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Lokal deformierte und delaminierte Kerben.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Bunststoffbehälter
und besonders auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines vorgekerbten
Behälter-Rohlings aus Kunststoff sowie auf daraus- hergestellte Xunststoffbehälterrohlinge.
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Faltkartons aus vorgeschnittenen und vorgefalteten Rohlingen sind
in der Papierindustrie allgemein üblich geworden. In den letzten 25 Jahren wurden
viele Anstrengungen gemacht, um flächenartige Kunststoffmaterialien1 insbesondere
die billigen transparenten Konststoffolien, den Erfadernissen der Bartonageindustrie
anzupassen. Trotz dieser Forderung ist es bisher nicht gelungen, einen billigen
Ersatz aus Kunststoff zu entwickeln.
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Die prinzipielle Schwierigkeit hinsichtlich des Ersatzes von Papierkartons
durch Kunststoffkartons lag darin, daß man bisher nicht imstande war, einen faltbaren
Falz in einem steifen Kunststoffbogen anzubringen.
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Es wurden bisher Verfahren angewandt, bei denen die Faltung in den
Kunststoffbogen durch Erzeugung einer steifen Winkelverbindung anstelle der Verwendung
einer faltbaren Riefe bewerkstelligt wurde. Ohne Zweifel sind Kunststoffkartons
mit starren Winkelverbindungen kein Analogon oder Ersatz für die Papierkartons.
Diese kartons sind im Gegensatz zu solchen aus Papier zu sperrig und starr; zudem
werden sie beträchtlich dadurch geschwächt, daß der Kunststoffbgen, wenn er merklichen
Kräften ausgesetzt wird entlang der Faltung schnell zerreißt und bricht.
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Es wurden verschidene andere Verfahren versucht, um das Faltproblem
bei Kunststoffbögen zu umgehen. Ein typisches Verfahren darunter umfaßt das Laminieren
des steifen Kunststoffbogens mit einem biegsamen Bogen1 das Einarbeiten von Chemikalien
in das einfach gefaltete Kunststoffblatt und das Schneiden des Kunststoffblattes
entlang der Faltung. Diese Kittel haben jedoch versagt, da den dabei erzeugten Kartons
grundlegende Voraussetzungen, wie z.B. Fastigkeit, gutes aussehen, orientierte Biegsamkeit
und Verwendbarkeit im Handel fehlten.
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Platten aus Styrol-Polymeren scheinen weitgehend dieselben physikalischen
Eingenschaften wie Pappe zu besitzen. Die Technik war leider bisher nicht imstande,
das Problem des Einkerbens dieser Polymeron ohne Schwächung der Polymerplatte zu
umgehen;
in allen Fallen wurde dabei bisher das mit der Kerbe versehene
Gebiet so brüchig, daß eino praktische Verwendbarkeit ausschied.
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Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine faltbare Riefe
in einem Kunststoffbogen zu schaffen, welche gegen Breeinen und Zerreißen beständig
ist, wenn das Material an der Riefe gebogen wird, und welche die Fähigkeit besitzt,
ihre Spannkraft zu behalten, wenn die angrenzenden Ebenen quer über die Längschse
dieser Riefe verlaufen.
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Ein solcher Falz kann bei Anlegen ton Zugkraft an die angrenzenden
Ebenen den Rei#- und Scherkräftten widerstehen.
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Gema# der vorliegenden Erfindung wird eimo faltbare Riefe zwischen
zwei gleichgroßen Feldern in einer Platte aus erientiertem Styrol-Polymer durch
lokale Deformation und lokale D-lasinierung entlang einer Falzkerbe erzeugt.
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Dewgemä# sieht die vorliegende Erfindung einen vorgerieften Behälterrohling
aus Kunststoff in einer einschichtigen Platte aus orientiertew thermoplastischem
Material vor, der zumindest zwei gleichero#e Felder mit einem Falz zwischen diesen
gleichgroßen Feldern besitzt; der Falz ist gekennzeichnet durch lokalisierte Fedormation
und lokalisierte Delaminierung der thermoplastischen
Platte entlang
der Falzlinie, so daß der Falz aus einer Vielzahl von deformierten und delaminierten
Schichten des thermoplastischen Materials besteht und jede dieser Schichten eine
geringere Dicke aufweist als diejenige der thermoplastischen Platte.
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Die Erfindung sieht außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines vorgekerbten
Kunststoff-Behälterrohlings vor; das Verfahren umfaßt das Anbringen einer einschichtigen
Platte aus orientiertem thermoplastischem Material auf einer elastischen Unterstützungsfläche,
das Inberührungsbringen der Platte mit einem kegelförmigen Kerbungswerkzeug bei
einer Temperatur über der Wärmedeformationstemperatur der Platte, aber weniger als
ca 550C (100°F) oberhalb der Wärmedeformationstemperatur und bei einem Druck von
ca. 13,4 - 89,3 kg/c (75-500 lbs/linear inch), wobei das kegelförmige Kerbwerkzeug
einen kegelförmigen Abschnitt mit einem projizierten Positionswinkel zwischen 45
und 800 besitzt und eine abgerundete Aufdrückkante, welche im Hinblick auf die die
kegelförmigen Abschnitte darstellenden Flächen tangential und segmentartig angeordnet
ist, und wobei die abgerundete Aufdrückkante durch einen mittleren Radius zwischen
25 und 110 X der Dicke der einzukerbenden Platte bestimmt ist, die die kegelförmigen
Abschnitte bildenden Flächen so orientiert sind, daß die entsprechende "nichtanliegende"
(non-adjacent) Winkel
zwischen 45 und 700 zu der Ebene, in der die
thermoplastische Platte elastisch unterstützt ist, bilden.
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Die Erfindung sieht ferner eine Vorrichtung zur Erzeugung eines vorgefalzten
Kunststoffbehälterrohlings vor; diese Vorrichtung umfaßt ein elastisches Unterstützungsteil
für die thermoplastische Platte und ein heizbares, kegelförmiges Kerbungswerkzeug
mit einem kegelförmigen Querschnitt und einer abgerundeten Aufdrückkante, wobei
der kegelförmige Abschnitt einen projizierten Positionswinkel zwischen 45 und 800
besitzt und so ausgerichtet ist, daß entsprechende nichtangrenzende" (non-adjacent)
Winkel von je 45 bis 700, bezogen auf die Ebene des elastischen Unterstützungsteils,
gebildet werden, und wobei die Aufdrückkante tangential und segmentmäßig in Bezug
auf die die kegelförmigen Abschnitte begrenzenden Oberflächen angeordnet ist und
einen durchschnittlichen Radius zwischen 25 und 110 % der Dicke der thermoplastischen
Platte besitzt.
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Der vorgekerbte Plattenrohling aus orientiertem Styrol-Polymer gemäß
der Erfindung beitzt zumindest zwei gleichgroße Felder mit einer Kerbe für einen
Falz zzischon diesen gleichgroßen Feldern; die Riefe ist gekennzeichnet durch eine
lokale Deformation und lokale Delaminierung des Kunststoff-Rohlings entlang der
Kerbe, so daß die Kerbe aus einer Vielzahl deformiertor und aufgetrennter, d. h.
delaminierter Schichten Von Eunststoff
besteht, wobei eine einzelne
delaminierte Schicht eine Dicke unterhalb derjenigen der genannten Kunststoffplatte
besitzt und die äußeren Grenzen der Delaminierung innerhalb der Begrenzungen der
Riefung angeordnet sind. Wenn die gleichgroßen Felder in gleicher Ebene liegen,
sind die delaminierten Schichten in divergierender Konkav-Konvex-Art ausgerichtet.
Die delaminierton Schichten verlaufen quer durch die Ebene der Längsachse der Kerbe.
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Ein besseres Vorstä#dnis der Erfindung wird durch die folgende Beschreibung,
die Ansprüche und die anliegenden Zeichnungen ermöglicht.
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Zu den Zeichnungen: Fig. 1 ist eine vergrößerte Teilseitenansicht
eines zur Durchführung des erfindungsgema#en Verfahrens geeignoten Apparates; der
Apparat befindet sich in der Stellung in der ein faltbarer Palz in einer theroplastischen
Platte hergeslt wird.
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Fig. 2 ist eine Ansicht des Apparates nach Fig. 1, dargestellt bei
der Erzeugung eines faltbaren Falzes in einer Kunststoffplatte.
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Fig. 3 ist eine Darstellung des Aussehens des Falzgebietes eines ca.
0.19 mm (7 1/2 mil) dicken Plattenrohlings aus biorientierten Polystyrol. wobei
das Falzgebiet gemä# der Erfindung behandelt wurde. Die Figur zeigt die lokal deformierte
und lokal delaminierte Riefe und daran angrenzende Teile der zwei gleichgro#en Platte
feldern Fig. t ist der Fig. 3 ähnlich, zeigt aber einen Behälter-Rohling aus biorientiertem
Polystyrol mit einer vorgeknickten Rief# entlang der angrenzenden Teile der beiden
gleichgro#em Folder.
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Fig. 5 ist eine Aufsicht auf einen Behälter-Rohling mit Falzen, welche
mach dem Verfahren der Erfindung hergestellt wurden.
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Fig. 6 ist eine Ansicht eines Behälters, der aus dem in Fig.5 gezeigten
Behälter-Rohling gebildet ist.
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Der Ausdruck "faltbarer Falz", wie er hier benutzt wird, betrifft
einen Filz, der durch analoge Eigenschaften zu einem Falz in einem Pappkerton gekennzeichnet
ist. Unter verschiedenon Eigenschaften eines solchen Falzes fallen seine Beständigkeit
gegenüber Brechen oder Einrei#en beim Biegen auf. Bin
anderes charakteristisches
Merkmal eines solchen Falzes ist die Fähigkeit, seine Spannkraft zu bewahren und
eine Winkelverbindung aufrechtzuerhalten, wenn die zwei angrenzenden Ebenen quer
über die Längsachse des genannten Falzes verlaufen.
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Eine zusätzliche Eigenschaft des Falze ist seine Beständigkeit gegenüber
Einreißen oder Abscheren entlang der Faltung. Zudem hat ein faltbarer Falz eine
Festigkeit gegenüber Stoßbeanspruchung.
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Unter Hinweis auf die Abbe 1 der beiliegenden Zeichnungen kann die
erfindungemä#e Methode in der Weise durchgeführt werden, daß ein kegelförmigen Falzungswerkzeug
11 (im folgenden näher beschrieben) in Berührung mit einem Kunststoffblatt 14 gebracht
wird, welches durch ein elastisches Unterstützungsteil 15 unterstützt wird, wobei
das Unterstützungsteil auf einem starren Teil 16, beispielsweise aus Metall, gehalten
wird. Es ist erforderlich, daß das kegelförmige Falzungswerkzeug 11 einen keilförmigen
Abschnitt 12 besitzt, der einen projizierten Positionswinkels zwischen 45 - 800
einschließlich besitzt un4iine abgerundete Aufdrückkante 13, welche tangential und
segmentförmig in Bezug auf die den kegelförmigen Abschnitt 12 bildenden Oberflächen
angeordnet ist, wobei die abgerundete Aufdrückkante 13 durch einen mittleren Radius
zwischen 25 - 110 % der Dicke des mit der Riefe zu versehenen Blatts 14 definiert
ist.
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Zudem sind die Oberflächen, welche den kegelförmigen Abschnitt 12
bilden, so orientiert, daß sie entsprechende Winkel # und # bilden, welche in folgenden
a#s "nichtangrenzende" (#onadjacent) Winkel von je 45 - 70° in Bezug auf die Ebene,
in der das elastisch unterstützte Blatt 14 ruht, bezeichnet werden.
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Vorzugsweise wird das Falzungswerkzeug 11 beheizt.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, wird das Kunststoffblatt 14 gegen das elastische
Unterstützungsteil 15 vermittels des Faltwerkzeugs 11 gepreßt. Die Elastizität bzw.
Nachgiebigkeit des Unterstützungsgliedes 15 gestattet es dem Kunststoffblatt 14,
sich um die Aufdrückkante 13 herumzulegen; die Elastizität bewirkt weiterhin, daß
das Blatt gegen die Aufdrückkante 13 gedrückt wird. Wahrend dieses Teils des Verfahrens
wird ein Druck in dem Kunststoffblatt t4 aufgebaut, und zwar entlang der Berührungslinie
mit dem Falzwerkzeug 11. Schließlich ist die Druckspannung und die Temperatur ausreichend,
um das orientierte Kunststoffblatt 14 von der Berührungslinie nach außen zu drücken.
Auf grund einer uneinheitlichen Warmeverteilung von dem Faltwerkzeug 11 aus ist
der Teil des kunststoffblattes 14 in der Nähe der Aufdrückkante 13 unter geringerem
Druck als Teile, welche davofl mehr entfernt sind; es wirddadurch ein Laminarstruktur
um die Berührungslinie herum erzeugt. Durch das Zusammenwirken des Falzwerkzeuges
11 und des elastischen Unterstützungsteils 15 wird das Kunststoffblatt
14
oiner Zugkraft ausgesetzt, welche senkrecht zu der Berührungslinie und entlang der
Kontur des kunststoffbogens gerichtet ist9 Bei der Trennung der zusammenarbeit enden
Elemente zieht sich das Kunststoffblat 14 um den Falz zusammen. Diese Kontraktion
bewirkt, daß die delaminierten Schichton u- die Kerbe herum ausgeprägtere Delaminierungen
bilden.
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Diese delamimierten Schichten verlaufen quer zur Längsachse der Kerbe
und sind gleichmä#ig mit den angrenzenden und ungekerbten Teilen des oriomtierten
Kunststoffblattes verbunden.
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Kunststoffblätter odor -platten, welche zur Herstellung von Kunststoffbehalter-Rohlingen
nach de# vorliegenden Verfahren geeignet sind, umfassen solche orientierten Kunststoffbögen,
welche aus Styrol-Polymeren mit mittlerer Steifheit1 hoher Biegefestigkeit und einer
Neigung zu willkürliche# Reißen oder Delaminieren beim Falten hergestellt wurden,
Im allgemeinen sind einschichtige kunststoffbögen mit Dicken zwischen 50,8 µ - 0,762
mm (2 mils - 30 mils) verwendbar; wenn gewünscht, können jedoch dickere Kunststoffbögen
verwendet werden.
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Mit Vorteil können solche biazial orientierte Kunststoffbögen aus
Styrol-Polymeren verwendet werden, den Dicken zwischen 127 µ und 0.381 mm (5 mils
- 15 mils) liegen, wobei solche Kunststoffbögen bevorzugt werden, deren Dicken zwischen
0.127 mm und 0.254 mm (5 miols - 10 mils) liegen. Beispiele für Kunststoffe
sind
biaxial orientiertes Polystyrol und andere biaxial orientierte Styrol-Polymere,
wie z.B. Acrylnitril-Styrol-Copolymere, Methacrylat-Styrol-Copolymere, Äthylen-Styrol-Copolymere,
2-Methylstyrol-Polymere und Pentachlorstyrol-Copolymere. Vorzugsweise verwendbar
sind biaxial orientierte Styrol-Polymer, welche im ganzen den Styrolanteil mit Substituenten
enthalten, wie z.B. polymerisiertes p-Benzylstyrol, 2-brom-7-Trifluormethylstyrol,
3,5-Domethylstyrol und p-Vinylbiphenyl. Vorzugzweise wird biaxial orientiertes Polystyrol
verwendet, wobei das Polystyrol biaxial mit Streckungsverhältnissen zwischen 2:1
bis 5:1 in Maschinenrichtung und von 2:1 bis 5:1 quer zur Maschinenrichtung gereckt
wird, mit, @iner Quer-Reckung zwischen 5:2 und 3:1 und mit einer maschinenrichtungs-Reckung
zwischen 5 3:1 als vorzugzweise angewandte Verhältnis@@.
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Ein elastisches Unterstützungsteil ist bei dem vorliegenden Verfahren
kritisch, um zufriedenstellende faltbare Falze zu sichern. Zs ist vorteilhaft, als
elastizche Unterstützungsteile Materialien zu verwenden, welche eine zogenannte
"langsa@wirkende" Elastizität zeigen. Typische elastische Unterstützungsteile besitzen
eine Depressionsgrenze zwischen 5 und 95%, wenn sieht einer Kraft von ca. 7 kg/qcm
eine Minute lang belastet werden. Bei dem vorliegenden Verfahren werden vorteilhaft
elastische Unterstützungsteile mit einer Depressionsgrenze
zwischen
15 % und 90 % verwendet, bei Einwirkung einer Kraft von ca. 7 kg/qcm (100 psi) während
einer Minute. Vorzugsweise sind solche elastisch Teile einbezogen mit einem Depressionsbereich
zwischen 40 und 75 % bei Einwirkung einer Kraft von ca. 7 kg/qcm während einer Minute;
verwendet werden aber vor allem solche elastischen Teile mit Depressionsgrenzen
zwischen 50 und 70 % unter den vorgenannten Bedingungen. Beispiele für elastische
Unterstützungsteile sind Kork, Weichgummi, Balsaholz, Pappe und andere Materialien
ähnlicher Elastizität. Ein Beispiel eines vorzugsweise verwendeten Unterstutzungsteils
ist ein feiner granulierter Kork, der völlig ungerichtete Eigenschaften zeigt.
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Um eine Vielzahl von Kerben in einem Kunststoffbogen einzuarbeiten,
ist es wünschenswert, ein elastisches Teil zu verwenden mit einer Dicke zwischen
0,38 mm und 2,54 mm (15 mils bis 10o mils). Wenn eine Kerblinie nahe der Kante eines
Kunststoffbehälter-Rohlings (z.B. etwa i/4 Zoll) plaziert werden soll, kann ein
weiterer Vorteil durch Verwendung eines elastischen Unterstützungsgliedes mit Dicken
zwischen 0,635 mm und 1,27 - (25 mils bis 50 mils) erzielt werden. Die vorzugsweise
verwendeten Dickenabme@@ungen für das elastische Unterstützungsglied liegen zwischen
0,762 mm und 1,143 mm (30 mils bis 45 mils) wobei eine Dicke zwischen 1,016 mm bis
1,143 mm (4o mils bis 45 mils) a@ meisten bevorzugt wird.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es erforderlich,
daß das kegelförmige Kerbung@werkzeug einen Kegelabschnitt besitzt, welcher einen
projizierten Positionswinkel, d.h. einen eingeschlossenen Kegelwinkel, wie er durch
die geometrischen Orte der dem Kegelabschnitt erzeugenden Flächen gebildet wird,
von 45 - 800 einschließlich aufweist, und daß das kegelförmige Kerbwerkzeug eine
abgerundete Aufdrückkante besitzt, welche tangential und segmentmä#ig in Bezug auf
die den Kegelabschnitt bildenden Flächen angeordnet ist; die abgerundete Aufdrückkante
wird durch einen mittleren Radius zwischen 25 und 110 % der Dicke der zu kerbenden
Plastikplatte definiert ; die den keilförmigen Abschnitt darstellenden flächen silld
so orientiert, daß sie entsprechend nichtangrenzende N (non-adjacent) Winkel von
je 45 bis 700 einschließlich bilden, und zwar in Bezug auf die Ebene, in der das
elastisch unterstützte Blatt ruht. Diese"nichtangrenzenden" (non-adjacent) Winkel,
welche entsprechend in Fig. 1 als ß und g bezeXhnet sind, sind dem projizierten
Positionswinkel benachbart und zwischen den Flächen des kegelförmigen Abschnitts
und der Ebene, in welcher die Plastikplatte ruht, gelegen. Mit Vorteil werden als
Kerbungswerkzeug solche Teile verwendet, welche einen projizierten Positionswinkel
zwischen 50 und 700, eine abgerundete Aufdrückkante mit einem durchschnittlichen
Radius zwischen 25 und 50 % der Dicke des zu kerbenden Plastikbogens besitzt und
so orientiert ist, daß es entsprechende "nichtanliegende"
Winkel
von je 55 bis 650 einschließlich erzeugt. Als Kerbung werkzeug wird vorteilhaft
ein solches mit einem zentralen Kegelabschnitt gewählt, wobei dieser Kegelabschnitt
einen projizierten Positionswinkel von 60° und eine abgerundete, konvexe Aufdrückkante
besitzt, welche in Bezug auf die den Kegelabschnitt bildenden Flächen tangential
und zeg@antförmig angeordnet ist, wobei die Aufdrückkante einen durchschnittlichen
Radius von 40 % der Dicke des zu kerbenden Plastikbogens besitzt.
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Eim Einkerbungswerkzeug, welches die oben erwähnten Eigenschaften
besitzt und zum Einkerben von einem beispielsweise 0.191 mm (7 1/2 mils) dicken
Kunststoffblatt verwendbar ist, kann schnell durch Schleifen und Polieren der Stoßkante
einer üblichen Zentralschneidelehre (standard center level cutting rule) hergestellt
werden.
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Das kegelförmigen Kerbungswerkzeug kann bei der herstellung vorgeschnittener
und vorgekerbter Kunststoffplattenrohlinge, welche nachfolgend zu einem Karton gefaltet
werden können, verwendet werden. Obgleich das Einkerben von Band bewerkstelligt
werden kann, ist es wünschenzwert, eine Vorrichtung zu verwenden, wie si# bei der
Herstellung vorgefalteter und vorgeschnittenr Papierkartons Verwendung findet. Bei
der Herztellung
von Papierkarton-Rohlingen worden die kerbungswerkzeuge,
d.h. Faltlehren, im Verhältnis zu den Schneidelehren ausgespart und in einer Pre#form
aus Holz eingelegt; eine solche Form kann bei der Durchführung dieser Erfindung
benutzt werden.
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Da geregelte höhere Temperaturen zur Erzeugung eines faltbaren Falzes
erforderlich sind, muß das Kerbungswerkzeug oder die Kerbungslehre an der Aufdrückkante
erhitzt werden können. Im allgemeinen reichen für diesen Zweck Wärmeleiter aus,
z. B. ein kerbungswerkzeug aus Metall. Für den Prektischen Betrieb hat es sich herausgestellt,
daß ein Kerbungswerkzeug aus Stahl ausreichend ist. Die Temperatur kann durch ein
thermostatisch geregeltes heizelement kontreooiert werden. Ein typisches heizelement
besteht aus r ca. zu einer ca. dicke@ heisplatte, wie sie normalerweise zum Erhitzen
ven erhalbe@ gearbeitoten Formen benützt wird0 Der erwähnte Apparat kann einer hin-
und hergehenden Stösselpre@@e oder einer rotierenden Presse, wie jedem üblichen,
hierzu benutzten Mittel angepaßt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Kerbungswerkzeug auf
einer Effektivtemperatur gehalten, die ausreicht, u@ lokale Deformation und Delaminierung
des Kunststoffbogens entlang der Berührungslinie zu bewirken. Beispiele für kerbung@werkzeugtemperaturen,
d. h. die Temperatur der Aufdrükkante, sind solche, welche oberhalb der Wärmedeformationstemperatur
des zu kerbenden
Kunststoffbogens liegen; diese Temperatur darf
aber nicht mehr als 550C (lOuoF) über der genannten Wärmedeformationstemperatur
liegen. Vorzugsweise wird das Kerbungswerkzeug auf Temperaturen zwischen 16,6°C
(300F) bis 33,3°C (60°F) oberhalb der Wärmedeformationstemperatur des einzukerbenden
Kunststoffbogens gehalten. Vorzugsweise wird das Kerbungswerkzeug bei einer Temperatur
zwischen 190C (35 F) und 27,70C (50° F) oberhalb der Wärmedeformationstemperatur
des zu kerbenden Kunststoffbogens gehalten.
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Die Zeitspanne, in der das Kerbungswerkzeug in Berührung mit dem Kunststoffbogen
ist, hängt von der Temperatur des Kerbungswerkzeuges ab. Es besteht ein direkt proportionales
Verhältnis zwi@chen der Zei@spanne, in der das Kerbungswerkzeug mit dem Kunststoffbogen
in Kontakt ist, und der Temperatur des Kerbungswerkzeuges. Als Beispiel für ein
geeignetes Zeitintervall bei einer gegebenen Kerbungswerkzeugtemperatur gibt das
Einkerben biorientierter Polystyrolbögen mit einem Kerbungswerk zeug, welches auf
einer Temperatur von ca. 1070C (2250F) gehalten ist. Bei der Verwendung von Kontaktzeitintervallen
von o,08, 0,12 und 0,24 Sek. für das Scheiden und Riefen biorientierter Polystyrolbögen
mit Dicken von 0,191 mm (71/2 mils) in Behälter-Rohlinge, wobei das Kerbungswerkzeug
auf etwa 1070C (225 F) gehalten wurde, wurde gefunden, daß solche Zeitintervalle
entsprechend
einer Kontaktzeit von 0,08 Sek. keine Kerben ergeben, welche örtlich deformiert
oder delaminiert waren; im Gegensatz dazu waren solche Rohlinge mit Einkerbungen
aus einer Kontaktzeit von 0,24 Sek. lokal deformiert, hatten aber nur wenige delaminierte
Schichten0 Solche Einkerbungen, welche mit einem Kontaktzeitintervall von 0,12 Sek.
hergestellt wurden, waren jedoch lokal deformiert und lokal delaminiert, d.h., es
wurde eine Vielzahl delaminierter Schichten, gewöhnlich mehr als vier delaminierte
Schichten, erzeugt.
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In ähnlicher Weise sollte die Dicke des Kunststoffbogenszu dem Temperatur-und
Zeitintervall in einem solchen Verhältnis stehen, daß eine geeignete Wärmemenge
auf das Kunststoffblatt übertragen wird. Die dickeren Kunststoffbögen erfordern
eine größere Wärmemenge.
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Im allgemeinen reichen die angewandten Temperaturen des Kerbungswerkzeuges
aus, um eine Volumenverdrängung von mindestens 10 % bei dem Kunststoffblatt entlang
der Kerbungslinie zu erzeugen. Vorteilhafterweise sind Drücke und Temperaturen genügend,
um eine Verdrängung von 15 - 40 Vol.-% des Kunststoffbogens entlang der Kerbungslinie
zu erzeugen, wobei die Volumenverdrängung zwischen 20 und 30 X bevorzugt wird. Bei
dem vorliegenden Verfahren können Effektivdrücke zwischen 13,4 kg/cm
(75
1bs/linear inch) bis 89,3 kg/cm (500 1bs/linear inch) verwendet werden. Bei der
Erseugung einer örtlichen Deformation und Delaminierung in dem Kunststoffbogen um
und entlang der Berührungslinie mit dem Kerbungswerkzeug wird der Druck vorteilhafterweise
auf einem Wert zwischen 26,8 kgicm (150 lbs/ linear inch) und 53,5 kg/cm (300 1bs/linear
inch) gehalten.
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Die lokal doformierte und delaminiert@ Kerbe neigt dazu, weniger Widerstand
gegenüber Falten auszuüben als ein Sunststoff-Rohling abseits der genannten Kerbe.
Im allgemeinen wurde gefunden, daß ein lokal deformierter und delaminierter, gekerbtor
Rohling 50 bis 75 der Kraft erfordert, welche zum Falten eines ungekerten Kunststoff-Rohling@
erforderlich ist. In der vorzugsweise verwendeten Form erfordert die Kerbung zwischen
60 - 70 % derjenigen Kraft, welche zum Falten eines ungekerbten Rohlings erforderlich
ist. Wenn folglich eines der aus einem Stück festehenden Felder fe@gehalten wird,
und eins Kraft senkrecht zur Ebene des anderen Feldes ausgeübt wird, schwenkt dieses
Feld um die durch die Kerbung gebildete Achse.
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Vor dem endgültigen Zusammensetzen des gekerbten Kunststoffbehälter-Rohlings
ist es vorteilhaft, die Kerbung vorzuknicken.
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Das Vorknicken der Kerbung unterstützt die Bildung eines besser faltbaren
Falzes. Das Vorknicken der Kerbung besteht darin, daß
zumindest
eines der gleichgro#en Felder in der Richtung der konkaven Struktur der Kerbung,
d.h. gegon die Seite des Bogens, mit dem das Kerbungswerkzeug während des Kerbungsprozesses
in Berührung war, geschwenkt wird und aus dem Schenken von zumindest einem der aus
einem Stück bestehenden Felder in Richtung der Konvexseite der Kerbung, d.h. der
Seite gegenüber der Konkavstruktur. Damit übereinstimmend reicht das Schwenken von
wenigstens einem, aus einen Stück bestehenden Feld in Richtung der Konkavseite der
Kerbung in der Weiso, da# der zwischen den zwei aus einem Stück bestehenden Feldern
eingeschlossene Winkel um 120°C, bezogen auf eine Ebene, gebildet durch zwei angrenzende
Felder, d.h. zwei Felder zu 180°, vermindert wird, @@wie das Schwenken in rückwärtiger
Richtung zumimdest @imes der @@@ einem Stück bestehenden Felder in Richtung der
Konvexseite der Kerbung zu, auf solche Weise, da# das Feld @emigstems 5° gegenüber
einer durch zwei angrenzende Felder gebildeten Ebene geneigt verläuft, aus, u@ die
Kerbung vorzuknicken. Bessere Ergebnisse während der Vorknickung einer Kerbung werden
erhalten, wenn zumindest eines der Felder in Richtung dr Konkavseite zumindest 150°
und vorzugsweise mehr als 175, bezogen auf eine Ebene, gebildet durch zwei angrenzende
Pshdgr, umklappt. Folg lich sollte zumindest eines der Felder in Richtung der Konvexseite
durch mehr als 10° und vorzugsweise mehr als 20°, bezogen auf eine Ebene, gebildet
durch zwei angrenzende Felder, geschwenkt
werden. Die Felder des
Kunststoffbehälters können dann in die flache Form zurückgeführt werden, welche
den Versand erleichtert.
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Bin Vergleich der vorgeknickten Kerbungen, wie sie hier vorgesehen
werden und in Fig. 4 gezeigt sind, mit den in Fig. 3 gezeigten Kerbungen, welche
nicht vorgeknickt wurden, zeigt, daß eine vorgeknickte Kerbung einen größeren Anteil
an Delaminierungen aufweist als eine ungeknickte Kerbung.
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Aus Fig. 3 geht folgendes hervor: Wenn die beiden aus einem Stück
bestehenden Felder einer vorgeknickten Kerbung so liegen, daß sie eine gerade Ebene
bilden, neigt der Konkavteil der Kerbung dazu, weniger konkav zu sein als bei einer
Kerbung, welche nicht vorgknickt wurde. Im Gegensatz dazu werden die konvexen Teile
der Kerbung stärker konvex. Die delaminierten Schichten zeigen nur sehr wenige Sprünge
oder Risse und sind mit den beiden angrenzenden Feldern fortlaufend verbunden.
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Delaminierte Schichten in der Nachbarschaft des Konkateiles der Kerbung
neigen dazu, in einer im wesentlichen flachen Ebene zu liegen, während die delaminierten
Schichten, welche von den konkavteilen der Kerbung weiter entfernt sind, dazu neigen,
mehr halbkreisförmig zu werden. @@@ @@@@@@@
Ein vorgekebter Kunststoffbehälter-Rohling
mit lokal deformierter und lokal delaminierter Kerbung hat bisher unbekannte Eigenschaften.
Beispiel. dieser Eigenschaften lokal deformierter Kerbungen geben die folgenden
Tests, welche an rechteckigen, 0,190 mm (7 1/2 mils) dicken biorientierten Polystyrolbögen
mit einer Breite von ca. 5,1 cm (2 inches) und einer Länge von ca. 10,2 cm (4 inches)
au@geführt wurden.
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(a) Fähigkeit einer lokal deformierten und delaminierten Kerbung
zur gleichmäßigen Verbindung der angrenzenden und anhängenden Felder nach Einwirkung
von mehr als 200 Knickungen, gefolgt von einer Prüfung unter zugspannung, durchgefüht
unter folgenden Bedingungen: (1) Die lokal deformierte und delaminierte Kerbung
wurde in dem Kunststoffbogen so angebracht, daß sie den rechtwinkligen Bogen senkrecht
in zwei Quadrate aufteilt; (2) eines der zusammenhängenden Felder wurde in Richtung
der Konkavseite der Kerbung zu 1800 weniger 0.814 mm (32 mils) geschwenkt und anschließend
das genannte Feld so zurückgebogen, daß es in gerader Ebene mit dem anderen Feld
lag; (3)eine Ge@amtzugkraft von 0,454 kg (1 lb) wurde entlang der Ebene der zwei
Felder angelegt; (4) anschließend wurde eines der zusammenhängenden Felder in Richtung
der Konvexseite der Kerbung zu
18t) weniger 0,814 mm (32 mils)
geschwenkt und das genannte Feld anschließend so geschwenkt, daß es in gerader Ebene
mit dem anderen Feld zu liegen kam; (5) es folgt. eine Behandlung gemäß (3); (6)
die Behandlung nach den Punkten (1) - (5) wurde wiederholt.
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(b) Die Felder blieben durch die Kerbung sogar nach vierzigmaligen
Einwirken von Zugspannung gleichmäßig miteinander verbunden; die Einwirkung der
Zugspannung erfolgte nach folgender Prüfvorschrift: (1) Ein gleichmäßig verbundenes
Feld wurde in Richtung der Konkavzeite der Kerbung geachwenkt, so daß es flach gegen
das andere Feld zu liegen kam; (2) es wurde ein flaches, festes, rechteckiges Stahlgewicht
mit glatten Oberflächen (ungefähr 5,1 cm lang und ungefähr 1,9 cm breit) auf der
Kerbungsplatte und den angrenzenden Feldern so plaziert, daß es eine Kraft von etwa
0,91 kg/ auf die Kerbung und die angrenzenden Felder ausübte, wobei die Kerbung
und die Felder gegen eine @tarre Stahlfläche ruhten; (3) eines der Felder wurde
dann so geschwenkt, daß es in gerader Ebene mit dem anderen Feld z@@liegen kui
anschließend
wurde eine Zugspannung von insgesamt ca. 1,81 kg angelegt; (4) sodann wurde eines
der gleichmäßig miteinander verbundenen Felder in Richtung der Konvexseite der Kerbung
zu einem Ausmaß geschwenkt, daß es flach gegen das andere Feld zu liegen kam; (5)
es wurde das in b(2) beschriebene Verfahren benutzt (6) es wurde das in b(3) beschriebene
Verfahren benutzt (7) es wurden die Behandlungen nach b(1) bis b(6) wiederholt.
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(c) Es wurden Prüfungen zur Bestimmung der Leichtigkeit, mit der eine
kerbung gefaltet werden konnte, durchgeführt. Diese Prüfungen wurden unter Ver@endung
eines Prüfapparates durchgeführt, der aus folgenden Teilen bestand: Zwei festem,
freirollenden Stahlwalzen mit einem Durchmesser von etwa 1,59 cm (5/8 inch), deren
deren Radii etwa 2,86 cm (1 1/8 inch) weit voneinander fixiert waren, und einer
getrennten, 0,159 em (1/16 inch) Flachlehre, welche die Mitte des Umfanges der vorgenannten
Walzen in zwei Teile teilte und so kalibriert war, daß sie die erforderlichen Gramm,
um ein rechteckiges, 0,179 mm (7 1/2 mils) dickes Kunststoffblatt von 2 Zoll/Quadrat
zwischen genannten Walzen hineinsuzwingen, anzeigte.
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Folgende Ergebnisse seien als Beispiel angeführt: (1) Ein nichtgekerbtes,
biorientiertes Polystyrolblatt erforderte eine Kraft von 396,9 g (14 ounces) auf
der 0,159 cm (1/16 inch)-Flachlehre, ur das Blatt ganz zwischen die beiden Walzen
hineinzuzwingen; (2) ein Bogen aus biorientierte@ Polystyrol mit einer lokal deformierten
und lokal delaminierten Kerbung, welche das Rechteck senkrecht durchschnitt, erforderte
eine Kraft von etwa 255,1 g (9 ounces) auf die Kerbung durch die 0,159 cm (1/16
inch)-Flachlehre, um den Bogen zwischen die beiden Walzen hineinzuzwingen, und (3)
bei Verwendung eines ähnlichen Bogens wie in c(2) benützt, mit der Ausnahme, daß
die Kerbung vorgeknickt war, und zwar durch Schwenken eines der aus einem Stück
bestehenden Felder zu 1800 weni-, ger 0,813 mm (32 mils) in Richtung der Konkavseite
der Kerbung und anschließendes Zurückführen dieses Feldes in eine gerade Ebene,
wurde gefunden, daß eine Kraft von 170,1 g (6 ounces) auf die Kerbung mittels der
0,159 cm (1/16 inch)-Lehre erforderlich war, um den Bogen zwischen die zwei Walzen
hineinzuzwingen.
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In den beiliegenden Zeichnungen srläutern die Abbildungen 5 und 6
ein Beispiel für eine der zahlreichen Spielarten von Behaltern, welche nach dem
Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können. Der Behälter-Rohling
ist so geschnitten, daß vier miteinander verbundene Seitenfelder 21, 22, 23 und
24 geschaffen werden; diese werden durch die parallelen Kerbungslinien 25, 26, 27
und 28 definiert und sind mit dem oberen Feld 30 verbunden, welches durch die parallelen
und über Eck verlaufenden Kerbungslinien 31 und 32 definiert ist.
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Dieses Feld ist mit der oberen Feldlasche 36 verbunden, wobei diese
obere Lasche 36 durch die über Eck verlaufende Kerbung linie 32 definiert ist. Der
Rohling enthält ferner ein Bodenfeld 33, definiert durch die parallelen und über
Eck verlaufenden Kerbungslinien 34 und 35. Dieses ist mit der Bodenfeldlasche 37
verbunden, wobei diese Lasche durch die über Eck verlaufende Kerbungslinie 34 definiert
ist, eine fortlaufend verbundene, obere äußere Seitenfeldlasche 38 und eineuntere
äußere Seitenfeldlasche 39 sind entsprechend an die parallel und über Eck verlaufenden
Kerbungslinien 40 und 41 definiert.
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Der Rohling enthält schließlich eine fortlaufend verbundene, obere
innere Seitenfeldlasche 42, sowie eine fortlaufend verbundene untere innere Seitenfeldlasche
43, wobei diese inneren Teilstücke entsprechend durch die parallel und über Eck
verlaufenden Kerbungslinien 44 und 45 definiert sind. Alle Kerbungslinien in diesem
Behälter-Rohling liegen auf derselben Seite des Kunststoffbogens.