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Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer
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Kunststoff-Verschlusskappe Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zum Herstellen einer Kunststoff-Verschlusskappe im Spritzverfahren bestehend aus
axial entformbaren Werkzeugteilen, welche die Negativform für eine Verschlusskappe
bilden, wobei die Verschlusskappe einen oberen Kappenkörper mit einer etwa zylindrischen
Aussenwand und eine Innenwand aufweist, welche mit wenigstens einem Vorsprung, vorzugsweise
einem Gewinde, zum formschlüssigen Befestigen der Kappe auf einem Behalter versehen
ist, und die weiterhin über eine umlaufende Schwächungszone mit einem im Querschnitt
sich etwa keilförmig nach unten erweiternden Garantieband verbunden ist. Die Erfindung
bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung.
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Bei derartigen Kunststoff-Verschlusskappen wird das Garantieband durch
Warmverformung um einen Wulst am Behälterhals verformt, so dass die Verschlusskappe
beim Aufschrauben entlang der Schwächungszone aufreisst und das erstmalige Offnen
dadurch angezeigt wird. Kunststoff-Verschlusskappen, welche im Spritzverfahren hergestellt
werden, sind bereits bekannt und werden seit langem gebraucht. Bei der Massenproduktion
derartiger Verschlusskappen treten jedoch mancherlei Probleme auf, da einerseits
hohe Stückzahlen pro Zeiteinheit produziert werden sollten und andererseits die
Produktionskosten möglichst tief gehalten werden müssen. Viele Spritzgussformen,
welche zur Herstellung derartiger Verschlusskappen verwendet werden, bestehen aus
radial öffnenden Werkzeugteilen und haben den Nachteil, dass sie hohe Werkzeug-
und Wartungskosten verursachen und ausserdem nur langsam arbeiten und oft Gegenstand
von Funktionsstörungen sind. Es sind auch Werkzeuge bekannt, bei denen die Verschlusskappen
mit Schraubgewinde nach dem Giessvorgang aus dem Werkzeug herausgeschraubt werden.
Auch diese Werkzeuge verursachen jedoch hohe Herstellungs- und Betriebskosten.
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Zusätzliche Probleme tauchen auf bei Verschlusskappen, welche mit
einem warmverformbaren Garantieband versehen sind. Derartige Garantiebänder sind
an sich bereits bekannt. Sie sind mit einer Schwächungszone oder Sollreisslinie
versehen, welche beim erstmaligen Aufschrauben der Verschlusskappe vom Behälter
reisst und dadurch anzeigt, ob der Behälter bereits geöffnet wurde oder nicht. Diese
Schwächungszonen erhöhen die Probleme bei der Herstellung derartiger Verschlusskappen,
da die Gefahr besteht, dass die Sollreisslinie bereits beim Entfernen aus dem Gusswerkzeug
aufreisst.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Bekannten zu
vermeiden und eine Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoff-Verschlusskappen der
eingangs genannten Art zu schaffen, mit der auf einfachste Weise grosse Stückzahlen
produziert werden können, wobei die Herstellungs- und Wartungskosten für das Werkzeug
relativ
gering sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Vorrichtung
ein oberes und ein unteres Werkzeugteil aufweist, welche Werkzeugteile zu einer
kombinierten Form zusammenfügbar sind, die der Aussenkontur der Verschlusskappe
entspricht, wobei das untere Werkzeugteil im unmittelbar an das obere Werkzeugteil
anschliessenden Bereich zum Formen der Schwächungszone wenigstens teilweise im Durchmesser
reduziert ist, und dass ein axial verschiebbares und mit dem oberen und unteren
Werkzeugteil zusammenwirkendes inneres Werkzeugteil zum Formen des Schraubgewindes
in der Form angeordnet ist.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird derart betrieben, dass nach
dem Giessvorgang zuerst das obere Werkzeugteil durch axiale Verschiebung relativ
zum unteren Wekzeugteil entfernt und dadurch der obere Kappenkörper freigelegt wird,
dass anschliessend das innere Werkzeugteil relativ zum unteren Werkzeugteil ohne
Drehbewegung zurückgezogen wird, und dass schliesslich die vom unteren Werkzeugteil
am Garantieband festgehaltene Verschlusskappe durch betätigen der Ausstossvorrichtung
aus dem unteren Werkzeugteil ausgestossen wird.
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Ersichtlicherweise ermöglichen die erfindungsgemässe Vorrichtung und
das Verfahren zu ihrem Betrieb das Ausstossen der Verschlusskappe aus dem Werkzeug
auf einfachste Weise und ohne radiales Offnen der Werkzeugteile. Gemäss dem beschriebenen
Verfahren wird zuerst das obere Werkzeugteil von der Verschlusskappe abgehoben.
Auf diese Weise hat der obere Kappenkörper genügend Elastizität über seine gesamte
Länge, um beim nächsten Verfahrensschritt das Zurückziehen des inneren Werkzeugteiles
zu ermöglichen. Da die ganze Aussenkontur des oberen Kappenkörpers freiliegt, kann
dieser in radialer Richtung gedehnt werden, was zum Entformen des Innenschraubgewindes
ohne Drehbewegung des inneren Werkzeugteiles unerlässlich ist. Dieses Zurückziehen
ohne Schraubbewegung ist jedoch nur deshalb möglich, weil die Verschlusskappe während
diesem Vorgang durch das untere Werkzeugteil im Bereich des Garantiebandes festgehalten
wird. Die
Verschlusskappe ist dabei wohl am Kappenkörper selbst
freigelegt, stützt sich jedoch mit der Unterkante des Kappenkörpers auf dem unteren
Werkzeugteil ab, während das innere Werkzeugteil zurückgezogen wird. Nach diesem
Verfahrensschritt wird die Verschlusskappe durch das untere Werkzeugteil immer noch
am Garantieband festgehalten. Ein Ausstossen der Verschlusskappe ohne Beschädigung
der Schwächungszone ist jetzt jedoch möglich, da beim Zurückziehen des inneren Werkzeugteiles
auch die Innenseite des Garantiebandes freigelegt wurde, so dass das Garantieband
nach innen elastisch verformbar ist.
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Die Vorrichtung lässt sich besonders vorteilhaft betreiben, wenn das
innere Werkzeugteil wenigstens eine gegen die obere Innenwandung der Verschlusskappe
axial verschiebbare Ausstossvorrichtung zum Entformen des Garantiebandes aus dem
unteren Werkzeugteil aufweist. Besonders optimal kann die Verschlusskappe entformt
werden, wenn die Kavität des unteren Werkzeugteiles eine etwa kegelstumpfförmige
Konfiguration aufweist, wobei sich der Kegelstumpf gegen das obere Werkzeugteil
verjüngt, und wenn das obere und das untere Werkzeugteil auf der Ebene der Unterkante
des oberen Kappenkörpers zusammenfügbar sind. Auf diese Weise liegt die Schwächungszone
des Garantiebandes ungefähr auf der gleichen Höhe wie die Unterkante des oberen
Kappenkörpers, womit die Schwächungszone beim Zurückziehen des inneren Werkzeugteiles
praktisch keinen nennenswerten Kräften ausgesetzt ist, da sich die Unterkante des
oberen Kappenkörpers auf dem unteren Werkzeugteil abstützt und damit die auf die
Verschlusskappe einwirkenden Zugkräfte aufnimmt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird nachstehend genauer beschrieben. Es zeigen Figur 1 einen Querschnitt durch
eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung,
Figuren 2 bis
5 die Vorrichtung gemäss Figur 1 in verkleinertem Massstab mit zusätzlichen Hilfsvorrichtungen
während den verschiedenen Betriebsphasen.
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Wie in Figur 1 dargestellt besteht eine Verschlusskappe 1 aus einem
Garantieband 2 und einem oberen Kappenkörper 3. Das Garantieband 2 ist mit dem oberen
Kappenkörper 3 einstückig ausgebildet und über eine Schwächungszone oder Sollreisslinie
4 verbunden. Die Verschlusskappe 1 wird in der Giessvorrichtung hergestellt, welche
aus einem oberen Werkzeugteil 5, einem unteren Werkzeugteil 6 und aus einem inneren
Werkzeugteil 7 besteht.
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Eine Einspritzöffnung 8 erlaubt das Einspritzen von flüssigem Kunststoffmaterial
in die durch die Werkzeugteile gebildete Giesskavität.
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Die einzelnen Werkzeugteile 5 bis 7 sind in Figur 1 zum besseren Verständnis
der Funktion in teilweise geöffnetem Zustand dargestellt. Der dargestelle teilweise
geöffnete Zustand entspricht jedoch beim Betrieb der Vorrichtung keinem der vorgesehenen
Verfahrensschritte.
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Wie in der Zeichnung dargestellt, definiert das obere Werkzeugteil
5 die Aussenkontur des oberen Kappenkörpers 3. Das untere Werkzeugteil 6 ist mit
dem oberen Werkzeugteil 5 zusammenfügbar und bildet einerseits die Unterkante 9
des Kappenkörpers 3 und anderseits die Aussenwand des Garantiebandes 2 mit der Schwächungszone
4. Der obere Kappenkörper 3 ist von etwa zylindrischer Konfiguration, muss jedoch
nicht unbedingt genau zylindrisch ausgebildet sein. So wäre es z.B. denkbar, dass
der obere Kappenkörper im Querschnitt keine kreisförmige Aussenkontur hat und dass
der obere Kappenkörper eine sich gegen oben verjüngende konische Wandung aufweist.
Der Hauptaspekt besteht insbesondere darin, dass der obere Kappenkörper 3 eine Konfiguration
aufweist, welche ein axiales Abheben des oberen Werkzeugteiles 5 zulasst, und unter
dem Ausdruck "etwa zylindrisch" sind
daher alle derartigen Konfigurationen
zu verstehen. Die Aussenwand des Kappenkörpers ist jedoch vorzugsweise genau zylindrisch
wie dies in Figur 1 dargestellt ist.
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Das innere Werkzeugteil 7 erstreckt sich axial verschiebbar in das
obere und untere Werkzeugteil und bildet die innere Begrenzungsfläche der Verschlusskappe,
welche ein Schraubgewinde 10 und eine Dichtlippe 11 aufweist. Zusätzlich bildet
das innere Werkzeugteil 7 auch die Innenfläche des Garantiebandes 2, welche mit
der Innenwandung des Kappenkörpers 3 fluchtet. Es ist jedoch auch denkbar, dass
durch entsprechende Ausbildung des unteren Werkzeugteiles 6 und durch entsprechende
Anpassung des inneren Werkzeugteiles 7 der Ansatz des Garantiebandes 2 an der Unterkante
9 des Kappenkörpers gegen aussen verschoben werden kann.
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Es ist jedoch wichtig, dass das untere Werkzeugteil 6 wenigstens teilweise
an der Unterkante 9 des Kappenkörpers 3 anliegt. Der Grund dafür liegt im ersten
Verfahrensschritt zum Entformen der Verschlusskappe, der so vorgesehen ist, dass
die gesamte Aussenkontur des oberen Kappenkörpers 3 freigelegt wird. Dadurch wird
bei einem nächsten Yerfahrensschritt das Zurückziehen des inneren Werkzeugteiles
7 trotz den Vorsprüngen und Hinterschneidungen des Schraubgewindes 10 ermöglicht.
Da das obere Werkzeugteil 5 abgehoben ist, kann der obere Kappenkörper 3 beim Zurückziehen
des inneren Werkzeucteiles 7 elastisch nachgeben, so dass das Schraubgewinde 10
nicht beschädigt wird. Während dem Zurückziehen liegt der obere Kappenkörper 3 auf
dem unteren Werkzeugteil 6 auf, welches dadurch als Abstützung beim Zurückziehen
dient.
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Da das untere Werkzeugteil 6 direkt an der Unterkante 9 des Kappenkörpers
3 an#iegt, wird jede Krafteinwirkung auf das Garantieband 2 während dem Zurückziehen
des inneren Werkzeugteiles 7 vermieden. Nach dem äusseren und inneren Entformen
des Kappenkörpers 3 wird die Verschlusskappe im Bereich des Garantiebandes 2 immer
noch durch das untere Werkzeugteil 6 festgehalten. Da das Garantieband 2 im Querschnitt
etwa keilförmig ausgebildet ist und weder Hinterschneidungen noch Vorsprünge aufweist,
kann die Verschlusskappe 1 in einem letzten Verfah
rensschritt
durch axiales Ausstossen vom unteren Werkzeugteil 6 gelöst werden. Dies wird, wie
schematisch dargestellt, durch eine Ausstossvorrichtung 12 bewirkt, welche im inneren
Werkzeugteil 7 vorgesehen ist. Nach dem Ausführen der beiden ersten Verfahrensschritte
wird die Ausstossvorrichtung 12 axial gegen den Boden der Verschlusskappe 1 bewegt,
wodurch das Garantieband 2 sich aus der Halterung des unteren Werkzeugteiles 6 löst
und die Verschlusskappe ausgestossen wird.
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Der beschriebene Herstellungsvorgang zeichnet sich durch eine besonders
einfache Werkzeugkonstruktion und durch grosse Betriebszuverlässigkeit aus. Das
Werkzeug selbst besteht im wesentlichen aus vier beweglichen Teilen, welche sowohl
zum Spritzen als auch zum Auswerfen der Verschlusskappe lediglich axial bewegt werden
müssen, was ersichtlicherweise ein rasches Arbeitstempo ermöglicht. Beim Zurückziehen
des inneren Werkzeugteiles 7 wird der Kappenkörper 3 an seiner Unterkante 9 durch
das untere Werkzeugteil 6 zum Uberwinden des Widerstandes gehalten und abgestützt.
Andererseits kann das Garantieband 2, dessen Schwächungszone 4 ausserordentlich
empfindlich ist, mit der erforderlichen Sorgfalt entformt werden.
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Die Figuren 2 bis 5 zeigen die einzelnen Verfahrensschritte sowie
die Betätigung der Werkzeugteile während dem Entformungsprozess. Gemäss Figur 2
ist die Verschlusskappe 1 fertig gegossen und die gesamte Vorrichtung ist immer
noch geschlossen. In dieser Position werden die einzelnen Werkzeugteile 5, 6 und
7 durch bekannte Vorrichtungen zusammengehalten. Wie schematisch dargestellt wird
zu diesem Zweck durch eine Kontrollvorrichtung 13 ein Ventil 14 geöffnet, so dass
ein Druckmedium aus einem Behälter 15 über eine Leitung 16 in den Druckzylinder
17 strömen kann und dabei den Kolben 18 in Schliessposition festhält.
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Figur 3 zeigt den ersten Entformungsschritt, bei dem die Kontrollvorrichtung
13 das Ventil 14 schliesst und durch Offnen des Ventiles 19 das Druckmedium in den
unteren Teil des Druckzylinders
17 strömen lässt, wodurch der
Kolben 18 in seine obere oder geöffnete Position verschoben wird. Die Druckentlastungsleitungen
der beiden durch den Kolben 18 begrenzten Kammern im Druckzylinder 17 sind bekannter
Art und wurden nicht dargestellt. Im übrigen ist die gesamte Werkzeugbetätigungsvorrichtung
dem Fachmann ohne weiteres bekannt und wird daher nicht in überflüssigen Details
dargestellt oder beschrieben.
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Wie in Figur 3 dargestellt ist die gesamte Aussenkontur des oberen
Kappenkörpers 3 freigelegt, wobei die Verschlusskappe 1 durch das innere Werkzeugteil
7 am Schraubgewinde 10 festgehalten wird. Figur 4 zeigt, wie in einem nächsten Schritt
das innere Werkzeugteil 7 durch axiales Zurückziehen aus der Verschlusskappe 1 gelöst
wird. Es ist möglich, dies ohne Dreh- oder Schraubbewegung des inneren Werkzeugteiles
7 zu tun, da der Kappenkörper 3 an seiner Aussenseite elastisch nachgeben kann,
während das Schraubgewinde 10 aus dem Werkzeug gelöst wird.
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Ferner ist der obere Kalppenkörper 3 an seiner Unterkante 9 auf dem
unteren Werkzeugteil 6 abgestützt, um die beim Zurückziehen des inneren Werkzeugteiles
auftretenden Kräfte in axialer Richtung aufzunehmen.
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Figur 5 zeigt die Einleitung des letzten Verfahrensschrittes, bei
dem nach dem Zurückziehen des inneren Werkzeugteiles 7 die Ausstossvorrichtung 12
gegen den Boden der Verschlusskappe gepresst wird, so dass die ganze Verschlusskappe
aus dem unteren Werkzeugteil 6 gelöst wird. Dies ist ohne Beschädigung der Schwächungszone
4 möglich, da das Garantieband 2 im Querschnitt etwa keilförmig und ohne abrupte
Konturänderungen ausgebildet ist und da das Garantieband 2 nach dem Zurückziehen
des inneren Werkzeugteiles 7 sich gegen innen flexibel bewegen kann.
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Ersichtlicherweise können die dargestellten Ausführungsformen abgewandelt
oder modifiziert werden, ohne dabei den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. So
wäre es z.B. denkbar, dass das Garantieband 2 andere Querschnitts-Konfigurationen
aufweist,
solange diese ein axiales Entformen der Verschlusskappe
aus dem nicht radial zu öffnenden Werkzeug nicht ausschliessen. Selbstverständlich
ist es auch denkbar, die schematisch dargestellte Werkzeugbetätigungsvorrichtung
abzuwandeln oder bei Bedarf für Handbetrieb der Vorrichtung umzubauen.
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L e e r s e i t e