DE2046958B2

DE2046958B2 - Aus Kunststoff gespritzter becherförmiger Behälter

Info

Publication number: DE2046958B2
Application number: DE2046958A
Authority: DE
Inventors: Keith Philip Don Mills Ontario Copping (Kanada)
Original assignee: Conlor Molding Systems Ltd
Current assignee: Conlor Molding Systems Ltd
Priority date: 1970-06-01
Filing date: 1970-09-23
Publication date: 1979-03-22
Also published as: DE2046958A1; US3679119A; CA938233A; DE2046958C3; GB1332344A

Description

Die Erfindung betrifft einen aus Kunststoff gespritzten becherförmigen Behälter mit einer den Boden und die Seitenwand des Behälters bildenden, foliendicken Wand gleichmäßiger Dicke und mit von einer im Boden des Behälters angeordneten Angußstelle strahlenförmig in Richtung auf den Rand des Behälters ausgehenden, aus der Wandfläche hervorstehenden Rippen.

Becher der vorstehend beschriebenen Art sind bekannt (DE-AS 12 70 324; US-PS 3169 688). Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit besteht die Forderung, daß derartige Behälter, insbesondere wenn es sich um Wegwerfbehälter für Getränke handelt, mit minimalen Kosten, d. h. also mit einem minimalen Aufwand an Kunststoff hergestellt werden können. Andererseits sollen diese Behälter eine ausreichende Festigkeit gegenüber den bei der Benutzung auftretenden Kräften, z. B. Biegekräften, haben.

Die Erfahrung bei der Herstellung von Behältern der gattungsgemäßen Art im Spritzgießverfahren hat gezeigt, daß häufig das eingentliche Kriterium für die Wandstärke der Behälter nicht die gewünschte Festigkeit ist, sondern die einwandfreie Formfüllung beim Spritzgießen. Aus diesem Grund werden bei den bekannten Behältern in der folienstark ausgebildeten Behälterwand aus der Wandfläche hervorstehende Rippen ausgebildet, die beim Spritzgießvorgang als Fließwege für das Kunststoffmaterial dienen. Dabei ist es als notwendig erachtet worden, diese Fließwege bzw.

die am fertigen Behälter entstehenden Rippen auf dem Weg des kürzesten Abstandes zwischen der Angußstelle und dem Behälterrand verlaufen zu lassen. Auch bei Anwendung dieser Maßnahme darf jedoch die minimule Wandstärke zwischen den Rippen nicht weniger als ein Zehntel des Rippenabstandes betragen, wenn eine einwandfreie Ausbildung der zwischen den Rippen liegenden Wandbereiche gewährleistet sein soll. Folglich ist der Materialbedarf der bekannten Behälter dieser Art noch verhältnismäßig hoch.

Zur vergleichbaren Bewertung des Materialbedarfes ist eine Verhältniszahl P_n eingeführt worden, die folgendermaßen definiert ist:

100.

Darin bedeuten W das Gewicht der Wand, R das Gewicht der Rippen und T das Gesamtgewicht des Behälters. Bei den leichtesten, im Handel erhältlichen Behältern nach der US-PS 3169 688 beträgt das Verhältnis P/R 2,56 bei einem Gesamtgewicht Tvon 9,6 Gramm. Daraus resultiert eine Verhäliniszahl P_n von 26,6. Es gilt allgemein, daß für die bekannten Behälter diese Verhältniszahl unter 40 liegen muß, wenn Schwierigkeiten bei der Werkzeugfüllung vermieden und eine zufriedenstellende Behälterfsstigkeit erzielt werden sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es. Behälter der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß sie eine Herabsetzung de? Materialbedarfes z. B. auf zwei Drittel oder darunter des Materialbedarfs der bekannten Behälter ermöglichen, ohne daß durch die damit einhergehende Verringerung der Wandstärke die Behälterfestigkeit verringert wird und Schwierigkeiten wegen unzureichender Werkzeugfüllung in den Wandbereichen bei der Spritzgießherstellung auftreten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Rippen sich auf der Seitenwand des Behälters unter einem Winkel auf beiden Seiten ;-u einer Linie des kürzesten Abstandes zwischen der Angußstelle und dem Rand erstrecken und ein sich kreuzendes Gitterwerk bilden, das die Seitenwand in vollständig von den Rippen umgebene Felder unterteilt.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Behälters dienen die das Gitterwerk bildenden Rippen ebenfalls als Fließwege für das Kunststoffmaterial beim Spritzgießvorgang. Die von den Rippen umgrenzten Felder oder Wandbereiche werden beim Sprilzgießvorgang von den Rippen aus mit Kunststoffmaterial von allen Richtungen her gespeist, so daß die Wanstärke im Bereich der Felder erheblich geringer sein kann als bei den bekannten Behältern. Das Gesamtvolumen der Felder erreicht iomit ein Minimum, macht jedoch trotzdem den größten Teil des hergestellten Behälters aus, weil die Rippen bezüglich ihrer Größe und folglich ihres Materialbedarfs entsprechend beschränkt werden können. Es ist auch möglich, die Rippen nunmehr in einem verhältnismäßig großen Abstand voneinander verlaufen zu lassen, ohne die geschilderten Schwierigkeiten beim Formvorgang hervorzurufen.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Rippen verbessert offenbar auch die Spannungsverhälinisse in dem Behälter im Augenblick der Erstarrung des Kunststoffmaterials in der noch geschlossenen Form. Denn infolge der erheblich geringeren Wandstärke in den Feldern einerseits und den Rippen andererseits erstarrt das Kunststoffmaterial in den Feldern zuerst, so

daß sich die dabei entstehenden Spannungen durch die Nachgiebigkeit des noch geschmolzenen Materials im Bereich der Rippen, die jedes Feld umgeben, abbauen können. Dadurch treten in den Feldern erheblich geringere Restspannungen auf. die außerdem voneinander noch durch die Abgrenzung jedes Feldes isoliert sind.

Im Rahmen der Erfindung haben somit die Rippen nicht nur eine konstruktive Funktion, die zur Erhöhung der Festigkeit beiträgt, sondern sie beeinflussen wesentlich auch den Herstellungsvorgang beim Spritzgießen.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung, bei der das Volumen der Rippen geringer als dasjenige der Wand ist. ist vorgesehen, daß das Volumen der Rippen geringer als zwei Zehntel des Volumens der Wand ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 3 und 4.

Die Herstellung eines Behälters gemäß der Erfindung (beanspruchter Behälter) wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zexhnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Fließverhallens des Kunststoffmaterials in einer Form bei Herstellung eines Behälters mit gerippter Wandkonstruktion nach dem Stand derTechnik;

Fig. 2 ein zu Fig. I analoges Fließschema bei Anordnung der Rippen unter einem Winkel A zu der Linie des kürzesten Abs'.andes zwischen Angußstelle und Bchälterrand;

Fig. 3 ein entsprechendes Fließschema, das das Prinzip des beanspruchten Behälters vollständig wiedergibt, bei dem die die Rippen bildenden Fließkanä-Ic ein im wesentlichen gleichwinkeliges Gitternetz bilden:

Fig.4 eine schematischc Darstellung der beim Einspritzvorgang wirkenden Kräfte, die das Fließen des Kunststoffmalerials in einem der viereckigen Felder steuern;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Behälters;

Fig. b zwei Formteile mit in einem Abstand voneinander parallel verlaufenden Fließkanälen, wobei die Formteile völlig aneinander anliegen;

F i g. 7 eine zu F i g. 6 analoge Darstellung, gemäß der die Form an der Trennlinie geringfügig geöffnet ist, um ein Fließen zu gestalten;

Fig. 8 eine vergrößerte Teilansicht einer Rippenkreuzung im Gitternetz;

F i g. 9 einen Schnitt längs der Linie 9-9 in F i g. 8 und

Fig. IO einen Schnitt längs der Linie 10-10 in F i g. 8 sowie einen Schnitt längs der Linie 10.)-10,), ebenfalls in F i g. 8.

In Fig. I stellt der Abstand h den kürzesten Weg zwischen einer Ausgangskante 10 und einer Endkan;e 11 dar, die durch eine Formwandung 12 definiert ist. Innerhalb der Kanten 10, 11 soll durch Einspritzen eines Kunststoffes eine dünne Kunststoffwand geformt werden, wobei das Kunststoffmaterial von einer Angußstclk 13 durch Fließkanäle 14 zu in verschiedenen seitlichen Abständen voneinander angeordneten Gängen 15 zum Formen der Rippen geleitet wird. So verläuft die theoretische Linie des kürzesten Abstandes von der Angußstelle 13 durch das Kunststoffmaterial des Behälters zu dessen Ende ausgehend von der Angußstelle 13 zur Ausgangskante 10 und durch die Gänge 15 zur Endkante II. Zwischen den Gängen 15 besteht ein Formspalt von gleichmäßiger und geringerer Dicke als im Bereich der Gänge 15. Infolge der geringeren Dicke der zu formenden Wand muß der Einspritzdruck erhöht werden. Sogar wenn die Gänge 15 sehr eng nebeneinander liegen, beträgt die minimale Wandstärke, die im Spritzgießverfahren hergestellt werden kann, noch immer ungefähr ein Zehntel des Abstandes w zwischen den Gängen 15. Aber auch dann sind Schwierigkeiten bei der Formfüllung zu erwarten und es besieht die Tendenz, daß die Wandbereiche nur teilweise geformt werden, wie dies durch Grenzlinien 16, 17 und 18 angedeutet ist. je enger die Gänge 15 aneinander liegen, desto leichter ist es möglich, sehr dünnwandige Behälter zu gießen.

Wie sieh aus F i g. 2 ergibt, besteht das Grundprinzip des beanspruchten Behälters darin, die Rippen in einem Winkel A zur Linie des kürzesten Abstandes h zwischen einer Ausgangskante 19 und einer Endkante 20 einer Wand verlaufen zu lassen, die durch eine Formwandung 21 begrenzt wird, wobei das an ein>T Angußstelle 22 eingespritzte Kunststoffmaterial duiti' Fließwege 23 zu einer Vielzahl von geneigt angeordntien. in einem Abstand parallel zueinander verlaufenden Gängen 24 für die Rippen gelangt. Dabei laufen die Gänge ?A in einem Winkel A zu der theoretischen Linie des kürzesten Abstandes zwischen der Angußstelle 22 und der Endkante 20. Diese Technik verlängert die Durchflußzeit des Kunststoffmaterials durch die Gänge 24 und gestattet eine geringere Fließgeschwindigkeit in den Wandbereichen 25 der zu bildenden Wand, so daß auf diese Weise der Gießvorgang der Wand gleichmäßiger Abläuft. Es hat sich gezeigt, daß eine bessere Steuerung der Formfüllung beim Spritzgießen einer Innenwand durch die in Fig. 2 gezeigte Technik erreicht werden kann, obwohl auch hier noch der Nachteil besteht, daß derart gerippte Behälter bei Qucrbelastung in Längsrichtung der Rippen besonders schwach sind.

In Fig. 3 ist das Prinzip der Herstellung des beanspruchten Behälters vollständig dargestellt. Kunststoffmaterial wird an einer Angußstelle 26 unter Druck eingespritzt und bewegt sich längs Fließkanälen 27 zu einer Ausgangskante 28 und steigt von da in einem Winkel zur Linie des kürzesten Abstandes h /.wischen der Ausgangskante 28 und dem Rand 29 der herzustellenden Wand auf. Die Wand wird begrenzt von der Formwandung 30 und ist gekennzeichnet durch übereinander liegende Rippen 31, 32, die ein sich kreuzendes Gitterwerk 33 bilden und die Wand in viereckige Felder 34 teilen, die von den Rippen 31. 32 vollständig umgebet, sind. Auf diese Weise wird jedes einzelne Feld 34 dadurch geformt, daß die angrenzen den Rippenkaiiäle Kunststoffmatcrial in das Feld eirbrii.gen, wie das in F i g. 4 durch die die Fließrichtung angebenden Pfeile 35,36,37 und 38 veranschaulicht im.

Die in den F i g. 3 und 4 erläuterte Technik dient dazu, den in Fig 5 gezeigten Becher zu formen, der in der Mitte 40 seines Bodens 41 eine Angußstelle 39 besitzt. Die Seitenwand 43 weist eine untere Kante 42 auf und erstreckt sich bis zu ihrem oberen Ende 44, wo sie einen Rand 45 bildet.

Die schematische Darstellung zweie^r Formteile gemäß F i g. 6 veranschaulicht einen Extremfall, bei dem der eine Formteil 46 längs der Teilungslinie 47 vollständig an dem anderen Formteil 48 anliegt, welcher in einem Abstand /voneinander laufende Fließkanäle 49, 50 aufweist. Bei dieser Formanordnung könnten lediglich in einem Abstand voneinander verlaufende

Rippen gegossen werden. Fs würde sich jedoch keine Wand zwischen denselben ausbilden.

Gemäß Fig./ sind die Formteile 46, 48 etwas voneinander entfernt und bilden einen Formspalt mit der Dicke Λ woraus sich die anhand den Fig. I. 2 beschriebenen Bedingungen ergeben. Bei geringer Spalklickc / ist der Fließwiderstand des Kunsistoffmaterials in den Fließkanälen 49, 50 geringer als im I ormspall. Deshalb soll zum Zweck der guten I ormfüllung der Abstand / zwischen den Fließkanälen 49. 50 nicht größer als etwa 10 ι sein. Bei Anwendung eines sein¹ hohen F.insprit/driickes kann /war ein größen.·!¹ Abstand /angenommen werden, um dadurch die Spaltdiikc ι möglichst klein /ti halten. |edoch wird aus den eingangs geschilderten Gründen die Wanddicke auch bei hohem Fiiisprit/druck in der Größenordnung von 1725 bar bei der Herstellung von Behältern nach dem Stand der Technik mindestens mil 0.4 ■> mm gewühlt. '/<t wüi Ci C Γ üintiii'ru LlOi" ί ι μ. I. 2 uusclll Ιυίιυπυΐι Sprii/gicßiechnik der im Fomispall fließende Kuriststoff einen verhältnismäßig längeren Weg zurücklegen muß, so daß es bei Vergrößerung des Abstandes / zwischen den Fließkanälen 49, 50 schwieriger wird, den dazwischenliegenden Wandbcreich zu füllen, bestchl bei der Ausbildung von Behältern nach dem Stand der Technik die Neigung, dickere und enger nebeneinander liegende vertikal gerichtete Fließkanäle 49, 50 und dadurch gebildete Rippen vorzusehen, als sie aus Konstruktionsgründen nötig wären. Die Herstellung des beanspruchten Behälters bewirkt gerade diesbezüglich cim; Verbesserung, da jedes. Feld 34 der Wand durch die Fließkanäle für die Rippen Jt, 32 umgeben ist und von allen Richtungen von diesen l'ließkanälcn aus gespeist wird, wobei der Zuführahstand /um Füllen der Felder 34 auf etwa die Hälfte ihrer geringsten Größe redu/iert wird.

I in Vergleich von beanspruchten Behältern (Bechern) gleicher Größe b/w. nach dem Stand tier Technik ergibt lias aus der loigenden ■! aheile hervorgehende Bild:

lic.insprLichtcr llenalltr

St,mil ilor
Icclmik ι Λ ι

St.inil ilvr
Technik lltl

H¹S-I¹S

I -OrIl. Wand	4.7	2..1	6.1
Äußere Wand der Rippen	(1.7	o.'J	IJ
Boden mit Fingußstellen Tür den Boden	(>.'<	0.5	(».'»
Rand	0.5	^l>.(, μ	0.5
Gesamtgewicht	6.Xg	2(..X	X.X μ
Verhältnis/ahl Tür die Auslühruni;	*>X.5	53.4

Die Behälter nach de:ii Stand der Technik (B) weisen keine seitlichen Versiarkungsrippen auf und ihre Wanddicke betragt eiwa 0.4 5mm. Solche Behälter w erden mit Hilfe von sehr hohe: Linsprit/drüeken eingestellt, besitzen jedoch im Vergleich /u den Behältern nach dem Stand der Technik (A) keine zufriedenstellende Festigkeit und spalten sich in vertikaler Richtung bei seitlichem Druck.

In der Tabelle sind auch die Vcrhältnis/ahlen P-angegeben, aus denen hervorgeht, daß die Verhältni·- /ahl P eines beanspruchten Behälters diejenigen nach dem Stand der Technik bei weitem übertrifft. Aus dem Vergleich ergibt sich, daß das Gesamtgewicht des beanspruchten Bechers weniger als 71 bis 78% des Gesamtgewichts der Behälter nach dem Stand der Technik beträgt. Die Festigkeit des beanspruchten Behälters entspricht in etwa derjenigen der Behälter nach dem Stand der Technik. Dies beruht nicht nur auf dem aus den Rippen 31, 32 bestehenden Gitterwerk. sondern offenbar auch auf Eigenschaften des Korns und der Fließrichtung, die sich aus der gitterartigen Füllung und Formung des erfindungsgemäßen Behälters ergeben.

In Fig.8 ist ein Ausschnitt aus der Wand eines beanspruchten Behälters dargestellt, wobei angenommen ist. daß das Wandfragment 51 durch Einspritzen eines thermoplastischen Kunststoffmaterials in Richtung des Pfeiles Kgegossen wird und in dieser Richtung geneigte Flächen zum Trennen des Behälters von der Form aufweist, in diesem FaIi steigen die Rippen 52,53. die unter einem gleichen Winkel Sin entgegengesetzten Richtungen geneigt sind, in bezug auf die Linie des kürzesten Ahstandes ·ιηιΙ in Richtung der l'ormfüllung (Pfeil )) nach außen von der Wandfläche 54 der darunterliegenden Wand 55 aus an. Die Wand 55 enthält die Felder 56, 57, 58 und 59. Die Oberseiten der Rippen 52, 53 sind so geformt, daß sie ein Ölfnen der Form und ein Ausstoßen des Behälters in Pfeilrichtung > ermöglichen. So ist bei dem in I ig. 10 gezeigten Kreuzungsbereich 60 der Rippen 52, 53 in einer Schnittebene 10-10 zu sehen, daß die Wandfläche 54 einen Abzugswinkel C in der Größenordnung von ungefähr 7 zu der Vertikalen 61 bildet. Die Oberseiten 62 der Rippen 52, 53 sind in einem Abzugswinkel D zur Vertikalen 61 geneigt, der in der Größenordnung von 2 bis 3 liegt, während die Unterseite 63 dieser Rippen einen größeren Winkel E in der Größenordnung von ungefähr 30 mit der Vertikalen 61 einschließt.

In F i g. 9 ist die Rippe 53 im Querschnitt gezeigt. Aus dieser Darstellung ergibt sich, daß die Höhe //der Rippe 53 dadurch gesteigert werden kann, daß deren offektive Breite w vergrößert und damit die wirksame Größe des zugeordneten viereckigen Feldes 55 verkleinert wird.

Das Gitterwerk 33 kann auch auf entgegengesetzten Seiten der Wand 55 vorgesehen sein. In einem solchen Fall verlaufen die Rippen in Spiralform im wesentlichen Parallel zueinander in einer Richtung auf jeder Wandfläche der Wand 55. jedoch entgegengesetzt zueinander. Dadurch beträgt die Decke des Kunststoffmaterials an einer Kreuzungsstelle der Rippen 2 h+ t, verglichen mit lediglich h+ r der Kreuzungsbereiche bei der Ausbildung des Gitterwerkes 33 auf einer Wandfläche 54.

Weiterhin versteht sich, daß ein Gitterwerk 33 von

Rippen auf beiden Wandflächen des Behälters vorgesehen sein kann, wobei die beiden Gitterwerke sich nicht zu decken brauchen, sondern gegeneinander versetzt sein können. Dadurch werden die von dem Gitterwerk gebildeten f'elder in ihrer Größe halbiert bzw. die

Größe der Felder kann verdoppelt werden, so daß die Rippenanzahl auf der Außenseite halbiert wird.

Die Behälter können rund oder quadratisch sein, wobei das Gitterwerk auch am Boden vorgesehen sein kann.

Hier/u 2 Hhitt Zcidiminiien

Claims

Patentansprüche:

1. Aus Kunststoff gespritzter, becherförmiger Behälter mit einer den Boden und die Seitenwand des Behälters bildenden, foliendicken Wand gleichmäßiger Dicke und mit von einer im Boden des Behälters angeordneten Angußstelle strahlenförmig in Richtung auf den Rand des Behälters ausgehenden, aus der Wandfläche hervors ehenden Rippen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (31, 32; 52, 53) sich auf der Seitenwand (43) des Behälters unter einem Winkel (A) auf beiden Seiten zu einer Linie des kürzesten Abstandes zwischen der Angußstelle (26; 39) und dem Rand (29; 45) erstrecken und ein sich kreuzendes Gitterwerk (33) bilden, das die Seitenwand (43) in vollständig von den Rippen (31,32; 52,53) umgebene Felder (34; 56 bis 59) unterteilt.

2. Behälter, bei dem das Volumen der Rippen geringer as das Volumen der Wand ist, nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Rippen (52, 53) geringer als zwei Zehntel des Volumens der Wand (55) ist.

3. Behälter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale, nicht gestützte Ausdehnung der Felder (56 bis 59) der Seitenwand (43) zwischen 10 / und 30 t beträgt, wobei / die Wanddicke ist.

4. Behälter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältniszahl (P_n) für die Ausführung, J\e das Verhältnis des Gewichts des für die Seitenwand (43) benötigten Kunststoffes, geteilt sowohl durvh das Gewicht der Rippen als auch durch das Gesamtgewicht des Behältprs und multipliziert mit 100 bezeichnet, größer als 40 ist.