DE19520294A1 - 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 offenzel­ ligem Kern, die zu Produkten wie Schalen und Behältern thermogeformt sind.

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 breit­ schlitzförmigen 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 Verfahrensbe­ dingungen hinsichtlich der Temperatur 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 allgemeinen Luft und/oder Reste des Treibmittels sind. Derartige geschlossenzellige Kunststoff-Schaumfolien besitzen ausgezeichnete Isoliereigenschaften, die im wesent­ lichen auf den dichtgepackten, geschlossenen, gasge­ füllten Zellen beruhen.

Völlig anders verhält sich eine Kunststoff­ schaumfolie, in der die Zellen nicht geschlossen, sondern geöffnet, d. h. durchgängig, sind. Eine solche Kunststoff-Schaumfolie kann beispielsweise Flüssig­ keiten absorbieren und speichern, ähnlich wie ein Schwamm. Derartige offenzellige Kunststoff-Schaum­ folien werden im allgemeinen mittels einer Tandem- Extrusionsanlage hergestellt. Diese Kunststoff­ schaumfolien sind mit einer dünnen, geschlossen­ zelligen 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 Schalenpro­ dukten aufgenommen werden kann, ist es erforderlich, die Oberflächenhaut an bestimmten Stellen zu perfo­ rieren.

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 und schnelle Perforation der glatten, geschlossenen Oberflächenhaut auf den Innenseiten eines aus einer Kunststoff-Schaumfolie thermogeformten Produkts vorgenommen werden kann, um einen Zugang zu der offenzelligen Struktur der Kunststoff-Schaumfolie unterhalb der Oberfläche zu erhalten.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren nach der Erfindung in der Weise gelöst, daß nach dem Abkühlen des in einer Thermoformanlage ausgeformten Produkts eine von zwei geschlossenen Oberflächenhäuten der Seitenwände und des Bodens des in der Thermo­ formanlage befindlichen Produkts mittels Nadeln senkrecht zu den Flächen der Seitenwände und des Bodens perforiert werden.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Seitenwände und der Boden gleich/unterschiedlich tief perforiert, wobei die Nadelspitzen in die Innenseiten des Produkts 2,5 bis 3 mm tief eindringen.

In einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens werden die Nadeln mittels Druckluft aus einer Patrize zu Perforationsbeginn ausgefahren, und am Perforations­ ende, nach Abschalten der Druckluft, werden die Nadeln mittels Federdruck in die Patrize eingefahren. Eine Vorrichtung zum Perforieren von glatten, ge­ schlossenen Oberflächen offenzelliger Kunststoff­ schaumfolien, die zu Produkten wie Schalen und Behältern thermogeformt sind, zeichnet sich dadurch aus, daß ein feststehender Formblock, der die Seitenwände und den Boden einer Schale eines Behälters aus einer Kunststoff-Schaumfolie formt, eine feststehende Basisplatte mit zueinander parallelen, übereinanderliegenden Kanälen für ein Kühlmedium, Vakuum und ein Druckmedium und eine Patrize aufweist, in der Nadelkolben vorhanden sind, die senkrecht auf die Seitenwände und den Boden in ihren den Seitenwänden und dem Boden gegenüber­ liegenden Positionen innerhalb der Patrize gerichtet sind.

In Weitergestaltung der Vorrichtung ist an der Unterseite der Patrize ein Verteilerkanal angebracht, der über zumindest eine Vertikalbohrung mit dem Kanal für das Druckmedium verbunden ist. Des weiteren steht der Kanal für das Vakuum über zumindest zwei vertikale Vakuumanschlußbohrungen mit dem Inneren der Patrize in Verbindung.

In Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Nadelkolben mit dem Verteilerkanal in Verbindung, so daß jeder Nadelkolben mit Druckluft beaufschlagbar ist.

Die weitere Ausgestaltung der Vorrichtung ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 8 bis 10.

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

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Formblock aus Grundplatte und Patrize und

Fig. 2 einen Querschnitt eines in der Patrize angeordneten Nadelkolbens.

Die aus offenzelligen Kunststoff-Schaumfolien herge­ stellten Schalen 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 perforiert werden, was u. a. mit Hilfe von Nadeln durchgeführt werden kann. Durch die Perfo­ ration wird erreicht, daß die von dem in der Schale zu verpackenden Nahrungsmittel abgegebene Flüssig­ keit, beispielsweise der Saft von Fleischstücken, im Kern des offenzelligen Schaumes absorbiert werden kann. Die Perforation der Schalen kann während des Tiefziehprozesses an zwei Stellen durchgeführt werden, und zwar mittels einer Membranplatte in der Formstation, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 44 46 442.8 beschrieben ist, oder mit Hilfe von Nadelkolben, die in der Patrize angeordnet sind. Beim Perforieren in der Formstation ist es notwendig, daß die Perforation erst stattfinden kann, nachdem die Schale ausgeformt und abgekühlt ist.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zum Perforieren der glatten geschlossenen Oberflächen einer offenzelligen Kunststoff-Schaum­ folie, die zu einer Schale oder zu einem Behälter thermogeformt ist. Ein feststehender Formblock 39 umfaßt eine Grundplatte 40 und eine Patrize 47, in der eine Anzahl von Nadelkolben 51 angeordnet ist. Die Patrize 47 besitzt einen Querschnitt entsprechend der zu formenden Schale, die Seitenwände 46 und einen Boden 45 aufweist. In der feststehenden Grundplatte 40 sind zueinander parallele, übereinanderliegende Kanäle 41, 42, 43 für ein Kühlmedium, Vakuum und für ein Druckmedium untergebracht. Die Kanäle 41 bis 43 sind auf der einen Seite durch Stopfen 48 abge­ schlossen, die Dichtungen 58 aufweisen. In Fig. 1 ist schematisch eine Kunststoff-Schaumfolie 16 dargestellt, die an der Oberseite der Patrize 47 anliegt. Die Nadelkolben 51 innerhalb der Patrize 47 sind senkrecht auf die Seitenwände 46 und den Boden 45 der Schale gerichtet. Wenn die Nadeln 52 aus den Nadelkolben 51 ausfahren und die Kunststoff-Schaum­ folie 16 perforieren, wird der Vorteil erzielt, daß die Perforation der Seitenwände 46, ebenso wie die Perforation des Bodens 45, senkrecht auf diese Flächen durchgeführt wird. Dadurch kann die Per­ foration, insbesondere in den Bereichen der Seitenwände, tiefer erfolgen als bei der Membran­ platte gemäß der zuvor erwähnten deutschen Patentanmeldung, da bei dieser Membranplatte alle Nadeln in die gleiche senkrechte Richtung auf den Boden einer Schale ausfahren können, so daß die zum Boden geneigten Seitenwände nur schräg zu ihren Flächen perforiert werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die Löcher in den Seitenwänden weitgehend kreisförmig sind, während sie bei einer Membranplatte oval oder länglich sind, wodurch die Stabilität der Seitenwände beeinträchtigt wird. Es wird somit die Gefahr einer Oberflächenbe­ schädigung der schrägen Seitenwände einer Schale verringert.

Die Anwendung von Nadelkolben 51 ermöglicht es, daß unterschiedliche Perforationstiefen der Löcher in den Seitenwänden und im Boden der Schale vorgesehen werden können. So ist es beispielsweise möglich, den Boden 3 mm tief zu perforieren und die Seitenwände im Bereich von 2,5 bis 3 mm zu perforieren.

Der Kanal 42 für das Vakuum steht über zumindest zwei vertikale Vakuumanschlußbohrungen 50 mit dem Inneren der Patrize 47 in Verbindung. An der Unterseite der Patrize 47 ist ein Verteilerkanal 49 angebracht, der über Vertikalbohrungen 44 mit dem Kanal 43 für das Druckmedium verbunden ist. Bei dem Druckmedium handelt es sich im allgemeinen um Preßluft. Die Nadelkolben 51 sind in direkter Verbindung mit dem Verteilerkanal 49, so daß bei Beaufschlagung des Verteilerkanals 49 über den Kanal 43 mit Preßluft jeder der Nadelkolben mit Preßluft beaufschlagt wird. Dadurch wird erreicht, daß die Nadeln 52, wie nachstehend noch anhand von Fig. 2 näher beschrieben wird, ausfahren und den Boden und die Seitenwände der aus der Kunststoff-Schaumfolie 16 geformten Schale perforieren.

Wie Fig. 2 zeigt, besteht der einzelne Nadelkolben 51 aus einer T-förmigen Führung 54, einer Nadel 52, einer Druckfeder 53, einem Kolbenzylinder 59 und einem im Kolbenzylinder befindlichen Kolbenring 55. Die T-förmige Führung 54 weist ein Außengewinde auf und ist mit diesem Außengewinde in einen zylindrischen Hohlraum 60 innerhalb der Patrize 47 eingeschraubt. Dieser Hohlraum ist über einen Bund 57 gegen einen weiteren zylindrischen Hohlraum 61 mit kleinerem Durchmesser abgesetzt, der direkt mit dem Verteilerkanal 49 verbunden ist. Die Führung 54 besteht beispielsweise aus Messing, Aluminium oder einem sonstigen Metall, kann aber auch aus Kunststoff gefertigt sein. Die Druckfeder 53 liegt mit dem einen Ende an der Unterseite der T-förmigen Führung und mit ihrem anderen Ende an der Oberseite des Kolbenringes 55 an. Der Kolbenring 55 befindet sich im unteren Teil des Hohlraums 60 und ist gegen die Seitenwände des Hohlraums 60 durch eine Dichtung 58, z. B. eine Ringdichtung, abgedichtet.

Das obere Ende des Kolbenzylinders 58 liegt gegen eine horizontale Unterseite der T-förmigen Führung 54 an, während das untere Ende des Kolbenzylinders sich gegen den Bund 57 des Hohlraums 60 in der Patrize 47 abstützt. Die Druckfeder 53 umschließt die Nadel 52, die mit ihrer Spitze innerhalb einer Bohrung 56 der Führung 54 gleitet. Das Ende der Nadel ist in dem Kolbenring 55 verankert. Das Ausgangsmaterial für die Nadeln 52 sind sogenannte Auswerfstifte aus einer Nickel-Chrom-Legierung gemäß DIN 1530 D oder DIN 9861. Diese Auswerfstifte werden auf die gewünschte Länge geschnitten und mit einer Spitze versehen, deren Öffnungswinkel zwischen 10 und 60° aufweist, insbesondere 30°. Weitere bevorzugte Öffnungswinkel für die Nadeln 52 betragen 23° oder 27°. Die Nadeln sind im allgemeinen vernickelt. Die Druckfeder 55 sorgt dafür, daß beim Abschalten der Zufuhr des Druckmediums zu dem Verteilerkanal 49 die Nadel 52 komplett in die Patrize 47 bzw. in den Block, der die Patrize bildet, eingefahren ist. Da beim Abschalten der Zufuhr des Druckmediums der Druck auf die Unterseite des Kolbenringes 55 entfällt, reicht die Federkraft der Druckfeder 53 aus, um den Kolbenring 55 nach unten bis zum Aufliegen auf den Bund 57 zu drücken und damit auch die in dem Kolbenring 55 gelagerte bzw. verankerte Nadel 52 in Fig. 2 nach unten zu drücken, so daß die Spitze der Nadel innerhalb der Bohrung 56 der Führung 54 zu liegen kommt.

Es ist auch eine Ausführungsform denkbar, die ohne Druckfeder auskommt, wobei der Kolbenring 55 nach dem Abschalten des Druckmediums einem Unterdruck ausgesetzt wird und daher nach unten, bis zum Aufliegen auf dem Bund 57, zurückgezogen und somit die Nadel 52 eingefahren wird. Hierzu kann ein umschaltbares Dreiwegeventil zwischen dem Druckkanal 43, dem Vakuumkanal 42 und der Vakuumanschlußbohrung 50 geschaltet sein. Dieses Dreiwegeventil schaltet für das Zurückziehen der Nadeln dann vom Druckkanal auf den Vakuumkanal um.

Die Perforation einer thermogeformten Schale läuft wie folgt ab:
Sobald die Kunststoff-Schaumfolie 16 auf der Patrize 47 aufliegt, schließt die Patrize und eine nicht dargestellte Matrize, und es wird sowohl über die Patrize als auch über die Matrize Vakuum auf die Kunststoff-Schaumfolie 16 aufgebracht. Mit Hilfe dieses Vakuums wird das Produkt, ob Schale oder Behälter, zu 100% ausgeformt. Die Patrize und Matrize werden kontinuierlich gekühlt bzw. temperiert, und nach einer vorgegebenen Kühlzeit wird über den Kanal 43 für das Druckmedium stoßweise Preßluft dem Verteilerkanal 49 zugeführt und somit sämtliche Nadelkolben 51 in der Patrize 47 gleichzeitig mit Preßluft beaufschlagt. Diese Preß­ luft drückt den Kolbenring 55 gegen die Federkraft der Feder 53 in dem Hohlraum 60 nach oben, so daß die Nadelspitzen der Nadeln 52 aus der Oberfläche der Patrize 47 heraustreten und den Boden 45 und die Seitenwände 46 der Schale perforieren. Die Druckfeder 53 wird bei diesem Vorgang durch den Preßluftstoß zusammengedrückt. Danach wird die Preßluftzufuhr­ leitung entlüftet, und die Patrize und Matrize werden geöffnet. Der Kolbenring 55 wird beim Entlüften der Preßluftzufuhrleitung druckentlastet, so daß die Druckfeder 53 den Kolbenring 55 nach unten bis zum Anliegen auf dem Bund 57 drücken kann, wodurch die Spitzen der Nadeln 53 in die Bohrungen 56 der Führungen 54 zurückgezogen werden und der nächste Perforationsvorgang starten kann.

Claims (10)

1. Verfahren zum Perforieren von glatten geschlossenen Oberflächen von Kunststoff-Schaumfolien mit offenzelligem Kern, die zu Produkten wie Schalen und Behältern, thermogeformt sind, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abkühlen des in einer Thermoformanlage ausgeformten Produkts eine von zwei geschlossenen Oberflächenhäuten der Seitenwände und des Bodens des in der Thermoformanlage befindlichen Produkts mittels Nadeln senkrecht zu den Flächen der Seitenwände und des Bodens perforiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Seitenwände und der Boden gleich/unterschiedlich tief perforiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nadeln mittels Druckluft aus einer Patrize zu Perforationsbeginn ausgefahren werden und daß am Perforationsende, nach Abschalten der Druck­ luft, die Nadeln mittels Federdruck in die Patrize eingefahren werden.

4. Vorrichtung zum Perforieren von glatten geschlossenen Oberflächen von Kunststoff-Schaumfolien mit offenzelligem Kern, die zu Produkten wie Schalen und Behältern thermogeformt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein feststehender Formblock (39), der die Seitenwände (46) und den Boden (45) einer Schale oder eines Behälters aus einer Kunststoffschaumfolie (16) formt, eine feststehende Grundplatte (40) mit zueinander parallelen, übereinanderliegenden Kanälen (41, 42, 43) für ein Kühlmedium, Vakuum und ein Druckmedium und eine Patrize (47) aufweist, in der Nadelkolben (51) vorhanden sind, die senkrecht auf die Seitenwände (46) und den Boden (45) in ihren den seitenwänden und dem Boden gegenüberliegenden Positionen innerhalb der Patrize gerichtet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an der Unterseite der Patrize (47) ein Verteilerkanal (49) angebracht ist, der über zumindest eine Vertikalbohrung (44) mit dem Kanal (43) für das Druckmedium verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kanal (42) für das Vakuum über zumindest zwei vertikale Vakuumanschlußbohrungen (50) mit dem Inneren der Patrize (47) in Verbindung steht.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Nadelkolben (51) mit dem Verteilerkanal (49) in Verbindung sind, so daß jeder Nadelkolben mit Druckluft beaufschlagbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Nadelkolben (51) aus einer T- förmigen Führung (54), einer Nadel (52), einer Druckfeder (53), einem Kolbenzylinder (59) und einem Kolbenring (55) besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Kolben­ zylinders (59) gegen eine horizontale Unterseite der T-förmigen Führung (54) anliegt, die in den Block der Patrize (47) eingeschraubt ist, daß die Nadel (52) von der Druckfeder (53) umgeben ist und mit ihrer Spitze innerhalb einer Bohrung (56) der Führung (54) geführt ist, daß das Ende der Nadel in dem Kolbenring (55) verankert ist und daß das untere Ende des Kolbenzylinders sich gegen einen Bund (57) eines Hohlraumes in der Patrize (47) abstützt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Druckfeder (53) mit ihren Enden einerseits gegen die Unterseite der T- förmigen Führung und andererseits gegen den Kolben­ ring (55) abstützt.