DE2831240C2 - - Google Patents

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DE2831240C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Bechergefäß aus flexiblem Folien­ material mit thermoplastischer Kunststoffoberfläche, das aus einem Mantel und einem Boden zusammengesetzt ist, indem der nach innen umgelegte Mantelrand mit einer Zarge des Bodens verbördelt und versiegelt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen des Bechergefäßes.
Bei einem solchen Bechergefäß (US-PS 34 68 467) ist der Boden mit dem Mantelrand mit Hilfe eines Lösungsmittels verbunden. Solche Lösungsmittel haben einmal den Nachteil, daß sie die Herstellungsgeschwindigkeit begrenzen, da nach dem Verbinden gewartet werden muß, bis sich das Lösungsmittel genügend ver­ flüchtigt hat. Außerdem sind aufwendige Anlagen zum Absaugen der Lösungsmitteldämpfe erforderlich. Schließlich verursacht die Verwendung von Lösungsmitteln zusätzliche Kosten.
Um diese Probleme zu vermeiden, ist es bekannt, die Versiege­ lung des Mantelrandes mit der Bodenzarge bei Bechergefäßen aus kunststoffbeschichtetem Papier durch Verpressung mittels be­ heizter Backen vorzunehmen. Es gibt aber Werkstoffe, die ent­ weder dem dabei auftretenden Druck oder die außerhalb des eigent­ lichen Schweißbereichs auftretende hohe Temperatur nicht ver­ tragen. Dazu gehören insbesondere Werkstoffe, die beidseitig oder vollständig aus thermoplastischem Kunststoff bestehen und/ oder wärmedämmende Eigenschaften haben.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Bechergefäß sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Herstellung zu schaffen, bei dem bzw. bei der auf einfache und zuverlässige Weise die Versiegelung auch bei empfindlichem Material möglich ist.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß Mantelrand und Zarge des Bodens durch Ultraschalleinwirkung miteinander ver­ siegelt sind und daß zwischen der Mantelinnenfläche und der Bodenzarge ein Ringraum zur Aufnahme eines Elements eines Ultra­ schallschweißgerätes vorgesehen ist.
Dabei sind der Mantel und die Bodenzarge zweckmäßigerweise gegensinnig konisch. Der Konuswinkel der Bodenzarge und des damit verbundenen Mantelrands soll vorzugsweise kleiner als 30° sein.
Es ist zwar bekannt, mit thermoplastischem Kunststoffmaterial beschichtete Pappen mit Hilfe von Ultraschall zu verbinden (DE-OS 27 03 012). Die Verbindung solcher relativ unempfind­ licher Materialien kann aber nicht als Vorbild für die Verbin­ dung der genannten sehr empfindlichen Materialien dienen. Außerdem findet hier eine im wesentlichen senkrechte Schall­ beaufschlagung der zu verbindenden Flächen statt, die bei den Bechergefäßen der Erfindung eine sehr aufwendige Konstruktion des Ultraschall-Schweißwerkzeuges erfordern würden, das in Radialrichtung verstellbar sein müßte.
Dadurch, daß zwischen der Mantelinnenfläche und der Bodenzarge des Bechergefäßes gemäß der Erfindung ein Ringraum zur Aufnahme eines Elementes eines Ultraschall-Schweißgerätes vorgesehen ist, wird dieses Problem jedoch gelöst. Ein Ringraum einer ähnlichen Form ist zwar bekannt (US-PS 16 54 318). Diese Ent­ gegenhaltung mag aber keinerlei Hinweise in Richtung auf die erfindungsgemäße Lösung zu geben, da beim Erscheinen dieser Entgegenhaltung die Ultraschallverschweißung noch nicht prak­ tiziert wurde. Außerdem dient dieser Ringraum einem völlig anderen Zweck, nämlich einer Verstärkung des Bechergefäßes (Seite 2, Zeile 22 bis 30 der US-PS 16 54 318). Wegen des Vorhandenseins des Ringraums kann der Ultraschall unmittelbar auf die Bodenzarge und den nach innen eingeschlagenen Mantel­ rand zur Einwirkung gebracht werden. Dabei besteht ein beson­ derer Kunstgriff der Erfindung darin, daß die Bodenzarge und die damit zusammenwirkenden Elemente des Schweißgerätes derart konisch sind, daß sie sich zum Becherende hin erweitern, wobei die Beaufschlagung der Sonotrode in Axialrichtung, also unter einem flachen Winkel zu den zu verschweißenden Flächen erfolgt. Überraschenderweise führt dies entgegen bisheriger Kenntnis, die eine im wesentlichen senkrechte Schallbeaufschlagung der zu verbindenden Flächen vorschrieb (DE-OS 27 03 012), zu aus­ gezeichneten Ergebnissen, wobei sich erstaunlicherweise ergab, daß die erforderliche Schweißleistung geringer ist als üblicher­ weise bei senkrechter Beaufschlagung. Die Möglichkeit der axialen Ultraschallbeaufschlagung mit entsprechender axialer Gegenhaltung führt zu einem sehr einfachen Aufbau der Herstel­ lungsvorrichtung.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Her­ stellen eines Bechergefäßes aus flexiblem Folienmaterial mit thermo­ plastischer Kunststoffoberfläche, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 4, das sich dadurch auszeichnet, daß die Bodenzarge und der Mantelrand mit axialer Beaufschlagungsrichtung der entsprechend konischen Ultraschall-Schweißelemente an der Konusfläche der Bodenzarge miteinander versiegelt werden.
Gegenstand der Erfindung ist schließlich eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Patentanspruch 4 mit einem Aufnahmedorn für einen Mantel und einen Boden mit nach unten vorstehender Zarge, die sich dadurch auszeichnet, daß der Aufnahmedorn an seinem Ende einen umlaufenden Kragen besitzt, dessen zur Anlage an der Außenfläche der Bodenzarge bestimmte Innenfläche sich zum Ende hin konisch erweitert und daß sie eine koaxial mit dem Aufnahmedorn zusammenwirkende Sonotrode aufweist, deren zur Anpressung des um die Bodenzarge herumgelegten Mantelrandes bestimmte Oberfläche entsprechend der Innenfläche des Kragens konisch und in Axialrichtung mit Ultraschall beaufschlagt ist. Dabei ist der Konuswinkel an dem Kragen und an der Sono­ trode zweckmäßigerweise kleiner als 30°. Als besonders vorteil­ haft haben sich Konuswinkel unter 20°, beispielsweise um 15°, erwiesen. Der Konuswinkel wird in diesem Zusammenhang zwischen einer Mantellinie des betrachteten Konus und dessen Mittelachse gemessen.
Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel schematisch veranschaulicht. Die einzige Figur zeigt einen schematischen Längsschnitt durch den unteren Teil eines Bechers und die damit zusammenwirkenden Teile eines Aufnahmedorns und einer Sonotrode.
Der Becher ist zusammengesetzt aus einem Mantel 1 und einem Boden 2 mit gezogener Zarge 3.
Während der Herstellung werden die Becherteile von einem Aufnahmedorn 4 getragen, der im wesentlichen einen Konusstumpf mit Bodenfläche 5 darstellt. An seinem Ende trägt der Aufnahmedorn 4 einen Kragen 6, dessen äußere Begrenzung eine Fortsetzung der Mantelfläche des Dorns bildet und der innen von einer Konusfläche 7 begrenzt wird, deren zwischen der Mantellinie und der Mittellinie 8 gemessene Konuswinkel etwa 15° beträgt. In der rechten Hälfte der Figur ist der Aufnahmedorn 4 der größeren Klarheit halber mit einem gewissen Axialabstand von den Becherteilen dargestellt, während er links in der Position erscheint, in der er die Becher­ teile trägt, wenn er in diejenige Maschinenstation ein­ tritt, in welcher sie miteinander verbunden werden sollen.
In dieser Situation ist der untere Rand 9 des Mantels, wie in der Figur rechts gezeigt, nach innen eingeschlagen. Wegen der dem Material innewohnenden Elastizität, die im allgemeinen auch nicht durch entsprechend große Verfor­ mungskräfte überwunden wird, nimmt der Rand 9 noch nicht die zu der Bodenzarge 3 parallele Lage ein. Zwar er­ scheint der Rand 9 in der Zeichnung oben; er wird aber als unterer Mantelrand bezeichnet, weil er in der Gebrauchs­ lage des Bechers unten ist.
In der Schweißstation wirkt mit dem Aufnahmedorn 4 koaxial die Sonotrode 10 zusammen, die ein Konusstumpf ist, dessen Ko­ nuswinkel im wesentlichen mit der Innenfläche 7 des Kragens 6 am Aufnahmedorn 4 sowie mit der gewünschten Konizität der Boden­ zarge 3 übereinstimmt. Sie senkt sich in den Hohlboden des Bechers hinein, wobei sie den unteren Rand 9 des Mantel­ randes aus der rechts in der Figur gezeigten, vorläufigen Stellung in die gewünschte Endstellung gemäß der linken Figurenhälfte bringt und mit der Bodenzarge 3 durch in Axialrichtung gemäß Pfeil 11 wirkende Ultraschallimpulse ver­ schweißt. Der Kragen 6 des Aufnahmedorns 4 dient dabei als Gegen­ halter. Der Kragen 6 und die Sonotrode 10 stellen somit die beiden mit dem Becher zusammenwirkenden Elemente des Schweißgerätes dar.
So ergibt sich ein Becherbehälter mit Hohlboden. Dieser ist nicht nur der Stabilität halber wichtig, sondern wird in manchen Fällen auch deshalb gewünscht, weil er im Stapel gleichartiger Becherbehälter pulverförmige Getränkeingre­ dienzien aufnimmt, die sich dann beim Entstapeln der Becher automatisch jeweils in dem vom Stapel unten abgezogenen Becher befinden.

Claims (6)

1. Bechergefäß aus flexiblem Folienmaterial mit thermo­ plastischer Kunststoffoberfläche, das aus einem Mantel und einem Boden zusammengesetzt ist, indem der nach innen umgelegte Mantelrand mit einer Zarge des Bodens verbördelt und versiegelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Teile durch Ultraschalleinwirkung miteinander versiegelt sind und daß zwischen der Mantelinnenfläche und der Bodenzarge (3) ein Ringraum zur Aufnahme eines Elements (6) eines Ultraschallschweißgerätes vorgesehen ist.
2. Bechergefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (1) und die Bodenzarge (3) gegensinnig konisch sind.
3. Bechergefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel der Bodenzarge und des damit verbundenen Mantelrandes kleiner als 30° ist.
4. Verfahren zum Herstellen eines Bechergefäßes aus flexiblem Folienmaterial mit thermoplastischer Kunststoffoberfläche nach einem der Patentansprüche 1-3 durch Zusammensetzen eines konischen Mantels und eines Bodens mit konischer Randzarge, wobei der Mantelrand nach innen um die Randzarge des Bodens geschlagen und mit dieser versiegelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Boden­ zarge und der Mantelrand mit axialer Beaufschlagungsrich­ tung der entsprechend konischen Ultraschall-Schweißele­ mente an der Konusfläche der Bodenzarge miteinander ver­ siegelt werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, mit einem Aufnahmedorn für einen Mantel und einen Boden mit nach unten vorstehender Zarge, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmedorn (4) an seinem Ende einen umlaufenden Kragen (6) besitzt, dessen zur Anlage an der Außenfläche der Boden­ zarge bestimmte Innenfläche (7) sich zum Ende hin konisch erweitert, und daß die Vorrichtung eine koaxial mit dem Aufnahmedorn (4) zusammenwirkende Sonotrode (10) aufweist, deren Oberfläche entsprechend der Innenfläche des Kragens konisch und in Axialrichtung mit Ultraschall beaufschlagbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel an dem Kragen (6) des Aufnahmedorns (4) und an der Sonotrode (10) kleiner als 30° ist.
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