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Verfahren und Anordnung zur Herstellung eines aus Schaum-Kunststoff
bestehenden Gefäßes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines den
Inhalt thermisch isolierenden, aus Schaum-Kunststoff bestehenden, eine Öffnung aufweisenden
Gefäßes, insbesondere eines Getränkebechers. Sie betrifft ferner eine Anordnung
zur Durchführung des Verfahrens sowie das Produkt dieses Verfahrens.
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Aus Schaum-Kunststoff erstellte, eine Öffnung aufweisende Gefäße werden,
beispielsweise in Becherform, zur Ausgabe heißer oder kalter Getränke benutzt, deren
Temperatur sich zumindest in absehbarer Zeit nicht wesentlich ändern soll.
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So werden beispielsweise Kaffee, Tee, Kakao oder dergleichen über
längere Zeit warm gehalten, und beispielsweise Eiskaffee erwärmt sich auch bei längerem
Stehen nicht merkbar. Derartige, als Becher ausgebildete Gefäße können fernerhin
zur Ausgabe von Speiseeis benutzt werden bzw. auch bereits herstellerseitig mit
Speiseeis gefüllt werden. In letzterem Falle empfiehlt es sich, die Öffnung des
Gefäßes durch eine diese überfangende Fläche, beispielsweise einen Deckel, eine
auf der Öffnung befestigte Folie oder dergleichen, abzuschliessen.
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Es sind aus Schaum-Polystyrol bestehende Becher bekannt, die in Formen
nach dem Dampfstoßverfahren hergestellt sind. Zwar lassen sich glatte Flächen beispielsweise
durch Nachheizung der Formwandungen erzielen, der bei der Herstellung zu treibende
Aufwand steigt hierbei allerdings unerwünscht an. Schon des Einbringens des Granulates
in die Form wegen lassen sich derartige Gefäße, beispielsweise Getränkebecher, nur
mit Wandungen etwa im Bereiche von 3 bis 5 mm Stärke ausführen. Hierdurch wird zwar
ein mechanisch ausreichend stabiles Gefäß erzielt, der Einsatz an Kunststoffmaterial
jedoch wird unerwünscht groß, und durch die relativ große Wandstärke entsteht auch
beim Stapeln konischer Gefäße ein unerwünscht hoher Raumbedarf.
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Es ist zwar weiterhin bekannt, aus Kunststoff bestehende Becher aus
Kunststoffolie zu ziehen; auf das Erstellen von geschäumte Wandungen aufweisende
Getränkebecher läßt sich das Ziehverfahren jedoch nicht anwenden.
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Es ist weiterhin bekannt, Gefäße, insbesondere Hohlkörper, durch Extrudieren
eines Kunststoffschlauches zu erstellen; in einer Form werden Abschnitte des Schlauches
beidendig geschlossen und der zwischen diesen Stellen anstehende Bereich des Schlauches
mit Druckluft beaufschlagt, so daß die Schlauchwandung sich dehnt und an die Wand
des den Schlauchabschnitt umgebenden Formnestes anlegt. Hierbei lassen sich relativ
geringe Wandstärken erreichen, so daß sich der gewünscht niedrige Materialeinsatz
erzielen läßt. Mit sinkender Wandstärke nimmt allerdings auch die Stabilität des
Gefäßes gegen Verformungen ab. Zwar ist der Bodenbereich im allgemeinen stabil genug,
und das Widerstandsmoment der übrigen Wandung läßt sich, wie bekannt, durch Profilierung
der Wandung erhöhen; gleichwohl besteht bei den angestrebten geringen Wandstärken
weiterhin die Neigung beispielsweise eines gefüllten Getränkebechers, beim Ergreifen
sich im oberen Bereich zu verformen oder gar flach drücken zu lassen,
so
daß der Becher nicht sicher ergriffen und gehalten werden kann.
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Es sind bereits Versuche unternommen worden, die Wandstärke des extrudierten
Schlauches bereits bei der Extrusion durch Steuerung der Düsenöffnung zu variieren
und insbesondere jene Teile des Schlauches verstärkt auszuführen, aus denen der
Mündungsbereich des zu erstellenden Gefäßes geformt wird.
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Die Leistungen solcher Vorrichtungen zur Steuerung der Stärke sind
aber begrenzt; es läßt sich weder,wie gewünscht, eine gegenüber den übrigen Bereichen
erhebliche Verstärkung der Wanddicke erzielen, noch diese in angestrebter Weise
lokalisieren.
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Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, das freie Ende, insbesondere
den Mündungsbereich eines dünnwandigen, aus Schaum-Kunststoff bestehenden Gefäßes
mit geringem Aufwande und ebenso geringem Materialaufwand so zu verstärken, daß
die im Gebrauche erforderliche Stabilität erzielt wird. Eine Verstärkung insbesondere
des Mündungsbereiches selbst erleichtert weiterhin das Aufbringen bzw. die Befestigung
von den Inhalt des Gefäßes abschliessenden Verschlüssen, Deckeln oder dergleichen.
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Gelöst wird diese Aufgabe, indem ein Abschnitt eines extrudierten
Schlauches aus treibmittelhaltigem thermoplastischen Kunststoff nach dem an sich
bekannten Hohlkörperblasverfahren in einem Formwerkzeug beidendig geschlossen und
mittels einer Pinole oder dergleichen mit Druckluft beaufschlagt wird, indem nach
Auflegen des aufschäumenden und gedehnten Kunststoffes an die Wandung des Formnestes
des Formwerkzeuges im Bereiche der Mündung des erblasenen Körpers des zu erstellenden
Gefäßes das Material der Wandung dieses Gefäßes lokal axial gestaucht wird, und
indem nach ausreichendem Erkalten des Kunststoffes das oberhalb der Mündung anstehende
Material des Körpers abgetrennt wird. Durch dieses Stauchen wird, ohne
daß
es erforderlich ist, Schlauchabschnitte entlang ihrer Länge variabler Stärke zu
verwenden, eine Stabilisierung des Mündungsbereiches erwirkt, indem durch axiales
Zusammenschieben in begrenztem Umfang eine Erhöhung der Wandstärke im Mündungsbereiche
erzielt wird, insbesondere aber eine lokale Verdichtung bewirkt wird, welche eine
Erhöhung der Beanspruchbarkeit, aber auch eine Versteifung im Mündungsbereiche erwirkt,
welche die unerwünschte, bei geringen Wandstärken sonst vorhandene Verformbarkeit
des Gefäßes behebt.
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Die erwünschte, lokal begrenzte Stauchung läßt sich erzielen, indem
zwei gegeneinander gerichtete, nach außen auskragende Bundflächen an der zu stauchenden
Stelle gegeneinander geführt werden.
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Zur Durchführung des Verfahrens hat sich ein Formwerkzeug bewährt,
bei dem im geschlossenen Zustande der Mündungsbereich des zu erstellenden Gefäßes
im Formnest durch einen rohrförmigen Ansatz gebildet ist, der nach außen gewandte,
axial gerichtete prismatische Führungsflächen aufweist, und dessen Durchmesser die
lichte Weite um die doppelte Ausladung des Mündungsrandes des Behälters übersteigt,
und auf dessen Führungsfläche ein Ende eines Staukörpers gesteuert axial verschiebbar
gehalten ist, der mit einem den Mündungsbereich des Formnestes überfangenden und
dieses abschliessenden Dom ausgestattet ist, und der die Stirnfläche des rohrförmigen
Ansatzes mit einer dieser gegenüberstehenden Schubfläche in variablem Abstande überfängt,
dessen nach der Verschiebung eingestellter Endwert der Stärke des den Mündungsbereich
des Gefäßes verstärkendemaand entspricht, und dessen Ausgangswert' diesen um den
gewählten Verdichtungsfaktor des Materials übersteigt. Der Stauchvorgang läßt sich
lokal weiter einschränken, wenn die Schubfläche als umlaufende Kehlnaht ausgebildet
ist; gleichzeitig läßt sich hierdurch eine Glättung des inneren Mündungsbereiches
erwirken. Das Formwerkzeug
kann im Schubkörper zugeordnete, steuerbare
Antriebsmittel aufweisen. Es ist aber auch möglich, den Schubkörper mit von außen
betätigbaren Stempeln auszustatten und/oder ihn, beispielsweise durch einen Kraftspeicher,
in die Ausgangslage vorzuspannen. Bewährt hat es sich, den Verdichtungsgrad durch
zweckmäßig justierbare Anschläge festzulegen, die dem Schubkörper zugeordnet sind
und dessen Weg begrenzen.
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Das an den Stauchvorgang anschliessende Abtrennen des den Mündungsbereich
überfangenden Materiales wird vereinfacht, wenn der Schubkörper eine axial gerichtete
prismatische Führungsfläche aufweist, die einen axial verschiebbaren, eine scharfkantig
begrenzte Frontkante aufweisenden Trennstempel umschließt, wobei die Führungsfläche
eine Nut aufweist, die in der Ausgangsstellung des Trennstempels vor dessen Rand
liegt und beim Vorschieben desselben von diesem überdeckt wird.
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Das Formwerkzeug läßt sich einfach mit extrudierten Schlauchabschnitten
beschicken, wenn die das Formnest aufweisende Form, deren rohrförmiger Ansatz, der
diesen umfassende Staukörper und gegebenenfalls der in diesem geführte Trennstempel
entlang einer axialen Symmetrieebene geteilt sind. Die Justierung der einzelnen
Teile beim Zusammenführen wird gesichert, indem die jeweils zusammenzuführenden
Teile mit beim Zusammenführen ineinandergreifenden, diese zentrierenden und in axialer
Richtung verbindenden formschlüssigen Verbindungsmitteln ausgestattet sind. Zum
Schliessen eines eingebrachten Schlauchabschnittes sind die Hälften des Trennstempels
wie die eigentlichen Formhälften mit zum Formnest hin sich vorzugsweise unter Bildung
einer Schneide abflachenden Ausnehmungen ausgestattet, so daß die beidseitig anfallenden
Abfallstücke, wie bekannt, leicht entfernbar sind.
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Die Führungseigenschaften der beweglichen Teile werden verbessert,
wenn den Hälften des Trennstempels und/oder denen des Staukörpers bzw. derer ihnen
zugeordneter Tragelemente
stets achsnormale Stellungen derselben
sichernde Führungselemente zugeordnet sind. Wenn auch grundsätzlich beliebige Öffnungsformen
des zu erstellenden Gefäßes vorgesehen sein können, werden doch kreisförmige Öffnungen
bevorzugt; die Führungsflächen des rohrförmigen Ansatzes des Staukörpers sowie die
des Trennstempels sind in diesem Falle zylindermantelförmig ausgebildet.
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Die durch Stauchen zu bewirkende Verstärkung ist nicht nur auf die
Mündung selbst beschränkt: Werden stärkere Stabilisierungen der Wandungen gefordert,
so können die Formhälften in axialer Richtung unterteilt und unter Bildung von Stauflächen
axial geführt gegeneinander verschiebbar ausgebildet sein. Der Staubereich läßt
sich schärfer lokalisieren, wenn hinter Stauflächen weitere Ansatzflächen vorgesehen
sind.
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Im einzelnen ist die Erfindung anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit diese darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen hierbei:
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Formwerkzeug normal zu dessen Trennfuge, Figur
2 schematisch eine Bodenansicht des Formwerkzeuges der Fig. 1, und Figur 3 einen
mittels des Formwerkzeuges der Fign. 1 und 2 erstellten Getränkebecher.
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In Fign. 1 und 2 sind Teile eines Formwerkzeuges gezeigt, das entlang
der in der Mitte dargestellten Symmetrieebene geöffnet wird, um einen Abschnitt
eines extrudierten, aus treibmittelhaltigem thermoplastischem Kunststoff, beispielsweise
Polystyrol, bestehenden Schlauches aufzunehmen, und das nach Aufnahme des Schlauches
geschlossen wird. In dieser dargestellten geschlossenen Lage liegen die Formhälften
1, 2 entlang der Mittelebene aufeinander und schliessen ein Formnest 3
ein.
Im Mündungsbereich des im Formnest zu erstellenden Körpers weisen die Formhälften
1, 2 einen, mit diesen entlang der Mittelebene unterteilten rohrförmigen Ansatz
4 auf, dessen Außenwandung als zylindermantelförmige Führungsfläche 5 ausgebildet
ist, entlang deren die Kragenformplatten 6 und 7 verschiebbar sind. Diese Kragenformplatten
werden von Befestigungsstücken 8 und 9 aufgenommen, an die Kolbenstangen 10 von
Druckmittelzylindern 11 anschliessen, mittels deren die Kragenformplatten 6, 7 gesteuert
axial verschiebbar sind.
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Die Kragenformplatten weisen ihrerseits eine zylindermantelförmige
Führung auf, mittels deren sie den zweiteiligen Trennstempel 12, 13 umschliessen.
Die Teile 12, 13 des Trennstempels weisen Ausnehmungen 14 auf, die sich zum Formnest
3 hin unter Bildung einer Schneide verjüngen, und die Front des Trennstempels 12,
13 ist mit einer domartigen Vertiefung 15 versehen. Mit den Teilen 12, 13 des Trennstempels
sind Tragstücke 16, 17 verbunden, die mit Druckmittelzylindern 18 ausgestattet sind,
deren Kolbenstangen 19 an die Befestigungsstücke 8 und 9 angreifen.
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Zur Herstellung eines Getränkebechers wird das Formwerkzeuge auseinandergefahren,
ein Abschnitt des frisch extrudierten, noch plastischen und aufschäumenden Kunststoffschlauches
wird zentrisch eingebracht, und die Formhälften werden entsprechend der Darstellung
der Fign. 1 und 2 wieder zusammengeführt. Hierbei werden oberhalb und unterhalb
des Formnestes 3 die Wände des Schlauches flach-und zusammengedrückt, so daß sie
miteinander verschweißen und der Schlauchabschnitt beidseitig geschlossen wird.
Im Bereiche des Trennstempels 12, 13, zweckmäßig in der Trennebene, wird eine Pinole
in den Schlauch eingestochen und dieser mit einem Druckmittel beaufschlagt, so daß
er plastisch gedehnt und gegen die ihn formenden Wandungen des Formnestes 3 gepreßt
wird. Hierbei dringt die Schlauchwandung in die Nut 20 der Kragenformplatte 6, 7
ein und legt sich an
deren Flanken an und die Wandung wird auch
in die zwischen der Stirnfläche 21 des rohrförmigen Ansatzes 4 und der Kehlnut 22
gebildete Nut eingepreßt. Ebenso legt sich die Schlauchwandung hinter den Absatz
23 des Formnestes.
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Nunmehr werden die Druckmittelzylinder 11 betätigt, und die Befestigungsstücke
8 und 9 einschliesslich der an ihnen vorgesehenen Kragenformplatte 6, 7 sowie der
mit ihnen über den Druckmittelzylinder 18 und dessen Kolbenstange 19 verbundenen
Tragstücke 16, 17 sowie des Trennstempels 12, 13 werden axial auf das Formnest zu
bewegt. Hierbei wird der Abstand zwischen der Stirnfläche 21 und der Kehlnut 22
erheblich auf einen Bruchteil des ursprünglichen Wertes, angedeutet durch den Pfeil
24, verringert. Das ursprünglich in die zwischen Stirnfläche und Kehlnut gebildete
Nut abgelegte Material wird damit erheblich gestaucht und verdichtet. Der aufwärts
geführte innere Rand der Kehlnut 22 sichert, daß das zwischen Stirnfläche und Kehlnut
eingebrachte Material nicht zum Dom 15 hin abzufliessen vermag. Das beim Zusammenfahren
gestauchte Material stützt sich auf der anderen Seite gegen die Stirnfläche 21 ab.
Gegebenenfalls deren Rand überfliessendes Material vermag sich gegen den Absatz
23 abzustützen, so daß der Stauchvorgang sich auf ein lokal eng begrenztes Gebiet,
nämlich den gebildeten Mündungsrand 25, beschränkt. Der hochgezogene innere Rand
der Kehlnut 22 bewirkt hierbei gleichzeitig noch eine Glättung des gestauchten,
verdichteten und damit verfestigten Randes. Das Stauchen bewirkt allerdings nicht
ausschliesslich eine Verdichtung des erfaßten Materiales; im allgemeinen geringe
Anteile des ursprünglich über der Stirnfläche 21 anstehenden Materiales vermögen
über die Stirnfläche, gegebenenfalls auch noch über den Absatz 23, abzufliessen
und bewirken eine Erhöhung der Wandstärke im unmittelbaren Anschluß an den verfestigten
Mündungsrand 25.
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Nach Durchführung des Stauchvorganges werden bei beibehaltener Stellung
des Druckmittelzylinders 11 und damit der Befestigungsstucke
8,
9 sowie der Kragenformplatte 6, 7 die Druckmittelzylinder 18 betätigt. Über die
Kolbenstange 19 ziehen sie die Tragstücke 16, 17 und damit die Teile 12, 13 des
Trennstempels nach oben. Die seitliche Schneide 26 des Trennstempels überläuft hierbei
die Nut 20 und trennt das in diese eingedrungene Material in Ringform heraus. Hierdurch
wird das an die Wandung der domartigen Vertiefung 15 gepreßte, die Öffnung des zu
erstellenden Behälters überfangende Material abgetrennt. Durch Nachdrücken des Trennstempels
12, 13 kann erreicht werden, daß der geringe verbleibende, vom Rand 25 ausgehende
Saumbereich in das Behälterinnere hineingedrückt wird, beim Gebrauch des Behälters
nicht stört und eine zusätzliche Versteifung des Randes 25 bewirkt.
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Nach ausreichender Abkühlung und Stabilisierung des erstellten Behälters
kann das Formwerkzeug geöffnet und der Behälter diesem entnommen werden. Der Dombereich
mit dem zugehörigen Butzen wird im allgemeinen ebensowenig weiterverwendet werden,
wie der am Boden des Gefäßes anstehende und abzutrennende Butzen. Der Behälter selbst,
beispielsweise ein Getränkebecher, kann mit extrem geringer Wandstärke, beispielsweise
0,4 mm, ausgeführt werden, ohne allerdings auf diese beispielhaft angeführte Wandstärke
oder auch nur deren Größenordnung beschränkt zu sein. Die bei derart geringen Wandstärken,
insbesondere bei der Verwendung geschäumten Materials, an sich auftretende geringe
Stabilität ist zunächst in an Sich bekannter Weise erhöht, indem, die Wandung des
Bechers 27 der Fig. 3 im Bereiche 28 mit einer umlaufenden Profilierung ausgestattet
ist, bedingt durch einen entsprechende Profilierung des Formnestes 3 der Fig. 1.
Die bei üblichen Ausführungen gegen die, Mündung bzw. das freie Ende eines Getränkebechers
hin abnehmende Stabilität ist beim Becher 27 der Fig. 3 erheblich erhöht: Durch
das beschriebene Stauchen des Mündungs- bzw. Randbereiches ist ein sowohl durch
die Form des von der Stirnfläche 21 und der Kehlnut 22 umgrenzten Raumes verstärkter
Rand 25 entstanden, der gleichzeitig durch Verdichtung weiterhin verfestigt
ist.
Das jeweils gewünschte Verdichtungsverhältnis läßt sich hierbei durch das Verhältnis
des Ausgangsabstandes der Stirnfläche 21 und der axialen Kehlnut 22 gemäß Fig.
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1 zum Endabstand, angedeutet durch den Pfeil 24 der Fig. 1, bestimmen.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind nur jeweils ein Druckmittelzylinder
11 sowie ein Druckmittelzylinder 18 gezeigt, und auf die Darstellung der Verbindungsmittel
der jeweils zusammengehorigen Teile des Formwerkzeuges ist zur Vermeidung einer
Überladung der Zeichnung verzichtet. Die das Formnest jeweils etwa halbkreisförmig
umfassenden Befestigungsstücke 8, 9 bzw. Tragstücke 16, 17 sind zweckmäßig mindestens
mit jeweils einem Druckmittelzylinder ausgestattet, und zur Vermeidung von Verkantungen
oder dergleichen könnte es sich als zweckmäßig erweisen, je Befestigungsstück bzw.
Tragstück mehrere Druckmittelzylinder vorzusehen. Die axiale Führung kann noch verbessert
werden, indem gemäß Fig. 2 zusätzliche Führungsbolzen vorgesehen sind.
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Die Erfindung ist nicht auf die Erstellung von Getränkebechern beschränkt;
es können beliebige becher- oder topfähnliche Behälter, selbst Flaschen oder dergleichen,
aus geschäumtem, thermoplastischem Kunststoff dünnwandig erblasen und durch Bildung
gestauchter Wandbereiche stabilisiert werden. Wenn auch am wirkungsvollsten die
Verstärkung des Randbereiches ist, so können gleichartig und entweder für sich oder
zusätzlich weitere, durch Stauchung gemäß der Erfindung entstandene umlaufende Rippen
angeordnet sein. Die Behälter können offen, wie beispielsweise Getränkebecher, verwendet
werden. Es ist auch möglich, mit dem Randbereich die Öffnung des Behälters überdeckende
Verschlüsse, Deckel oder dergleichen zu verbinden. So können beim Verkauf von Speiseeis
beispielsweise Deckel in den Randbereich eingepreßt sein, diesen übergreifen, durch
Klebung mit ihm verbunden sein oder dergleichen. Die erstellten Behälter können
beispielsweise quadratischen Querschnitt aufweisen, wobei zweckmäßig die Eckbereiche
abgeflacht
und/oder abgerundet sind. Die Behälter können den Querschnitt beliebiger Vielecke
aufweisen oder aber rund ausgeführt sein. Es ist auch möglich, den Behälter mit
anderem Querschnitt auszuführen als seine Öffnung, und die Behälterwandung verstärkende,
lokal begrenzte Stauchzonen können mit anderem Querschnitt ausgeführt sein als eine
die Öffnung abschliessende Randzone. In jedem Falle wird eine ausreichende Verstärkung
und damit Stabilisierung des Gefäßes erreicht, die es gestattet, Gefäße mit außerordentlich
dünnen Wandungen und damit geringem Materialaufwand zu erstellen. Die Stärke der
Wandung ist damit nur mittelbar mit der zu erzielenden Stabilität verbunden, sondern
kann so gering gewählt werden, wie es die angestrebte thermische Isolierfähigkeit
erlaubt.
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Zur Erhöhung der Produktion kann das Formwerkzeug auch als Doppelwerkzeug
ausgeführt werden; zweckmäßig wird das Doppelwerkzeug so aufgebaut, daß die Einzelwerkzeuge
symmetrisch untereinander stehen, wobei vorteilhaft die bewegbaren Teile einander
zugekehrt sind. Hierbei lassen sich gegebenenfalls die Antriebsvorrichtungen so
kombinieren, daß sie, gegebenenfalls über Gestänge, die zu verschiebenden Teile
beider Teil-Formwerkzeuge gemeinsam betätigen.