-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum mechanischen Formen eines aus
Pappe oder Karton hergestellten Gegenstandes. Die Erfindung betrifft ferner
eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens.
-
Behälter, Einweggeschirr
und Verpackungen aus Pappe werden mittels einer Technik hergestellt, welche
die folgenden typischen Arbeitsstufen umfasst: Schneiden eines Rohlings
aus einer Pappbahn, Falten und/oder Biegen und Fugensiegeln des Rohlings,
um dem Gegenstand, der hergestellt wird, seine endgültige Gestalt
zu geben. Pappbehälter
und -teller werden ferner durch Pressformen oder Tiefziehen des
Rohlings hergestellt. Weitere formgebende Bearbeitungsvorgänge für Pappprodukte
umfassen das Versehen von Pappbehältern, z.B. von Tassen und
Bechern, mit einem aufgerollten oder gefalteten Rand oder einer
sog. Mundrolle und die Bildung von ringförmigen Verstärkungsrippen
oder ähnlichen
Falten an den Seiten der Pappgefäße oder
-verpackungen.
-
Beim
Pressformen von Pappgegenständen wird
der Rohling zwischen ein Paar von erwärmten Pressformungswerkzeugen
gebracht, wobei die Pappe unter Kompression gebogen oder gefaltet
wird und Falten an dem Rand oder in den Ecken des so geformten Gegenstandes
gebildet werden. Das Erwärmen
ist notwendig, um die Verformung der Pappe permanent zu machen.
Pressformen wird insbesondere in der Herstellung von Lebensmittelschalen
und Tellern aus Pappe eingesetzt.
-
Der
Zweck der Mundrolle, die an Papptassen und -bechern gebildet wird,
besteht einerseits darin, die Tasse zu versteifen, und andererseits
darin, den erwünschten
Kontakt mit dem Mund des Benutzers beim Genuss eines Getränks bereitzustellen.
Die Mundrolle wird durch ein Werkzeug bereitgestellt, welches die
Pappe biegt und/oder presst, überwiegend
in der letzten Stufe der Herstellung einer Tasse, die bereits gebogen
und gesiegelt ist. Um die Mundrolle ausreichend fest und permanent
zu machen, werden ein erwärmtes
Werkzeug sowie Additive, wie Öle,
und Befeuchten der Pappe eingesetzt. Da aber Schwankungen in der
Luftfeuchtigkeit einen Einfluss auf die Pappe haben, ist insbesondere
das Befeuchten der Pappe in der Praxis schwer zu kontrollieren; hinzu
kommt, dass befeuchtete Pappe dazu neigt, sich zu verbiegen, oder,
wenn sie zu feucht wird, ihre Steifigkeit vollkommen verliert.
-
Die
Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung einer neuen Lösung für das mechanische Formen
von Pappgegenständen,
wie Behältern,
Geschirr, Verpackungen und ähnlichen
Produkten, welche die obenerwähnten
Probleme des Standes der Technik vermeidet. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Stelle der Pappe mittels eines
Formungswerkzeugs mechanisch geformt wird, während die Stelle gleichzeitig
mit Strahlung mit Mikrowellenfrequenz beaufschlagt wird.
-
Der
Grundgedanke der Erfindung liegt darin, einen lokalen Strahlungseffekt
bereitzustellen, der die Stelle der Pappe, die geformt werden soll,
erwärmt
und die Pappe für
die Dauer der Aufrechterhaltung der Erwärmung verformbar macht. Da
die Pappe keiner Befeuchtung oder Verwendung von Öl oder anderen ähnlichen
Additiven bedarf und keine Notwendigkeit der Erwärmung der eigentlichen Formungswerkzeuge
besteht, ist das Formen leicht zu kontrollieren.
-
Erfindungsgemäß werden
die formbaren Stellen der Pappe mit einer Mikrowellenstrahlung beaufschlagt,
deren Frequenz im Bereich von 1 bis 1000 GHz (korrespondierend zu
einem Wellenlängenintervall
von ca. 0,03 bis 30 cm), vorzugsweise im Bereich von 2 bis 100 GHz,
liegt, wobei die Strahlung von der Pappe absorbiert wird. Pappe
oder Karton enthält
intrinsisch ca. 5 bis 9 % Feuchtigkeit; hierbei sind Wassermoleküle an die
freien Hydroxyl-Gruppen in den Cellulosefasern gebunden, wobei Brücken zwischen
den Fasern gebildet werden. Die auf die Pappe oder den Karton treffende
Strahlung verdampft das Wasser sofort, so dass die Bindungen zwischen
den Fasern aufgelöst
werden, während
die Pappe oder der Karton Wärme
absorbiert. Die Pappe oder der Karton wird also für einen
Moment plastisch und kann mechanisch bearbeitet werden. Wenn sich die
Pappe oder der Karton in der Form verfestigt, die ihm durch die
mechanische Bearbeitung verliehen worden ist, wird das Ergebnis
des Formungsvorgangs permanent.
-
Erfindungsgemäß kann eine
Strahlungsfrequenz von 2,45 GHz verwendet werden (korrespondierend
zu einer Wellenlänge
von 12,2 cm), die in konventionellen Mikrowellenöfen zum Kochen Standard ist.
Die betreffende Frequenz liegt etwas unterhalb des Absorptionspeaks
von Wasser, und sie soll eine übermäßige Konzentration
des Erwärmungseffektes
in der Oberflächenschicht
des Lebensmittels vermeiden. Da jedoch der bestrahlte Gegenstand
gemäß der Erfindung
eine ziemlich dünne
Pappe oder Karton ist, liegt der am meisten bevorzugte Frequenzbereich,
der die Strahlung maximal ausnutzt, etwas höher, dem Absorptionspeak von
Wasser näher.
-
Erfindungsgemäß ist der
Strahlungspuls ausreichend, wenn er die Feuchtigkeit verdampft,
die in der Pappe oder dem Karton in dem Bereich, der geformt wird,
enthalten ist. Es ist bevorzugt, wenn beim kurzzeitigen Erwärmen die
Feuchtigkeit innerhalb der Pappe oder des Kartons verdampft, ohne aus
der Pappe oder dem Karton auszutreten. In der Praxis kann der Dauer
des Strahlungspulses bei ca. 0,1 bis 1 Sekunde liegen, korrespondierend
zu der Zeit, die erforderlich ist, um einen einzelnen Gegenstand
in der Massenproduktion zu formen. Es ist bevorzugt, wenn die Strahlung
gestartet wird, kurz bevor die mechanische Bearbeitung mittels des
Werkzeugs gestartet wird.
-
Das
mechanische Formen von Papp- oder Kartonprodukten gemäß der Erfindung
kann Maßnahmen
umfassen, welche die Pappe oder den Karton biegen, falten oder pressen,
oder Kombinationen hiervon. Die wesentlichen Gegenstände der
Erfindung umfassen lokale Erweiterungen, Vorsprünge oder Ver stärkungen,
die an Papp- oder Kartongegenständen
bereitgestellt werden, so etwa die aufgerollten oder gefalteten
Ränder
von Tassen, Bechern oder Tellern. Ähnlich umfassen weitere Gegenstände der
Erfindung Falten oder Vorsprünge,
die an den Seiten der Papp- oder Kartongegenstände, z.B. Behälter oder
Verpackungen, gebildet werden, so dass sie diese umgeben, um den
Gegenstand zu versteifen. Weitere Gegenstände der Erfindung umfassen das
Pressformen oder Tiefziehen von Papp- oder Kartongegenständen, z.B.
von Behältern
und Tellern, wobei das Formen Biege- oder Knickfalten in den Ecken
des Gegenstandes oder ringförmig
an dem Rand des Gegenstandes bereitstellt.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Formen von Papp- oder Kartongegenständen in Einklang mit der obigen
Beschreibung umfasst nicht nur das Formungswerkzeug, welches die
Stelle der Pappe oder des Kartons, die geformt werden soll, mechanisch
bearbeitet, sondern auch eine Strahlungsquelle, die Strahlung mit
Mikrowellenfrequenz erzeugt, von welcher Quelle ein Strahlungspuls
von kurzer Dauer auf die formbare Stelle der Pappe oder des Kartons
gerichtet werden kann. Die Strahlungsquelle kann selektiv als Teil
des beweglichen Formungswerkzeugs, als Teil des stationären Gegenstücks des beweglichen
Werkzeugs oder vollkommen getrennt von dem Formungswerkzeug und
seinem Gegenstück
installiert sein.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe von Beispielen und unter
Bezugnahme auf die beigefügte
zeichnerische Darstellung detailliert beschrieben; in der Zeichnung
zeigen:
-
1 das
Formen einer Mundrolle um die Öffnung
einer Papptasse mittels Strahlern und ein Formungswerkzeug in der
Grundstellung der Bewegung der Werkzeugteile,
-
2 das
Werkzeug gemäß 1,
welches zum Endpunkt seiner Bewegung kommt, wobei die Mundrolle
an der Öffnung
der Tasse gebildet wird,
-
3 ein
Formungswerkzeug, welches eine ringförmige vorspringende Falte an
der Seite der Tasse erzeugt,
-
4 einen
Schnitt entlang der Linie IV-IV von 3, mit dem
Formungswerkzeug in der Grundstellung seiner Bewegung,
-
5 das
Formungswerkzeug am Endpunkt seiner Bewegung, korrespondierend zu 4,
-
6 eine
aus Pappe hergestellte Tasse mit einer mittels des Formungswerkzeugs
gemäß den 1 und 2 geformten
Mundrolle,
-
7 eine
Tasse, welche zusätzlich
zu der Mundrolle eine mittels des Formungswerkzeugs gemäß den 3 bis 5 an
ihr geformte vorspringende ringförmige
Falte umfasst,
-
8 einen
Gefrierkost-Pappbehälter,
geformt durch Pressformen kombiniert mit Strahlung, und
-
9 einen
aus Pappe hergestellten und nach einem korrespondierenden Verfahren
geformten Einwegteller.
-
Das
Werkzeug gemäß den 1 und 2 zum
Formen der Mundrolle an einer Papptasse 1 umfasst ein vertikal
hin- und herbewegliches Schlagwerkzeug 2, eine stationäre Basis 3,
welche die Tasse hält,
und einen Trägerring 4,
der die Seite der Tasse hält
und als stationäres
Gegenstück
des Schlagwerkzeugs fungiert. Zur Bildung der Mundrolle ist eine
ringförmige
Nut 5 an der Unterseite des Schlagwerkzeugs 2 gebildet.
In der Grundstellung der Formungsbewegung gemäß 1 ist die
Tasse 1, in deren Herstellprozess das Rollen der Öffnung die
letzte Arbeitsstufe darstellt, von der Basis 3 und dem
Trägerring 4 so
gehalten, dass der Rand 6 der Tasse sich geringfügig über die
Oberfläche
des Trägerrings erhebt.
Bei der Durchführung
der Arbeitsbewegung des Schlagwerkzeugs 2, die von der
Position in 1 nach unten gerichtet ist,
ragt der Rand 6 der Tasse in die Nut 5 hinein,
wodurch der Rand zwangsweise nach außen und unten gebogen und aufgerollt wird,
um eine vorspringende Erweiterung um die Öffnung der Tasse zu bilden,
wobei der Rand z.B. um 1 1/2 Umdrehungen gedreht wird, bevor das
Schlagwerkzeug 2 auf das Gegenstück 4 trifft.
-
Um
die Tassenpappe formbar und die so geformte Mundrolle 7 permanent
zu machen, wird ein Strahlungspuls mit Mikrowellenfrequenz von den Strahlern 8 in
Richtung auf den Rand 6 der Tasse gerichtet, wobei der
Puls mit durchbrochenen Linien 9 in 1 gezeigt
ist. Die Strahlung kann gestartet werden, kurz bevor das Werkzeug 2 mit
der Tasse 1 in Kontakt kommt, und wird während des
Formungsvorgangs fortgesetzt, vorzugsweise bis zu dem Moment, in
dem das Werkzeug 2 auf das Gegenstück 4 trifft. Je nach
Feuchtigkeit der Umgebungsluft liegt der Feuchtigkeitsgehalt der
Pappe in einem Bereich von 5 bis 9 %. Die Strahlungsfrequenz kann
z.B. 2,45 GHz betragen, wie sie in konventionellen Mikrowellenöfen verwendet
wird, und die Pulsdauer kann z.B.
-
0,1
Sekunden betragen. Um eine Ausbreitung der Strahlung zu verhindern,
sind die Strahler 8 innerhalb einer Schutzhülle 10 installiert,
die die Tasse 1 umgibt. Gemäß 1 sind Strahler 8 sowohl
an der Innenseite der Schutzhülle 10 als
auch an dem die Tasse umgebenden Trägerring 4 installiert;
in der Praxis ist es jedoch ausreichend, Strahler nur an einer dieser
Stellen zu installieren. Es ist auch möglich, die Strahler an dem
beweglichen Schlagwerkzeug 2 zu installieren. Der Zweck
der Strahlung liegt darin, die Tassenpappe an dem Rand 6 der
Tasse zu erwärmen,
so dass die in der Pappe enthaltene Feuchtigkeit für die Zeitdauer,
in der die Mundrolle 7 aus dem Rand gebildet wird, verdampft.
Die Verdampfung des Wassers und die resultierende Erwärmung der
Pappe machen die Pappe für
einen Moment verformbar, wodurch die an der Tasse gebildete Mundrolle
permanent bleibt, weil die Pappe unmittelbar nach dem Formen abkühlt und
zu ihrer normalen Steifigkeit zurückkehrt.
-
Die 3 bis 5 zeigen
ein Formungsverfahren, wobei eine ringförmige Falte 11, die
die Tasse versteift und von der Seite der Tasse vorspringt, an einer
Papptasse 1' (vgl. 7)
gebildet wird. Die Tasse 1' ist
auf der Basis 3 angeordnet und an ihrer Seite durch den
Trägerring 4 gehalten,
in ähnlicher
Weise wie in den 1 und 2. An der Oberfläche des
die Tasse haltenden Trägerrings 4 ist eine
ringförmige
Nut 12 gebildet, deren Gestalt zu der in der Tasse herzustellenden
Falte korrespondiert. Das bewegliche Formungswerkzeug 13 wird
in das Innere der Tasse 1' gesenkt,
so dass sein unteres Ende niveaugleich mit der Nut 12 des
Trägerrings
ist. Die Strahler 8 sind an der vertikalen Achse 14 des beweglichen
Werkzeugs 13 installiert, und die Seite der Tasse wird
an der Stelle, an der die Falte gebildet werden soll, mit einem
Strahlungspuls 9 mit Mikrowellenfrequenz beaufschlagt.
Die Frequenz und die Dauer der Strahlung können die gleichen sein, wie die
in Verbindung mit den 1 und 2 erwähnten.
-
Die
Arbeitsweise des Formungswerkzeugs 13 beim Bilden der Falte 11 ist
in den 4 und 5 veranschaulicht. Gekrümmte Klemmteile 16 sind
mit der vertikalen Achse 14 des Werkzeugs 13 mittels
horizontaler Teleskoparme 15 verbunden, korrespondierend
zu der Nut 12 des Trägerrings
und der Falte 11, die erzeugt werden soll; die Teile sind
in 4 in ihren zurückgezogenen
Grundstellungen korrespondierend zu 3 und in 5 als
in die Nut des Trägerrings
hineinragend gezeigt, wodurch die Seite der Tasse 1' zwischen den
zu einem Ring angeordneten Klemmteilen 16 und dem Grund
der Nut 12 gepresst wird. Die Falte 11, die durch
die Erwärmung
bereitgestellt wird, welche durch den kurzzeitigen Strahlungspuls 9 erzeugt
wird, und die zu der Vertiefung korrespondiert, bleibt so permanent.
-
Die 6 und 7 zeigen
fertiggestellte Papptassen 1, 1', welche in Einklang mit der Erfindung
gebildet sind. Die Tasse 1 nach 6 ist mit
einer Mundrolle 7 versehen, die mittels des in den 1 und 2 beschriebenen
Formungsverfahrens hergestellt werden kann. Die Tasse 1' nach 7 ist
zusätzlich
zu der Mundrolle 7 mit einer ringförmigen Falte 11 versehen,
die von der Seite der Tasse vorspringt und die mittels des in den 3 bis 5 beschriebenen
Formungsverfahrens hergestellt werden kann.
-
Das
mechanische Formen von Pappprodukten in Einklang mit der Erfindung
unter Verwendung von Strahlung mit Mikrowellenfrequenz kann auch auf
durch Pressformen oder Tiefziehen hergestellte Produkte Anwendung
finden. Bei der Herstellung der Produkte können konventionelle Formungswerkzeuge
als solche mit darin installierten Strahlern als Zubehör verwendet
werden, und ein Strahlungspuls mit Mikrowellenfrequenz kann von
den Strahlern auf die Stellen der Pappe gerichtet werden, die geformt
werden sollen. 8 zeigt ein Beispiel für einen
Gefrierkost-Pappbehälter 17,
der auf diese Weise aus einem Rohling pressgeformt ist, wobei seine
Falten 18 und/oder Wellen 19 in den Ecken mittels
Strahlung gebildet sind. 9 zeigt einen Einwegpappteller 20, der
auf ähnliche
Weise aus einem Rohling gebildet ist.
-
Für den Fachmann
wird erkennbar sein, dass die verschiedenen Anwendungen der Erfindung nicht
auf die obigen Beispiele begrenzt sind, sondern im Bereich der nachfolgenden
Ansprüche
variieren können.