DE2406545A1

DE2406545A1 - Verfahren zum formen eines teils aus thermoformbarer kunststoffolie

Info

Publication number: DE2406545A1
Application number: DE19742406545
Authority: DE
Inventors: Jack Brocklehurst
Original assignee: Plastona John Waddington Ltd
Current assignee: Plastona John Waddington Ltd
Priority date: 1973-10-12
Filing date: 1974-02-12
Publication date: 1975-04-17
Also published as: JPS5518602B2; JPS5078663A; SE7412817L; GB1490194A; FR2247325A1; NL7413434A; FR2247325B1; AU7423974A; BR7408539A; ZA746485B; SE407917B; BE820991A; CA1049723A

Description

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PATENTANWÄLTE
DR. CLAUS REJNLÄNOER

DIPL-ING. KLAUS BERNHARDT Heu

D- 8 MÖNCHEN 6Ö Μ· ΓβΟ. ORIHSTkASSE 12

PlO P2/G1 D

Plastona (John Waddington) Ltd,, Wakefield Road, Leeds LSlO 3TP, Yorkshire, Grossbritannien

Verfahren zum Formen eines Teils aus thermoformbarer Kunststofffolie

Priorität: 12. Oktober 1973, Grossbritannien, Aktz. 47 848/73

Die Erfindung bezieht sich auf das Formen von thermoformbarer Kunststoffolie.

Die Erfindung befaßt sich hauptsächlich, jedoch nicht ausschließlich, mit dem Formen von Teilen, beispielsweise von Behältern und Deckeln, wie sie in großen Stückzahlen zum Aufnehmen von Nahrungsmitteln und Getränken verwendet werden.

Es gibt, allgemein gesprochen, zwei bekannte Techniken für das Formen dieser Teile, nämlich erstens das Spritzgießen und zweitens die Thermoformung. Bei der erstgenannten Technik wird der Kunststoff im Fließzustand in eine passend geformte Hohlform eingespritzt,

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während bei der zweitgenannten Technik folien- oder plattenförmiger Kunststoff durch Wärmeeinwirkung erweicht und anschließend unter Anwendung von Druckluft und/oder unter Anwendung eines Vakuums so verformt wird, daß die erweichte Folie oder Platte die Form der Formoberfläche annimmt. Es ist bekannt, bei der letztgenannten Technik einen Kolben zu verwenden, der das Verformen unterstützt.

Spritzgießen hat den Vorteil, daß es zur Herstellung von Formteilen verwendet werden kann, die eine sich ändernde Wandstärke haben, während bei der Thermoformung gewöhnlich der Formteil eine gleichbleibende Wandstärke und beide Seiten des Formteils dieselbe Kontur haben. Spritzgießen hat jedoch den Nachteil, daß die Werkzeugkosten im Vergleich zu den Werkzeugkosten bei der Thermoformung relativ hoch sind.

Die Erfindung bezweckt, den Vorteil des Spritzgießens ohne den Nachteil hoher Werkzeugkosten zu erzielen.

Ein Verfahren zum Formen eines Teils aus thermoformbarer Kunststofffolie ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Folie durch Wärme erweicht wird, daß dann die erweichte Folie zwischen Anpaßformen gepreßt wird, um mindestens einen Bereich des Teils zu formen, daß in diesem Bereich der minimale Spalt zwischen den Formen kleiner ist als die Dicke der Folie und daß die Formen in bezug auf einander bewegt werden, um auf die Folie eine Scherwirkung auszuüben, wodurch überschüssiger erweichter Kunststoff in diesem Bereich gezwungen wird, die Form des diesem Bereich benachbarten Hohlraums anzunehmen.

Das Teil ist vorzugsweise ein ringförmiges Teil, welches gewöhnlich kreisförmig ist, obwohl das nicht erforderlich ist. Der überschüssige Kunststoff kann in eine ringförmige Ausnehmung des Hohlraums gepreßt werden, um eine Wulst (innen oder außen) an dem Teil zu bilden. Wenn das Teil ein Deckel ist, beispielsweise für einen Margarinebecher, kann die Wulst innerhalb eines Randes, der um die Oberseite des Bechers paßt, gebildet werden, um eine Einrichtung zu schaffen, durch welche

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der Deckel lösbar auf die Oberseite des Bechers geklemmt werden kann. Die Außenfläche des Randes kann mit einer Schulter versehen sein, um einen Ring für das Auseinanderziehen zu bilden, wenn die Deckel übereinanderstapelbar sind.

Die Erfindung ist bei jeder Form eines ringförmigen Teils anwendbar und ist besonders brauchbar, wenn, beispielsweise, für Verstärkungszwecke im Inneren oder Äußeren (oder beiden) des Behälters ein Verstärkungsrand geschaffen werden soll.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist Polypropylen mit einer Stärke von 0,76 mm (30/1000 Zoll) verwendet worden, und der minimale Spalt der Formen betrug lediglich 0,30 mm (12/1000 Zoll). Andere geeignete Materialien, die bei dem Verfahren nach der Erfindung verwendbar sind, sind Polystyrol und Polyvinylchlorid.

Der übrige Teil des Formteils kann bei Bedarf thermogeformt werden, obwohl der Mittel formteil durch Einspannen bzw. Pressen ohne Scherung zwischen den Formen gebildet werden kann.

Die Erfindung .erstreckt sich auch auf Formteile, die gemäß dem Verfahren nach der Erfindung geformt worden sind.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Form zum Formen eines. Teils aus thermoformbarer Kunststoffolie geschaffen, die eine Patrize und eine Matrize aufweist, welche so zusammengebracht werden können, daß sie zwischen sich die Kunststoffolie einspannen, um einen Bereich des Teils zu formen, indem das Kunststoffmaterial gepreßt wird, und indem darauf abgezielt wird, es zu verschieben, um es zu zwingen, das Profil der Hohlform in diesem Be- reich anzunehmen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

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Fig, 1 eine Ansicht in Aufriß und Schnitt eines Deckels, der gemäß der Erfindung hergestellt ist,

die Fig.

2 und 3 Ansichten in Aufriß und Schnitt einer Patrize bzw. einer Matrize,

die Fig.

4 und 5 vergrößerte Teilansichten in Aufriß und Schnitt der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Patrize bzw. Matrize,

die Fig. 6-8 als Einzelheit jeweils in Schnittansichten Schritte die bei der Formung des Randes des Deckels von Fig.I ausgeführt werden, und

d"je Fig. 9-11 zeigen in gleichen Ansichten wie in den Fig. 6-8. die Schritte, die bei der Formung eines Deckelrandes mit geringfügig unterschiedlicher Konfiguration ausgeführt werden.

In Fig. 1 ist eine Ansicht in Aufriß und Schnitt eines Deckels IO aus Kunstharzpreßstoff oder Kunststoff dargestellt, der durch die Patrize und die Matrize, die in den Fig. 2 bzw. 3 gezeigt sind, gemäß der Erfindung geformt wird. Der Deckel 10 hat eine kreisförmige Konfiguration, und der in Fig. 1 gezeigte Schnitt ist durch einen Durchmesser geführt. Der Deckel hat einen zentralen kreisförmigen Oberteil 12, der eben ist und mit einem Randteil 14 ein gemeinsames Teil bildet, Der dargestellte Randteil hat einen aufwärtsgerichteten inneren Randteil 16, einen Oberteil 18 und einen sich abwärts erstreckenden äußeren Teil 20. Der Deckel hat eine gleichbleibende Wandstärke, und zwar mit Ausnahme der axialen Länge des äußeren Randteils 20, der gemäß dem Verfahren nach der Erfindung geformt ist. Auf der Außenseite ist der Randteil 20 mit einer Schulter 22 versehen, während er auf der Innenseite mit einer Klemmwulst 24 versehen ist. Diese Wulst dient zum Einrasten an der Oberseite eines Bechers

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(in Fig. 1 durch gestrichelte Linien angegeben), dessen Oberseite durch den Deckel verschlossen werden soll, während die Schulter 22 als ein Ring für das Auseinanderziehen dient, auf welchem der benachbarte Deckel von gleicher Konfiguration ruht,' wenn die Deckel ineinander gesteckt sind, wie bei 25 in Fig. 1 gezeigt.

Gemäß den Fig. 2 bis 5 und zunächst den Fig. .2 und 4 hat der Stempel bzw. die Patrize 28 einen kreisförmigen Querschnitt und ist mit einem erhabenen kreisförmigen Mittelteil 30 versehen, welcher eine obere Ausnehmung 32 hat, so daß ein vorstehender Rand gebildet ist, der das Innere des Randteils 14 in dem fertigen Formteil formt. Das Außenprofil des Mittelteils 30, welches als vergrößerte Einzelheit in Fig. 4 gezeigt ist, weist zwei versetzte Wandbereiche 34 und 36 auf, die auf unterschiedlichen Durchmessern liegen und durch eine Kreisschnittnut 38 miteinander verbunden sind. Der Stempel 28 ist mit Bohrungen 40 und 42 und mit gebohrten Durchlässen 44 und 46 (vgl. Fiα. 4) versehen, welch letztere während des Formungsvorganges das

Die in den "Fig. 3 und 5 dargestellte Matrize ist zu der in den Fig. 2 und 4 dargestellten Patrize komplementär. Diese Matrize, die in den Zeichnungen die Bezugszahl 48 trägt, hat ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt und ist mit einer Nut 50 zur Aufnahme des Mittelteils 30 der Patrize 25 versehen. Diese Nut 50 wird durch innere und äußere Unifangswände begrenzt. Die äußere

Unifangswand, wie in Fig. 5 deutlich gezeigt, besteht aus zwei versetzten Wandteilen 52 und 54, die durch eine Schulter 56 miteinander verbunden sind. Die Wandteile 52 und 54 haben unterschiedliche Durchmesser . Die die Nut 50 begrenzende innere Wand ist durch einen kreisförmigen Ansatz 56 gebildet. Die Matrize 48 ist mit Bohrungen 58 und 60 versehen, damit während des Formungsvorganges Luft durch Kanäle 62 (vgl. Fig. 5) austreten kann.

In Fig. 4 sind mit strichpunktierten Linien die Relativpositionen der Patrize und der Matrize während des Formungsvorganges gezeigt.

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Zur Erläuterung des Formungsvorganges, mindestens so weit es das Formen des Randes 20 betrifft, wird im folgenden auf die Fig. 6 .bis 8 Bezug genommen.

Bei dem FormungsVorgang wird eine umzuformende Folie 66 (der in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendete Ausdruck Folie umfaßt selbstverständlich auch dünne Platten) durch Wärmeeinwirkung erweicht und anschließend zwischen die Patrize 28 und die Matrize 48 eingespannt, die in die in den Fig. 4 und 8 dargestellten Relativpositionen gebracht werden. In dieser Position ist der radiale Abstand zwischen dem Wandteil 34 und dem Wandteil 52 kleiner als die Stärke der Folie vor dem Umformen, und demgemäß ist, wenn die Matrize und die Patrize in diese Position gebracht werden, ein Überschuß an erweichtem Kunststoff vorhanden, der aus diesem Bereich heraus in den Hohlraumbereich mit größerem Querschnitt hinein ausgeschieden wird, der durch die Nut. 38 und durch das Versetzen des Wandteils 54 in bezug auf den Wandteil 52 gebildet ist.

Erweichter Kunststoff wird zu dem gewünschten Profil umgeformt und wird zwischen der Matrize 48 und der Patrize 28 einer Schub- bzw. Scherwirkung ausgesezt, indem die Matrize und die Patrize in bezug aufeinander verschoben werden, wie durch Pfeile 68 in den Fig. 6, 7 und 8 angegeben. Die Nut 38 formt die Wulst 24 und die Schulter schafft die Schulter 22 für das Auseinanderziehen der Deckel. Die obere Wand 12 des Deckels 10 wird durch Thermoformung gebildet, beispielsweise durch Einleiten eines Gases, wie etwa Druckluft, durch eine zentrale öffnung 64 in der Matrize 48, um den Kunststoff auf die Grundfläche der in dem erhabenen Teil 30 der Patrize gebildeten Ausnehmung zu pressen.

Die Fig. 9, 10 und 11 zeigen ähnlich wie die Fig. 6, 7 und 8, wie die Erfindung angewendet wird, um den Rand eines Deckels ähnlich dem Rand 20 des Deckels von Fig. 1 zu bilden, jedoch mit einer geringfügig . unterschiedlichen Konfiguration. Die in den Fig. 9, 10 und 11 darge-

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stellten Teile tragen dieselben Bezugszahlen wie entsprechende Teile in den Fig. 6,.7 und 8, jedoch mit dem hinzugefügten Suffix A.

Die in den Fig. 9, 10 und 11 gezeigten Patrizen und Matrizen dienen zum Herstellen eines kegel stumpfförmigen Randes. Zu diesem Zweck hat die Matrize 48 eine eben kegel stumpfförmige Fläche 52A, während die Patrize 28A einen kegel stumpfförmigen Teil hat, der durch Ringflächen 34A und 36A gebildet ist, die durch die Nut 38A zum Formen der Wulst 24A miteinander verbunden sind. Wie bei dem Beispiel in den.Fig. 6, 7 und 8 wird der weiche Kunststoff 66A zu einer Kegel stumpfform mit einer inneren Wulst geformt, indem er einer Verschiebungs- bzw·. Scherwirkung, wie durch Pfeile 68A angegeben, und einer Preß- bzw. Quetschwirkung ausgesetzt wird, und zwar aufgrund des am Ende vorhandenen Spaltes zwischen den kegelstumpf förmi gen Flächen 52A und 34A, 36A. Durch diese Wirkung wird ein örtliches Fließpressen des Kunststoffes in die Nut 38A hinein erzielt, um die Wulst 24A zu bilden.

Es ist zu ersehen, daß mit den Ausführungsformen der Erfindung ein Verfahren zum Formen von Kunststoff durch eine Formgebungstechnik geschaffen wird, bei welcher es sich zwar nicht um Spritzgießen handelt, welche aber trotzdem das Bilden von Wandprofilen gestattet, die auf den betreffenden Seiten der Wand eines besonderen Formteils sich in ihrer Form unterscheiden. Die Erfindung kann auf tiefgezogene Formteile angewendet werden; außerdem kann es sein, daß nur der obere Bereich solcher Formteile eine spezielle Formgebung durch ein Verfahren nach der Erfindung erfordert.

Bei den Ausführungsformen der Erfindung ist zwar dargelegt worden, daß eine gewissen Thermoformung verwendet wird, das ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.

Bei den beschriebenen Beispielen beträgt der Spalt zwischen Wandteil 34 und 34A und Wandteil 53 und 53A in der Einspannstellung angenähert 0,38 mm (15/1000 Zoll), während die Folie 6 in einer Stärke von 0,76 mm

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(30/1000" ) verwendet wird. Es gibt zwar keine äußeren Grenzen der Stärke der Folie für die Erfindung, es ist jedoch unwahrscheinlich, daß auf dem Gebiet der Haushaltsbehälter die Folienstärke außerhalb des Bereiches von 0,25 mm bis 1,52 mm (10/1000"_bis 60/1000") liegt.

Die Ausführungsformen der Erfindung haben in bezug auf ihre Anwendung bei der Bildung von Deckeln zahlreiche Vorteile, und zwar ist es durch das Verfahren nach der Erfindung möglich, eine ziemlich konstante Abmessung für den Klemmring 24 oder 24A zu erzielen, indem der Kunststoff in die Nut 38 oder 38A gepreßt wird. Wenn zur Bildung eines solchen Klemmringes herkömmliche Thermoformungstechniken verwendet werden, so kann sich bei dem Durchmesser des Ringes eine Unbeständigkeit ergeben.

Außerdem kann das Vorsehen einer Wulst 24 oder 24A an dem Rand 20 oder 20A zum Verstärken des Außenrandes dienen, der die Klemmhalterung auf dem Becher bildet, den der Deckel verschließt. Dadurch wird die Griffähigkeit des Deckels beim Abziehen desselben von dem Becher verbessert. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine Technik geschaffen wird, die, obwohl sie in etwa mit dem Preßformen vergleichbar ist, es trotzdem ermöglicht, daß das fertiggestellte Formteil einen Bereich haben kann, dessen Wandstärke größer ist als die anfängliche Stärke des Ausgangsmaterials. Bei derartigen Techniken wird das Material durch Scher- und Quetschwirkung umgeformt, die es ermöglicht, daß zwischen der Matrize und der Patrize ein örtliches Fließpressen des Materials stattfindet.

Die Formteile können jede gewünschte Zeitspanne lang in den geschlossenen Formen gehalten werden, damit die Formteile.abgekühlt werden können, was beispielsweise durch erzwungene Kühlung erfolgt, indem ein Kühlfluid, z.B. Luft, über die Formteile geleitet wird, oder dadurch, daß Kühlflüssigkeit durch geeignet geformte Kühl kanal e in den Formteilen hindurchgedrückt wird. Das Verfahren kann bei jeder Form von thermoformbarem Kunststoff einschließlich Polystyrol, PVC, Polyäthylen, Polypropylen usw. angewendet werden.

-Patenansprüche - 9 -

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Claims

Patentansprüche:

Verfahren zum Formen eines Teils aus thermoformbarer Kunststofffolie, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie durch Wärme erweicht wird, daß dann die erweichte Folie zwischen Anpaßformen gepreßt wird, um mindestens einen Bereich des Teils zu formen, daß in diesem Bereich der minimale Spalt zwischen den Formen kleiner ist als die Dicke der Folie und daß die Formen in bezug auf einander bewegt werden, um auf die Folie eine Scherwirkung auszuüben, wodurch überschüssiger erweichter Kunststoff in diesem Bereich gezwungen wird, die Form des diesem benachbarten Hohlraums anzunehmen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein kreisförmiges Teil geformt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil ein Deckel für einen Haushaltsbehälter ist und daß der genannte Bereich ein Rand des Deckels ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Randes dadurch mit einer Wulst versehen wird, daß überschüssiger Kunststoff in eine Nut gepreßt wird, die in der Form gebildet ist und einen Teil der Hohl form bildet.
5. Verfahren nach einem dar Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie vor dem Pressen eine Stärke von 0,25 mm bis 1,52 mm (10/1000 Zoll bis 60/1000 Zoll) hat.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der übrige Teil des Formteils, während dieses sich in der Form befindet, durch Thermoformung und/oder durch Pressen gebildet wird.

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7. Form zum Formen eines Teils aus thermoformbarer Kunststofffolie, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Patrize und eine •Matrize, die so zusammengebracht werden können, daß sie zwischen sich die Kunststoffolie einspannen, um einen Bereich des Teils zu formen, indem das Kunststoffmaterial gepreßt wird und indem darauf abgezielt wird, es zu verschieben, um es zu zwingen, das Profil der Hohl form in diesem Bereich anzunehmen,
8. Form nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß sie so ausgebildet ist, daß ein weiterer Bereich oder der übrige Teil des Formteils in derselben Form thermogeformt werden kann,
9. Formteil, hergestellt gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder mit einer Form nach Anspruch 7 oder 8.

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