DE69810667T2

DE69810667T2 - Verfahren und vorrichtung zum thermoformen, insbesondere zur herstellung eines behälters

Info

Publication number: DE69810667T2
Application number: DE69810667T
Authority: DE
Inventors: Jacques Theno
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2018-03-07
Also published as: AU6840598A; WO1999044808A1; ES2190071T3; EP1066150B1; EP1066150A1; DE69810667D1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein den Bereich des Thermoformens und insbesondere der automatischen Herstellung von Behältern aus Kunststoff zum Verpacken insbesondere von Nahrungsmitteln und insbesondere ein neues Verfahren zur Herstellung von Objekten wie thermogeformten Behältern sowie eine Vorrichtung und eine Anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Es ist bereits ein Verfahren zur industriellen Herstellung solcher Behälter durch Thermoformen bekannt, das hauptsächlich ausgehend von einer zuvor erhitzten und zwischen eine Form und eine Gegenform eingeführten Kunststofffolie darin besteht, daß diese Folie mit einem Stempel tiefgezogen wird und dann der Behälter durch Einblasen von Luft oder Absaugung in seiner endgültigen Form geformt wird. Bei diesem Typ von Verfahren werden heute hauptsächlich zwei Modelle von Tiefziehstempeln verwendet, die jeweils ihre Nachteile besitzen:
Massiver Stempel: das Ziehen und die Verteilung des Kunststoffs sind nicht steuerbar, da dieser auf dem Stempel gleitet.
Stempel mit Rippenlamellen: schwer herstellbar und empfindlich, hinterlassen Eindrücke und machen die um diese herum lokalisierten Bereiche brüchig. Die Behälter können dadurch gewisse Dichtungsfehler aufweisen.
Gemäß EP-A-00 79 682 und dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 18 wird die Arbeit des Stempels durch einen beweglichen Boden der Form unterstützt. Im Betrieb wird die Folie zwischen dem Stempel und dem beweglichen Boden eingeklemmt, die sich dann zusammen auf den Boden des Formungshohlraums zu bewegen.
Ziel der Erfindung ist es, ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zum Thermoformen zur Herstellung von Objekten wie Kunststoffbehältern zu schaffen, bei denen die Verteilung des Werkstoffs auf dem gesamten Behälter genau gesteuert wird, ohne daß manche Bereiche durch den Eindruck des Tiefziehstempels geschwächt werden, was auf diese Weise eine Rohstoffeinsparung gestattet.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist das Verfahren zum Thermoformen mit den folgenden aus den Schritten:
- Halten der erhitzten Kunststofffolie längs des Umfangs eines Formungshohlraums,
- Einklemmen der Folie zwischen einem Stempel und einem beweglichen Formboden,
- gemeinsame Bewegung des Stempels und des Formbodens auf das Innere des Formungshohlraums zu,
- Blasen des auf diese Weise gebildeten Rohlings gegen gekühlte Innenwände des Formungshohlraums,
dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel und der Formboden die Folie längs mindestens eines lokalisierten Klemmbereichs einklemmen, dessen Geometrie so gewählt ist, daß zusätzlich zum Klemmbereich zwei Ziehbereiche abgegrenzt werden, die im wesentlichen unabhängig voneinander gezogen werden.
Auf diese Weise werden erfindungsgemäß verschiedene Ziehbereiche abgegrenzt und werden ungewünschte Werkstoffübertragungen von einem Bereich zum andere insbesondere während des Schritts der gemeinsamen Bewegung des Stempels und des Formbodens vermieden.
Da außerdem jeder Ziehbereich Abmessungen besitzt, von denen mindestens manche kleiner als die Abmessungen der dem Thermoformen unterzogenen Foliengesamtausdehnung sind, ist die Materialverteilung in jedem Bereich homogener.
Die Erfindung gestattet es ferner, jedem Bereich verschiedene Dicken zu verleihen, indem sie Ziehungen von verschiedenen Prozentsätzen unterzogen werden.
Insbesondere bei Behältern wird bevorzugt, daß der Boden fester als die Seitenwand ist. Die Erfindung ermöglicht dies.
Es ist besonders vorteilhaft, daß der Klemmbereich allgemein ringförmig ist, wobei die Ziehbereiche innerhalb bzw. außerhalb des ringförmigen Bereichs gelegen sind. Der ringförmige Bereich kann aus einem durchgehenden Band oder aus getrennten Segmenten bestehen.
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung erzeugt man in einem ersten der Ziehbereiche mindestens einen Teil der Ziehung durch einen Kolben, der einen Teil des ersten Ziehbereichs bezüglich des lokalisierten Klemmbereichs bewegt.
Der Kolben bildet ein Mittel zur Differenzierung des Ziehens des ersten Bereichs bezüglich des Ziehens des anderen Bereichs. Insbesondere in dem Fall, in dem der erste Bereich ein zentraler Bereich ist, der anders nicht von der gemeinsamen Bewegung des Stempels und des beweglichen Bodens bezüglich der Form und der Gegenform betroffen wäre, gestattet der Kolben die mechanische Erzeugung eines gesteuerten Ziehens in diesem ersten Bereich.
Mindestens in einer Endphase des Blasens des Rohlings gegen die Wände des Formungshohlraums geben der Stempel und der Formboden den Rohling frei, da der Formboden mindestens bis zur Bündigkeit mit den feststehenden Wänden des Formungshohlraums zurückgezogen wird.
Bei einer ersten Version kann der Kolben in dem Formungshohlraum montiert sein und muß dabei im allgemeinen ebenfalls mindestens während der Endphase des Blasens weggerückt werden.
Es hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, daß der Kolben auf der den Wänden des Formungshohlraums entgegengesetzten Seite der Folie einwirkt und daß dieser Teil des ersten Ziehbereichs während des Blasens nach dieser gemeinsamen Bewegung des Kolbens und des Formbodens zwischen dem Kolben und einer Seite des Formungshohlraums eingeklemmt ist. Eine solche lokalisierte Einklemmung gestattet insbesondere dann, wenn sie an einem bemerkenswerten Punkt, wie beispielsweise in der Mitte des Bodens des Behälters, vorgenommen wird, die bessere Steuerung der Materialbewegungen während des Blasens.
Es ist vorteilhaft, daß der Klemmbereich am Ende der gemeinsamen Bewegung des Stempels und des Formbodens radial in einem Abstand vom Innenumfang des Formungshohlraums gelegen ist. Auf diese Weise wird verhütet, daß die Seitenwände des Rohlings mit der Seitenwand des Formungshohlraums in Kontakt sind, wodurch eine vorzeitige Abkühlung vor dem Blasen vermieden wird. Außerdem gestattet dies dem Bodenbereich des Rohlings, sich während des Blasens zu entfalten, und zwar dank einer Resorption der Verformung, die durch den Kolben erzeugt wurde.
Während des Schritts des Blasens spritzt man auf die Kunststofffolie vorzugsweise ein Gas unter einem Druck zwischen etwa 100 und 500 kPa ein.
Es ist vorteilhaft, daß der Schritt des Blasens vor dem Ende des Schritts der gemeinsamen Bewegung des Kolbens und des Formbodens beginnt. Das eingeblasene Gas nimmt dabei gleichzeitig damit, daß es den Behälter formt, den beweglichen Formboden in seine Endstellung mit.
Bevor die Folie vor den Formungshohlraum gelangt, kann es zweckmäßig sein, daß eine durchgehende und geschlossene Banderole von der Höhe des herzustellenden Objekts oder eines Teils davon in die Form eingeführt wird, um durch Aufkleben auf der geformten Kunststofffolie eine Verstärkung und Verzierung des Umfangs des erhaltenen Objekts zu gestatten. Die Banderole kann beispielsweise aus Papier bestehen. Die Verklebung ergibt sich aus dem einfachen Kontakt mit der erhitzten Kunststofffolie.
Gemäß einer Abwandlung kann anstelle der Banderole ein Etikett vorgesehen werden, das zunächst durch eine Absaugung, die über geeignete Öffnungen in der Wand des Formungshohlraums vorgenommen wird, an seinem Platz gehalten wird, so daß das Etikett an der durch das Blasen geformten Kunststofffolie angeklebt wird, um das endgültig erhaltene Objekt zu verzieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist die Vorrichtung mit
- einer Form und einer Gegenform, die zueinander beweglich sind, um zwischen sich wahlweise eine erhitzte Kunststofffolie in einer Ausgangsebene der Folie um einen in der Form gebildeten Formungshohlraum herum zu halten, - einem Stempel, der in der Gegenform quer zu dieser Ausgangsebene beweglich ist, um auf veränderliche Weise in den Formungshohlraum einzutreten, und
- einem Formboden, der in dem Formungshohlraum der Form quer zu dieser Ausgangsebene beweglich ist, wobei der Stempel und der Formboden zwischen sich einen Folienklemmbereich bilden können und zusammen diesen Klemmbereich auf das Innere des Formungshohlraums zu bewegen können, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmbereich so gestaltet ist, daß auf der Folie zusätzlich zu dem Klemmbereich zwei Ziehbereiche abgegrenzt werden, die voneinander unabhängig gezogen werden.
Gemäß einem sehr vorteilhaften Merkmal der Erfindung kann die Vorrichtung auch einen Kolben aufweisen, der bezüglich des Stempels oder des beweglichen Bodens beweglich ist, um einen Teil eines ersten der Ziehbereiche bezüglich des Klemmbereichs zu bewegen.
Je nach dem, ob der Kolben sich auf der Seite des Stempels oder im Gegenteil auf der Seite des beweglichen Bodens befindet, besitzt das andere dieser Elemente, d. h. der bewegliche Boden bzw. der Stempel vorzugsweise eine Aussparung, in die der Kolben vorstehen kann und in die er den durch ihn verformten ersten Ziehbereich einführen kann, wenn der Stempel und der bewegliche Boden miteinander den Klemmbereich bilden.
Es ist vorteilhaft, daß die Form Mittel zum Kühlen mindestens eines Teils der Wände des Formungshohlraums besitzt.
Auf diese Weise wird die anfangs erhitzte Folie bei dem Schritt des Blasens schnell abgekühlt.
Ferner ist es vorteilhaft, den Stempel und/oder den beweglichen Boden und/oder den Kolben zu kühlen oder mindestens auf einer mäßigen Temperatur zu halten. Auf diese Weise kühlen diese Elemente die Bereiche der Folie, mit denen sie in Kontakt sind, was die am stärksten belasteten Bereiche der Folie verstärkt. Außerdem bleiben diese Bereiche auf diese Weise dicker und bilden Verstärkungen des hergestellten Objekts.
Zum Kühlen des Stempels kann man Mittel zum Kühlen mindestens eines Teils einer Wand der dem Stempel umgebenden Gegenform vorsehen.
Für die Bewegung des Stempels kann eine mechanische Einheit wie ein elektrischer Motor vorgesehen werden, dem eine Kugelumlaufspindel zugeordnet ist.
Die Bewegung des Formbodens kann mit Hilfe eines Pneumatikzylinders bewirkt werden, der, wenn er gespeist wird, bestrebt ist, den beweglichen Boden in die in dem Formungshohlraum vorstehende Stellung zu bringen. Wenn der Stempel in den Formungshohlraum eindringt, kommt er über die in den Klemmbereich eingelegte Folie an dem beweglichen Boden zur Anlage. Der auf den Pneumatikzylinder des beweglichen Bodens angelegte Druck bestimmt den Druck, der im Klemmbereich auf das Material ausgeübt wird. Die gemeinsame Bewegung des Stempels und des beweglichen Bodens wird nun durch die Bewegung des Stempels bewirkt, wobei dieser den beweglichen Boden auf den Boden des Formungshohlraums zu drückt.
Es ist jedoch auch möglich, daß der Formboden mit Hilfe eines Antriebs wie eines Elektromotors beweglich ist.
Für die Bewegung des Kolbens kann beispielsweise ein einfach wirkender Pneumatikzylinder vorgesehen sein, der bestrebt ist, den Kolben in die vorstehende Stellung zu bringen sowie eine Rückholfeder, die bestrebt ist, den Kolben in die weggerückte Stellung zurückzuholen.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist eine Anlage zur Herstellung einer Vielzahl von Behältern aus Kunststoff dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Vorrichtungen gemäß dem zweiten Aspekt aufweist, die gleichzeitig auf einer gemeinsamen Kunststofffolie arbeiten, die in diesen Vorrichtungen positioniert ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
In der beiliegenden Zeichnung zeigen:
Fig. 1 bis 4 schematische axiale Schnittansichten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Thermoformen in vier aufeinanderfolgenden Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 5 eine Ansicht, die acht Beispiele der Ausbildung des Endes des Stempels und des Klemmbereichs zeigt,
Fig. 6 eine Fig. 2 entsprechende Ansicht, die eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung betrifft, und
Fig. 7 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Anlage.
Bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Vorrichtung zum Thermoformen von Behältern vom Typ Joghurtbecher hauptsächlich eine untere Untereinheit 100, "Form" genannt, und eine obere Untereinheit 200, "Gegenform" genannt. Die Form 100 besitzt einen nach oben offenen Formungshohlraum 121 gegenüber der Öffnung eines Hohlraums 221 der Gegenform 200. Obwohl der Formungshohlraum 121 in Draufsicht einen unregelmäßigen Umriß haben kann, legt man dennoch eine vertikale Linie ZZ' fest, die man "Achse des Formungshohlraums" nennt. Nicht-dargestellte Mittel, wie eine Kolben-Zylinder-Einheit, gestatten die Bewegung der Form 100 und der Gegenform 200 gegeneinander in einer zur Achse ZZ' parallelen Richtung zwischen der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Formungsstellung, in der die aus einem oder aus mehreren Werkstoffen bestehende Kunststofffolie 10 zwischen der Form und der Gegenform 200 auf dem ganzen Umfang des Formungshohlraums 121 in einer sogenannten "Ausgangsebene", die zur Achse ZZ' senkrecht ist, eingeklemmt ist, und einer Versorgungsstellung, in der die Form 100 und die Gegenform 200 miteinander einen so großen vertikalen Abstand bilden, daß die Endformung der thermogeformten Objekte und die Einführung eines folgenden Teils der Folie 10 gestattet wird, um das folgende thermogeformte Objekt herzustellen.
Diese Bewegung ist in Fig. 1 mit den Pfeilen 11 dargestellt.
Die Form 100 besitzt einen Mantel 110, dessen Innenwand fast die gesamte Seitenwand des Formungshohlraums und einen radial äußeren Teil der Bodenwand des Formungshohlraums 121 bildet.
Der Mantel 110 ist in einen Block 111 der Form 100 eingesetzt. Zwischen dem Mantel 110 und dem Block 111 ist eine Kühlkammer 112 für den Umlauf einer Kühlflüssigkeit vorgesehen. Die Basis des Mantels 110 weist Öffnungen 114 zum Austreten der Luft auf, die während der Herstellung des zu formenden Behälters im Formungshohlraum 121 enthalten ist.
Die Form 100 besitzt ferner eine obere Platte 118, die zusammen mit der Gegenform 200 die Einklemmung der Kunststofffolie 10 um den Hohlraum 121 herum auf die oben dargelegte Weise und die Kühlung der Folie in diesem gehaltenen Bereich 10d gewährleistet, der nicht dazu bestimmt ist, der Thermoformarbeit unterzogen zu werden.
Im Boden des Formungshohlraums 121 besitzt der Mantel 110 eine weite zentrale Öffnung 113, durch welche hindurch sich eine "beweglicher Formboden" genannte Vorrichtung 115 in der Achse ZZ' bewegen kann, um mehr oder weniger weit in den Formungshohlraum 121 hineinzuragen (Fig. 1 und 2) oder im Gegenteil eine angezogene Stellung einzunehmen (Fig. 4). In der angezogenen Stellung des Formbodens 115 schließt eine Oberseite 122 des Formbodens im wesentlichen die Öffnung 113 des Mantels 110 und vervollständigt auf diese Weise die den Formungshohlraum 121 der Form 100 bildenden Innenflächen. Es kann jedoch ein ringförmiger Zwischenraum zwischen der Oberseite 122 und dem Umfang der Öffnung 113 des Mantels 110 bestehen bleiben, um die durch die Öffnungen 114 gewährleistete Luftaustrittsfunktion zu ergänzen.
Der bewegliche Boden 115 weist eine zentrale Bohrung 123 auf, die in der Oberseite 122 in der Achse ZZ' ausmündet und in der ein Kolben 117 montiert ist, der zwischen der in dem Formungshohlraum 121 maximal vorstehenden Stellung, die in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, und der in Fig. 4 sichtbaren angezogenen Stellung beweglich ist, in der das freie Ende des Kolbens 117 die Innenfläche des Formungshohlraums 121, und zwar insbesondere die Wand 122 des beweglichen Bodens 115, ergänzt.
Für diese Bewegung ist der Kolben 117 mit einem pneumatischen Antriebskolben 124 fest verbunden, der der Einwirkung von Druckluft ausgesetzt werden kann, um den Kolben 117 entgegen der Einwirkung einer Rückholfeder 126, die auf die andere Seite des Antriebskolbens 124 einwirkt, in die vorstehende Stellung zu schieben. Die Feder 126 bringt den Kolben 117 automatisch in die eingezogene Stellung zurück, wenn die Zufuhr von Druckluft unter dem Kolben 124 unterbrochen wird.
An einer Schulter 127 der Bohrung 123 kommt der Antriebskolben 124 in Anschlag, wenn der Kolben 117 in der maximal ausgefahrenen Stellung ist (Fig. 1 bis 3).
Um die Bohrung 123 herum und unter der Oberseite 122 besitzt der bewegliche Boden 115 eine doppelte Wand, wobei zwischen den beiden Wänden eine Kammer 116 zum Umlauf einer Kühlflüssigkeit vorgesehen ist, die die Kühlung der Seite 122 oder zumindest die Mäßigung ihrer Temperatur bezüglich der der erhitzten Folie 10 gestattet.
Die Gegenform 200 besitzt einen ringförmigen Mantel 210, der in einen Block 211 eingesetzt ist, wobei zwischen diesen eine ringförmige Kammer 212 für den Umlauf einer Kühlflüssigkeit vorgesehen ist, um die Oberfläche des Mantels 210 zu kühlen, die an der Abgrenzung des Hohlraums 221 beteiligt ist. Ein Stempel 215 ist in den Hohlraum 221 in der Achse ZZ' zwischen einer eingezogenen Stellung, die in Fig. 1 dargestellt ist, bis in eine Stellung beweglich, in der er in den Formungshohlraum 121 bis zu dessen Boden eindringt, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Zwischen dem Umfang des Stempels 215 und der seitlichen Innenfläche des Formungshohlraums 121 besteht ein beträchtlicher radialer Abstand, der viel größer als die Dicke der Kunststofffolie 10 ist.
An seinem dem Inneren Hohlraums 121 zugewandten Ende besitzt der Stempel 215 um die Achse ZZ' herum eine ringförmige Erhebung 222, die durchgehend sein kann, vorzugsweise jedoch wie im dargestellten Beispiel aus Segmenten besteht, zwischen denen Unterbrechungen bildende Ausnehmungen 223 vorgesehen sind (Fig. 1).
Fig. 5 zeigt in einem Schnitt gemäß V-V von Fig. 1 acht Möglichkeiten für die Form der Erhebung 222 und der gegebenenfalls in ihr vorgesehenen Unterbrechungen 223.
Die Relativbeweglichkeit des beweglichen Bodens 115 und des Stempels 215 erlaubt es, daß diese in bezug aufeinander eine gegenseitige Abstandsstellung (Fig. 1 und 4) oder im Gegenteil eine Klemmstellung (Fig. 2 und 3) einnehmen, in der die Erhebung 222 die Folie 10 gegen entsprechende Bereiche der Oberseite 222 des beweglichen Bodens 115 klemmt. Der Bereich der Folie 10, der zwischen der Seite 122 des beweglichen Bodens 115 und der Erhebung 122 des Stempels 215 eingeklemmt ist, wird Klemmbereich 10c genannt (Fig. 2 und 3). Der Klemmbereich 10c, der allgemein ringförmig ist und gegenüber dem der Thermoformung ausgesetzten Flächeninhalt der Folie 10 einen sehr geringen Flächeninhalt hat, unterteilt die thermozuformende Folie 10 in einen ersten Ziehbereich 10a, der radial innerhalb des Klemmbereichs 10c gelegen ist und dazu bestimmt ist, den Boden des Behälters zu bilden, und einen zweiten Ziehbereich 10b, der radial außerhalb des Klemmbereichs 10c gelegen ist, und zwar zwischen diesen und dem Bereich 10d, der zwischen der Form 100 und der Gegenform 200 um den ganzen Formungshohlraum 121 herum gehalten wird. Die Form des Klemmbereichs 10c entspricht im wesentlichen der Form der Erhebung 222, von der in Fig. 5 verschiedene Beispiele dargestellt sind. Wenn diese Form Ausnehmungen 223 aufweist, entsprechen diese Unterbrechungen des Klemmbereichs.
Radial innerhalb der Erhebung 222 besitzt der Stempel 215 eine Aussparung 224. Wenn der Kolben 117 in vorstehender Stellung ist und der bewegliche Boden 115 und der Kolben 215 einander genähert sind, um die Einklemmung der Folie 10c vorzunehmen, ragen der Kolben 117 und der im wesentlichen kegelförmig verformte Ziehbereich 10a, wie die Fig. 2 und 3 zeigen, in die Aussparung 224 des Stempels 215 hinein.
Die Gegenform 200 besitzt über dem Block 211 einen oberen Block 213/ der mit einer Öffnung 214 für die Zufuhr von Druckluft in die Kammer 221 der Gegenform 200 versehen ist, und zwar sowohl um den Stempel 215 herum als auch in die Aussparung 224 durch einen inneren Kanal 226 des Stempels 215.
Nun wird die Arbeitsweise der Vorrichtung der Fig. 1 bis 4 beschrieben, wobei die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit eingeschlossen wird.
In einem ersten Schritt, der in Fig. 1 dargestellt ist, ist der Stempel 215 in der eingezogenen Stellung in der Gegenform 200, während der bewegliche Boden 115 in der in den Formungshohlraum 121 vorstehenden Stellung ist, wobei der Kolben 117 seinerseits in bezüglich des beweglichen Bodens 115 vorstehender Stellung ist. Nach Einführung der erhitzten Folie 10 zwischen die Form 100 und die Gegenform 200 hat man die Form 100 in der Achse ZZ' auf die Gegenform 200 zu bewegt, bis die Folie 10 im Bereich 10d festgehalten wird. Die erhitzte Folie 10 ist streckbar. Infolgedessen biegt sie sich im Inneren des Hohlraums 121 durch, wird jedoch im zentralen Teil 10e durch das Ende des Kolbens 117 gehalten. Dieser befindet sich in dieser Phase im wesentlich in der Ausgangsebene. Der Stempel 215 und die Oberseite 122 des Bodens 115 sind weit voneinander entfernt.
In dem in Fig. 2 dargestellten Schritt hat man den Stempel 215 in der Achse ZZ' auf das Innere des Hohlraums 121 zu bewegt, so daß die Erhebung 222 am Ende des Stempels 215 die Folie 10 in dem oben beschriebenen Klemmbereich 10c festklemmt. Dies hat ein erstes Ziehen des zweiten Bereichs 10b zur Folge, der radial außerhalb des Klemmbereichs 10c zwischen diesem Klemmbereich 10c und dem Haltebereich 10d liegt. Da der Kolben 117 bezüglich des beweglichen Bodens 115 in vorstehender Stellung bleibt, wird der Bereich 10a zu einem Kegel verformt, wobei der Teil 10e in Relativbewegung bezüglich des von dem Klemmbereich 10c gebildeten Umfangs dieses Kegels aus dem Formungshohlraum 121 heraus bewegt wird. Den Hohlraum 121 einnehmende Luft wird durch die Öffnungen 113 und 114 herausgedrückt.
In dem folgenden Schritt, der in Fig. 3 dargestellt ist, bewegt man den Stempel 215 und den beweglichen Boden 115 gemeinsam auf den Boden des Hohlraums 121 zu, bis die Oberseite 122 des beweglichen Bodens 115 die Stellung erreicht, in der sie eine Fläche des Formungshohlraums 121 bildet.
Während dieser Bewegung bleiben der Stempel 215 und der bewegliche Boden 115 zueinander feststehend, und der Kolben 117 bleibt in der bezüglich des beweglichen Bodens 115 vorstehenden Stellung. Dieser Schritt gewährleistet das Ziehen des zweiten Ziehbereichs 10b, der dazu bestimmt ist, die Seitenwand des Behälters zu bilden, zwischen dem Klemmbereich 10c und dem Randbereich 10d, der zwischen der Form 100 und der Gegenform 200 festgehalten wird.
In dieser Phase wurden die beiden Ziehbereiche 10a und 10b also genau gesteuerten, voneinander unabhängigen Ziehungen unterzogen. Der Klemmbereich 10c bildet in gewisser Weise eine Sperre, die die Ziehbereiche 10a und 10b hinsichtlich der ausgeübten Ziehung voneinander isoliert. Dies trifft auch dann zu, wenn die Erhebung 222 Ausnehmungen 223 aufweist. Im Ziehbereich 10a wird die durchgeführte Ziehung im wesentlichen durch das Verhältnis zwischen der Höhe des vom Kolben 117 gebildeten Vorsprungs und dem mittleren Durchmesser des Klemmbereichs 10c bestimmt.
Im Ziehbereich 10b wird die durchgeführte Ziehung im wesentlichen durch den radialen Abstand zwischen dem Klemmbereich 10c und dem Haltebereich am Rand 10d im Verhältnis zur Tiefe des Formungshohlraums 121 bestimmt.
Während des Schritts von Fig. 3 oder Schritt der gemeinsamen Bewegung werden die Ziehbereiche 10a und 10b in großem Maße vor jedem Kontakt mit den gekühlten Oberflächen der Vorrichtung bewahrt. Nur der Klemmbereich 10c erfährt durch seinen Kontakt mit dem gekühlten Boden 115 eine geringere gesteuerte Ziehung, dank welcher dieser Klemmbereich einen Verstärkungsbereich auf dem Boden des Behälters bildet. Der Teil 10e, auf den der Kolben 117 drückt, erfährt ebenfalls eine gewisse Abkühlung, die im wesentlichen ohne Auswirkung auf den erhaltenen Behälter ist.
Während des Schritts der gemeinsamen Bewegung tritt die enthaltene Luft über die Öffnungen 113, 114 aus.
In dem in Fig. 4 dargestellten Schritt wird der Stempel 215 auf die Gegenform 200 zu eingezogen und der Kolben 117 wird in den Formboden 115 eingerückt. Spätestens in dieser Phase wird Druckluft über den Kanal 214 und über die Leitungen 226 um den Stempel 215 herum und durch diesen zugeführt, um den Rohling in das Innere des Formungsholraums 121 zu blasen und auf diese Weise die den Rohling bildende Folie gegen die gekühlten Oberflächen des Formungshohlraums 121 anzudrücken. Die Luft tritt weiter über die Öffnungen 113 und 114 aus. Während dieses Arbeitsgangs breitet sich der erste Ziehbereich 10a auf den Boden des Formungshohlraums zu aus, indem er von der in den Fig. 2 und 3 sichtbaren konischen Form in eine flache Form übergeht. Die Bewegung des Bereichs 10e, die durch den Kolben 117 hervorgerufen wurde, wird resorbiert und der lokalisierte Klemmbereich 10c wird im wesentlichen längs der Umfangskante angeordnet, die den Umfang des Bodens des hergestellten Behälters begrenzt. Auf diese Weise ist das Ziehen, dem der Bereich 10a unterworfen wird, von Beginn des Verfahrens bis zum Ende relativ gering und wird im wesentlichen durch Einwirkung des Kolbens 117 bewirkt, wobei das Blasen mehr eine Auffaltung gewährleistet, wobei im Bedarfsfall ergänzend gezogen wird. Der zweite Ziehbereich 10b, der angesichts der vorstehenden Darlegung stärker gezogen wird als der erste Bereich, gelangt zur Seitenfläche des Formungshohlraums 121, um die Seitenwand des erhaltenen Behälters zu bilden.
Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, konnte man im Bedarfsfall in den Formungshohlraum 121 vor der Annäherung der Form 100 an die Gegenform 200 gemäß der Pfeile 11 eine ringförmige Banderole 12 anordnen, die beispielsweise aus Papier besteht. In diesem Fall verklebt sich der Bereich 10b der erhitzten Folie im Blasschritt von Fig. 4 mit der Banderole, die auf diese Weise in den Behälter integriert wird und eine Art Manschette bildet. Die Banderole kann auf ihrer radial äußeren Seite Verzierungselemente oder Mitteilungen auf weisen. Anstelle der Banderole 12 kann ein Etikett vorgesehen werden, das nur einen Teil des Innenumfangs des Hohlraums 121 bedeckt. Zum Andrücken der Banderole oder des Etiketts 12 kann man in der Seitenfläche des Formungshohlraums 121 Absaugöffnungen 109 vorsehen,
Nach dem Schritt von Fig. 4 trennt sich dann die Form 100 von der Form 200 gemäß der Pfeile 11 von Fig. 1, um die Entformung zu gestatten.
Das in Fig. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel wird nur beschrieben, soweit es sich von dem der Fig. 1 bis 4 unterscheidet. Es wurden möglichst weitgehend dieselben Bezugszahlen verwendet. Der bewegliche Boden 115 hat jetzt eine Rohrform und die Öffnung 113 ist ringförmig zwischen einem radial inneren Rand des Mantels 110 und dem radial äußeren Rand eines feststehenden Formbodens 129, in dem jetzt die Kammer 116 für den Umlauf des Kühlfluids gebildet ist. Der Boden 129 besitzt eine feststehende Oberseite 131, die eine der den Formungshohlraum 121 abgrenzenden Seiten bilden. Der obere ringförmige Rand des beweglichen Bodens 115 besitzt eine Form, die es ihm gestattet, mit der Erhebung 122 des Stempels 215 zusammenzuwirken, um den Klemmbereich 10c zu bilden.
Der Kolben 217 ist in dem Stempel 215 so montiert, daß er zwischen der in Fig. 6 dargestellten vorstehenden Stellung, in der er auf den Formungshohlraum 121 zu in dem Inneren der im Inneren des rohrförraigen Bodens 115 gebildeten Aussparung vorsteht, und einer nicht-dargestellten Stellung beweglich ist, in der er in das Innere des Stempels 215 eingezogen ist.
Nun wird die Arbeitsweise dieser Vorrichtung gleichzeitig mit den Abwandlungen beschrieben, die sich daraus für das erfindungsgemäße Verfahren ergeben.
Wenn der Stempel 215 sich bewegt, um den Klemmbereich 10c zu bilden, ist der Kolben 217 vorzugsweise in eingezogener Stellung, und dann läßt man ihn erst nach Bildung des Klemmbereichs 10c in die vorstehende Stellung übergehen, um schließlich in die in Fig. 6 dargestellte Situation zu gelangen. Der Teil 10e des Ziehbereichs 10a wird so bewegt, daß der erste Ziehbereich 10a zu einem Kegel gezogen wird, wobei die Spitze des Kegels diesmal auf das Innere des Formungshohlraums zu gerichtet ist.
Während der gemeinsamen Bewegung des beweglichen Körpers 115 und des Stempels 215 wird der Ziehbereich 10b seinerseits im wesentlichen auf die im vorhergehenden Beispiel beschriebene Weise gezogen. In einer bestimmten Phase dieser Bewegung trifft der Teil 10e auf die Oberseite 131 des feststehenden Bodens 129 auf. Es ist nun zweckmäßig, die gemeinsame Bewegung zu stoppen und einen bestimmten Luftdruck gegen den An triebskolben 234 des Kolbens 217 aufrechtzuerhalten, um den Bereich 10e durch das Ende des Kolbens 217 an die Seite 131 angedrückt zu halten.
Dann führt man den Blasschritt aus, während dessen der Boden 115 eingezogen wird, wobei jedoch der Bereich 10e durch den Kolben 217 an die Seite 131 angelegt gehalten wird. Man hat festgestellt, daß die Aufrechterhaltung dieser Anlage im hergestellten Behälter eine einwandfreie Symmetrie der Verteilung des Werkstoffs um die Achse ZZ' herum gestattet.
Die erfindungsgemäße Formungsvorrichtung kann Teil einer Anlage 300 bilden, die eine Batterie von beispielsweise 8 Vorrichtungen 301 der in bezug auf die Fig. 1 bis 6 beschriebenen Art umfaßt, die gleichzeitig arbeiten, wobei die Blöcke 111 der Formen 100 miteinander fest verbunden sind, desgleichen die Blöcke 211 und 213 der Gegenformen 200.
Eine derartige Industrieanlage produziert Behälter in Gruppen beispielsweise von 8, die entweder durch Schneiden voneinander getrennt werden oder im Zustand einer Gruppe gefüllt und in den Handel gebracht werden.
Die Erfindung ist insbesondere auf die Herstellung von Behältern für Nahrungsmittel, wie Milchprodukte, Joghurt, Dessertcremes usw., anwendbar.
Abwandlungen sind möglich. Der Kolben kann den Bereich 10a erst am Ende des Schritts der gemeinsamen Bewegung ziehen.

Claims

1. Verfahren zum Thermoformen, mit den folgenden Schritten:

- Halten der erhitzten Kunststofffolie (10) längs des Umfangs eines Formungshohlraums (121),

- Einklemmen der Folie zwischen einem Stempel (215) und einem beweglichen Formboden (115),

- gemeinsame Bewegung des Stempels (215) und des Formbodens (115) auf das Innere des Formungshohlraums (121) zu,

- Blasen des auf diese Weise gebildeten Rohlings (10a, 10b) gegen gekühlte Innenwände des Formungshohlraums (121), dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (215) und der Formboden (115) die Folie längs mindestens eines lokalisierten Klemmbereichs (10c) einklemmen, dessen Geometrie so gewählt ist, dass zusätzlich zum Klemmbereich zwei Ziehbereiche abgegrenzt werden, die im wesentlichen unabhängig voneinander gezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmbereich (10c) allgemein ringförmig ist, wobei die Ziehbereiche (10a, 10b) innerhalb bzw. außerhalb des Klemmbereichs gelegen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmbereich (10c) aus mehreren getrennten Segmenten gebildet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man in einem ersten (10a) der Ziehbereiche mindestens einen Teil der Ziehung mit Hilfe eines Kolbens (117, 217) vornimmt, der einen Teil (10e) des ersten Bereichs (10a) bezüglich dieses lokalisierten Klemmbereichs (10c) bewegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (117) den ersten Bereich (10a) während eines Blasschritts freigibt, der auf das Ziehen in den beiden Bereichen (10a, 10b) durch den Stempel (215), den Formboden (115) und den Kolben (117) folgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (10a) ein zentraler Bereich ist, der dazu bestimmt ist, den Boden eines zu formenden Behälters zu bilden, wobei der andere Bereich (10b) ein Umfangsbereich ist, der dazu bestimmt ist, eine Seitenwand des Behälters zu bilden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (215) und der Formboden (115) zusammen mit dem Kolben (117, 217) im wesentlichen die gesamte für den ersten Bereich (10a) vorgesehene Ziehung bewirken.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man den Teil (10e) des ersten Bereichs (10a) mit Hilfe des Kolbens auf das Innere des Formungshohlraums (121) zu bewegt und dass dieser Teil (10e) des ersten Bereichs (10a) während des Blasens nach dieser gemeinsamen Bewegung des Stempels (215) und des Formbodens (115) zwischen dem Kolben (217) und einer Seite (131) des Formungshohlraums eingeklemmt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (117, 217) im wesentlichen zentral angeordnet ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Folie (10) zwischen dem Stempel (215) und dem Formboden (115) einklemmt, bevor der Teil (10e) des ersten Ziehbereichs (10a) mit Hilfe des Kolbens (217) bezüglich des lokalisierten Klemmbereichs (10c) bewegt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmbereich (10c) am Ende der gemeinsamen Bewegung des Stempels (215) und des Formbodens (115) radial in einem Abstand vom Innenumfang des Formungshohlraums (121) gelegen ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man die Folie (10) nach dem Ende der gemeinsamen Bewegung des Stempels (215) und des Formbodens (115) gegen die Oberfläche des Formungshohlraums (121) bläst, sodass sich der erste Bereich (10a) im Boden des Formungshohlraums durch Resorbierung der Bewegung entfaltet, die der Teil (10e) des ersten Bereichs (10a) unter der Einwirkung des Kolbens (117, 217) erfahren hat.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man bei den beiden Ziehbereichen (10a, 10b) verschiedene Ziehungen vornimmt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man während des Blasschritts auf die Kunststofffolie (10) einen Gasdruck zwischen etwa 100 und 500 kPa einspritzt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Blasschritt vor dem Ende des Schritts der gemeinsamen Bewegung beginnt und das eingeblasene Gas gleichzeitig damit, dass es den Behälter formt, den beweglichen Formboden (115) in seine Endstellung mitnimmt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt des Haltens eine durchgehende und geschlossene Banderole (12) in den Formungshohlraum (121) eingeführt wird, um durch Aufkleben auf der geformten Kunststofffolie eine Verstärkung und Verzierung des Umfangs des erhaltenen Objekts zu gestatten.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt des Haltens in die Form ein Etikett eingeführt wird und durch den Unterdruck an seinem Platz gehalten wird, um durch Aufkleben auf die geformte Kunststofffolie eine Verzierung des erhaltenen fertigen Objekts zu gestatten.

18. Vorrichtung zum Thermoformen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17, umfassend:

- eine Form (100) und eine Gegenform (200), die zueinander beweglich sind, um zwischen sich wahlweise eine erhitzte Kunststofffolie (10) in einer Ausgangsebene der Folie um einen in der Form gebildeten Formungshohlraum (121) herum zu halten,

- einen Stempel (215), der in der Gegenform (200) quer zu dieser Ausgangsebene beweglich ist, um auf veränderliche Weise in den Formungshohlraum (121) einzutreten,

- einen Formboden (115) der in dem Formungshohlraum (121) der Form quer zu dieser Ausgangsebene beweglich ist, wobei der Stempel (215) und der Formboden (115) zwischen sich einen Folienklemmbereich (10c) bilden können und zusammen diesen Klemmbereich auf das Innere des Formungshohlraums (121) zu bewegen können,

dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmbereich (10c) so gestaltet ist, dass auf der Folie zusätzlich zu dem Klemmbereich (10c) zwei Ziehbereiche (10a, 10b) abgegrenzt werden, die voneinander unabhängig gezogen werden können.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmbereich (10c) allgemein ringförmig ist, wobei ein erster Ziehbereich (10a) innerhalb und der andere (10b) außerhalb des Klemmbereichs (10c) gelegen ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmbereich (10c) aus getrennten Segmenten gebildet ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem einen Kolben (217) aufweist, der bezüglich des Stempels (215) beweglich ist, um einen Teil (10e) eines ersten (10a) der Ziehbereiche bezüglich des Klemmbereichs (10c) zu bewegen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass sie im beweglichen Boden (115) eine Aussparung aufweist, in welcher der Kolben (217) vorstehen kann.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem einen Kolben (117) aufweist, der bezüglich des beweglichen Bodens (115) beweglich ist, um einen Teil (10e) einer ersten (10a) der Ziehbereiche bezüglich des Klemmbereichs (10e) zu bewegen.

24. . Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass sie in dem Stempel (215) eine Aussparung (224) aufweist, in der der Kolben (117) vorstehen kann.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (117, 217) in dem Formungshohlraum. (121) im wesentlichen axial angeordnet ist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (100) Mittel (112, 116) zum Kühlen mindestens eines Teils der Oberflächen des Formungshohlraums (121) aufweist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenform (200) Mittel (212) zum Kühlen einer den Stempel (215) umgebenden Wand aufweist.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Boden (115) Kühlmittel (116) aufweist.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gegenform (200) eine Öffnung (214) zum Einspritzen von Gas unter Druck vorgesehen ist, um die Kunststofffolie (10) an die Oberflächen des Formungshohlraums (121) anzupressen, sowie Austrittsöffnungen (113; 114) für die Luft, die sich im Betrieb zwischen der Kunststofffolie (10) und den Oberflächen des Formungshohlraums (100) befindet.

30. Einrichtung zur Herstellung einer Vielzahl von Behältern aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl von Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 18 bis 29 aufweist, die gleichzeitig auf einer einzigen, in den Vorrichtungen positionierten Kunststofffolie (10) arbeiten.