DE19849149A1 - Kunststoffschaum zum Verschließen von Behältnissen - Google Patents

Abstract

Nach der Erfindung werden Stopfen für Flaschen und dergleichen Behältnisse aus Kunststoffschaum hergestellt, wobei der Schaum an den Dichtflächen offenzellig und im übrigen geschlossenzellig ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft Stopfen aus Kunststoffschaum zum Verschließen von Behältnissen. Es ist schon der Versuch gemacht worden, Korkstopfen für Wein- und Sektflaschen durch Kunststoffschaum zu ersetzen. Kork steht nur in begrenztem Umfang zur Verfügung. Außerdem kann der Naturkork den Wein und Sekt verderben.

Die bekannten Kunststoff-Stopfen zeigen in der Praxis jedoch Mängel.

Die Dichtwirkung dieser Korken war unbefriedigend.

Die Erfindung greift diese Aufgabenstellung auf, weil die Herstellung von Kunststoffschaumstopfen wirtschaftlich sehr viel günstiger ist als die Verwendung von Naturkork für die Stopfen. Außerdem werden die Ressourcen bzw. die Bäume geschont, von denen der Kork gewonnen wird.

Nach der Erfindung wird die dauerhafte Dichtwirkung der Kunststoffschaumstopfen dadurch verbessert, daß die Stopfen an der Dichtfläche offenzellig ausgebildet sind. Die Offenzelligkeit führt dazu, daß die Membranwände des Stopfens wie Dichtlippen an den Dichtflächen der zu verschließenden Wein- und Sektflaschen oder an den Dichtflächen anderer Behältnisse anliegen. Im übrigen ist jedoch ein geschlossenzelliger Kunststoffschaum vorgesehen, um einen Stoffdurchtritt zu vermeiden.

Vorzugsweise beschränkt sich die Offenzelligkeit an der Dichtfläche auf die äußere Zellschicht. Dabei kann der Zelldurchmesser so fein sein, daß die offenen Zellen mit bloßem Auge kaum noch wahrgenommen werden. Die Zellgröße kann z. B. 0,001 bis 0,5 mm betragen.

Vorzugsweise werden die Stopfen aus einem Ausgangsmaterial wie bspw. einer Kunststoffschaumplatte oder aus einem Kunststoffstrang herausgeschnitten oder direkt als Formkörper gefertigt. Dabei ist sowohl das Ausgangsmaterial als auch der Formkörper wahlweise zunächst durchgängig geschlossenzellig und wird die Offenzelligkeit durch ein Nachschäumen an den Dichtflächen bzw. durch das Ausschneiden erreicht. Eine erfindungsgemäße Offenzelligkeit entsteht auch durch spanabhebende Bearbeitung der Stopfen am Umfang. Sofern die Stopfen aus Stangenmaterial gefertigt werden, kann die Zellenöffnung bereits an dem stangenförmigen Ausgangsmaterial vor dessen Ablängen erfolgen.

Eine günstige mechanische Bearbeitung entsteht durch Stanzen.

Das Nachschäumen entsteht z. B. durch Wärmeeinwirkung auf die Dichtflächen der Stopfen. Durch entsprechende Erwärmung schmelzen die Zellwände an und dehnt sich das eingeschlossene Gas aus. Bei dem Gas handelt es sich um eingeschlossenes Treibmittel und/oder um eindiffundierte Luft. Alternativ oder zusätzlich können die Zellen noch mit Treibmittel imprägniert werden. Das kann günstig in einem Autoklaven erfolgen. Das Treibmittel kann Luft sein oder auch aus kohlenwasserstoffhaltigen Gasen (z. B. Butan, Propan) oder z. B. aus Stickstoff oder Kohlendioxyd oder aus Mischungen davon bestehen.

Es ist günstig, die Wärmeeinwirkung z. B. mit einem Flüssigkeitsbad mit einer Warm/Heißluftbeaufschlagung oder mit Strahlungswärme darzustellen. Das Maß der Erwärmung richtet sich nach dem verwendeten Material.

Vorzugsweise ist das verwendete Material ein Polypropylenkunststoffschaum. Dabei ist es nicht notwendig, daß es sich um einen reinen Kunststoffschaum handelt. Es kann auch ein Kunststoffschaum verarbeitet werden, in dem das Polypropylen nur noch einen Hauptbestandteil bildet.

Durch die Erwärmung wird der Kunststoffschaum an der Dichtfläche soweit plastifiziert, daß der durch das miterwärmte Treibmittel in den Zellen entstehende Innendruck die Zellen bis zum Aufplatzen aufweitet.

Vorteilhafterweise kann die Eindringtiefe des Treibmittels beim Imprägnieren über den Druck und die Einwirkungsdauer sehr genau gesteuert werden. Damit und über die Temperatur und die Wärmeeinwirkungsdauer kann die Dicke der Offenzelligkeit sehr genau eingestellt werden.

Das Ausgangsmaterial für die Stopfen kann ein als Strang bzw. Platte extrudiertes Material sein.

Eine günstige Arbeitsweise sieht vor, daß mit Hilfe eines Extruders ein geschlossenzelliger Kunststoffschaumstrang erzeugt wird. Der Kunststoffschaumstrang kann in der oben erläuterten Form mechanisch bearbeitet oder nach Verlassen des Extruders und Durchlaufen einer ersten Abkühlungsstrecke durch Wärmebehandlung nachgeschäumt werden, so daß sich am Kunststoffschaumstrang die gewünschte offenzellige Haut bildet.

Nach Verlassen der Nachschäumstation werden die Stopfen durch Ablängen des Stranges fertiggestellt.

Bei dem Ausgangsmaterial für die Stopfenherstellung kann es sich auch um ein aus Beads hergestelltes Ausgangsmaterial (Partikelschaum) handeln. Beads sind kleine Kunststoffschaumpartikel, die in einen Formteilautomaten gegeben und mit Heißdampf und Druck beaufschlagt werden, so daß die Beads an den Außenflächen plastifiziert und gegeneinander gedrückt werden. Dadurch findet je nach Material und Einwirkung eine mehr oder weniger gute Verschweißung zwischen den Beads statt. D.h. die Beads haften mehr oder weniger gut aneinander und die Zwickelräume zwischen den Beads sind mehr oder weniger gut geschlossen. Im Sinne der Abdichtung wird eine möglichst hohe Geschlossenheit der Zwickelräume angestrebt.

Statt Heißdampf können auch andere Wärmequellen Anwendung finden, z. B. auch Mikrowellen.

Die aus Beads hergestellten Stopfen besitzen eine Doppellippigkeit. An der Außenfläche/Berührungsfläche der Beads mit anderen Beads entsteht durch die Verschweißung der Berührungsflächen eine verdickte Wand. Im übrigen werden die Dichtlippen durch die normalen Zellwände der Beads gebildet.

Die Beads werden entweder im Autoklav-Verfahren durch Verschäumen feinzelliger Granulate hergestellt. Oder die Beads werden durch Extrudieren dünner Kunststoffschaumstränge und durch deren Granulieren gewonnen.

Die Beads haben nach der Erfindung vorzugsweise einen Durchmesser von 1 bis 8 mm.

In einigen Anwendungsfällen kann es auch ausreichend sein, die Stopfen aus dem geschlossenzelligem Ausgangsmaterial so herauszuschneiden, daß die an der Berührungsfläche vorhandenen Zellen aufgeschnitten sind. Geeignete Verfahren für ein solches Schneiden können das Stanzen und Fräsen sein. Beim Stanzen wird das Ausgangsmaterial mit zwei gegeneinander wirkenden Schneidwerkzeugen bearbeitet, die der Kontur der Stopfen nachgebildet sind. Das eine Werkzeug bildet dabei einen Stempel mit Schneidkante am äußeren Umfang, das andere Werkzeug einen Hohlstempel mit Schneidkante an der Öffnung. Die Stempel werden einzeln oder gemeinsam bewegt. Vorteilhafterweise können durch Stanzen auch unrunde Stopfen bzw. Stopfen mit beliebigem Querschnitt erzeugt werden. Der beliebige Querschnitt eröffnet völlig neue Formen für Flaschen und Behältnisse.

Beim Fräsen wird ein rotierender Fräskopf verwendet, der runde Teile aus dem Ausgangsmaterial herausschneidet. Der Fräskopf ist vorzugsweise ein Topffräser. Die Bezeichnung resultiert aus der äußeren Form des Fräsers. Der Topffräser besitzt wahlweise einen Stahlmantel, der an einem Ende mit einer Platte geschlossen ist und mittig eine Verlängerung besitzt, die von einem Drehfutter erfaßt werden kann. Am offenen Ende sind geeignete Zähne vorgesehen.

Der Topffräser kann auch aus einem zylindrischen Material herausgearbeitet werden.

Wenn die Topffräser in das Ausgangsmaterial eindringen, verbleibt jeder herausgeschnittene Stopfen zunächst im Innern der Topffräser. Nach der Beendigung des Fräsvorganges werden die Stopfen wahlweise aus dem Innern der Topffräser herausgestoßen. Der Stößel kann mittig in der Verlängerung der Topffräser axial verschiebbar angeordnet sein. Für die Betätigung sind sowohl Gestänge als auch elektrische und/oder hydraulische oder pneumatische Antriebe geeignet.

Wahlweise werden die Stopfen auch zahnlos drehend geschnitten. Das Stanzen beinhaltet eine Schneidbewegung, die im klassischen Sinne ohne Drehbewegung erfolgt. Wahlweise kann das Stanzen auch mit einer Dreh-Schneidbewegung kombiniert werden.

Zur Steigerung der Produktivität können mehrere Schneidwerkzeuge nebeneinander und/oder hintereinander angeordnet sein, so daß mit einem Arbeitsgang gleichzeitig mehrere Stopfen anfallen.

Günstig ist bei der Verwendung mehrerer nebeneinander bzw. hintereinander angeordneter Schneidwerkzeuge, wenn die Schneidwerkzeuge zwar rotieren, aber in axialer Richtung fest angeordnet sind. Der Schneidvorgang wird dann dadurch komplettiert, daß das Ausgangsmaterial gegen die Schneidwerkzeuge bewegt wird. Wahlweise werden die Schneidwerkzeuge auch zusätzlich oder allein gegen das Ausgangsmaterial bewegt.

Wahlweise können die Stopfen auch als Spritzformteile oder als Partikelschaumteile in einem Formteilautomaten hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Offenzelligkeit der Formteile entsteht dann wiederum durch mechanische Bearbeitung und/oder Nachschäumen der Dichtflächen bis zur Offenzelligkeit.

Der für die erfindungsgemäßen Stopfen verwendete Kunststoffschaum kann ein Raumgewicht von 10 bis 300, vorzugsweise 60 bis 120, noch besser 70 bis 90 kg pro Kubikmeter besitzen.

Wahlweise haben die erfindungsgemäßen Stopfen eine konische Form, sind die erfindungsgemäßen Stopfen tailliert und/oder mit Absätzen versehen, so daß eine Form der Labyrinthdichtung entsteht.

Die erfindungsgemäßen Stopfen können auch aus verschiedenen Materialschichten bestehen. Die außen liegenden Schichten können koextrudiert oder aufkaschiert oder aufgeschäumt sein. Dabei kann die außen liegende Schicht eine besondere Abdichtung bilden und/oder Hersteller/Abfüllerhinweise/Inhaltshinweise tragen.

Der Stoffen kann runden oder unrunden Querschnitt aufweisen.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Kunststoffschaumplatte 1. Die Platte 1 ist in einem Formteilautomaten in nicht dargestellter Weise aus Polypropylen-Beads hergestellt worden. Die Platte 1 hat ein Raumgewicht von 100 kg pro Kubikmeter. Die zur Herstellung verwendeten Beads haben im Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 2 mm, in anderen Ausführungsbeispielen 2 bis 4 mm.

Die Platte 1 hat eine Dicke von 45 mm, in einem anderen Ausführungsbeispiel 48 mm. Die Breite beträgt 110 mm. Über der Platte 1 sind insgesamt neun Topffräser 2 nebeneinander angeordnet und zwar in drei Reihen in Längsrichtung der Platte 1 und in drei Reihen quer zur Längsrichtung der Platte 1. Die Topfräser 2 sind in Fig. 5 im Schnitt dargestellt. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Topffräser 2 ihre Bezeichnung aus ihrer Form ableiten. Die Form ist durch einen rohrförmigen und unten offenen Stahlmantel gekennzeichnet. Das untere Ende ist mit einer Fräsverzahnung 6 versehen.

Das obere Ende ist durch einen Deckel verschlossen und setzt sich in einem Schaft bzw. einer Verlängerung 3 mit geringerem Durchmesser fort. Die Verlängerung 3 ist dazu bestimmt, von einem drehbeweglichen Futter erfaßt und gedreht zu werden.

Entsprechend der Anzahl der Topffräser 2 sind neun drehbewegliche Futter vorgesehen.

In jeder Verlängerung ist ein Stößel 5 verschiebbar angeordnet. Der Stößel 5 hat die Aufgabe, die aus der Platte ausgefrästen und in dem Hohlraum der Topffräser verbliebenen Stopfen auszustoßen.

Nach dem Ausfräsen verbleiben in der Platte 1 Löcher 4.

Zum Ausfräsen der Stopfen werden die Topffräser 2 gegen die Platte 1 gedrückt. Die ausgefrästen Stopfen fallen unten heraus oder werden ausgestoßen.

Nach jedem Fräsvorgang wird die Platte 1 um ein Maß vorgeschoben wird, daß gleich dem Breitenmaß ist. Das resultiert daraus, daß alle Fräser von den benachbarten Fräsern gleicher Reihe den gleichen Abstand aufweisen.

Die ausgefrästen Stopfen haben im Ausführungsbeispiel einen Außendurchmesser von 25 mm, in einem anderen Ausführungsbeispiel 26 mm, und werden auf einen Durchmesser von 15,5 mm komprimiert und in den Flaschenhals geschoben, wo sie sich auf 20 mm Durchmesser zurückverformen.

Die Fräser nach Fig. 1 und 5 kommen zum Einsatz, wenn das Plattenmaterial kompressionsempfindlich ist.

Für kompressionsunempfindliches Material ist anstelle jedes Fräsers ein Stanzwerkzeug nach Fig. 2 vorgesehen. Das Stanzen kann sich als besonders wirtschaftlich erweisen.

Das Stanzwerkzeug besteht aus einem oberen zylindrischen Stempel 36 mit Schneidkanten 37 am äußeren Rand und einer mittigen Vertiefung 38. Die Vertiefung 38 hat die Aufgabe, den Schneidkanten 37 eine für den Kunststoffschaum optimale Neigung zu geben. Die Vertiefung verbessert die Scherwirkung.

Ferner gehört zu dem Stanzwerkzeug ein unterer hülsenförmiger Stempel 39 mit einer oberen Schneidkante 40 am inneren Rand. Der Innendurchmesser des hülsenförmigen Stempels 39 ist gleich dem Außendurchmesser des oberen Stempels 36 plus einem notwendigen Bewegungsspiel.

Im Ausführungsbeispiel wird das Stanzwerkzeug für eine Polypropylen-Platte 35 mit einem Raumgewicht von 20 kg pro Kubikmeter verwendet. Die Platte 35 ist eine extrudierte Platte mit verhauteter Oberfläche. Die Verhautung fällt beim Extrudieren von Kunststoffschaumplattensträngen automatisch an und wird üblicherweise spanabhebend beseitigt, um die gewünschte Maßhaltigkeit herbeizuführen. Im Ausführungsbeispiel wird die Verhautung an der Plattenoberseite und der Plattenunterseite belassen, so daß die ausgeschnitten Stopfen am oberen und unteren Ende die Extrusionshaut tragen. Die Extrusionshaut dichtet die Stopfen ab.

In anderen Ausführungsbeispielen werden die Stopfen während bzw. am Ende ihrer Herstellung am oberen und unteren Ende verhautet.

Sofern die in Fig. 2 dargestellten Werkzeuge in Drehung versetzt werden, wird aus dem Stanzvorgang ein Schneidvorgang. Je nach Druck der beiden Werkzeuge handelt es sich um einen kombinierten Stanz/Schneidvorgang, der für einige Materialien besonders wirtschaftlich und/oder leistungsfähig ist. Kennzeichnend für das Schneiden ist eine entweder gegenläufige Schneidbewegung der Werkzeuge oder ein ruhendes und ein sich drehendes Schneidwerkzeug.

Fig. 3, 4 und 6 zeigen einen Stopfen im Flaschenhals 10. Der Stopfen besitzt ein verhautetes äußeres Ende 12 und ein verhautetes inneres Ende 11. Der Stopfen hat im Ausführungsbeispiel in der Ausgangsform einen genau zylindrischen Querschnitt und ist in der oben beschriebenen Form aus einer Platte herausgeschnitten worden, so daß die Zellen 14 der äußeren Stopfenschicht geöffnet worden sind und deren Zellwände wie Dichtlippen auf der Glasfläche aufliegen. Die übrigen Zellen 15 des Stopfens sind geschlossenzellig ausgebildet.

Fig. 6 zeigt in einer weiteren Vergrößerung die Dichtlippen der Glasfläche 13. Dabei ist zu unterscheiden zwischen den Dichtlippen 20, welche durch die Zellwände innerhalb eines Beads gebildet werden, und den Dichtlippen 21, welche durch die Außenhaut der Beads gebildet werden. Die Außenhaut der Beads bildet insbesondere im Berührungsbereich mit benachbarten Beads sehr viel stärkere Dichtlippen.

Claims (29)

1. Stopfen für Behältnisse, insbesondere für Flaschen, bestehend aus Kunststoffschaum, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellschicht am äußeren Rand offenzellig ist und die Stopfen im übrigen geschlossenzellig ausgebildet ist.

2. Stopfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Offenzelligkeit sich auf die äußere Zellschicht beschränkt.

3. Stopfen nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Ausschneiden der Stopfen aus einem Ausgangsmaterial (1) und/oder extrudiertes Ausgangsmaterial und/oder Ausgangsmaterial aus Partikelschaum und/oder Herstellung der Stopfen in einer Form als Spritzschaumteile oder aus Partikelschaum.

4. Stopfen nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Fräsen bzw. Drehschneiden und/oder Stanzen.

5. Stopfen nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Anwendung des Fräsens bzw. Drehschneidens auf kompressionsempfindlichen Kunststoffschaum und die Anwendung des Stanzens auf kompressionsunempfindlichen Kunststoffschaum.

6. Stopfen nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch Topffräser (2).

7. Stopfen nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Auswurfstößel (5).

8. Stopfen nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fräser in der Ausgangsstellung über dem Ausgangsmaterial (1) angeordnet sind.

9. Stopfen nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Stempel (36) und einen hülsenförmigen Stempel (39) als Stanzwerkzeug.

10. Stopfen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des hülsenförmigen Stempels gleich dem Außendurchmesser des zylindrischen Stempels plus einem Bewegungsspiel ist.

11. Stopfen nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Stempel am Außenrand und der hülsenförmige Stempel am Innenrand Schneidkanten besitzt.

12. Stopfen nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine mittige Vertiefung (38) des zylindrischen Stempels (36).

13. Stopfen nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsenförmige Stempel unten angeordnet ist.

14. Stopfen nach einem der Ansprüche 3 bis 13, gekennzeichnet durch die Anordnung mehrerer Schneidwerkzeuge in einer Reihe in Längsrichtung des Ausgangsmaterials und/oder in Querrichtung des Ausgangsmaterials.

15. Stopfen nach Anspruch 14 gekennzeichnet durch die Bewegung des Ausgangsmaterials gegen die Fräser und/oder eine Bewegung der Fräser gegen das Ausgangsmaterial.

16. Stopfen nach einem der Ansprüche 3 bis 15, gekennzeichnet durch plattenförmiges Ausgangsmaterial und/oder eine Dicke des Ausgangsmaterials von 10 bis 100 mm.

17. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine Verhautung am oberen/vorderen und unteren/hinteren Ende.

18. Stopfen nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die Verwendung von Platten mit Extrusionshaut zum Ausschneiden der Stopfen.

19. Stopfen nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Nachschäumen der Stopfen an der Außenseite.

20. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch konische Stopfen und/oder taillierte Stopfen und/oder Stopfen mit Absätzen und/oder mehrschichtige Stopfen.

21. Stopfen nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Absätze eine Labyrinthdichtung bilden und/oder die weiteren Schichten koextrudiert und/oder aufkaschiert und/oder aufgeschäumt sind.

22. Stopfen nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die außen liegende Schicht am oberen und unteren Stopfenende eine Dichtschicht und/oder Trägerschicht bildet.

23. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch die Verwendung von Polypropylen.

24. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 23, gekennzeichnet durch die Verwendung von Beads.

25. Stopfen nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch Einfach-Dichtlippen innerhalb außen liegender Beadsdichtschichten und Doppelt-Dichtlippen an den Berührungsstellen der Beads innerhalb der Dichtschicht.

26. Stopfen nach Anspruch 24 oder 25, gekennzeichnet durch Beadsdurchmesser von 1 bis 8 mm.

27. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 26, gekennzeichnet durch ein Raumgewicht von 10 bis 300 kg pro Kubikmeter, vorzugsweise 60 bis 120 kg pro Kubikmeter für PP-Par­ tikelschaum und 50 bis 500 kg pro Kubikmeter für extrudierten PP-Schaum.

28. Stopfen nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch ein Raumgewicht von 70 bis 90 kg pro Kubikmeter für PP-Partikelschaum.

29. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 28, gekennzeichnet durch einen unregelmäßigen und/oder unrunden Stopfenquerschnitt.