DE2417686A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von behaeltern mit hohlboden - Google Patents

Description

• Beschreibung Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Behältern mit Hohlboden Dünnwandige, oben offene Behälter aus Kunststoff mit Hohlboden werden in zunehmendem Maße zur- Verpackung von Nahrungs- und Genußmitteln sowie anderen Füllgütern eingesetzt.
• Auch als Trinkbecher, beispie sweise bei der Automatenabfüllung von Erfrischungsgetränken werden sie gerne verwendet. Der Hohlboden bringt den u.a, Vorteil, daß das verpackte Gut besser von der Standfläche des Behälters isoliert ist, was vor allem bei warm oder kalt zu haltenden Verpackungsgütern interessiert, beispielsweise bei der hbfüllung von Heißgetränken oder Eis. Der durch Herstellung des Hohlbodens entstehende doppelwandige'Standring vermittelt dem Behärter bessere mechanische Stabilität und Standfestigkeit und das ansehnlichere Äußere gegenüber Behältern gleichen Inhalts ohne Hohlboden vermittelt einen erhöhten Erwerbsanreiz für die verpackte Ware.
• Für die Herstellung von Behältern mit Hohlboden durch Tiefziehen thermoplastischer Kunststoffolien sind schon eine Reihe Verfahren vorgeschlagen worden.
• So beschreibt die DT-AS 1 291 469 die Herstellung einer Vorform durch Vorstrecken mit Stempel und anschließendem pneumatischem Tiefziehen, danach Formung des Hohlbodens zwischen dem Vorstreckstempel und einem Unterstempel, wobei das zu verformende Bodenteil warmgehalten bzw. geheizt werden muß. Am Schluß der Formung soll der Boden mit der etwas einspringenden Behälterwand verschweissen. Danach wird abgekühlt, wobei der Boden soweit schrumpfen soll, daß er außerhalb des Einsprungbereiches der Behälterwand kommt und einen so kleinen Innendurchmesser des Hohlbodens erhält, daß der Unterstempel den Standring des fertig geformten Behälters erfaßt und diesen auswirft. Die Formung des Hohlbodens ann auch pneumatisch erfolgen, wobei der Vor- 5 treckstempel als obere Begrenzungsfläche der Hohlboden form benutzt wird.
• In der DT-AS 1 242 847 wird vorgeschlagen, einen Becher mit Hohlboden durch Tiefziehen einer Kunststoff- oder Metallfolie in eine Becherform und anschließendes Einstülpen des zylindrisch tiefgezogenen Bodenbereiches mittels eines von der Bodenseite her eingedrückten Stempels vorzunehmen, wobei die zu stülpende Wandung des Bodenbereiches in kaltem Zustand über die Kante eines in den Stülpbereich eingeführten dünnwandigen Kragens gezogen und der Kragen anschließend aus dem Becher entfernt wird.
• Die DT-AS 1 299 853 endlich beschreibt ein ähnliches Verfahren, wie die vorgenannte DT-AS 1 291 469 mit dem Unterschied, daß der Vorformling am Boden auf eine wärmere Formfläche gedrückt wird, in einem ringför; migen Bereich zwischen Boden und späterer Behälterwand von kühlenden Formflächen freigehalten wird und der Hohlboden mittels eines von unten her wirkenden Stempels geformt wird, wobei ein noch von der Verformung her wirkender Innendruck das feste Anliegen des geformten Behälters an Hohl form und Unterstempel bewirkt.
• Alle diese Verfahren haben verschiedene Nachteile. Es muß fast immer mit zwei Formstempeln gearbeitet werden, es sind unterschiedliche Temperierungen der verschiedenen Formflächen erforderlich, wobei während eines Formvorganges die gleiche Formfläche erst beheizt und dann gekühlt werden muß. Immer erfolgt die Formung in mehr als zwei verschiedenen Arbeitstakten, wobei durch die Notwendigkeit unterschiedlicher Temperierung einer bestimmten Stelle im Verlauf der Formung, insbesondere bei dem Nachschrumpf-Prozeß, den die DT-AS 1 291 469 beschreibt, relativ lange Taktzeiten erforderlich sind, was die Formkapazität empfindlich beeinflußt.
• Für die Formung sind relativ komplizierte Vorrichtungen und Bewegungsmechanismen erforderlich, wodurch die Störanfälligkeit der Formmaschinen und deren Herstel lungskosten erhöht werden.
• Keines dieser bekannten Verfahren ermöglicht die Herstellung von Behältern aus undurchsichtigen Fo'lien, bei denen ohne Schwierigkeiten die Höhe des Hohlbodens und damit das wahre Füllvolumen sofort erkannt werden kann. Solche Behälter werden aber aus verschiedenen Gründen, die in dem DT-Gbm 7042062 näher erläutert sind, verlangt. Hinzu kommt, daß neuerdings von Seiten des Gesetzgebers Bestrebungen zu erkennen sind, Verpackungen, deren wahre Füllmenge aufgrund ihrer Gestaltung nicht sofort erkannt werden kann, nicht mehr zuzulassen. Die Verwendung undurchsichtiger Folien ist aber oft erwünscht, um beispielsweise einen Aufdruck besser sichtbar und schöner zu gestalten, eine durch die Zusammensetzung des verwendeten Kunststoffs, insbesondere bei schlagzähen Rezepten, bedingte Material trübung zu überdecken, oder das verpackte Gut, bisweilen auch den Verpackungsbehälter selber, vor Lichteinwirkung zu schützen.
• Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, alle diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung hierfür zu schaffen, die mit den bei schnellaufenden Tiefziehmaschinen üblichen zwei Arbeitsgängen zur Formung,#nämlich 1. Vorstrecken mit Stempel und 2. Endformen durch eine Druckdifferenz auskommt und dabei mechanisch sowie von Seiten der Temperaturführung unkompliziert ist.
• De Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger oben offener Behälter mit einem über der Standfläche liegenden Boden durch Thermoformung von flächigen Gebilden aus thermoplastischen Kunststoffen mittels Erwärmung auf Formtemperatur, vorstrecken mit einem Formstempel und Endformung durch Pressen in eine Hohl form mit einem druckübertragenden Medium, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Formstempel mit der darüberliegenden Folie die Hohl form in zwei gegeneinander weitgehend dicht abgeschlossene Kammern trennt, in denen ein druckübertragendes Medium in einer konzentrischen Mittel zone auf der einen und in einer ringförmigen Randzone auf der anderen Seite der Folie gleichzeitig die Endformung bewirkt.
• In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Formgebung des Hohlbodens einschließlich der Innenwand des Standringes allein durch die Gestalt des Formstempels. Vorteilhaft ist ferner die weitgehend luftdichte Teilung der Hohlform, im folgenden "äußere Hohlform" genannt, in einer ringförmigen Zone, deren Abstand vom Boden dieser Hohl form etwa 1/20 bis 1/2, vorzugsweise 1/10 bis 1/4, der Gesamthöhe dieser Hohlform beträgt. Die Abdichtung kann aber auch allein zwischen dem elastisch gelagerten Boden der äußeren Hohl form und den Seitenwänden einer an der Stirnseite des Vorstreckstempels befindlichen zweiten Hohl form, im folgenden "innere Hohlform" genannt, erfolgen. Schließlich können diese Seitenwände selbst elastisch dehnbar ausgeführt sein, so daß sie sich bei Anwendung eines Innendruckes während des zweiten Arbeitsganges der Formung mit ihrer Folienauflage an die Wände der äußeren Hohlform anlegen und abdichten. Bei dieser Ausführungsform sollte Material und Konstruktion der Seitenwände so gewählt werden, daß sie bei Nachlassen des Innendruckes in ihre Ausgangsstellung zurückfedern. Als Material kommen beispielsweise wärmebeständiger Gummi oder mit wärmebeständigem antiadhäsivem Kunststoff belegte federnde Metallzungen in Frage.
• Die druckübertragenden Medien können flüssig oder gasförmig sein, bevorzugt werden gasförmige, insbesondere Luft, Stickstoff, Wasserdampf oder Kohlendioxyd sowie deren Gemische verwendet.
• Für die Formung von beispielsweise kompliziert gebauten Behältern oder solchen, die ein ungünstiges Verhältnis von Materialfläche (vor der Formung) zur Formtiefe aufweisen, kann es vorteilhaft sein, vor dem eigentlichen Formvorgang das erweichte Material durch Aufblasen multiaxial vorzudehnen und dabei gegebenenfalls auch oberhalb des Glaspunktes des Kunststoffes im gummielastischen Bereich zu verstrecken. Diese Maßnahme erfordert praktisch keinen apparativen Mehraufwand, da für das erfindungsgemäße Verfahren ohnehin Mittel für die Anwendung eines Innendruckes vorgesehen sind.
• Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung bestehend aus einer äußeren Hohl form 1, einer Abdeckglocke 2 und einem Stempel 3, wobei Abdeckglocke und Stempel in Richtung der Achse dieser Hohl form beweglich angeordnet und Mittel 4, 5, 7 zur Erzeugung und Anwendung einer Druckdifferenz vorgesehen sind, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Hohl form 1 einen mit elastischem Material 8 belegten Boden 9 aufweist, der öffnungen 10 zur Anwendung eines Oberdruckes enthält, daß die Stirnseite des Stempels eine innere Hohl form 11 mit Seitenwänden 12 in einer Stärke von 0,1 bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 3mm, aufweist, wobei der mit elastischem Material 8 belegte Boden 9 und die Seitenwände 12 so geformt sind, daß sie mit einem konstanten Abstand von ca. 0,1 bis 1 mm ineinander passen und daß im Stempel 3 Mittel 6 zur Abführung der Luft aus der an der Stirnseite befindlichen inneren Hohl form vorgesehen sind.
• Die Bedeutung der Zahlen wird durch die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, gleiche Zahlen bedeuten gleiche Geräteteile.
• In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die äußere Hohlform 1 eine nach innen vorspringende, rundumlaufende Schulter 13, deren Abstand vom Boden etwa 1/20 bis 1/2, vorzugsweise 1/10 bis 1/4, der Gesamthöhe dieser Hohl form beträgt und auf die eine im Schnitt etwa gleichgeformte nach außen vorspringende, rundumlaufende Schulter 14 des Stempels mit einem konstanten Abstand von 0,1 bis 1 mm paßt, wenn der Stempel soweit in die äußere Hohl form eingefahren ist, daß seine untersten Teile den gleichen Abstand vom Boden dieser Hohl form haben wie die beiden Schultern voneinander und daß mindestens eine der beiden Schultern elastisch nachgebend ausgebildet ist.
• Die Seitenwände 12 der inneren Hohl form 11 können ganz oder teilweise aus elastischem, bei Formtemperatur beständigem, Material bestehen. Beispiele hierzu sind weiter oben näher erläutert.
• Die äußere Hohl form 1 kann jede in der Tiefziehtechnik übliche Form, z.B. runden, ovalen, dre,i-, vier- oder mehreckigen Grundriss haben. Ebenso kann sie im Schnitt entlang Mittelachse annähernd zylindrisch, konisch oder mehr schalenförmig sein. Die Querdurchmessung sollte allerdings von der oberen öffnung in Richtung des Bodens möglichst etwas abnehmen oder gleichbleiben, zwischendurch vorkommende Erweiterungen der Querdurchmessung sind zwar möglich, dürfen aber im Interesse einer guten Entformbarkeit nicht zu ausgeprägt sein. Die Ausführung der inneren Hohl form 11 mit elastischen Seitenwänden 12 ermöglicht auch eine leichte Zunahme der Querdurchmessung des Standringes zum Boden der äußeren Hohl form hin. Durch Ausformung eines solchen "Gegenkonus" kann die Standfestigkeit des Behälters erhöht werden.
• Der Boden der äußeren Hohl form 1 kann eben sein, er kann aber auch vorzugsweise am Rand befindliche Erhöhungen tragen, die mit einem konstanten Abstand von 0,1 bis 1 mm in entsprechende Ausschnitte der Seitenwände 13 der inneren Hohl form 11 passen. Sofern diese Ausschnitte bzw. Erhöhungen ungefähr bis zur Höhe der oberen Begrenzungsfläche der inneren Hohl form reichen, kann mit einer solchen Vorrichtung ein Behälter erzeugt werden, dessen Bodenhöhe und damit wahres Füllvolumen auf den ersten Blick erkennbar ist.
• Der Boden kann auch in der Mitte eine Erhöhung 15 tragen, die maximal die lichte Höhe der inneren Hohl form 11 haben darf. Eine solche Erhöhung dient der Vorstreckung des Materials in die innere Hohl form hinein.
• Zur elastischen Lagerung 8 des Bodens 9 oder mindestens einer der beiden rundumlaufenden Schultern 13 bzw. 14 kann zum Beispiel ein gummielastischer Stoff dienen, der als offen- oder geschlossen zelliger Schaum vorliegen kann, bzw. ein oder mehrere Gaspolster allseitig dicht umschließt. Zur Lagerung des Bodens kommen auch Metallfedern in Frage.
• Die Seitenwände 12 der inneren Hohl form 11 können, wie oben bereits erwähnt, bevorzugt mehrere Ausschnitte haben, insbesondere solche, die bis zur oberen Begrenzungsfläche dieser Hohl form reichen.
• Bei einer besonders günstigen Ausführungsform liegen drei etwa gleich große Ausschnitte jeweils um 1200 versetzt zueinander. Die stehengebliebenen Seitenwandteile formen dann einen Behälter mit drei F-üßen, der auch auf unebener Unterlage wackelsicher stehen kann.
• Die Ausschnitte brauchen nicht unbedingt mit dem Bodenteil 9 zusammen zu wirken, sofern eine Abdichtung der äußeren 1*und inneren 11 Hohl form gegeneinander durch die elastische Ausbildung dieser Seitenwände, wie oben beschrieben, oder durch Gegeneinanderdrücken der bei den rundumlaufenden Schultern 13 und 14 erreicht wird, kann der Boden 9 der äußeren Hohl form zumindest im Randbereich eben sein, Ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren sei anhand der Figuren 1 und 2 nachfolgend beschrieben: Eine auf Formtemperatur erwärmte thermoplastische Kunststoffolie 20 wird auf die äußere Hohl form 1 aufgelegt, mit der Abdeckglocke 2 weitgehend luftdicht abgeschlossen, der Vorstreckstempel 3 in die Form eingefahren (wobei ein Druckausgleich über die Öffnungen 4 und 5 erfolgt) bis die innere Hohl form 11 gegen die äußere Hohl form 1 zwischen den beiden Schultern 13 und 14 oder zwischen den Seitenwänden 11 und dem Boden 9 oder zwischen den elastischen Seitenwänden 11 und Jer unteren Wand der äußeren Hohlform 1 weitgehend abgedichtet ist. Nun wird über die Zuführungen 4 und 7 gleichzeitig ein druckübertragendes Medium, vorzugsweise Luft, in die Form gedrückt, wobei die auf der jeweiligen Gegenseite noch vorhandene Luft über die Uffnungen 5 und 6 entweicht und der Behälter seine endgültige Form erhält. Die Wärme der Folie kann sofort über die gesamte Formfläche abgeführt werden, wodurch schnelle Erstarrung und kurze Taktzeiten gewährleistet sind. Anschließend fahren Glocke 2 und Stempel 3 nach oben und der Formling wird durch einen über die Uffnung 7 angelegten Druckstoss ausgeworfen.

Claims (9)

PATENTANSPROCHE,

1. Verfahren zur Herstellung dünnwandiger oben offener Behälter mit einem über der Standfläche liegenden Boden durch Thermoformung von flächigen Gebilden aus thermoplastischen Kunststoffen mittels Erwärmung auf Formtemperatur, vorstrecken mit einem Formstempel und Endformung durch Pressen in eine Hohl form mi't einem druckübertragenden Medium, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstempel mit der darüberliegenden Folie die Hohl form in zwei gegeneinander weitgehend dicht abgeschlossene Kammern trennt, in denen ein druckübertragendes Medium in einer konzentrischen Mittel zone auf der einen und in einer ringförmigen Randzone auf der anderen Seite der Folie gleichzeitig die Endformung bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung des Hohlbodens einschließlich der Innenwand des Standringes allein durch die Gestalt des Formstempel 5 erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn-'zeichnet, daß die weitgehend dichte Teilung der Hohl form in einer ringförmigen Zone erfolgt, deren Abstand vom Boden der Hohl form etwa 1/20 bis 1/2, vorzugsweise 1/10 bis 14, der Gesamthöhe der Hohl form beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmedium Luft verwendet wird.

5.- Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Strecken mit dem Formstempel die auf Formtemperatur erwärmte Materialbahn durch Anwendung einer pneumatischen Druckdifferenz multiaxial verstreckt wird.

6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bestehend aus einer äußeren Hohlform, einer Abdeckglocke und einem Stempel, wobei Abdeckglocke und Stempel in Richtung der Achse dieser Hohl form beweglich angeordnet und Mittel zur Erzeugung und Anwendung einer Druckdifferenz vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlform (1) einen mit einem elastischen Material (8) belegten Boden (9) aufweist, der Uffnungen (10) zur Anwendung eines überdruckes enthält, daß die Stirnseite des Stempels eine innere Hohl form (11) mit Seitenwänden (12) in einer Stärke von 0,1 bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 3 mm, aufweist, wobei der elastisch gelagerte Boden (9) und die Seitenwände (12) so geformt sind, daß sie mit einem konstanten Abstand von ca. 0,1 bis 1 mm ineinander passen und daß im Stempel (3) Mittel (6) zur Abführung der Luft aus der an der Stirnseite befindlichen inneren Hohl form vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Hohl form (1) eine nach innen vorspringende rundumlaufende Schulter (13) besitit, deren Abstand vom Boden etwa 1/20 bis 1/2, vorzugsweise 1/10 bis 1/4, der Gesamthöhe dieser Hohl form beträgt und auf die eine im Schnitt etwa gleichgeformte nach außen vorspringende rundumlaufende Schulter (14) des Stempels mit einem konstanten abstand von 0,1 bis 1 mm passt, wenn der Stempel (3) soweit in die äußere Hohl form (1) eingefahren ist, daß seine untersten Teile den gleichen Abstand vom Boden dieser Hohl form haben wie die beiden Schultern voneinander, und daß mindestens eine der beiden Schultern elastisch nachgebend ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (12) der inneren Hohl form (11) ganz oder teilweise aus elastischem, bei Formtempe'ratur beständigem Material bestehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (12) der inneren Hohlform (11) bevorzugt mehrere Ausschnitte (15) haben, die bis zur oberen Begrenzungsfläche der Hohl form reichen.