DE19520293A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Perforieren von glatten, geschlossenen Oberflächen von Kunststoff-Schaumfolien mit offenzelligem Kern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Perforieren von glatten, geschlossenen Oberflächen von Kunststoff-Schaumfolien mit offen­ zelligem Kern.

Für die Herstellung von Verpackungsmaterial, wie bei­ spielsweise Verpackungsschalen, werden offenzellige Kunststoff-Schaumfolien eingesetzt, die im Gegensatz zu Kunststoff-Schaumfolien mit geschlossenen Zellen in der Lage sind, Flüssigkeiten aufzunehmen.

Kunststoff-Schaumfolien werden im allgemeinen in der Weise hergestellt, daß ein thermoplastischer Kunst­ stoff zusammen mit einem Treibmittel, insbesondere einem Treibgas, aus einer ring- oder breitschlitz­ förmigen oder Koextrusionsdüse extrudiert wird. Kurz nach dem Verlassen der Extrusionsdüse extrudiert das im Kunststoff fein verteilte Treibmittel, so daß sich im Kunststoffschaumkörper feinste Bläschen bilden. Je nach Verfahrensbedingungen hinsichtlich der Tempe­ ratur und der Extrusionsgeschwindigkeit werden mehr oder weniger große Bläschen erhalten. Dementsprechend enthält die so hergestellte Kunststoff-Schaumfolie dichtgepackte, geschlossene, gasgefüllte Zellen, wobei das in den Zellen eingeschlossene Gas im allge­ meinen Luft und/oder Reste des Treibmittels sind. Derartige geschlossenzellige Kunststoff-Schaumfolien besitzen ausgezeichnete Isoliereigenschaften, die im wesentlichen auf den dichtgepackten, geschlossenen, gasgefüllten Zellen beruhen.

Völlig anders verhält sich eine Kunststoff-Schaum­ folie, in der die Zellen nicht geschlossen, sondern geöffnet, d. h. durchgängig, sind. Eine solche Kunst­ stoff-Schaumfolie kann beispielsweise Flüssigkeiten absorbieren und speichern, ähnlich wie ein Schwamm. Derartige offenzellige Kunststoff-Schaumfolien werden im allgemeinen mittels einer Tandem-Extrusionsanlage hergestellt. Diese Kunststoff-Schaumfolien sind mit einer dünnen, geschlossenzelligen Haut an der Innen- und Außenseite ausgestattet. Diese Haut ist unbedingt erforderlich, um eine gute thermische Ausformung der Kunststoff-Schaumfolie zu einem Schalenprodukt zu garantieren. Damit Flüssigkeit von den produzierten Schalenprodukten aufgenommen werden kann, ist es erforderlich, die Oberflächenhaut an bestimmten Stel­ len zu perforieren.

Die Kunststoffe der Schaumfolie können aus der Gruppe der Polyolefine, wie Polyethylen (HDPE, LPE, LLTP), chloriertes Polyethylen, Polypropylen (PP), Polypropylencopolymere (PPC), Ethylenvinylacetatco­ polymer(EVA), halogenierte Polyolefine; aus der Grup­ pe der Styrolpolymere, wie Polystyrol (PS), Poly­ styrolcopolymere (PSC), Acrylonitrilbutadienstyrol­ copolymere (ABS), Styrolmaleinsäureanhydrid, schlag­ feste Polystyrole (SPS); aus der Gruppe der Polyester, wie Polyethylenterephthalat (PET), Poly­ ethylenglykolterephthalat (PETP), Polybutylentereph­ thalat (PPT); aus Ethylenpropylenterpolymerisat, Polyvinylchlorid (PVC), und/oder Polyphenylenoxid ausgewählt werden.

Ferner kann der Kunststoff aus Copolymeren oder Blends thermoplastischer Polymere, aus Polymeren, Co­ polymeren oder Blends thermoplastischer Polymere und/oder Copolymeren bestehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen eine sichere Perforation der glatten, geschlossenen Oberflächen­ haut von geformten Produkten in einer Kunststoff- Schaumfolie vorgenommen werden kann, auch dann, wenn Dimensionsabweichungen in den Produkten infolge von Schrumpf und Veränderungen in der Schlaglänge der Folie auftreten.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren nach der Erfindung in der Weise gelöst, daß die thermogeformte Kunststoff-Schaumfolie aus einer Thermoformanlage in die Perforationsstation transportiert und in dieser gegen eine feststehende Andruckplatte mittels ver­ schiebbarer Perforierblöcke gedrückt wird und daß eine Nadelplatte frei schwebend mittels eines Druck­ mediums gegen die Perforierblöcke angehoben wird, um die Nadelspitzen der in der Nadelplatte verankerten Nadeln gegen die geformte Kunststoff-Schaumfolie zu drücken und deren an den Perforierblöcken anliegende Oberfläche zu durchstechen.

In Weiterbildung des Verfahrens kommt es beim Anheben der Perforierblöcke bis zum dichten Abschließen mit den in der Kunststoff-Schaumfolie ausgeformten Pro­ dukten dazu, daß die Perforierblöcke sich während des Schwebens in den ausgeformten Produkten selbst zen­ trieren. Dabei werden die Perforierblöcke mit ein­ stellbarem Hub mittels elektropneumatischer oder elektromechanischer Antriebszylinder gegen die lage­ feste Andruckplatte angehoben.

Eine Vorrichtung zum Perforieren von glatten, geschlossenen Oberflächen von Kunststoff-Schaumfolien mit offenzelligem Kern zeichnet sich dadurch aus, daß die Vorrichtung ein Grundgestell mit vertikalen Füh­ rungsstangen, eine entlang der Führungsstangen ver­ schiebbare Montageplatte, auf der ein Formblock aus Perforierblöcken, die Nadeln enthalten, und eine Grundplatte angeordnet sind, und eine lagefest auf den Führungsstangen montierte Andruckplatte umfaßt. In Ausgestaltung der Vorrichtung sind auf dem Grund­ gestell elektropneumatische oder elektromechanische Antriebszylinder angeordnet, deren Kolbenstangen gegen die Unterseite der Montageplatte anliegen, um diese anzuheben oder abzusenken.

Zweckmäßigerweise ist die Andruckplatte in ihrer Höhe auf den Führungsstangen einstellbar. Sie wird jeweils in der eingestellten Höhe mittels Schraubenmuttern lagefixiert.

In Weitergestaltung der Vorrichtung liegt die zu Produkten thermogeformte Kunststoff-Schaumfolie gegen die Unterseite der Andruckplatte so an, daß sich die Perforierblöcke unmittelbar vor der Perforation in den ausgeformten Produkten zentrieren.

Die weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 8 bis 11.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß beim Anheben der Perforierblöcke gegen die ausgeformten Produkte in der Kunststoff-Schaumfolie, die gegen die Unterseite der Andruckplatte anliegt, sich die Perforierblöcke in den ausgeformten Produkten selbst zentrieren, so daß auftretende kleine Abweichungen von einigen Millimetern, bedingt durch Schrumpf der Kunststoff-Schaumfolie und Veränderungen in der Schlaglänge in der Folienbahn, kompensiert werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Perforieren von glatten, geschlossenen Oberflächen von Kunststoff-Schaumfolien mit offenzelligem Kern, und

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Formblock, be­ stehend aus einem Teil einer Grundplatte und einem Perforierblock der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.

Die aus offenzelligen Kunststoff-Schaumfolien herge­ stellten Schalen oder Behälter werden beispielsweise mittels Vakuum, das auf beide Seiten der Kunststoff­ schaumfolie einwirkt, und Wärme in einer Formstation geformt. Nach dem Formvorgang muß die Innenseite der Schale oder des Behälters perforiert werden, was u. a. mit Hilfe von Nadeln durchgeführt wird. Durch die Perforation wird erreicht, daß die von dem in der Schale zu verpackenden Nahrungsmitteln abgegebene Flüssigkeit, beispielsweise der Saft von Fleisch­ stücken, im Kern des offenzelligen Schaumes absor­ biert werden kann. Die Perforation der Schalen oder Behälter kann nach dem Tiefziehprozeß außerhalb der Thermoformanlage in einer Perforierstation durchge­ führt werden, in der sogenannte selbstzentrierende Perforierblöcke zum Einsatz gelangen.

In der deutschen Patentanmeldung P 44 46 442.8 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Perforieren von glatten, geschlossenen Oberflächen von Kunststoff- Schaumfolien, die eine offenzellige Kernstruktur besitzen, vorgeschlagen, bei denen eine der beiden geschlossenen Oberflächenhäute einer Kunststoff- Schaumfolie mit Hilfe von in einem Perforierblock feststehenden Nadeln oder von beweglich in einem Formblock untergebrachten Nadeln perforiert wird.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Perforieren der einen glatten, geschlossenen Oberfläche einer Kunststoff-Schaumfolie, weiterhin auch als Perforierstation bezeichnet. Die Perforier­ station 90 besteht aus einem Grundgestell 77, auf dem vertikale Führungsstangen 72 befestigt sind, entlang denen eine Montageplatte 75 verschiebbar ist. Am oberen Ende der Führungsstangen 72 ist eine Andruckplatte 70 montiert, die in ihrer Höhe auf den Führungsstangen 72 einstellbar ist. Die Andruckplatte 70 wird in ihrer Position mittels Schraubmuttern 92, die an der Ober- und Unterseite der Andruckplatte 70 jeweils bündig anliegen, lagefixiert. Auf der Mon­ tageplatte 75 ist ein Formblock 78 angeordnet, der aus einer Grundplatte 74 und Perforierblöcken 73 besteht.

Die von der Thermoformanlage zu der Perforierstation 90 transportierte Kunststoff-Schaumfolie mit den thermogeformten Produkten 71, wie z. B. Schalen oder Behältern, liegt horizontal an der Unterseite der An­ druckplatte 70 an, und die Montageplatte 75 mit den Perforierblöcken 73 kann dann in Richtung Andruck­ platte bzw. Kunststoff-Schaumfolie so weit angehoben werden, daß die in den Perforierblöcken angeordneten Nadeln in die Innenseiten der Produkte einstechen können. Die Höhe, in der die Andruckplatte 70 auf den Führungsstangen 72 lagefixiert wird, richtet sich nach der jeweiligen Tiefe der Produkte. Mit unter­ schiedlichen Tiefen der Produkte ändert sich auch jeweils die Höhenposition der Andruckplatte 70 auf den Führungsstangen 72. Dadurch ist es möglich, jeweils einen unveränderten Hub für die Montageplatte 72 beizubehalten, wenn sich von Charge zu Charge die Tiefe der Produkte ändert.

Auf dem Grundgestell 77 sind elektropneumatische oder elektromechanische Antriebszylinder 76 angeordnet, deren Kolbenstangen 91 gegen die Unterseite der Montageplatte 75 anliegen und diese entsprechend dem vorgegebenen Hub anheben bzw. nach Beendigung des Perforiervorganges absenken.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, besteht der Form­ block 78 im wesentlichen aus der Grundplatte 74, Perforierblöcken 73 und einer Nadelplatte 79, die in einer Druckmedium-Kammer 85 zwischen der Grundplatte und den Perforierblöcken untergebracht ist. Die Grundplatte 74 weist übereinander angeordnete, zylindrische Löcher 86, 87 mit unterschiedlichen Durchmessern auf, die über eine Schulter 87 miteinander verbunden sind. In den Löchern sind Führungs-/Abstandshalter 82 eingesetzt, die mittels Befestigungsschrauben 83 mit den Perforierblöcken 73 verbunden sind. Die Befestigungsschrauben 83 durch­ setzen zentral diese Führungs-/Abstandshalter 82. Der Umriß der Führungs-/Abstandshalter 82 ist an den Umriß der zylindrischen Löcher 86, 87 angeglichen. Die Führungs-/Abstandshalter 82 sind durch die Nadelplatte 79 hindurchgeführt und liegen mit ihren Endflächen bündig an der Unterseite der Perfo­ rierblöcke 73 an. In Fig. 2 ist nur ein einziger Perforierblock 73 gezeigt, jedoch sind auf der Grundplatte 74 eine Anzahl von Perforierblöcken in einer Matrixanordnung angebracht, wie dies auch der schematischen Ansicht der Perforierstation 90 in Fig. 1 zu entnehmen ist. Die Nadelplatte 79 füllt die Druckmedium-Kammer 85, die während des Per­ forationsvorgangs mit einem Druckmedium, wie Preß­ luft, beaufschlagt wird, nicht vollständig aus, vielmehr besteht ein Spalt bzw. ein Spiel zwischen der Oberseite der Nadelplatte und der Unterseite der Perforierblöcke. Die Größe dieses Spalts bestimmt auch, wie weit die Nadelspitzen aus der Oberfläche der Perforierblöcke 73 heraustreten, wie später noch näher erläutert werden wird. Die Nadeln 89 sind mit ihren unteren Enden fest in der Nadelplatte 79 verankert und bilden innerhalb des einzelnen Perforierblocks 73 eine Nadelmatrix 80, die aus einer rechteckigen oder quadratischen Anordnung von Reihen von Nadeln besteht. In dem einzelnen Perforierblock 73 sind Sacklöcher vorhanden, beispielsweise vier Stück, die Eckpunkte eines Rechtecks oder eines Quadrats bilden und in die Druckfedern 81 eingesetzt sind. Das eine Ende jeder Druckfeder 81 stützt sich gegen eine Einsenkung in der Oberseite der Nadel­ platte 79 und das andere Ende jeder Druckfeder gegen die Abschlußfläche des entsprechenden Sackloches ab. In der Ruhestellung werden die Perforierblöcke 73 durch die Druckfedern 81 in Abstand zu der Nadel­ platte 79 gehalten. Die Maßführung der Führungs- /Abstandshalter 82, die wie eine Büchse ausgestaltet sind, sorgt dafür, daß die Spitzen der Nadeln 89 mit der Oberfläche der Perforierblöcke 73 abschließen und des weiteren auch dafür, daß ein vorgegebener Abstand zwischen der Nadelplatte 79 und den Perforierblöcken 73 eingehalten wird. Dieser Abstand entspricht der Perforiertiefe, mit der die Nadeln in die Produkte einstechen, und beträgt beispielsweise 2,5 bis 3 mm. Es sind auch größere Perforiertiefen möglich, unter der Voraussetzung, daß ein Durchstechen der Wände des Produkts vermieden wird.

In der Grundplatte 74 ist ein Kanal 84 für ein Druckmedium vorhanden, der mit einer nicht gezeigten Druckquelle, die z. B. Preßluft liefert, verbunden ist. Der Kanal 84 ist über vertikale Bohrungen mit der Druckmedium-Kammer 85 in Verbindung. In der Grundplatte befinden sich des weiteren nicht direkt gezeigte Kanäle für das Druckmedium, die mit einer Tiefe von 0,5 mm eingefräst sind. Die Länge und Breite dieser Kanäle richtet sich nach den Abmessungen der Produkte. Der Kanal 84 steht mit den übrigen Kanälen für das Druckmedium in Verbindung.

Der Perforationsvorgang läuft wie folgt ab:
Sobald die Kunststoff-Schaumfolie mit den thermo­ geformten Produkten 71 gegen die Unterseite der Andruckplatte 70 anliegt, wird die Montageplatte 75 durch die Antriebszylinder 76 angehoben, so daß die Perforierblöcke 73, die zusammen mit der Grundplatte 74 auf der Montageplatte 75 befestigt sind, sich den Innenseiten der Produkte nähern. Wenn die Per­ forierblöcke 73 letztendlich die Produkte 71 gegen die Andruckplatte 70 gepreßt haben, erfolgt ein Preßluftstoß über den Kanal 84 und die in der Grundplatte 74 vorhandenen, nicht dargestellten Kanä­ le auf die Unterseite der Nadelplatte 79. Dadurch wird die Nadelplatte 79 gegen die Federkraft der Druckfedern 81 bis zum Anschlag an der Unterseite der Perforierblöcke 73 angehoben. Bei ausreichend hohem Preßluftdruck bewegt sich die Nadelplatte 79 frei schwebend gegen die Perforierblöcke 73. Die in der Nadelplatte 79 verankerten Nadeln 89 treten dann aus der Oberfläche der Perforierblöcke 73 heraus und dringen in die Innenwände der Produkte 71 ein, wobei die Perforationstiefe, wie schon vorstehend erwähnt wurde, gleich dem Abstand zwischen der Oberseite der Nadelplatte 79 und der Unterseite der Perforierblöcke 73 entspricht. Durch das Freischweben der Nadelplatte kommt es zu einem Selbstzentrieren der Nadeln. Dies gilt auch für das Einpassen der Perforierblöcke 73 in die Produkte 71, wodurch es zu einem Selbstzentrieren der Perforierblöcke in den ausgeformten Produkten kommt. Dabei können kleine Abweichungen von bis zu ± 2 mm, infolge von Schrumpf der Kunststoff-Schaumfolie und Veränderungen in der Schlaglänge der Folienbahn, kompensiert werden. Die Schlaglänge ist die für einen Tiefziehtakt benötigte Länge der Kunststoff-Schaum­ folie.

Nachdem die Nadeln 89 die Produkte perforiert haben, werden die Montageplatte 75 und die darauf ange­ brachten Perforierblöcke 73 abgesenkt und die Preßluftzufuhr abgeschaltet. Die Nadelplatte 79 wird dann durch die Druckfedern 81 gegen die Grundplatte 74 gedrückt, so daß die Nadeln 89 aus den Innenseiten der Produkte herausgezogen werden. Sobald die Monta­ geplatte 75 bzw. die Perforierstation 90 ihre Aus­ gangsstellung eingenommen hat, wird die Kunststoff- Schaumfolie mit den perforierten Produkten 71 wei­ tertransportiert, und es kann ein neuer Perforier­ vorgang eingeleitet werden.

Claims (11)

1. Verfahren zum Perforieren von glatten, geschlossenen Oberflächen von Kunststoff-Schaumfolien mit offenzelligem Kern in einer Perforationsstation, dadurch gekennzeichnet, daß die thermogeformte Kunst­ stoff-Schaumfolie aus einer Thermoformanlage in die Perforationsstation transportiert und in dieser gegen eine feststehende Andruckplatte mittels verschieb­ barer Perforierblöcke gedrückt wird und daß eine Nadelplatte frei schwebend mittels eines Druckmediums gegen die Perforierblöcke angehoben wird, um die Nadelspitzen der in der Nadelplatte verankerten Nadeln gegen die geformte Kunststoff-Schaumfolie zu drücken und deren an den Perforierblöcken anliegende Oberfläche zu durchstechen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beim Anheben der Perforierblöcke bis zum dichten Abschließen mit den in der Kunststoff- Schaumfolie ausgeformten Produkten die Perforier­ blöcke sich während des Schwebens in den ausgeformten Produkten selbst zentrieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Perforierblöcke mit einstellbarem Hub mittels elektromagnetischer oder elektromechani­ scher Antriebszylinder gegen die lagefeste Andruck­ platte angehoben werden.

4. Vorrichtung zum Perforieren von glatten, geschlossenen Oberflächen von Kunststoff-Schaumfolien mit offenzelligem Kern, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (90) ein Grundgestell (77) mit verti­ kalen Führungsstangen (72), eine entlang der Führungsstangen verschiebbare Montageplatte (75), auf der ein Formblock (78) aus Perforierblöcken (73), die Nadeln (89) enthalten, und eine Grundplatte (74) angeordnet sind und eine lagefest auf den Füh­ rungsstangen montierte Andruckplatte (70) umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf dem Grundgestell (77) elektropneu­ matische oder elektromechanische Antriebszylinder (76) angeordnet sind, deren Kolbenstangen (91) gegen die Unterseite der Montageplatte (75) anliegen, um diese anzuheben oder abzusenken.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckplatte (70) in ihrer Höhe auf den Führungsstangen (72) einstellbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zu Produkten (71) thermogeformte Kunststoff-Schaumfolie gegen die Unterseite der Andruckplatte (70) so anliegt, daß sich die Perforierblöcke (73) unmittelbar vor der Perforation in den ausgeformten Produkten (70) zentrieren.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Grundplatte übereinander ange­ ordnete, zylindrische (74) Löcher (86, 87) mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, die über eine Schulter (87) miteinander verbunden sind, daß in den Löchern Führungs-/Abstandshalter (82) angeordnet sind, die über Befestigungsschrauben (83) mit den Perforierblöcken (73) verbunden sind, wobei der Umriß der Führungs-/Abstandshalter (82) dem Umriß der zylindrischen Löcher (86, 87) gleicht und die Füh­ rungs-/Abstandshalter (82) durch eine Nadelplatte (79) hindurchgeführt sind und an der Unterseite der Perforierblöcke (73) bündig anliegen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nadelplatte (79), in der die Nadeln (89) verankert sind, zwischen der Grundplatte (74) und den Perforierblöcken (73) in einer Druckmedium- Kammer (85) mit einem Spiel gleich der Perfora­ tionstiefe der in die geformten Produkte der Kunststoff-Schaumfolie eindringenden Nadeln (89) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Perforierblöcken (73) eine Anzahl von Druckfedern (81) in Sacklöchern untergebracht sind, wobei sich das eine Ende jeder Druckfeder (81) gegen eine Einsenkung in der Oberseite der Nadelplatte (79) und das andere Ende jeder Druckfeder gegen die Abschlußfläche des entsprechenden Sacklochs abstützt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grundplatte (74) ein Kanal (84) für ein Druckmedium vorhanden ist, der mit einer Druckquelle und über vertikale Bohrungen mit der Druckmedium-Kammer (85) in Verbindung steht.