DE29706961U1 - Vorrichtung zum Herstellen eines Becherbehälters aus Papier - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Becherbehälters aus Flachmaterial, insbesondere Papier, der sich aus einem kegelstumpfförmigen Mantelteil und einem im engeren Ende des Mantelteils angeordneten Bodenteil zusammensetzt. Der Bodenteil besteht aus einer Bodenfläche und einer an deren Rand quer dazu einstückig gezogenen Zarge. Diese ist mit dem Rand des Mantelteils verpreßt, und zwar unterhalb der Bodenfläche, also auf deren dem engeren Ende des Mantelteils zugewandten Seite. Die Verpressung sorgt für eine dichte Verbindung zwischen der Zarge des Bodenteils und dem Mantelrand. Wenn das Behältermaterial mit Polyethylen oder anderen thermoplastischen Material beschichtet oder imprägniert ist, wird die Verpressung im heißen Zustand vorgenommen, so daß eine dichte Versiegelung stattfindet. Zu diesem Zweck ist die Herstellungsvorrichtung mit einer Station zum Verpressen des Bodenteils mit dem Mantelteil ausgerüstet.

Wenn der Bodenteil durch das engere Ende des Mantelteils hindurch in diesen eingesetzt wird, ist der Außendurchmesser des Bodenteils nicht größer als der Innendurchmesser des Mantelteils an seinem engeren Ende. Der Mantelteil hat an derjenigen Stelle, an der die Bodenfläche und die diese begrenzende Ziehkante der Zarge zu liegen kommen, aufgrund seiner Konizität einen etwas größeren Durchmesser als an seinem engen Ende. Demzufolge ist dieser Durchmesser auch etwas größer als der Durchmesser der Ziehkante der Bodenzarge und bildet sich nach dem Einsetzen des Bodenteils in den Mantelteil an dieser. Stelle ein Spalt zwischen diesen Teilen, der spätestens bei der Verpressung dieser Teile zur Erzielung einer dichten Verbindung verschwinden muß. Dies kann man dadurch erreichen, daß man entweder in diesem Bereich den Durchmesser des Mantelteils verringert und diesen dadurch der Bodenzarge annähert (DE-C 32 40 810, DE-C 32 49 750) oder daß der Durchmesser der Bodenzarge vorgrößert wird; letzteres kann dadurch geschehen, daß beim Umbördeln des Mantelrands um die Zarge des Bodenteils diese gegen die stützende Unterseite eines den Mantelteil haltenden Dorns gepreßt wird, wodurch die Ziehkante radial weiter nach außen wandert, was mit einer Durchmesservergroßerung der Zarge verbunden ist (DE-C 22 27 413).

Die dem Bodenteil nach dem Ziehen seiner Zarge innewohnenden Spannungen bringen es mit sich, daß er sich anschließend leicht verformt und daß er nach dem Einsetzen in den Mantelteil eine unregelmäßige Lage einnimmt. Dies gilt insbesondere für Faserflachmaterial wie Papier. Die Unregelmäßigkeit der Lage kann zu Unregelmäßigkeiten in der Verbindung zwischen Bodenteil und Mantelteil und damit zu Dichtheitsfehlern führen. Ausgehend von dem letztgenannten, im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Stand der Technik will die Erfindung eine Maschine schaffen,

die diesen Nachteil vermeidet. Die Lösung liegt in den Merkmalen des Anspruchs 1 und vorzugsweise denjenigen der Unteransprüche.

Dadurch, daß als Ergebnis einer Spreizung die Bodenzarge in engeren Kontakt mit dem Mantelteil gebracht wird, wird ihre Position weitgehend gesichert, weil der Bodenteil in der ihm verliehenen Gestalt durch den Mantelteil gehalten wird. Diese Wirkung setzt nicht voraus, daß der Bodenteil im Bereich der Ziehkante die Innenfläche des Mantelteils unmittelbar erreicht, weil auch-schon geringere Spreizung den gegenseitigen Kontakt verstärkt und dadurch die auf die Zarge wirkenden Haltekräfte vermehrt. Bevorzugt wird aber eine solche Dimensionierung der Spreizbacken, daß die Zarge in einem der Ziehkante benachbarten oder nahen Bereich einen Außendurchmesser erreicht, der dem Innendurchmesser des Mantelteils an derselben Stelle im wesentlichen gleicht. Da die erstrebte Wirkung schon durch eine Annäherung von Zarge und Mantelteil erreicht wird, ist keine gegenseitige Verpressung beabsichtigt. Es ist daher nicht erforderlich, daß der Mantelteil auf seine Außenseite gegenüber der Spreizwirkung abgestützt wird; jedoch soll die Möglichkeit einer solchen äußeren Abstützung des Mantelteils sowie die Möglichkeit einer gewissen vorläufigen Verpressung oder Verbindung der Zarge mit dem Mantelteil, die aber die endgültige Verpressung nicht ersetzen soll, nicht ausgeschlossen werden.

Zweckmäßigerweise stützen sich die Spreizbacken während der Zargendehnung über die Bodenfläche des Bodenteils an der Bodenfläche eines den Mantelteil haltenden Dorns oder dergleichen ab. Dies hat die Wirkung, daß die Bodenfläche des Bodenteils zwischen den Spreizbacken und der Bodenfläche des Dorns in ebene Lage und genaue Position gebracht wird, bevor und während die Zargendehnung stattfindet. Ferner hat dies den Vorteil, daß

Gewähr dafür gegeben ist, daß die Dehnung unmittelbar benachbart der den Übergang zwischen Zarge und Bodenfläche des Bodenteils bildenden Ziehkante ansetzt. Sie kann auch in einem vorbestimmten, geringen Abstand von der Ziehkante ansetzen, wobei dieser Abstand klein ist im Vergleich mit der gesamten axialen Höhe der Zarge; dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Übergang von Bodenfläche zur Zarge des Bodenteils in vorbestimmter Weise abgerundet sein soll. Dies kann zur Schonung des Materials in machen Fällen zweckmäßig sein.

Die konstruktive Ausführung der Spreizbacken ist für. die Erfindung nicht von Belang; der Ausdruck Spreizbacken soll daher keine Beschränkung der Gestalt oder der Wirkung dieser Organe beinhalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Spreizbacken an demjenigen Werkzeug angeordnet, das zum Einsetzen des Bodenteils in den Mantelteil vorgesehen ist. Dies hat den Vorteil, daß dem Bodenteil keine Gelegenheit gegeben wird, seine Position nach dem Einsetzen und vor dem Spreizen zu verändern .

Wenn die endgültige Verpressung des Bodenteils mit dem Mantelteil unter erhöhter Temperatur zwecks Versiegelung einer thermoplastxschen Beschichtung oder Imprägnierung stattfindet und zu diesem Zweck der Verpreßstation wenigstens eine Erwarmungsstation vorgeschaltet ist, sind zweckmäßigerweise Spreizbacken in dieser wenigstens einen Erwärmungsstation angeordnet. Dadurch wird zum einen bewirkt, daß die Neigung des Bodenteils, sich im Laufe der Erwärmung zu verformen, unterdrückt wird. Zum anderen können die Spreizbacken zur Wärmeübertragung herangezogen werden. Die von ihnen auf die Zarge ausgeübte Spreizkraft gewährleistet großflächigen, gleichmäßigen Kontakt und damit

gleichmäßige Wärmeübertragung. Wenn die Zarge bis zum Kontakt mit dem Mantelteil gedehnt wird, beschränkt sich die Erwärmung nicht auf die Zarge, sondern erfaßt auch den Mantelteil bzw. die zwischen diesen Teilen befindlichen Thermoplastschichten. Auch in diesem Fall gilt, daß der Mantelteil auf der Außenseite nicht abgestützt zu sein braucht, aber abgestützt sein kann, wobei zusätzliche Wärmeübertragung von der äußeren Abstützung her möglich ist. In manchen Fällen reicht dabei die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung von den Spreizbacken bzw. von der äußeren Abstützung her aus. Bevorzugt wird jedoch eine Ausführung, bei-welcher eine Einrichtung zum Zuführen beheizten Gases zu den miteinander zu verpressenden Boden- und Mantelbereichen vorgesehen ist, die an sich bekannt ist. Diese Zuführung beheizten Gases kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung so angeordnet sein, daß das beheizte Gas die Spreizbacken oder wärmeleitend mit diesen verbundene Teile bespült, so daß eine davon gesonderte Beheizung der Spreizbacken unnötig wird.

In vielen Fällen erübrigt es sich, auch in der Erwärmstation Spreizbacken vorzusehen. Die Erwärmung wird dann beispielsweise ausschließlich durch Heißgas und/oder Strahlung vorgenommen. Die Verpressung der Bodenzarge mit dem Mantelrand kann danach in einer besonderen, in der Regel unbeheizten Station geschehen. Es eignen sich dafür bekannte, mit der Bördelung des Mantelrandes um die Bodenzarge verbundene Verfahren.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste

Ausführungsform und
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite

Ausführungsform.

Die Ausführung gemäß Fig. 1 bezieht sich beispielsweise auf eine Station, in der ein Bodenteil in einen Mantelteil eingesetzt wird. Man erkennt den oberen Abschnitt eines Wickeldorns l, der eine kegelstumpfförmige Umfangsflache 2 aufweist und an seinem oberen, schmaleren Ende von einer ebenen Bodenfläche 3 begrenzt ist. In einer vorausgegangenen Station hat er einen Mantelteil 4 aufgenommen, der eng um ihn herumgewickelt und geschlossen ist und dessen Bodenrand 5 über das obere Ende des Dorns 1 hinausragt.

In dieser Station befindet sich konzentrisch zum Wickeldorn 1 oberhalb desselben ein Bodenwerkzeug 6. Es handelt sich dabei um ein Werkzeug, das in bekannter und daher hier nicht näher illustrierter und beschriebener Weise ein Bodenteil in das schmale Ende des Mantelteils 4 einsetzt. Man erkennt die Bodenfläche 7 dieses in der Zeichnung schwarz und übertrieben dick dargestellten Bodenteils flach auf der Bodenfläche 3 des Dorns 1 aufliegend sowie die Zarge 8 innerhalb des Bodenrands 5 des Mantelteils 4. Die Zarge 8 schließt sich über eine Ziehkante an die Bodenfläche 7 des Bodenteils an. Sämtliche Teile hat man sich vorzugsweise als Rotationsteile, im Querschnitt kreisförmig begrenzt, vorzustellen; jedoch läßt sich die Erfindung auch bei im Querschnitt ovalen oder abgerundet polygonalen Formen anwenden.

Das Bodenwerkzeug umfaßt eine an einem Führungsstempel 10 fest angeordnete Glocke 11, die eine Mehrzahl von Spreizbacken 12 aufnimmt, von denen in der Darstellung eine links geschnitten ist, während die Schnittebene rechts durch den Spalt zwischen zwei Spreizbacken verläuft. Die Spreizbacken werden durch eine Wurmfeder 13 in einer Umfangsnut zum Zentrum zusammengezogen

und bilden eine konische Innenfläche 14, die mit der entsprechend konischen Außenflächen eines Konus 15 zusammenwirkt. Dieser wird von einer koaxial innerhalb des Führungsstempels 10 geführten Betätigungsstange 16 gehalten und durch die Kraft einer Feder 17 nach oben gezogen. Im nach oben gezogenen Zustand befinden sich die Spreizbacken 12 in ihrer inneren Lage. Wird die Betätigungsstange 16 durch nicht dargestellte Steuerungsmittel nach unten gedrückt, so werden die Spreizbacken 12 radial nach außen verschoben. Das Ausmaß dieser Verschiebung wird durch das Ausmaß der Absenkung des Konus 15 oder durch das Anschlagen der Spreizbacken 12 an der Innenfläche der Glocke 11 bestimmt. Fig. 1 zeigt die Vorrichtung im gespreizten Zustand.

Die Spreizbacken 12 weisen eine, ebene Stirnfläche 18 und fluchtend mit dieser einen Kragen 19 auf, der über die Stirnfläche 20 der Glocke 11 radial hinausgreift und von dieser abgestützt ist. Der Außenumfang des Kragens 19 sämtlicher Spreizbacken 12 ist kreisförmig begrenzt und konisch entsprechend der Konizität des Mantelteils 4. In der radial inneren Endposition der Spreizbacken 12 ist sein Durchmesser etwa gleich dem inneren Ziehdurchmesser der Bodenzarge 8 oder geringer. Im maximal gespreizten Zustand gleicht sein Außendurchmesser dem durch Dehnung zu erreichenden Innendurchmesser des der Ziehkante 9 benachbarten Bereichs der Bodenzarge 8. Dieser Durchmesser ist nicht wesentlich geringer als der Durchmesser des Mantelteils an der entsprechenden Stelle, vermindert um die zweifache Materialdicke.

Diese Vorrichtung arbeitet in folgender Weise. Zunächst wird, wie bekannt, durch das Bodenwerkzeug 6 der Boden 7, 8 in den Bodenrand 5 des Mantelteils 4 eingesetzt. Die Bodenfläche 7 ist dann eben zwischen der Bodenfläche 3 des Wickeldorns 1 und der Stirnfläche 18 des Bodenwerkzeugs 6 gehalten. Die Betätigungs-

stange 16 wird dann im Verhältnis zum Führungsstempel 10 abgesenkt, wodurch die Spreizbacken 12 gespreizt werden und die Bodenzarge 8 in der Nachbarschaft zur Ziehkante 9 gedehnt wird, bis sie etwa den Mantelteil 4 erreicht. Im Rahmen der Elastizität des Boden- und Mantelmaterials ist es auch möglich,, die Zarge ein wenig zu überdehnen, so daß sie nach elastischer Rückstellung einen Verformungszustand behält, in welchem sie an der Innenfläche des unverformten Mantelteils 4 anliegt. Danach werden die Spreizstempel 12 nach innen zurückgezogen und das Bodenwerkzeug 6 kann aus seiner dargestellten Stellung entfernt werden. Der Wickeldorn 1 wird dann in die nächste Station weitergeschaltet .

Diese nächste Station kann eine. Erwärmungsstation sein, in der die Bodenzarge von innen her mit Warmluft beaufschlagt wird. Durch Wärmeleitung wird auch im Zwischenbereich der zu verbindenden Schichten die Temperatur derart angehoben, daß die einander gegenüberstehenden, heißriegelbaren Oberflächenschichten der Bodenzarge und des Mantelrands Siegeltemperatur erreichen. Da diese Schichten aneinander anliegen oder wenigstens einander mit geringem und gleichmäßigem Abstand gegenüberstehen, erfolgt dies sehr gleichmäßig, so daß die sich anschließende Verpressung, die beispielsweise mit einem Bördelwerkzeug in herkömmlicher Weise durchgeführt wird, zu einer sehr gleichmäßigen und zuverlässig dichten Verbindung führt.

Jedoch können Erwärmung und Verpressung auch gemeinsam in einer Station erfolgen, bei der es sich um die in Fig. 2 dargestellte Station zum Erwärmen der miteinander zu verpressenden Bereiche des Mantel- und Bodenteils handeln kann. Fluchtend oberhalb des den Mantelteil 4 und den Bodenteil 7, 8 tragenden Wickeldorns 1 befindet sich ein Bodenwerkzeug 21, das eine von einem nicht dargestellten Führungsstempel getragene Glocke 22 und einen

Führungskegel 23 umfaßt, der im Bereich seines dem Durchmesser der Glocke 22 nahekommenden Größtdurchmesser mit dem Stirnrand 2 4 der Glocke fest verbunden ist, wodurch zwischen diesen Teilenlein geschlossener Raum 25 gebildet wird. Nahe dem Stirnrand 24 der Glocke 22 ist eine sich über den gesamten Umfang erstreckende Reihe von dicht benachbarten Bohrungen 26 vorgesehen, die nach außen und unten gerichtet sind und durch die dem Raum 25 zugeführte Heißluft ausströmt, und zwar in Richtung zum Bodenrand 5 des Mantelteils 4 und zur Zarge 8 hin. Innerhalb eines nach unten offenen Hohlraums des Führungskegels 23 ist eine Mehrzahl von Spreizbacken 28 angeordnet, die mit einem Kragen 29 unter dem Stirnrand 24 der Glocke 22 und des Führungskegels 23 radial nach außen hindurchgreifen und eine ebene Stirnfläche 30 aufweisen. Sie bilden eine kegelige Innenfläche 31, die mit der kegeligen Außenfläche eines Spreizkonus 32 zusammenwirken, der mittels eines Bolzens 33 gehalten ist. Durch eine Wurmfeder 34 werden sie nach innen zusammengezogen. In dieser Stellung steht der Spreizkonus 32 mit seiner Unterfläche 35 ein wenig über die Stirnfläche 30 der Spreizbacken nach unten vor. Die genannten Teile befinden sich zueinander in wärmeleitender Verbindung. Die den Raum 25 füllende und aus den Bohrungen 26 austretende Heißluft führt daher zu einer Erwärmung der Spreizbacken 28.

Die Vorrichtung arbeitet in folgender Weise. Nachdem der Wikkeldorn 1 die dargestellte Station erreicht hat, senkt sich das Bodenwerkzeug 21 auf den Dorn ab, bis sich die Stirnfläche 35 des Spreizkonus 32 auf der Bodenfläche 7 des Bodenteils aufsetzt, die durch die Bodenfläche 3 des Wickeldorns abgestützt ist. Fig. 2 zeigt die Vorrichtung in diesem Zustand. Bei der weiteren Senkbewegung senken sich die Spreizbacken 28 im Verhältnis zum Spreizkonus 32, wodurch die Spreizbacken radial nach außen gepreßt werden. Ihre Außenumfangsflache 36, die ge-

nauso bemessen ist wie dies oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 für die Außenumfangsflache des Kragens 19 der Spreizbacken 12 beschrieben wurde, übt dadurch eine Spreizwirkung auf den der Ziehkante 9 benachbarten Bereich der Zarge 8 aus. Dabei wird dieser Bereich durch Wärmeleitung von den Spreizbacken her erwärmt. Außerdem dringt Heißluft durch die Bohrungen 26 auf den oberhalb des Kragens 29 befindlichen, frei liegenden Bereich des Mantelrandes 5 und der Zarge 8 und erwärmt diese.

Bei diesem Vorgang wird die thermoplastische Beschichtung oder Imprägnierung der miteinander zu verpressenden Teile soweit erwärmt, wie es für den Siegelungsvorgang erforderlich ist. Dies gilt auch für den radial außerhalb des Kragens 29 befindlichen Bereich des Mantelteils 4, da dieser infolge der Spreizung wärmeleitend mit dem entsprechenden Bereich der Zarge 8 in Berührung steht. Damit diese Berührung zustandekommt, sollte der entsprechende Zargenbereich bis zur Oberfläche des Mantelteils gedehnt werden, ggf. auch elastisch ein wenig darüber hinaus. Es ist ohne weiteres erkennbar, daß dieser Erwärmungsvorgang sehr gleichmäßig über den gesamten Umfang stattfindet und Positionierungsungenauigkeiten praktisch ausschließt.

Bei bekannten Maschinen wird im Erwärmungsvorgang der Bodenteil gegenüber dem Mantelteil in Richtung zu dessen weiteren Ende hin verschoben, damit Warmluft zwischen die Zarge 8 und den Mantelteil dringen kann. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß dies im allgemeinen nicht erforderlich ist. Jedoch soll nicht ausgeschlossen werden, daß ein solcher Vorgang der Tätigkeit des erfindungsgemäßen Werkzeugs vorgeschaltet wird.

Um eine hinreichende Erwärmung der miteinander zu verpressenden Teile zu bewirken, können mehrere derartige Erwärmungsstationen

hintereinandergeschaltet sein. Es kann in diesen Stationen auch schon zu einer Teilversiegelung kommen. Die eigentliche Verpressung schließt sich jedoch erst in einer folgenden Station an, wobei in der Regel noch eine Station zwischengeschaltet ist," in der der Teil des Mantelrandes 5, der über die Zarge 8 axial hinaussteht, um die Zarge umgebördelt wird.

Claims (7)

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Herstellen eines Becherbehälters aus Flachmaterial, insbesondere Papier, der sich aus einem kegelstumpf förmigen Mantelteil (4) und einem im engeren Ende des Mantelteils (4) angeordneten Bodenteil (7, 8) zusammensetzt, der aus einer Bodenfläche (7) und einer an deren Rand quer dazu einstückig gezogenen Zarge (8) besteht, die auf der dem engeren Ende des Mantelteils (4) zugewandten Seite der Bodenfläche (7) mit dem Mantelrand (5) verpreßt ist, wobei die Vorrichtung vor einer Station zum Verpressen des Bodenteils (7, 8) mit dem Mantelteil (4) eine Station mit einem Bodenwerkzeug (6, 21} umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenwerkzeug (6, 21) Spreizbacken (12, 28) zum Dehnen der Zarge (8) zumindest in ihrem der Bodenfläche (7) benachbarten Bereich aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizbacken (12, 28) sich über die Bodenfläche (7) des Bodenteils (7, 8) an der Bodenfläche (3) eines den Mantelteil (4) haltenden Dorns (1) abstützen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizbacken (12) an dem Werkzeug (6) zum Einsetzen des Bodenteils (7, 8) in den Mantelteil (4) vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizbacken (28) an einem Werkzeug (21) zum Erwärmen der miteinander zu verpressenden Boden- und Mantelbereiche (5, 8) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zarge (8) beaufschlagenden Backen (12) der Spreizeinrichtung beheizt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (25, 26) zum Zuführen beheizten Gases zu den miteinander zu verpressenden Boden- und Mantelbereichen (5, 8) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizbacken (28) durch das beheizte Gas beheizt sind.