DE2806570B2

DE2806570B2 - Einstückiger Behälter aus Kunststoffschaum-Blattmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2806570B2
Application number: DE2806570A
Authority: DE
Inventors: Stephan Walter Toledo Ohio Amberg
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1977-02-23
Filing date: 1978-02-16
Publication date: 1981-06-11
Also published as: CH625949A5; NZ185961A; FR2381667B1; JPS53104378A; DE2806570C3; GB1601725A; DE2806570A1; DK79878A; AU503417B1; NL7713903A; US4108347A; CA1080643A; FR2381667A1

Description

Die Erfindung betrifft einen einstückigen Behälter aus Kunststoffschaum-Blattmaterial mit einem wulstförmigen Rand am oberen Ende, einem geschlossenen Boden am unteren Ende und einer, wenigstens eine vom Rand zum Boden sich erstreckende Überlappnaht aufweisenden Seitenwand, die durchgehend gleiche Dicke und vom Rand zum Boden zunehmende Dichte hat, wobei der Boden einen ersten Bereich in Form eines konzentrischen Ringes, dessen Außenumfang sich an das untere Ende der Seitenwand anschließt und einen sich an den Innenumfang des Ringes anschließenden, den Mittelteil des Bodens bildenden zweiten Bereich aufweist, der einen kleineren Abstand vom oberen Ende des Behälters hat als der Ring. Die Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Behälters gerichtet.

Behälter, wie Trinkbecher aus Kunststoffschaum-Blattmaterial sind bekannt. Sie zeichnen sich durch geringes Gewicht und gute Wärmeisoliereigenschaften aus. Sie wurden bisher z. B. durch besondere Formverfahren hergestellt, was den Nachteil hatte, daß sie nur auf der Außenseite durch Aufkleben von Etiketten oder Bedrucken auf Drehkörpern verziert werden konnten. Man hat auch aus Kunststoffschaum-Blattmaterial gebogene Rohlinge ausgeschnitten, daraus kegelstumpfförmige Körper geformt und an ihnen einen Boden fest angebracht Die Verwendung von flachem blattförmigem Ausgangsmaterial gestattet das Aufbringen von Verzierungen mittels schnell arbeitenden Techniken. Nachteilig war aber der große Materialabfall teim Ausschneiden der bogenförmigen Rohlinge aus der Materialbahn.

Diese Nachteile sind durch Behälter der eingangs angegebenen Art, die aus der DE-OS 23 61 038 bekannt

ίο sind, behoben. Zu ihrer Herstellung wird ein rechteckiger Rohling aus Kunststoffschaum-Blattmaterial zu einer zylindrischen Hülse mit sich überlappenden Enden geformt und letztere zu einer senkrecht verlaufenden Naht verschweißt Die rohrförmige Hülse wird in einer Form mit separater Bodenplatte bei erhöhter Temperatur unter Druck verschmolzen und dann unter Anwendung eines entsprechenden Drucks der Stellring geformt
Nach einer weiteren, in der DE-OS offenbarten Ausführungsform wird zur Herstellung eines einstückigen Behälters, bei dem also keine Bodenplatte benötigt wird, das Kunststoffschaum-Blattmateriai so um den Formdorn gelegt, daß das eine Ende des Blattes über den Dorn herausragt Dieses nicht vom Dorn zurückgehaltene Material fällt bei Hitzeanwendung zusammen oder wird zusammengeführt und verschweißt. Der erhaltene, eine Bodenschließnaht aufweisende zylindrische Körper wird in eine zweiteilige Form überführt und darin erwärmt. Dabei erweicht die Bodenschließnaht und das überschüssige Material wird durch den Formdruck in die Bodenfläche überführt, so daß eine glatte Bodenplatte gebildet wird, die ein sicheres Stehen des Behälters gewährleistet. Die Bodenplatte weist gleichmäßige Dicke, aber unterschiedliche Materialdichte auf; das Einpressen der Bodenschließnaht führt zu Bereichen höherer Materialdichte, was optisch derart in Erscheinung tritt daß der Eindruck eines Fettflecks entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einstückigen Behälter zu schaffen, der auf einer Unterlage sicher steht und ästhetisch einwandfrei ist.

Die Aufgabe wird bei einem Behälter der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zweite Bereich in seiner Mitte eine nach unten vorstehende Bodenschließnaht aufweist.

Die Bodenschließnaht bleibt also erhalten, so daß der Behälter einen Boden von durchgehend gleicher Materialdichte hat. Durch die Vorsehung des vertieften Bereiches unter Bildung eines Stellringes ist gewährleistet, daß der Behälter trotz der herausragenden Bodenschließnaht auf einer glatten Oberfläche aufrecht und sicher steht.

Bei dem in Patentanspruch 2 angegebenen und weiter unten näher beschriebenen Verfahren zur Herstellung des Behälters nach der Erfindung wird beim Pressen des Behälterrohlings zum fertigen Behälter erfindungsgemäß die Bodenschließnaht auf der Außenseite des Bodens von einer Ausnehmung in der Preßform aufgenommen.

Das Kunststoffschaum-Blattmaterial, das eingesetzt wird, kann Polystyrol, Polyäthylen oder dergleichen sein. Es wird vorzugsweise nach der Schaum-Strangpreß-Technik hergestellt und in einer oder beiden Richtungen orientiert. Die Orientierung in dem Kunststoffschaum-Blattmsterial gesiattet ein geste .ertes Formen des Behälters.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf den rechteckigen Behälterrohling,

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung eines zylindrischen Behälterrohlings,

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung eines Behälterrohlings nach dem Schrumpfen mittels Wärme,

F i g. 4 eine perspektivische Darstellung eines Behälterrohlings nach dem Schließen der Bodenöffnung,

F i g. 5 eine perspektivische Darstellung eines Behälters nach Entfernung des abgequetschten Materials und nach dem Rollen des Randes,

F i g. 6 eine Ansicht eines Domes mit einer darauf in Stellung gebrachten zylindrischen Hülse,

F i g. 7 eine Ansicht zur Darstellung des Domes mit einer darauf gebildeten Behälterhülse,

F i g. 8 einen Schnitt durch die Preßform, die bei der Formung des Behälters in seine endgültige Gestalt verwendet wird.

In Fig. 1 ist ein Behälterrohling 10 gezeigt. Er ist so geschnitten, daß er die Form eines Rechtecks hat Diese Form ist äußerst zweckmäßig, doch könnte der Rohling 10 auch quadratisch sein. Der Rohling 10 wird in bekannter Weise aus einem größeren Kunststoffschaumblatt als Ausgangsmaterial herausgeschnitten und zwar so, daß die Hauptorientierungsrichtung mit der Längsrichtung des Rohlings 10 zusammenfällt. Die Enden 12 und 13 sind die kurzen Seiten des Rohlings 10. Es ist möglich, daß das Ausgangsmaterial zu einem gewissen Grad lotrecht zur Richtung der Hauptorientierung orientiert ist, doch sollte der Orientierungsgrad lotrecht zur größten Länge des Rohlings vorzugsweüe nahezu Null sein. Obwohl der Rohling 10 in F i g. 1 keinerlei Verzierung zeigt, ist es doch leicht vorstellbar, daß er in flachem Zustand verziert werden kann.

F i g. 2 zeigt einen aus dem Rohling 10 hergestellten Zylinder 14. Der Umfang des Zylinders 14 wird von der längsten Ausdehnung des Rohlings 10 gebildet. Die Enden 10 und 12 des Rohlings sind überlappt angeordnet, wie bei 15 gezeigt. Durch Aufbringen einer Klebstoffschicht auf eines oder beide Enden können sie miteinander verklebt werden. Sie können auch durch Erweichung ihrer benachbarten Oberflächen mittels Wärme und anschließendem Zusammendrücken miteinander verbunden werden. Wärme kann in jeder beliebigen herkömmlichen Form aufgebracht werden, wie beispielsweise durch Strahlungsenergie, eine erwärmte Druckrolle oder durch heißes Strömungsmittel, wie beispielsweise Heißluft. Die Überlappung der Enden kann auf einem Minimum von dem 4- bis 5fachen der Materialdicke gehalten werden, jedoch werden beste Ergebnisse erreicht, wenn die Überlappung der Enden 12 und 13 in der Größenordnung von dem 15- bis 20fachen der Dicke des Blattmaterials liegt.

F i g. 3 zeigt eine vorgeformte Behälterhülse 16. Die zylindrische Hülse 14 wird auf einen Dorn gesteckt, dessen Außenkontur etwa gleich der Innenkontur des fertigen Behälters ist. Der Dorn ist kegelstumpfförmig und zweckmäßigerweise aus Metall, obwohl andere Materialien ebenso gut geeignet sind. Nachdem die zylindrische Hülse 14 auf dem Dorn in Stellung gebracht worden ist, werden Dorn und Hülse einem heißen Strömungsmittelbad ausgesetzt. Obwohl das Strömungsmittel flüssig sein kann, wird Luft bevorzugt. Der Dorn und die Hülse 14 verbleiben unter dem Einfluß des heißen Strömungsmittels für eine vorgegebene Zeitdauer. Abhängig von den physikalischen Eigenschaften des verwendeten Kunststoffschaum-Blattmaterials kann die Zeit in dem Strömungsmittelbad zwischen 1 und 15 Sekunden liegen. Sobald der Kunststoffschaum eine kritische Temperatur erreicht hat, beispielsweise 130° C für Polystyrol, beginnen die einzelnen Zellen innerhalb der Schaumstruktur in ihre ursprüngliche kugelförmige Gestalt zurückzukehren. Demzufolge schrumpft der Schaumstoff in Richtung der ursprünglichen Verformung oder Orientierung. Da das Ausgangsmaterial in Form des Kunststoffschaum-Blattmaterials vorwiegend in Längsrichtung des rechteckigen Rohlings 10 orientiert war, findet auch die Schrumpfung in dieser Richtung statt. Die zylindrische Hülse 14 schrumpft in Umfangsrichtung in den Bereichen, die nicht durch den Dorn zurückgehalten werden. Ein Teil der Hülse 15 steht über den Dorn hinweg vor und wird bei Aufbringung von Wärme auf die Hülse 14 nicht durch den Dorn zurückgehalten. Es entsteht ein Hals 17 auf der Hülse 16, weil während des Wärmetaktes keine Behinderung durch den Dorn gegeben ist. Die Gesamtdicke des Halses 17 und der benachbarten Bereiche einschließlich eines Teils der kegelstumpfförmigen Seitenwand der Hülse 16 ist mehr als die Dicke des ursprünglichen Schaumstoffblattmaterials.

Fig.4 zeigt die kegelstumpfförmige Hülse 16 nach dem Zusammenquetschen des Halses 17 im Bereich des Bodens 19. Der Hals 17 kann durch die Seitwärtsbewegung von Werkzeugen oder durch Hindurchführen durch voneinander auf Abstand gehaltenen Walzenrollen zusammengequetscht werden. Die Werkzeuge können erwärmt werden, so daß das Kunslstoffmaterial beim Zusammenquetschen erweicht wird, oder der Zusammenquetschvorgang kann sich unmittelbar an den in Verbindung mit F i g. 3 beschriebenen Schrumpfvorgang anschließen. Beim Zusammenquetschen entsteht eine dünne Materiallinie 20 zwischen abgequetschtem Materialrest 18 und dem Behälterboden 19. Eine leichte seitlich gerichtete Kraft löst den Materialrest 18 vollständig vom Boden 19. Der abgequetschte Materialrest 18 wird am besten dann entfernt, wenn das Kunststoffmaterial Umgebungstemperatur erreicht hat. Nachdem der Materialrest 18 vom Behälterboden 19 entfernt worden ist, verbleibt noch etwas Material, welches über den ebenen Behälterboden 19 vorsteht. Es wird nicht flachgedrückt, da zu sehr zusammengedrücktes Schaumstoffmaterial weniger opak und mehr durchscheinend ist. Wenn der verbleibende Teil oder die Bodenschließnaht flachgedrückt würde, dann schiene der Mittelabschnitt des fertigen Behälters eine öffnung oder einen Fettfleck zu haben.

F i g. 5 zeigt einen fertiggestellten Behälter oder Becher 21. Er weist eine Standfläche oder einen Stellring 22 auf, sowie einen eingerollten oder Bördelrand 25. Die Standfläche 22 umschließt einen eingedrückten ebenen Bereich 23. Die Mitte des eingedrückten Bereiches 23 weist die Scherspuren oder Bodenschließnaht 24 des Teils, wo sich einmal der abgequetschte Materialrest 18 anschloß, auf. Wie bereits gesagt, läßt man die Bodenschließnaht 24 von dem Behälterboden vorstehen und entfernt sie nicht, um so den optischen Störfleck in der Mitte des Bechers oder Behälters zu vermeiden. Der eingedrückte Bereich 23 und der Rand 25 werden durch Einlegen und Pressen der Hülse 16 in eine Preßform gebildet. In der Preßform wird außerdem die Dicke der Seitenwand des Behälters von oben bis unten vergleichmäßigt. Die Dicke der Seitenwand 16 ist im Bereich des Bodens größer als im Bereich des Randes 25. Die größere Dicke im Bodenbereich der Seitenwand verhindert ein Ineinanderschieben der fertigen Behälter 21 von Rand zu Rand.

Nachdem die Seitenwand in der Preßform auf eine gleichmäßige Dicke gebracht worden ist, lassen sich die Behälter nestartig eng Rand an Rand aufeinanderstapeln, was den Versand einer größeren Anzahl Behälter je Volumeneinheit gestattet. ^r>

Bei Beschreibung der Durchführung des Verfahrens der Erfindung kann auf Fig.6 Bezug genommen werden, in welcher ein Haltedorn 30 gezeigt ist. Der Dorn 30 hat einen kegelstumpfförmigen oberen Abschnitt mit einer Außenseite 32, die genau die innere m geometrische Form des Behälters bestimmt. Der konische Abschnitt 31 ist durch beliebige bekannte Befestigungsteile (nicht gezeigt) auf einer Grundlagerplatte 52 gelagert. Diese Grundplatte 52 kann natürlich ggf. einen Teil einer Gelenkförderanlage bilden. Zur Darstellung der Zusammenwirkung von Dorn 30 und zylindrischem Rohling 14 ist ein Rohling 14 in punktierten Linien dargestellt.

F i g. 7 zeigt die aufgeschrumpfte Hülse, wie sie auf dem Dorn 30 erscheint. Es ist zu beachten, daß der Hals 17 auf einen Mindestdurchmesser reduziert worden ist, jedoch die öffnung darin nicht geschlossen ist. Zur Erleichterung eines vollständigen Schließens des Bodens sind radial von der Außenseite des Halses 17 bewegliche Backen 33 und 34 angeordnet Es können zwei oder mehr Backen 33, 34 vorgesehen und zur Ausführung einer Bewegung aufeinander zu auf radial mit Bezug auf den Hals 17 verlaufenden Wegen gelagert sein (nicht gezeigt). Die Backen 33 und 34 können erwärmt sein oder können mit dem Hals 17 in Eingriff sein, während dieser sich vom Schrumpfvorgang her noch in erweichtem Zustand befindet Die Backen 33 und 34 bewegen sich zum Eingriff mit dem Hals 17 aufeinander zu und voneinander weg, um ein Schließen des Behälterbodens gemäß der Darstellung in F i g. 4 zu bewirken. Die Hülse 16 wird dann einer Abkühlung überlassen, so daß der daran befindliche abgequetschte Materialrest 18 abgebrochen werden kann. Es ist möglich, daß er bei einigen Kunststoffarten nicht so leicht abzubrechen ist, wie beispielsweise bei Polystyrol; dann können die Backen 33 und 34 so ausgestattet werden, daß sie einen Schneidvorgang durchführen und den Materialrest 18 abtrennen.

Fig.8 zeigt eine Preßform mit ihren Formteilen in Form einer Matrize 35 und einer Patrize 36. Die Matrize 35 ist mit einer Nut 51 versehen, die lotrecht und konzentrisch zur Symmetrieachse der Form verläuft Die Nut 51 ist durch einen geneigten kegelstumpfförmi gen Abschnitt 39 mit einem Steg 37 verbunden. Der Steg 37 ist ebenfalls mit Bezug auf die Symmetrieachse konzentrisch. Der Obergang von der Nut 51 auf den Steg 37 ist vorzugsweise allmählich, da ein Brechen des Behälters auftreten kann, wenn die Kanten der Matrize zu scharf sind. Der mittlere Bereich 38 der Matrize 35 ist der Nut 51 entsprechend ausgenommen. Der mittlere Bereich 38 bildet genügend Raum zur Aufnahme der Bodenschließnaht 24. Die Patrize 36 weist an ihrem unteren Ende eine Wulstformnut 50 auf. Der obere Abschnitt der Patrize 36 ist mit einem erhöhten Steg 41 versehen, der mit der Nut 51 der Matrize 35 zusammenwirkt. Der mittlere Bereich 42 der Patrize 36 nimmt den Boden des Behälters bei seiner Verformung durch den Steg 37 der Matrize 35 auf.

Im Betrieb wird die vorgeformte Behälterhülse 16 auf der Patrize 36 in Stellung gebracht und die Matrize 35 über den Behälter abgesenkt. Nachdem sich Matrize 35 und Patrize 36 bis zu ihrem Höchstmaß geschlossen haben, wird der Behälter wieder entfernt. Der Behälter hat dann einen Wulst 25 und einen Boden, der in der Mitte eingedrückt ist, so daß ein stabiler planarer Bodenring 22 gebildet ist. Der Bodenring 22 gestattet dem mit Flüssigkeit gefüllten Behälter sicheren Stand, ohne daß der Inhalt des Behälters verschüttet wird.

Eine weitere bedeutende Funktion der in Fig.8 gezeigten Preßform besteht in dem Vergleichmäßigen der Gesamtseitenwanddicke des Behälters. Jegliche örtliche Blasenbildung oder ungleichmäßige Ausdehnung oder Zusammenziehung der Behälterseitenwand wird ausgeschaltet oder auf ein solches Maß herabgesetzt daß ein nestartiges Ineinandersetzen der Behälter in ihrer ganzen Höhe durchgeführt werden kann. Die in F i g. 8 gezeigten, aufeinanderpassenden Formteile gestatten die Herstellung eines Behälters, dessen Seitenwand von gleichmäßiger Dicke ist während jedoch die Dichte des Seitenwandmateriais proportional zum Durchmesser des Behälters variiert Der Behälter hat eine größere Dichte in der Nähe des Bodens als in dem oberen Teil, da infolge des Schrumpfens der ursprünglichen Zylinderform in dem unteren Bereich mehr Material vorhanden ist

Es ist besonders zu betonen, daß es sich als zweckmäßig erwiesen hat die vorgeformten Behälterhülsen 16, von denen der abgequetschte Materialrest 18 entfernt worden ist erst nach Rückkehr auf die Umgebungstemperatur in die Preßform einzulegen. Der Behälter 21 nach der Darstellung in F i g. 5 kann eine Flüssigkeit aufnehmen und als ein Becher fungieren, bevor er die Preßform passiert hat Die dem Becher durch die Preßform verliehenen Merkmale sind der Rand, die Vertiefung des Bodenbereiches unter Erhaltung der Bodenschließnaht 24 und die Bildung von Seitenwänden gleichmäßiger Wanddicke.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einstöckiger Behälter aus Kunststoffschaum-Blattmaterial mit einem wulstförmigen Rand am oberen Ende, einem geschlossenen Boden am unteren Ende und einer, wenigstens eine vom Rand zum Boden sich erstreckende Oberlappnaht aufweisenden Seitenwand, die durchgehend gleiche Dicke und vom Rand zum Boden zunehmende Dichte hat, wobei der Boden einen ersten Bereich in Form eines konzentrischen Ringes, dessen Außenumfang sich an das untere Ende der Seitenwand anschließt und einen sich an den Innenumfang des Ringes anschließenden, den Mittelteil des Bodens bildenden zweiten Bereich aufweist, der einen kleineren Abstand vom oberen Ende des Behälters hat als der Ring, dadurch gekennzeichnet, daS der zweite Bereich in seiner Mitte eine nach unten vorstehende Bodenschließnaht aufweist.

2. Verfahren zur Herstellung eines einstückigen Behälters nach Anspruch 1, bei welchem ein rechteckiger Rohling aus Kunststoffschaum-Blattmaterial zu einer zylindrischen Hülse mit sich überlappenenden Enden geformt wird, die überlappenden Enden zu einer senkrecht verlaufenden Naht verschweißt werden, die Hülse auf einen Dorn kleineren Durchmessers gesteckt und mittels Wärme schrumpfen gelassen wird, das über die Dornspitze hinausragende Material zur Bildung des Behälterbodens nach innen gebogen und zur Bildung einer Bodenschließnaht im mittleren Bereich des Bodens zusammengequetscht wird und danach der Behälterrohling unter Bildung eines Wulstrandes am oberen Ende, Vergleichmäßigung der Dicke der Seitenwand und Ausformung des Bodens in einer Preßform gepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Pressen die Bodenschließnaht auf der Außenseite des Bodens von einer Ausnehmung in der Preßform aufgenommen wird.