durch die Erfindung soll nun ein Verfahren geschaffen werden, durch
das der Schlitz zwischen Becherinnenwand und Bodenaussenrand inbglichst eng gemacht
werden kann, und zwar so eng, dass der bodenaussenrand ständig an der Becherinnenwand
anliegt und der Schlitz praktisch verschlossen ist, Dies ist einmal wichtign, damit
beim FUllen des Bechers kein Füllgut in den Schlitz und in den darunter befindlichen
Hohlraum eindringen kann, und es ist zum anderen wichtig, dass die in dem Hohl raum
unter dem Schlitz befindliche Luft eingeschlossen wird und nicht mit dem Füllgut
in Berührung kommen kann, wodurch dieses in seiner Qualität beeinträchtigt werden
könnte, Gleich zeitig soll durch die Erfindung ein Verfahren geschaffen wer den,
mit dem die Forderur erfillit werden kann, dass der Boden randwulst breiter ist
als der Schlitz.
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Dies wird erfindungsemäss dadruch erreicht, dass nach dem tiefziehen
der Randbereich des Hohlbodens erwärmt und anschliessend durch ein von unten in
den Hohlboden eingeführtes Werkzeug im warmen Zustand so weit aufgeweites wird,
bis der Aussenrand des 1iohIbodns an der Becherinnenwand anliegt Duruch das Aneinanderanliegen
des Materilas von Becherinnenwand und Bodenaussenrand wird der zwischen diesen Teilen
vorhandene Schlitz praktisch beseitigt, und gleichzeitig wird durch das radiale
Aufweiten des Hohlobodenrandes die Unterkante des Bodenrandwulstes breiter als der
Schlitz, Durch das ein oder zweistufige Tiefziehen erhält der Becher in allen Bereichen
praktisch die gleiche Wandstärke. Durch das nachträglcihe Aufweiten des Bodenrandbereiches
kann die Folie in diesem Bereinch dünner werden, wodurch der durch das scharfe Umkincken
des materials sowieso schon gefährdete Randbereich des Bodens noch mehr geschwächt
werden kann.
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Um dies zu vermiden, kann beim Tiefziehen am Aussernand des Hohlbodens
ein ringförmiger Vorsprung ausgebildet werden, worauf anschliessend der Vorsprung
erwärmt uiid der Randbereich des Hohlbodens aufgeweitet wird. In dem ring förmigen
Vorsprung steht damit sozusagen eine Matevialüberschuss zur Verfügung, und das Material
des Vorsprugs wird
bei der Aufweitung nur räumlich verlagert, ohne
dass dabei die Folienstärke vermindert wird0 Darüberhinaus besteht bei Verwendung
einer heißseigelfähigen oder verschweißbaren Folie die Möglichkeit, den Randbereich
des Hohlbodens so weit zu erwärmen und mit einem solchen Druck gegen die Becherinnenwand
aufzuweiten, dass Bodenaussenrand und Becherinnennwand miteinander versiegelt oder
verschweißt werden0 Diese beiden Teile sind also fest miteinander ver bunden, so
dass der Luftraum unterhalb des Schlitzes dicht abgeschlossen ist und das Eindringen
von Füllgut in diesen Raum mit Sicherheit verhindert ist.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug zum Aufweiten des Randbereichs des
Hohlbodens einen von unten in den Hohlboden einführbaren, radial aufweitbaren Spreizkörper
aufweist. Durch diesen spreizkörper wird der Boden aussenrand radial nach aussen
gegen die Becherinnenwand gedrücket. Der Spreizkörper kann beispielsweise dien gummiring
sein, der durch hydraulische, pneumatische oder mehcanische Mittel radial aufgweitet
werden kann. Der Spreizkör per kann eine hohle Oummiblaße sin, die durch ein hydraulisches
oder pneumatisches Medium aufweitbar ist,. Auch kann
der Spreizkörper
eine elastische Scheibe sein, die sich durch Druck von unten in Richtung auf den
Becherboden radial spreizt, Schliesslich kann der Spreizkörper durch einen Ring
aus einzelnen starren radial verschiebbaren Segmenten gebildet seine Um ein aufwölben
des Bodens nach oben zu vermeiden, kann es vorteilhaft sein, dass das Werkzeug eine
sich von unten gegen den Hohlboden legende Platte aufweist, deren aussendurchmesser
höchstens gleich dem Innendurchmesser des Bodenrandwulstes ist und unter der der
Spreizkörpsr angeordnet ist. Die Platte verhindert dabei, dass der Spreizkörper
einen Druck nach oben gegen den Becherboden ausübt.
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Bel einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorichtung
ist der Spreizkorper eine unter Druck elastisch verformbare manschette, wobei ein
weiterer Bauteil zum An drUcken der Manschette gegen die Platte vorgesehen ist,
Beim andrücken der Manschette weitet sich deren Rand auf und schiebt sich schrdg
nach oben Uber den Aussenrand der Platte, so dass eine besonders genaue Verformung
des Bodenrandbereiches zwischen der Becherinnenwand und dem Rand der Platte möglich
ist.
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Der Bauteil zum Andrücken der Manschetts könnte beispielsweise eine
unter der manschette liegende Flächo sein, die durch eine Kurvenführung gegenüber
dem Becherboden gehoben und gesenkt wird. Bei ener solchen starren Steuerung ist
aber kein Ausgleich von Fertigungstoleranzen des Bechers oder Unterschieden in der
Folienstärke möglich. Dadurch ergeben sich entweder zu hohe oder zu niederige anpressrücke.
Bei zu hohen Drücken könnten die Werkzeuge derformiert werden, und bei zu niedrigen
Dr2cken würde der Randbereich des Hohlboens nicht weit genug verformt. Unter Umständen
ist aber eine solche starre Steuerung einfah in der Herstellung und billig im betrieb.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist aber der Bauteil zum
Andrück en der Manschette gegen die Platte ein in einem Zylinder geführter Kolben,
und der Raum zwischen Kolben und Zylinder ist an eine Druckquelle anschlisessbar.
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Diese Ausbildung ist vorteilhaft, weil die Druckgas oder @ruckflüssigkeitssteuerung
an Fertigungsgunterschiede des Bechers anpassbar und leicht selbsttätig so einstellbar
ist, dase immer gernde der gewüschte Verformungsgrad des Becherbodens orreicht wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der in der Zeichnung
dargestellten Vorrichtung beschrieben0 fig. 1 zeigt im Schnitt ein Ausführungsbeispiel
einer Tief ziehvorrichtung zum Herstellen eines Hohlbodenbechers, Fig. 2 zeigt im
Schnitt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Aufweiten
des Randbereichs des Hohlbodens in zwei Arbeitsstellungen, Fig. 3 veranschulicht
schematisch eine geänderte Ausführungsform der Vorrichtung nach Figur 2.
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In Fig. 2 1 ist eine einteilige starre Form 1 dargestellt, in der
aus einer zunächst über der Form ausgespannten, erwärmten Kunststoffolie mit Hilfe
eines Stempels 5 ein Becher 5 tiefgezogen wurde. die Form 1 weist an ihrem Bodenwand
eine ringförmige Vertifung la auf, ie einen erhöhten Boenteil 1b umgibt. Der Bodenteil
1b besitzt einen nach oben vorspringenden Randwulst 1c. Der Stemlpel 3 trägt einen
nach unten vorragnden Kragen 3a, der etwas schmaler ist als die ringförmige Vertiefung
12. auysserdem besitzt der stempel eine Stirnfläche 3b, an deren aussenrand dein
ringförmige Vertiefung 3c vergeschen ist, die innerhalb des Krzgons 3a leigt. Beim
Absenken des kalten Stempels 3 in die kalte Form 1 wird die erwärmte Kunststoffolie
in die in fig. 1dargestellte Gestalt
des Bechers 5 gezogen. Der
Bechar 5 weist also einen Bodenrandwulst 5a, einen mittleren erh0hten Bodenteil
5b und einen diesenumgebnden ringförmigen Vorspurng 5c auf.
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Wenn der Becher 5 so weit hergestellt ist, wird er aus der Form 1
entfernt, und, soweit erforderlich, an seiner aussenwand bedruckt. Dansach wird
er mit der in Fig. 2 dargestelleisen Vorrichtung weiter barbeitst.
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Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem beheitzen
Oberstempel 7, er an sienmen Rand diene nach unten vorragenden ringförmigenansatz
7c aufweist. Der Ansatz 7c legt sich auf den Vosprung 5c des Bechers 5.
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Unterhalb des Bechers 5 ist das Werkzeug zum aufweiten des Randbereichs
des hohlbodens 5b vorgeschen. Dieses Werkzeug besteht aus einer Platte 9, deren
Aussendruchmesser etwa gleich dem Innendurchmesser des tisgezogenen @@@@@@@@@ 5b,
d.h. etwas kleinr als der Innendurchmesser des Randwulstes 5a, ist und die aich
innrhalb des Randwulstes 5a unter den Boden 5b legt. Die Platte 9 ist Uber eine
Stange 11 am Boden 13a eines zylinders 13 befestigt. Auf der Stange 11 ist innerhalb
des Zylinders 13 ein Kolben 15 geführt. Durch eine Dichtung 17 Ist der Kolben 15
gegenüber dir Innenwand
des Zylinder@ 13 abgedichtet. Ausserdem
ist der Kolben 15 gegenüber der Stange 11 abgedichtst. Der Raum zwischen zylinder
13 und KolÜen 15 ist Uber eine Leitung 19 an eine Druckgas oder Druckflüssigkeitsquelle
anschliessbar. Zwischen dem Kolben 15 und der Platte 9 ist eine elastisch verformbare
Manschette 21 angeordnet, die z.B. durch eine handelsüblsdche Telerfeder aus Gummi
ebildet sein kann. Die Manschette 21 besitzt einen Boden 21a und einen Mantelteil
21b der die Form eines nach oben offenen hohlen Kegelstumpfs hat und unter der Platte
9 liegt. Der grösste Durckmesser des Mantel teils 21b entspricht etwa dem aussendurchmesser
der Platte 9.
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Zwischen dem bodenteil 21a der Manschette 21 und der Platte 9 ist
zusäzlic eins Druckfeder 23 angeordnet.
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Die in Fig. 2 dargestellt Vorrichtng arbeitet wie folgt: Zunächst
wird der beheizte Oberstempel 7 mit dem Ansatz 7¢ auf den Vorsprung 5c des Bechers
5 aufgesetzt. Dadurch wird der Vorsprung 5c und der diesem benachbarte Bereich des
Bechers 5 erwärmt. Nun wird durch die Leitung 19 Druckmittel in den Hohlraum zwischen
Zylinder 13 und Kolben 15 eingeführt, 80 dass sich der Kolben 15 gegen die Platte
9 bewegt. Dabel wird die Manschette 21 aus der in Fig 2 rechts dargestellten Gestalt
in die in Fig. 2 links dargestellte Gestalt verformt.
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Die Manschette 21 wird als zwischen dem Klben 15 und der
Platte
9 flachgedrückt, Dabei weitet sie sich radial naoh aussen auf, und gleichzeitig
wird ihre Oberkante an dem Aussenrand der Platte 9 vorbei nach oben gdrückt. Dabei
kommt die Oberkante des Mantelteils 21b am oberen inneren Ende des Bodenrandwulstes
5a mit dem erwärmten Bereich des Bechers 5 in Berührung und drUckt diesen nach aussen
gegen die Becherinnenwand. Dabei wird das erwärmte Folienmaterial des Vorsprungs
5c nach aussen gezogen, und der innere Teil des Bodenrandwulstes 5a wird nach aussen
gedrückt. Auf diese Weise verschwindet der in Fige 2 rechts angedeutete Ringschlitz
5d, und es verbleibt nur der in Fig. 2 links ge zeigte Hohlr aum 5e, 2ber dem das
aus dem Innenteil des Randwulstes 5a und insbesondere as dem Vorspurng 5c stammende
Folienmaterial des Bodenaussenrandes an der Bechnerinnenwand anliegt.
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Wenn der durch das Druckmittel in dr Leitung 19 bewirkte Durck der
Manschette gegen den bodenrand des Bechers gross genig ist, und wenn der Ansatz
7c des Stempels 7 das Bechermaterial im Bodenrandereich weit genung erwärmt, können
bei Verwendung einer hei@siegelfähigen oder einer verschweißbaren Folie der @oden@@ssenrand
und die @echorinnenewand miteinander versigegelt oder verschweißt. als fest miteinander
verbunden werden.
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Nach dem Aufweiten des Becherbodens 5b und nach dem gegebenenfalls
vorgenommenen Versiegeln oder Verschweißen wird der Stempel 7 vom Becherboden 5b
abgehoben, so dass der verformte Bereich abkühlen kann. Danach wird der Druck in
der Leitung 19 weggenommen, So dass die Peder 23 die manschette 21 und den Kolben
15 in die Ausgangslage zuückdrückt. Der Mantelteil 21b der Manschette 21 zieht sich
dabei wieder radial zusammen und unter die Platte 9 zurück, so dass der Becher 5
frei nach oben abgehoben werden kanne Bei der Vorrichtung nach Pig. 2 weist der
Mantelteil 21b der Manschette 21 praktisch über Beine ganze Höhe eine gelichbleibende
Konizität auf0 Beim Andrücken der Manschette gegen die Platte 9 legt sich daher
nur ein sehr schmaler Bereich des Bodenaussenrandes gegen die Becherinnenwand an.
Bei dem Ausführungsbeispeil nach Fig. 3 besitzt der Mantelteil 21b der Manschette
dagegen in seinem oberen Teil von dem grUssten Durchmesser ausgehend einen Abschnitt
21c, der einen spitzeren Kegelwinkel als der Hauptteil 21b des Manschetteniriantels
hat.
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Durch diesen Abschnitt 21c wird daher ein breiterer Bereich des Aussenrandes
des Bodens 5b gegen die Innenwand des Bechers 5 angedrückt, wodurch der Schlitz
5d Uber eine grössere Höhe verschlossen wird und nur ein kleiner Hohlraum 5e innerhalb
des odenrandwulstes 5a verbleibt Patentansprüche -