DE2313501B2

DE2313501B2 - Vorformstempel zum Herstellen von dünnwandigen becherförmigen Hohlkörpern

Info

Publication number: DE2313501B2
Application number: DE2313501A
Authority: DE
Inventors: Gerrit Van Der Gaag; Thomas Carolus Tomey
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1972-03-21
Filing date: 1973-03-19
Publication date: 1980-08-14
Also published as: GB1378945A; JPS4914575A; DE2313501A1; US3859028A; NL7303780A; DK154015B; DE2313501C3; NL174916C; CA1006311A; ZA731907B; CH551265A; AU468452B2; IT984423B; FR2176872B1; DK154015C; BE796600A; BR7301933D0; NL174916B; JPS531790B2; AU5346973A

Description

Die Erfindung betrifft einen Vorformstempel zum Herstellen von dünnwandigen, becherförmigen Hohlkörpern mit ebenem Boden und ungefähr rechteckigem, quadratischem oder vieleckigem Querschnitt aus Folie aus Polypropylen nach dem Streckformverfahren mit mechanischer Warm-Vorstreckung und Überdruck-Nachstrcckung bei einer unterhalb der Schmelztemperatur der Folie liegenden Festphasen-Temperatur in eine Formmatrize.

Aus thermoplastischen Folien aus Polyäthylen niedriger Dichte, Polyvinylchlorid, Acrylnitril-Butadien-Styrol und Polystyrol werden nach dem Streckformverfahren mit mechanischer Warm-Vorstrekkung und Überdruck-Nachstreckung bei einer oberhalb der Erweichungs- oder Schmelztemperatur der Folie liegenden Schmelzphasen-Temperatur dünne Verpackungsbehälter od. dgl. großtechnisch mit hoher Ausstoßrate hergestellt. Es ist jedoch bisher auf diese Weise nicht gelungen, ausreichend dünne Folien aus Polypropylen und Polyäthylen hoher Dichter zufriedenstellend großtechnisch zu Behältern für Verpackungszwecke, z. B. für Quark, Fleischsalat od. dgl., zu verarbeiten, da diese Folien im Gegensatz zu den zuvor genannten anderen Folien kristallin oder weitgehend kristallin sind und sich beim Verformen nicht so wie die anderen Folien verhalten, so daß dünne, ausreichend stabile Behälter, insbesondere Einweg-Verpackungsbehälter, mit gleichmäßiger Wandstärke nicht erzielbar sind.

Die Herstellung von Behältern mit etwa ebenem Boden und mit gleichmäßiger Wandstärke ist besonders schwierig bei solchen mit geringer Wandstärke. Es ist das Bemühen der Konstrukteure von Streckformvorrichtungen, dem Vorformstempel eine an die Gestalt der VorlOrmmatrize angepaßte Formgebung zu geben, die möglichst gleichmäßige Wandstärken und einen niedrigen Druckluftverbrauch gewährleisten.

Die im allgemeinen unterschiedliche Wandstärke ist vielfach auf eine ungleichmäßige Dehnung der Folie beim Vorforrnen zurückzuführen. Eine ungleichmäßige Wandstärke, die insbesondere bei Behältern mit sich schneidenden Wandflächen bzw. Ecken festzustellen ist, ist aus einer Reihe von Gründen nachteilig. Sie führt zu ungleichmäßiger Festigkeit und Starrheit und beeinträchtigt ein einwandfreies Stapeln der Gegenstände. Ferner erfordert das Bedrucken von Seitenwänden der Behälter enge Dickentoleranzen. Bei Verwendung eines durchsichtigen Werkstoffs werden Wandstärkeunterschiede als uneinheitliche Transparenz der Wandflächen sichtbar.

Die ungleichmäßige Dehnung der Folie beim Verformen ist auch dadurch bedingt, daß beim Eindrükken des Vorformstempels in die Formmatrize die sich

ίο an den Vorformstempel anlegenden Folienabschnitte einer geringeren Dehnungsspannung ausgesetzt sind als die nicht anliegenden Folienabschnitte.

Für die Herstellung von Verpackungsbehältern mit etwa rechteckigem Querschnitt und ebenem Boden aus thermoplastischen Folien bei über deren Schmelztemperatur liegenden Temperaturen (Schmelzphase) ist zur Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Wandstärke ein Vorformstempel mit zur Stempelachse hin eingezogenen Bereichen bekannt, der nach einem pneumatischen Vorstrecken zur Wirkung kommt (US-PS 3 568 254). Die Folienabschnitte, welche die eingezogenen Bereiche überspannen, sind wegen fehlender Anhaftung am Vorformstempel in erhöhtem Maße fließfähig. Daher wird eine gleichmäßigere Foliendehnung und gleichmäßigere Wandstärke erzielt. Die eingezogenen Bereiche erstrecken sich jedoch über die gesamte wirksame Länge des Vorformstempels, -wobei die eingezogenen Stempelwandflächen im wesentlichen senkrecht auf die beim Eindrücken des Vorformstempels vordere Stirnfläche des Stempels auftreffen. Die ebene Stirnfläche des Stempels, die am Rand etwas abgerundet ist, trifft bereits zu Beginn der mechanischen Vorformung auf die thermoplastische Folie auf, da diese vom Inneren der Formmatrize her zunächst mit Überdruck pneumatisch vorgestreckt wird und sich ballonartig auswölbt, so daß der entsprechende zentrale Folienabschnitt, welcher der Ausbildung des Bodens des herzustellenden Hohlkörpers dient, nur geringer gedehnt wird. Mit

4(i diesem Vorformstempel lassen sich Folien aus Polypropylen nicht einwandfrei verarbeiten.

Es ist auch bereits ein Vorformstempel für die Herstellung von im Querschnitt kreisförmigen Behältern mit ebenem Boden und am Bodenrand sehr stark abgerundeter Kante nach dem Vakuum-Streckformverfahren mit mechanischer Vorstreckung und Vakuum-Nachstreckung bekannt, der anstelle einer vorderen ebenen Stirnfläche ein vorderes halbkugelförmiges Ende aufweist, an das sich ein kreiszylindrischer hinterer Stempelabschnitt anschließt (A.Thiel, Grundzüge der Vakuum-Verformung, Rudolf Zechner Verlag, Speyer/Rhein, 1957, Seite 72-77). Dieser Vorformstempel weist keinerlei eingezogene Bereiche im zylindrischen Teil auf. Mit diesem Vorformstempel lassen sich keine becherförmigen Hohlkörper mit rechteckigem, quadratischem oder ähnlichem Querschnitt mit allseits gleichmäßiger Wandstärke herstellen.

Ein solcher zylindrischer Vorformstempel mit konvex geformter Stirnfläche läßt sich für die Herstellung von becherförmigen Hohlkörpern mit kreisförmigem Querschnitt verwenden, wenn eine Polypropylenfolie mit einem Schmelzindex, von über 0,7 nur bis unterhalb ihres Schmelzpunktes erwärmt und nach dem Vorstrecken mit einem Druck von mindestens 5,5 bar nachgestrecki wird. Die Herstellung derartiger dünnwandiger becherförmiger Polypropylen-Hohlkörper ist nicht Gegenstand des Patents.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vorformstempel zum Herstellen von dünnwandigen becherförmigen Hohlkörpern mit ebenem Boden und ungefähr rechteckigem, quadratischem oder vieleckigem Querschnitt aus Polypropylen.folie nach dem Streckformverfahren mit mechanischer Warm-Vorstreckung und Überdruck-Nachstreckung bei einer unterhalb der Schmelztemperatur der Folie liegeuden Festphasen-Temperatur zu schaffen, mit der sich die Hohlkörper mit im wesentlichen gleichmäßiger Wandstärke, insbesondere auch im Bereich der Behälterecken, großtechnisch schnell herstellen lassen.

Zur Lösung diese! Aufgabe wird die Kombination der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs vorgeschlagen.

Bei dem Vorformstempel nach der Erfindung sind die eingezogenen Stempelseitenwände hinter einem von Einziehungen freien konvexen vorderen Stempelende ausgebildet. Beim Eindrücken oes Stempels in die Folie bzw. die Formmatrize legt sich die Folie, wie bekannt, zunächst mit einer stark verringerten Berührungsfläche am Vorformstempel an, so daß die Reibungsberührung zwischen der Folie und dem Stempel zunächst gering ist. Während der Vorformung kann sich die Folie über weitere Bereiche als bei Verwendung der bekannten Vorformstempel, gleichmäßig dehnen, was zu Behälterwänden von im wesentlichen gleichmäßiger Wandstärke führt. Insbesondere werden aber die Ecken und Kanten am fertigen Behälter weniger dünn als bisher, was deswegen besonders bedeutsam ist, weil die Festigkeit der hergestellten Hohlkörper oder Behälter überwiegend durch die Ecken und Kanten bestimmt wird, die auch beim Stapeln von gefüllten Behältern im Sinne von Stapelstützen wirken. Die erstrebte Verlagerung Jes thermoplastischen Kunststoffs am Boden zu den Seitenwänden des Behälters wird begünstigt, wenn das konvexe Stempelende eine ziemlich scharfe Spitze bildet, die natürlich abgerundet ist. Das »spitze« bzw. lange Stempelende verringert nämlich die Berührungsfläche mit der Folie während eines Teils der Vorformphase. Ebenfalls werden gute Ergebnisse erzielt, wenn die Einziehungen am hinteren Stempelabschnitt sich über 70% bis nahe 100% der Umfangsbreite der Stempelwandflächen erstrecken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer Formmatrize zum Herstellen quadratischer Behälter mit ebenem Boden,

Fig. 2 eine Seitenansicht des in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung verwendeten Vorformstempels,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-!M durch den in Fig. 2 dargestellten Vorformstempel und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines mit dem Vorformstempel nach der Erfindung hergestellten Behälters mit quadratischem Querschnitt.

Fi g. 1 zeigt im senkrechten Querschnitt eine Formmatrize 10 mit einer offenen Formhöhlung 11 und mit im Boden ausgebildeten Luftbohrungen 12. Über die Formhöhlung 11 ist eine erhitzte Polypropylenfolie 13 gelegt, welche mit einem Klemmring 14 gegen die Formmatrize geklemmt ist. Die Gestalt der Formhöhlung entspricht der des in Fig. 4 dargestellten und in der Form zu erzeugenden Behälters. Ein in senkrechter Richtung auf- und abbewegbarer Vorformstempel 15 läßt sich mi weit auf die eingeklemmte Folie 13 absenken, bis das untere E".ndedes Stempels wenige Millimeter über dem Boden der Formhöhlung 11 steht. Sodann wird durch im Vorformstempel ausgebildete Luftkanäle 16 Druckluft eingeblasen, um die vom Vorformstempel in die Fo«-mhöhlung gedehnte Folie an die Innenwand der Formmatrize anzupressen, wobei die zwischen der Folie und den Wänden befindliche Luft durch die Luftbohrungen 12 ausgestoßen wird. Einzelheiten des Aufbaus, wie z. B. die Antriebe für den Vorformstempel und den Klemmring sowie

ίο Heizkanäle oder Heizelemente für Stempel und Formmatrize, sind allgemein bekannt. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Vorformstempels 15 ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt.

Der Vorformstempel 15 weist eine Stempelplatte 16', eine Randformplatte 17 und einen Stempelkörper 18 auf. Dieser Stempelkörper 18 ist der Teil des Vorformstempels 15, der in die Formhöhlung 11 eindringt. Der weitere Abschnitt des Stempelkörpers 18 hat im Querschnitt die in Fig. 3 gezeichnete Gestalt.

Sie ist bestimmt durch abgerundete Ecken 19 und eingewölbte Seitenflächen oder Einziehungen 20. Beim dargestellten Beispiel erstreckt sich die Einziehung 20 über 100% der Umfangsbreite der Stempelwandfläche. Der dem Boden der Formmatrize zugewandte vordere Abschnitt der Länge des Stempels ist von einem sich konvex verjüngenden Stempelende gebildet, das im waagerechten Schnitt eine Kreis- und im senkrechten Schnitt eine Parabel-Gestalt aufweist. Die Spitze des Stempels ist voll abgerundet.

3<i Wird die Folie mit dem Stempel in die Foi mhöhlung gezogen oder vorgestreckt, so hat sie mit der oberen Hälfte des Stempels nur an den vier Ecken 19 Berührung. Daher läßt sich die Folie zwischen den Ecken gleichmäßig sowohl in waagerechter als auch senkrechter Richtung dehnen. Die parabolische Gestalt des unteren Stempelendes verkleinert ebenfalls die Berührungsfläche zwischen Folie und Stempel und begünstigt dadurch eine gleichmäßigere Dehnung des Folienmittelstücks.

Beispiel

Der in Fig. 4 dargestellte Behälter wurde erfindungsgemäß aus einer 0,7 mm dicken Polypropylen-Folie bei einer Temperatur von 150° C geformt. Der Schmelzpunkt des Polypropylens lag bei 168° C. Die Breite des Behälters betrug oben 80 mm, am Boden 63 mm und die Tiefe 65 mm. Sein Rauminhalt war 250 cm¹. Zum Formen des Behälters wurde der in Fig. 2 und 3 dargestellte Stempel verwendet und auf

so 140 bis 145° C erwärmt. Die Dicke der Behälterwand wurde sowohl in der Mitte einer Seitenwand als auch in einer Ecke, jeweils vom unteren Behälterrand aus mit jeweils 1 cm Abstand nach oben gehend gemessen. Die Meßwerte sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt.

Wanddicke in mm

Seitenwand

Ecke

Mi oberer Rand	0,50	0,57
	0,30	0,30
	0,30	0,30
	0,40	0,40
	0,50	0,50
	0,50	0,50
unterer Rand	0,30	0,30

Der gleiche Behälter wurde unter ähnlichen Bedingungen, jedoch unter Verwendung eines - nicht erl'in-

dungsgemäß - vollständig als Paraboloid gestalteten Stempels geformt. Die in diesem Fall gemessenen Wanddicken sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen.

Wanddicke in mm

oberer Rand

Seitenwand

Ecke

0,40
0,30

0,50 0,40 oberer Rand

unterer Rand

Wanddicke in mm

Seitenwand

0,30
0,35
0,45
0,35
0,25

Ecke

0,30 0,25 0,30 0,25 0,10

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

23 13 5Oi

Patentanspruch:

Vorformstempel zum Herstellen von dünnwandigen, becherförmigen Hohlkörpern mit ebenem Boden und ungefähr rechteckigem, quadratischem oder vieleckigem Querschnitt aus Folie aus Polypropylen nach dem Streckformverfahren mit mechanischer Warm-Vorstreckung und Überdruck-Nachstreckung bei einer unterhalb der Schmelztemperatur der Folie liegenden Festphasen-Temperatur in eine Formmatrize, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformstempel (15) über einen hinteren Abschnitt seiner Länge in ebenen Wandflächen der Formmatrize (10) gegenüberliegenden Beireichen eine zur Stempel achse hin eingezogene Querschnittskontur (19, 20) aufweist und daß sein dem Boden de· Formmatrire (10) zugewandter vorderer Abschnitt seiner Länge von einem sich konvex verjüngenden Stempelende gebildet ist.