DE1905954A1

DE1905954A1 - Verfahren zum Formen und Herstellen von vorzugsweise becherfoermigen Hohlkoerpern durch Ziehen eines warmformbaren Materials

Info

Publication number: DE1905954A1
Application number: DE19691905954
Authority: DE
Inventors: Holmstroem Sven Milz Haekan; Jan-Erik Olsen
Original assignee: Tetra Pak AB
Current assignee: Tetra Pak AB
Priority date: 1968-02-07
Filing date: 1969-02-06
Publication date: 1969-09-04
Also published as: DE1905954B2; US3732050A; SE345410B; DE1905954C3; NL6901993A; US3608016A; GB1202516A; FR2001434A1; JPS4751472B1; CH502882A

Description

. R. FGi..hü.\--B.r.PR

DR. i. ΒΟΠ-^iT"" "

IINu. H.-,. MCLLER 1905954

8 MuNCnHN 80 . _/o

rihn-Sa^fie 38 AS/ο

Telefon 443755

Case TP 289

AB Tetra Pak,Rabyholms alle,.Lund, Schweden

Verfahren zum Formen und Herstellen von vorzugsweise becherförmigen Hohlkörpern durch Ziehen eines warmformbaren Materials

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen und Herstellen becherförmiger Hohlkörper durch Ziehen eines Materials, das warmformbar ist, beispielsweise -atts- Kunststoff . .

Becherförmige Behälter werden in der Verpackungsindustrie häufig zum Verpacken von Verbrauchsgütern, beispielsweise Mayonnaise, Molkereiprodukten, Marmeladen usw., verwendet, Die_Entwicklung der Kunststofftechnologie hat dazu geführt, daß Verpackungsbehälter dieser Art, die früher' größtenteils aus G-las hergestellt wurden, nun in großem Umfang aus Kunststoffmaterialien hergestellt werden.

i,s sind bereits mehrere Verfahren zur Herstellung von solchen Hohlkörpern entwickelt worden, und unter ihnen' sind die wichtigsten wohl das Blasformen eines durch Erhitzen erweichten Kunststoffrohres, das Spritzen von Kunststoffmaterialien in einer Spritzgießform, das Auf-. schäumen von vorbeiiandelten, verschäumbaren Kunststoff-granulaten in einer Form, und das Tiefziehen eines durch Wärmebehandlung erweichten KunststoffUrnes.

BAO ORIGINAL 909838/1331

Was di,e Verarbeitung betrifft, dürfte das Tiefzie-iaen" den wenigsten Zeitaufwand erfordern,, und dies ist der Grund dafür, daß das Verfahren bei der Herstellung von Verpackungsbehältern von verhaitnisiaüöig geringer V/anddicke wirtschaftlich anwendbar ist. '/._

wenn Verpackungsbehälter größerer Wanddieke hergestellt--werden sollen, ist das Blasformen oaer ein anderes der Formverfahren vorzuziehen. .

P Das normale Vorgehen bei der Herstellung tiefgezogener Hohlkörper besteht darin, daß durch oaugvirkung oder durch überdruck ein durch Erhitzen erweichter Kunststoffilm in eine Porm tiefgezogen wird, wobei der plastische PiIm, während er die plastische Ver- ; formung erfährt, veranlaßt wird, sich der Innenseite der i'orm genau anzupassen. Uu eine derartige genaue Anpassung an die Eoria zu ermöglichen, werden, meisten^ mehrere an der Pläeiie der Form mundende Lanüle vorgesehen, die mit einer Vakuumqueile in Verbindung stehen, die bei jedem auszuführenden Tiefziehvorgang mittels einer durch Steuereinrichtungen gesteuerten Ventil-. • anordnung in Betrieb gesetzt wird.

Hit dieser Verfahrensweise des Tiefziehens ist die ■-.-., Schwierigkeit verbunden, äaü die /Wanddicke des tiefgezogenen Gegenstandes in weitem Maße Ungleiciaaäalgkeiten aufweist.-Wohl können diese UngleichmäSigkei— ten der Dicke bis zu einem -gewissen Maß durch ungleichmäßiges oder gezieltes Erhitzen des Kunststoffmaterials vor dem Tiefziehvorgang ausgeglichen werden, jedoch ist dieses Vorgehen des Ausgleichens, wie sich gezeigt.hat,

/1 3J3 1 ·^: :"'' '■■;"■ ;'. '■-

BAD ORIGINAL

1305954

_ 3 —

üwi,., schwierig zu' beherrschen.

Diese ..-ehwieri-^eiten des Tiefziehens können.--jedoch durch das Verfahren geiaais der Erfindung vermieden Vferdea, daii dadurch gekennzeichnet ist, dais ein PiIm oder eine bcheibe des zu formenden Materials in der ai.rt einer Ileiiibrane über das offene ünde eines im übrigen geschlossenen Hohlraums in solcher Weise gestreckt und festgeklemmt wird, daß er bzw· sie einen luftdichten Abschluß bildet., und daß das warmverformbare Juaterial dann mittels einer gegen die Membrane Serie= teten'-.-irraestraulungsq-uelle bis zum plastischen Zustand erhitzt wird; daß die Membrane mittels eines in dem geschlossenen System bewegbaren Dornes mit einer im vorderen Abschnitt desselben der Innenfläche des lier:sustellenden Hohlkörpers angepaßter Außenfläche unter plastischer Verformung auf die gewünschte Ziehtiefe gesogen wird, indem der Dorn gegen die Membran und aus den Hohlraum herausbewegt wird,- worauf anschließend die gespannte Membraneinfolge eines wegen der Vergrößerung des Volumens des Hohlraumes beim strecken der iiembranezwischen diesem Raum und der Umgebung entwickelten Druckdifferenz an der Außenseite des Bornes dicht anliegt.

In der Zeichnung ist das Verfahren gemäß der Erfindung ankand eines Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zu dessen Durchführung veranschaulicht.

i bis 5 sind schematische Schnitte durch eine Vorriciitun_o zur Jurchführung des; Verfahrens gemäß der Erin aufeinanderfolgenden Phasen der Durchführung

9 0 9 836/ 1131

des Verfahrens.

. Die ia den.Figuren dargestellte Vorrichtung zur : Durchführung des Verfahrens weist einen Zylinder -2 auf, dessen eines Ende einen Boden hat und dessen^: ." anderes Ende offen ist. Ein PiIm 5 des wariaverformbaren Materials, beispielsweise Polystyrol oder Polyvinylchlorid,- wird über das offene Ende des Zylinders 2 gespannt. Der Film 5 wird in der Art \ einer Membrane mit Hilfe eines Spannringes 4 ge- -,_ spannt, der den Film'5 gegen die obere kante des Zylinders 2 anpreßt und festhält, so daß ein luft-.-';.. dichter Verschluß gebildet wird. In dem Zylinder 2 ist ein Dorn 3 untergebracht, der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Form eines Kegelstumpfes ■""■■' hat, dessen kleinere Stirnfläche eine geringfügig konkav ausgebildete Form hat. Der Dorn 3 weist Entlüfungskanal 6 auf, dessen Enden an der oberen und unteren Endfläche des Dornes münden., und der Dorn 3 ist mittels einer Stange 7 in Längsrichtung" ■ bewegbar,- die durch ein Loch im Boden des Zylinders hindurchgeführt ist. Zwischen der Leibung des Loches und der Stange 7 ist ein Dichtungsring 8 eingesetzt.

In den von dem Zylinder 2 und der Membrane 5 begrenzten Hohlraum 13 mündet ein Kanal 9, durch den ein Druckgas in den Hohlraum 13 über ein Ventil 10 einführbar ist. ""■'.' ':'■-'

Der Dorn 3 weist ferner an seiner Ühterkante einen ringförmigen Flansch 12 aus einem Material von hohem elektrischem Widerstand auf. Der Flansch 12 ist in

"-"■'■ ■ ■ - - — 5 —

BAD GRIQjNAL

einer ¥ut 11 angeordnet, in der ein wärmedämmendes und elektrisch isolierfähiges Material, beispielsweise ΰ-limmer, angeordnet ist. Damit- durch den Ring 12 elektrischer iatroiii geleitet werden kann, ist dieser aufgeschnitten, und seine "beiden Enden sind mit einer otromquelle verbunden, die so angeordnet ist, daß sie elektrische Impulse von hoher Amplitude aus- , sendet.

Eine Strahlungsheizquelle 1 ist in solcher Weise angeordnet, daß sie zentral oberhalb der über das obere Ende des Zylinders gespannten Membrane 5aus warmformbarem Material .ausrxchtbar ist.

.der ]?ormvorgan_& v/ir-d durchgeführt, indem ein ilondell oder eine Scheibe aus bahn- oder streif enförmigem-Material über das obere Ende des Zylinders 2 gespannt und dann der Spannring 4 angebracht.wird, worauf anschließend die Wärmestrahlungsquelle 1 in der in !•"'ig. 1 gezeigten weise oberhalb des Zylinders 2 derart angeordnet wird, daß der als Membrane über dem Zylinder gespannte runde itohling oder Streifen aus warmverformbarem Material bis zum plastischen Zustand erhitzt wird. . ·

Ba nicht nur .das warmformbare Material, sondern auch die in dem Hohlraum 13 enthaltene luft durch die Erwärmung von der Heizquelle 1 erhitzt wird, dehnt sich die Luft in dem Hohlraum zur gleichen Zeit aus, wenn die Membrane 5 plastisch wird, und dies hat zur Folge, daß die Membrane 5 eine in Fig. 2 angedeutete Kuppelforin annimmt. Die mittleren Seile der Membrane 5 lie-

909836/1331

gen infolgedessen näher an der Strahlungsheizquelle, , und dies hat zur Folge, daß diese Teile höher erhitzt werden als die Mantelteile der Membrane, Eine solche Wärmeyerteilung ist.erwünscht, da die größten Zug— spannungen während des anschließenden Ziehvorganges in den Mantelteilen der Membrane auftreten, mit anderen -Worten, weil die Wärmeverteilung zur Vergleich— mäßigung der Wanddicke beim fertigen Erzeugnis bei— -■ trägt.; . . " ...-.-".- -'-_:

Wenn die Merabrane 5 genügend erhitzt ist, wird die : ^ Heizquelle 1 in der in Fig. 5 gezeigten Welse entfernt, und das Ventil 10 wird geöffnet und stellt die Verbindung des Saumes 13 über den Kanal 9 mit einer Druckgasquelle her.

Die angestrebte Druckerhöhung ist natürlich von der Plastizität der Membrane 5 abhängig, unter normalen Umständen sollte jedoch eine Steigerung des Druckes um 0,T bis 0,2 Atmosphären ausreichen, um die Membrane 5 zur Form einer Blase aufzublähen (Fig.5). Fach Aufblasen der Membrane 5 wird das Ventil 10 geschlossen, und dann wird der Dorn 3 mittels der Stange 7 schnell in die in Fig. 4 gezeigte lage ausgeschoben. Die pla— } stische Membrane 5 wird auf diese Weise weiter gestreckt, und dies hat zur Folge, daß das Volumen des Kaumes 13 ^; gegenüber dem in dem in Fig.3i?eranschauliehten Sta— ■'.',--■_ dium auftretenden Volumen vergrößert wird» Infolge '_:-..-^r-_ - dieser VolumenvergroBe'rung sinkt der Druck im Zylinder 'bis unter den atmosphärischen Druck, und dies hat zur Folge, daß die plastische Membrane 5 dicht an der Außenseite ,des Dornes anliegt. Damit sichergestellt ist, daß an der

/ 1331

Oberseite des Domes 3 kein Luftsack auftritt, ist zwischen der oberen und -unteren Fläche des jjornes ein aiiijluftun^skanal 6 vorgesehen. Der Jörn 3 v;ird in der in Fig. 4 dargestellten Stellung genügend lange gehalten, um das tnermoplastisciie Material aus-:üiilen zu lassen und zu stabilisieren. Diese Zeit- , spanne ist wegen der geringen Wandstärke des Materials und wegen seiner Berührung mit dem Dorn 3 nur sehr kurz (sie betragt etwa U, 05 bis 0,5 Sekundeη).

wenn das Lunststoffmaterial erhärtet ist, wird ein elektrischer Impuls durch den i'lanseii 12 hindurchgeführt., so daIs dieser vorübergehend auf eine hohe Temperatur erhitzt wird. Gleichzeitig mit dem. Erhitzen des iPlansches 12 oder unmittelbar anschließend wird die >ufwörtsbevegung des jJornes 3 fortgesetzt, und dies hat zur lOl.ge, daß das geformte Material durch den beheizten flansch Ί2 in der in !«"ig. 5 gezeigten Weise getrennt vird.

jjer so geforrate becherförmige Gegenstand kann nun von den jjorn in üblicher weise fortgeblasen werden, oder er kami, v/enn de,: Hohlkörper die Auskleidung eines anderen Behülters, beispielsweise eines Kunststoff-Schaumstoff -Bechers, bilden soll, direkt in diesen eingesetzt

.ixt aem Yerfahren gem^ß der Erfindung können Hohlkörper von äuaerst gerin^ex' vVandstarke hergestellt werden, da solciie dannwandige Behälterkörper jedoch nur eine geringe mecha-iische steifigkeit haben, können sie, wie oben erwähnt, jait Vorteil als Auskleidung von Bechern, beispielsweise aus Pappe oder geschäumtem Kunststoff,

909836/1321

verwendet werden.- Die mechanische Jteifigkeit der-Pappe oder des geschäumten Kunststoffes--wird- -auf diese Weise mit den Torzügen der Undurchlässigice it der Auskleidung gegenüber G-asen und Flüssigkeiten Λ vereinigt.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel der Durchfüh- -" . rung des Verfahrens gemäß der Erfindung soll lediglich dieses Verfahren veranschaulichen. Es ist "je-^ doch ohne Abweichen vom Erfindungsgedanlceη möglich, -^ beispielsweise die. Form des Börnes in jeder belie-

. bigen Weise abzuwandeln. In manchen Fällen ist es · nicht erforderlich, die Membrane 5 in der in Fig. 3· gezeigten V/eise zu einer Blase aufzublähen, da jedoch dieses Aufblähen zur Erzielung einer gleiehmä-öigen Wanddicke beiträgt, ist es vorteilhaft,-diesen Arbeitsschritt zumindest bei. der Herötellung von ' - - Artikeln großer Axialausdehnung durch Ziehen durchzuführen. """'"- ^. 7

- Patentansprüche -

90^836/1331

'■■' '^Λ~^Ά ' ' BAD OR?GfMÄL

Claims

- 9 Patentansprüche

Verfahren zum .Formen und Herstellen von vorzugsweise becherförmigen Hohlkörpern durch Ziehen eines -warmverformbaren Materials, beispielsweise Kunststoff , dadurch gekennzeichnet, daß ein Film oder eine Scheibe des zu formenden Materials in der Art einer Membrane über das offene Jiinde eines -im übrigen geschlossenen Hohlraumes derart gespannt und- festgeklemmt wird, daß diese Membrane einen luftdichten Abschluß bildet, und daß das warmformbare Material mit Hilfe einer gegen die Membrane gerichteten Strahlungsheizq.uelle bis zum plastischen Zustand erhitzt wird; daß die Membrane mittels eines in dem geschlossenen Kaum bewegbaren Dornes mit einer im vorderen Abschnitt der Innenfläche des herzustellenden Hohlkörpers angepaßter Außenfläche durch Bewegen'des Dornes gegen die Membrane hin-und aus dem Hohlraum heraus unter plastischer Verformung auf die gewünschte_Ziehtiefe gezogen wird, worauf.anschließend die gestreckte Membrane infolge des wegen der Vergrößerung des Volumens des Hohlraumes beim Strecken der Membrane zwischen der Innenseite des Hohlraums und der Umgebung entwickelten Druckdifferenz dicht an der Außenseite des Dornes anliegt.
2. .Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum, dessen Abschlußwand die Membrane bildet, nach Erhitzen der Membrane bis ,zum plastischen Zustand mit einem Gas unter Druck gefüllt wird, worauf anschließend die Membrane infolge idea erhöhten Druckes in dem Raum unter plastischer Verformung zn eines* kuppeIforangen. Blase aufgebläht wird, und äal der Dorn

■'.'■'■ ■■■■-'- ίο -

9098 3i/13 31 ^: BäoT ORIGINAL

19Q5954

- 1 υ - ■

dann gegen diese kuppeiförmige Blase auswärts bewegt wird,¹ so daß diese mit Hilfe des Dornes weiterhin gezogen wird, während sie weiterhin eine plastische Formung erfährt. ·
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geformte Teil der Herabrane, während -er sich

- noch auf dem .Dorn befindet j von dem Rest der Membrane getrennt wird, indem eine flanschartige vorspringende Kante des Bornes so weit erhitzt wird, daß die wand der i-iembrane in dem der Kante benachbarten Bereich¹ geschmolzen wird.· ; . - ■

4, Vorrichtung zur durchführung des Verfahrens nacu Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an einem Ende geschlossenen Zylinder mit einer Spann- und Kleiaia-, einrichtung an seinem offenen Ende, mit dessen Hilfe ein Film oder eine Scheibe darüber spannbar ist, so daß sie einen luftdichten Abschluß in der i'orm einer Membrane bildet, die zusammen mit den Begrensungswändendes Zylinders einen geschlossenen Hohlraum begrenzt, einen in dem Zylinder untergebrachten Dorn, der mittels einer durch eine abgedichtete Öffnung in der einen Stirnwand des Zylinders geführten, in .Langsrich tung; bewegbaren Stange in eine voll ausgeschobene Stellung bewegbar ist, in der e\r praktisch zur G-än&e außerhalb des von dem" Zylinder selbst begrenzten Haumes liegt, eine Strahlungshei^^uelie., die in soldier Weise angeordnet ist., daß sie,, «enn sich äß£ Dorn in seiner zurüGlcge#O:genen Stellung tM

jgegen die über daa ©ffene Ende 4^a ν te Membrane riehtbii-p %m£*. ¹Bm-4ie- Äjafeipane■-mm.

g_{Ä0 0RieiNÄL}

verformbarem Material in solcher weise durch Erhitzen auf eine plastische Formung durch Ziehen vorzubereiten, und durch eine Anordnung für die . Zufuhr von Gas unter Druck in dem von dem Zylinder und der gespannten Membrane begrenzten Raum.

Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn an seinem hinteren Ende einen Metallflansch aufweist, der von dem Rest des Dornes wärmedämmend und elektrisch isolierend getrennt ist und durch den zum Erhitzen· desselben elektrische Stromimpulse zuführbar sind.

909836/1331