EP3233415A1 - Verfahren zum herstellen eines thermoform-produkts sowie anlage und maschine hierfür - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines thermoform-produkts sowie anlage und maschine hierfür

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EP3233415A1
EP3233415A1 EP15841014.2A EP15841014A EP3233415A1 EP 3233415 A1 EP3233415 A1 EP 3233415A1 EP 15841014 A EP15841014 A EP 15841014A EP 3233415 A1 EP3233415 A1 EP 3233415A1
Authority
EP
European Patent Office
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thermoforming
preform
station
plastic
product
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15841014.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erwin WABNIG
Gerhard Wieser
Thomas Halletz
Bernd Stein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kiefel GmbH
Original Assignee
Kiefel GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Kiefel GmbH filed Critical Kiefel GmbH
Publication of EP3233415A1 publication Critical patent/EP3233415A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
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    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
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    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a thermoforming product and a system and a machine therefor.
  • Thermoforming is a well-known and proven process for heat-forming thin-walled plastic containers.
  • DT 2 417 270 presents a multi-stage process in which a preform is produced in a first working stage. This is done in a spray-stamping machine. By injection-compression molding, the edge of the preform is driven into a circulating clamping gripper. This is designed as a transfer ring. The transferring lies in a transfer plate. The preform can thereby be removed with the transfer plate of the machine and fed to another machine in which the thermoforming takes place.
  • thermoforming which was formerly referred to as "deep drawing”, is carried out via the connection of overpressure and / or underpressure.
  • the clamps of the transfer ring still hold the edge and can now stack the molded thermoforming product, in the example a cup.
  • the terminals are opened.
  • thermoforming product on a single multi-station machine with different tools, comprising the steps of: (a) melting and homogenizing plastic granules and providing the plastic melt to a preforming machine; Station; (b) producing a preform at the preforming station in a preform cavity, preferably by means of injection molding, injection compression molding, compression molding; (c) transferring the preform by means of a transfer support to a thermoforming station on the same machine, the thermoforming station having a thermoforming mold with a thermoforming cavity; (d) preferably heating the preform during the transfer, especially with radiant heating; (e) thermoforming the thermoformed product in the thermoforming cavity.
  • thermoforming product means that at least one thermoforming step has been carried out, in particular for bringing the hot plastic into its final form, but it is also intended that another type of deformation of the plastic be carried out beforehand First, making a preform, later performing the thermoforming step.
  • the production should take place with the at least two steps on exactly one machine.
  • the machine should have several stations, namely to carry out the at least two steps, namely first the production of the preform, later the production of the final form by thermoforming.
  • the "melting and homogenizing of plastic granules" will be carried out regularly by an extruder.
  • the extruder itself need not be part of the local machine, but can only ensure that the plastic melt is provided at the preforming station.
  • the "preforming station” has a preform cavity, thus a concave shaped tool surface for receiving the plastic melt and for direct or indirect shaping of the plastic melt.
  • a “transfer carrier” For "transferring” a “transfer carrier” should be used. This can be more complex and have mutually movable parts that can clamp, for example, an edge of the preform; but this is not necessary. Rather, a simple support structure can be used, such as a plate, with or without centering.
  • thermoforming station is to be arranged "on the same machine", which is characterized, for example, by the fact that, for example, a common safety emergency switch, a common power connection and / or a common controller for the machine control can be provided a common machine bed.
  • Another machine would be if, by means of a transfer station, a transfer of the transfer carrier from one machine to a robot, an assembly line or something else with a separate installation would take place and thereafter a transfer from this means of transport to a new machine.
  • thermoforming tool has a cavity which, by means of overpressure and / or underpressure in the workpiece or outside of the workpiece, gives the plastic the final deep-drawn shape.
  • the thermoforming station also preferably has a station-internal clamping frame, which over the workpiece against the Cavity can be stretched to create a vacuum-tight or pressure-tight space for the workpiece.
  • the first aspect of the invention makes it possible to go directly from the plastic granules to the finished thermoforming product with only a single machine, and indeed waste-free, if the preform is correspondingly dimensioned such that it no longer has a surplus area compared to the product shape ultimately to be produced.
  • edge of the preform it will be useful to usually use the edge of the preform to grasp or hang up during the transfer.
  • the edge is also the outer boundary of the preform as well as, finally, the manufactured thermoforming product in the thermoforming cavity.
  • the first aspect of the invention for the operator of such a machine is very inexpensive to implement: For it is not only - as in the prior art - the existing heat from the preform process used for the thermoforming process; rather, the heat from the extruder is already being used, and from this first heat both preforming and thermoforming can take place. Naturally, very high temperatures are required for the melting and homogenization of the plastic granules, so that an extruder in practice already operates at temperatures well above 100 ° C. to sometimes close to 300 ° C. and heats up.
  • the invention has recognized that it is not only very precise to have the handovers in a single machine; but that it is also very energy efficient. In addition, the output of production without intermediate storage of semi-finished products can be easily scaled.
  • the stated object solves a method of manufacturing a thermoforming product on one or more machines having a plurality of stations with different tools, comprising the steps of: (a) providing a quantity of plastic to a preforming station either by melting and homogenizing plastic granules and providing the plastic melt at the preforming station or by providing a solid plastic element, for example a foil section or a foil plate, at the preforming station; (b) producing a preform at the preforming station in a preform cavity, preferably by means of injection molding, injection compression molding or compression molding; (c) transferring the preform by means of a transfer carrier to a thermoforming station, wherein the thermoforming station has a thermoforming mold with a thermoforming cavity and wherein the transfer carrier holds the preform only on one side; (D) preferably heating the preform during the transfer, especially by means of a radiant heater; (e) fixing the preform to the thermoforming cavity by means of a tentering frame of the thermoforming station; (f)
  • the second aspect of the invention does not only apply when only one machine is used. Rather, several machines can be used, wherein the semi-finished products are transferred during the production process from one to the next machine directly or indirectly.
  • thermoforming station Due to the fact that the thermoforming station has its own clamping frame, the transfer tool can be made considerably simpler than known in the prior art, specifically known from DT 2 417 270. Because the clamping in a waste-free manufacturing process must always be in the so-called good range. It is therefore quite expensive to provide a gripper, which - as in DT 2 417 270 - fixed the Gut Scheme from above and below. Although it can be done without a clamping frame. For it is shown, for example, that the tool head can make the seal over the stamp.
  • the present aspect of the invention finds it advantageous to go in the other direction and instead simplify the transfer, but instead provide a conventional tenter at the thermoforming station.
  • the tenter will then close to the product area of the Thermoform product to be produced, especially the edge, when it becomes a cup-shaped product.
  • the stated object solves a method of manufacturing a thermoforming product on one or more machines having multiple stations with different tools, comprising the steps of: (a) providing a quantity of plastic to a preforming station, either by melting and homogenizing plastic granules and providing the plastic melt at the preforming station or by providing a solid plastic element, for example a film section, at the preforming station; (b) forming a preform at the preforming station in a preform cavity, preferably by injection molding, injection compression or compression molding; (c) transferring the preform by means of a transfer support to a thermoforming station, the thermoforming station comprising a thermoforming tool with a thermoforming station; having mold cavity; (d) preferably heating the preform during the transfer, in particular by means of a radiant heater; (e) thermoforming the cup-shaped product in the thermoforming cavity; (F) and with a further step that changes the amount of plastic provided, the preform and / or the thermoforming product, in particular mechanically,
  • the third aspect of the invention provides an additional treatment step which is of particular synergistic advantage.
  • Concrete proposals for carrying out this additional step follow after the presentation of the fourth aspect of the invention, because the steps are generally not only related to the third aspect of the invention, but can also refer to the first, second or fourth aspect of the invention.
  • the aspects of the invention which are independent of one another but preferably cumulated with one another are described first.
  • the further step can be placed at various points in the presented method.
  • it is intended to make the additional step on the amount of plastic in the preforming station, either before or after the manufacture or during the manufacture of the preform, and / or during the transfer of the preform to the thermoforming station and / or another station provided in addition to the preform station and the thermoforming station; and / or at the thermoforming station, there either at the preforming, ie before the thermoforming, and / or during the thermoforming or after the thermoforming.
  • it may also be more than one additional step that may be provided in addition to the steps listed in the first, second, third, or fourth aspects of the invention.
  • the stated object solves a method of manufacturing a thermoforming product on one or more machines having multiple stations and different tools, comprising the steps of: (a) fusing and homogenizing plastic granules and providing the plastic melt a preforming station; (b) producing a preform at the preforming station in a preform cavity by compression molding; (c) transferring the preform by means of a transfer support to a thermoforming station, the thermoforming station having a thermoforming mold with a thermoforming cavity; (d) preferably heating the preform during the transfer, especially with radiant heating; (e) thermoforming the thermoforming product in the thermoforming cavity.
  • the fourth aspect of the invention provides for the use of the compression-molding method for producing the preform. Prototypes of various kinds of the inventors common here have shown that this surprisingly results in the lowest-voltage states for the products produced. It should be expressly understood that the above four aspects of the invention can be combined with each other, in any number, ie combination of aspect 1 with aspect 2, of aspect 1 with aspect 3, of aspect 1 with aspect 4, of aspect 2 with aspect 3, aspect 2 with aspect 4, aspect 3 with aspect 4, any combinations of three of the aspects or the cumulation of all four aspects.
  • thermoforming can be influenced by a variety of parameters, the extent to which the material is transported into the cavity with the force.
  • a slow material ie, for example, a slow depression of the pre-stretching punch and / or a slow application of underpressure and / or overpressure
  • a relatively good material redistribution can also be achieved towards the walls of the thermoformed product;
  • more material can be taken to the thermoformed bottom when the movement is faster.
  • the printing speeds, the pressure sizes, the temperature and other parameters can be influenced on the final product.
  • thermoforming step it is possible to exert a specific influence on how the wall thicknesses of the thermoformed product ultimately result, for example by providing more raw material in strongly flowing areas simple words so a thickening in the material is provided during the manufacture of the preform.
  • the preform can therefore be produced specifically with thicknesses deviating from a uniform thickness. In a particularly simple case of a circular product, this would therefore be an annular thick spot in the preform, it being understood that a corresponding thin spot can also be provided.
  • thermoforming product is printed
  • technical prints may be involved, but on the other hand, optical prints that make the product prettier for the customer, using a printer preferably a 3D printer, a liquid jet printer such as an ink jet printer may also be used.
  • a printer preferably a 3D printer
  • a liquid jet printer such as an ink jet printer
  • the 3D printing process can be used especially when the preform is printed. Again, it is important to incorporate the knowledge about the deformation conditions in the thermoforming step in the printing. Because when the preform is printed, a geometric deformation of the printed area will usually result during the thermoforming step. A cleverly placed 3D print can take this deformation into account.
  • thermoformed product thus a product with a pronounced three-dimensional body, can be printed particularly easily with a 3D printer. This results in excellent quality because no subsequent mechanical deformation step takes place on the product anymore.
  • thermoforming cavity for the purpose of connecting the element to the product.
  • an element is positioned in the thermoforming cavity, for the purpose of connecting the element to the product.
  • in-mold labeling process it is also possible to provide a smart tag, that is to say an intelligent component, or an RFID chip.
  • the bonding of the element to the product may be at the surface of the product such that the positioned and product-connected element ultimately forms the new surface of the combined product; Alternatively, it is conceivable that the element is completely embedded in the plastic, which is deformed by the preform in the thermoforming step.
  • Another variant for a further step is to produce a multi-component preform in the preform cavity.
  • a two-component injection process may be provided, wherein one or two of the at least two components is or will be injected. For example, if only one component is injected, the second component may be inserted or otherwise applied.
  • the two-component injection leads to the fact that at least one component is introduced by means of a nozzle, while the other component is also introduced with the nozzle, with another nozzle or otherwise. This makes it possible to produce more complex products.
  • a multilayer film for thermoforming is provided.
  • a multilayer preform is preferably produced. This can be done particularly easily by spraying several layers of different plastic over one another. It can also be a combined Beitex of plastic based on finished blanks and the injection from nozzles; or several blanks can be superimposed, with or without a connecting means.
  • a multilayer film can take on different functions of the resulting film through the individual layers: For example, in the food industry, it is often desirable to provide a flavor barrier.
  • the method can preferably be carried out with the additional steps of filling and / or sealing.
  • a food capsule in particular a coffee capsule, a tea capsule, a soup capsule, another brewing capsule or for producing a soft drink or a medicament preparation
  • the method can preferably be carried out with the additional steps of filling and / or sealing.
  • the brochure Wolfgang Beier "Background: Biodegradable plastics" of the Federal Environment Agency, Germany, August 2009.
  • Food capsules, especially coffee capsules can be composted particularly well, because they generally have a fully compostable content.
  • the provision of the amount of plastic at the preforming station or the plastic granules can be carried out using at least partially, preferably completely, the use of a polylactide (PLA).
  • PLA polylactide
  • polylactides too, they generally do not decompose in nature, but within a very short time under industrial conditions complete decomposition can be brought about.
  • a barrier layer in particular having an oxide, in particular a silicon oxide or an aluminum oxide, then this can interact in particular synergy with the biodegradable plastic, the polylactide and the food contents of the food capsule ,
  • An exemplary constellation provides that a coffee capsule is produced. This is filled with coffee.
  • a barrier layer is on a simple plastic like before all polypropylene a silicon oxide (SiOLOx) applied.
  • SiOLOx silicon oxide
  • the coffee, the biodegradable plastic or the polylactide and the silicon oxide can excellently react and decompose under suitable conditions even in nature, but in any case especially quickly under industrial composting conditions.
  • edge of the preform it is proposed that it has already assumed its final shape during the transfer, in which it is clamped by the clamping frame in the Gut Scheme.
  • this step should ensure that no further reshaping is done.
  • the edge can be treated according to a further independent idea in one process step, in particular by applying a second plastic, a chewing or other further material.
  • the edge of the preform may be formed prior to thermoforming into an energy director in the sense of ultrasonic welding or friction welding.
  • An energy sensor in ultrasonic welding is an edge that is so high in its quantity that a weld bead develops only slightly or even not at all, because exactly the amount of material that is too much measured on the preform changes during welding.
  • a combined In-Mold Labeling (IML) embossing tool can be used, using a label having a color edge, wherein an embossment has a mechanical edge the color edge is brought into contour matching with the mechanical edge.
  • IML In-Mold Labeling
  • a machine for carrying out the method according to the first aspect of the invention and preferably additionally one of the further presented aspects or features is particularly advantageous, the machine having a preforming station, in particular an injection molding station, an injection-compression molding station or a compression -Molding- Station, and a thermoforming station, as well as a machine control and a transport means for transporting a preform within the machine between the preforming station and the thermoforming station, wherein the transport means preferably comprises a turntable.
  • the turntable preferably has a vertical indexing axis for approaching the various stations.
  • the machine control is set up to always advance the turntable by 90 °, thus approaching a maximum of four stations, namely on the one hand the preforming station and then directly following or indirectly following the thermoforming station, and preferably an additional treatment station and a removal station.
  • the single figure shows schematically in a perspective view a machine with a turntable and four tray-shaped supports for workpieces and with several stations.
  • the machine 1 in the figure essentially consists of various stations, which are arranged on a common bed 2 and connected via a turntable 3 in a machine direction 4.
  • the turntable 3 has a vertical indexing axis 5.
  • the turntable 3 has four workpiece trays 6 (numbered as an example). (Not labeled in detail) comprises a machine control system drives the rotary table 3 with motors (not shown in detail), so that it can turn on the turntable 3 by 90 0 Angle forward. Each workpiece tray 6 can thereby be switched to exactly four positions.
  • the machine 1 can thus approach exactly four stations with the workpiece trays 6.
  • a preforming station 7 (only shown very rudimentary) is arranged.
  • the preforming station 7 has a compression-molding tool and, at the rear, a plastic melt (not shown) from an extruder (not shown).
  • thermoforming station 8 In the machine direction 4, the station following the preforming station 7 is a thermoforming station 8.
  • the thermoforming station 8 has a top table 10 which can be moved vertically with a toggle lever drive 9 and has an upper tool 11 arranged thereon, which essentially has a pre-punching punch (not visible) and a clamping frame 12.
  • the thermoforming station 8 also has a lower tool (not shown) which, as known in the art, has a molding cavity for the thermoforming products (not shown) to be made.
  • the workpiece tablet 6 each have ten product support frames 13, 14 (numbered as an example). Each workpiece tray 6 may therefore have ten preforms and one station further ten thermoformed products wear. With each switching cycle thus ten products or semi-finished products are indexed, namely per workpiece tray 6.
  • the clamping frame 12 is designed so large that it protrudes around ten times the benefit - workpiece tray 6, at least the ten product support frames 13, 14th
  • even smaller clamping frames may be provided, each clamping one or more of the benefits, so that there are no slips through the product support frames 13, 14 in the thermoforming products during indentation of the forming die or during thermoforming.
  • thermoform products in the following manner:
  • plastic provided on the preforming station 7 in the compression molding process for example by an extruder, is deposited and a preform (not shown) is produced in the course of the process.
  • a further step can already be carried out here, for example a loading of materials, printing, edging, tillage, a second component can be added, etc.
  • the preforms produced are then removed from the preforming cavities, for example simply by lowering the preforming cavities and indexing the turntable 3.
  • the preforms are thereby switched into the thermoforming station 8.
  • the preforms are still easily deformable from the first heat.
  • the thermoforming station then performs the thermoforming in a manner known from the prior art, preferably by means of a pre-stretching punch.
  • the machine 1 will first fix the clamping frame 12 on the preforms and then act with the before the punches, but in any case only then with the under / over pressure.
  • thermoforming station 8 reopens, the turntable 3 continues switching, and the finished thermoforming products can be removed.
  • barrier layers may be useful to apply barrier layers, sealing layers, layers of paint or printing.
  • compressed air forming For molding, compressed air forming, vacuum forming, pre-stretching punch and pressure can be used. Aftertreatment may for example provide a barrier layer, printing, filling or sealing.
  • the machine makes it possible to go directly from the granulate to the thermoformed product, with minimal space requirements and high work precision and high output.
  • high stability can be achieved by orientation of the macromolecules.
  • the preform molding can control the wall thickness distribution in the finished thermoformed product.
  • the preform geometry preferably corresponds to the vertical projection of the final product, so it can be driven without waste.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Thermoform-Produkts sowie eine Anlage und eine Maschine hierfür. Das Thermoformen ist ein bekanntes und bewährtes Verfahren zum Wärmeausformen dünnwandiger Behälter aus Kunststoff. Die Erfindung schlägt ein Verfahren zum Herstellen eines Thermoform-Produkts an einer einzigen Maschine mit mehreren Stationen mit unterschiedlichen Werkzeugen vor, und zwar nach einem ersten Aspekt der Erfindung mit den folgenden Schritten: (a) Aufschmelzen und Homogenisieren von Kunststoffgranulat sowie Bereitstellen der Kunststoffschmelze an einer Preformling-Station; (b) Herstellen eines Preformlings an der Preformling-Station in einer Preformlingskavität, und zwar vorzugsweise mittels Spritzgießen, Spritzprägen, Compression Moulding; (c) Transferieren des Preformlings mittels eines Transferträgers zu einer Thermoform-Station an derselben Maschine, wobei die Thermoform-Station ein Thermoform- Werkzeug mit einer Thermoformkavität aufweist; (d) bevorzugt Beheizen des Preformlings während des Transferierens, vor allem mit einer Strahlungsheizung; (e) Thermoformen des Thermoform-Produkts in der Thermoformkavität. Vorteilhaft ermöglicht es der erste Aspekt der Erfindung, mit nur einer einzigen Maschine direkt vom Kunststoffgranulat zum fertigen Thermoform-Produkt zu gelangen, und zwar abfallfrei, wenn der Preformling entsprechend so dimensioniert ist, dass er keinen Überschussbereich gegenüber der letztlich herzustellenden Produktform mehr hat.

Description

VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES THERMOFORM-PRODUKTS SOWIE ANLAGE UND
MASCHINE HIERFÜR
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Thermoform-Produkts sowie eine Anlage und eine Maschine hierfür. Das Thermoformen ist ein bekanntes und bewährtes Verfahren zum Wärmeausformen dünnwandiger Behälter aus Kunststoff. So wird beispielsweise in der DT 2 417 270 ein mehrstufiges Verfahren vorgestellt, in welchem in einer ersten Arbeitsstufe ein Vorform- ling hergestellt wird. Dies erfolgt in einer Spritzprägemaschine. Durch das Spritzprägen wird der Rand des Preformlings in einen umlaufenden Klemmgreifer getrieben. Dieser ist als Transferring ausgestaltet. Der Transferring liegt in einer Transferplatte. Der Pre- formling kann dadurch mit der Transferplatte der Maschine entnommen werden und einer weiteren Maschine zugeführt werden, in welcher das Thermoformen erfolgt. Hierzu drückt ein Vordehnstempel zunächst in einem zentralen Bereich des Preformlings eine Positivform ein. Anschließend wird über das Zuschalten von Über- und/oder Unterdruck das Thermoformen durchgeführt, welches früher als„Tiefziehen" bezeichnet wurde.
Die Klemmen des Transferrings halten nach wie vor den Rand und können nun das ausgeformte Thermoform-Produkt, im Beispiel einen Becher, stapeln. Zum Ausformen werden die Klemmen geöffnet.
Ein ähnliches Verfahren ist aus der US 3,995,763 bekannt, wobei dort allerdings der Pre- formling nicht selbst spritzgeprägt wird, sondern als Kunststoffplatte zugeführt wird.
Eine ganz ähnliche Vorgehensweise ist aus der US 7,481,640 Bl, der US 7,393,202 Bl oder der WO 2014/187994 AI bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen. Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst diese Aufgabe ein Verfahren zum Herstellen eines Thermoform-Produkts an einer einzigen Maschine mit mehreren Stationen mit unterschiedlichen Werkzeugen, mit den folgenden Schritten: (a) Aufschmelzen und Homogenisieren von Kunststoffgranulat sowie Bereitstellen der Kunststoffschmelze an einer Preformling-Station; (b) Herstellen eines Preformlings an der Pre- formling-Station in einer Preformlingskavität, und zwar vorzugsweise mittels Spritzgießen, Spritzprägen, Compression Moulding; (c) Transferieren des Preformlings mittels eines Transferträgers zu einer Thermoform-Station an derselben Maschine, wobei die Ther- moform-Station ein Thermoform-Werkzeug mit einer Thermoformkavität aufweist; (d) bevorzugt Beheizen des Preformlings während des Transferierens, vor allem mit einer Strahlungsheizung; (e) Thermoformen des Thermoform-Produkts in der Thermoformkavität.
Begrifflich sei hierzu folgendes erläutert:
Das„Thermoform"-Produkt heißt, dass zumindest ein Thermoform- Verfahrensschritt durchgeführt worden ist, insbesondere zum Bringen des Warmkunststoffs in seine letzt- endliche Form. Es soll aber auch vorher schon eine andere Verformungsart am Kunststoff durchgeführt werden. Das Verfahren ist somit mindestens zweistufig: Zunächst Herstellen eines Preformlings, später Durchführen des Thermoform-Schritts.
Es können jedoch noch weitere Schritte vorgesehen werden. Naturgemäß macht aber jeder weitere Schritt die Anlage aufwendiger und damit kostspieliger. Es wurde gefunden, dass mit den hier vorgeschlagenen mindestens zwei Schritten bereits hervorragende Produktqualitäten und gute Durchsatzzahlen erreicht werden können, wobei die Maschine als solche in einem hervorragenden Kosten-Leistungs-Verhältnis produziert werden kann.
Generell sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie„ein....",„zwei..." usw. regelmäßig als mindestens-Angaben zu verstehen sein sollen, also als„mindestens ein...",„mindestens zwei..." usw., sofern sich nicht aus dem Kontext oder explizit ergibt, dass etwa dort nur „genau ein...",„genau zwei..." usw. gemeint sein soll oder kann.
Hier vorliegend, zum ersten Aspekt der Erfindung, ist eine solche Ausnahme vorhanden: Das Herstellen soll mit den mindestens zwei Schritten an genau einer Maschine erfolgen. Die Maschine soll mehrere Stationen haben, nämlich zum Durchführen der mindestens zwei Schritte, nämlich zunächst das Herstellen des Preformlings, später das Herstellen der letztendlichen Form im Thermoformen.
Das„Aufschmelzen und Homogenisieren von Kunststoffgranulat" wird regelmäßig von einem Extruder vorgenommen werden. Der Extruder selbst muss nicht Bestandteil der hiesigen Maschine sein, sondern kann lediglich dafür sorgen, dass die Kunststoffschmelze an der Preformling-Station bereitgestellt wird.
Die„Preformling-Station" hat eine Preformlingskavität, somit eine konkav geformte Werkzeugoberfläche zur Aufnahme der Kunststoffschmelze und zum mittelbaren oder unmittelbaren Formgeben der Kunststoffschmelze.
Die Formverfahren des Spritzgießens, des Spritzprägens oder des Compression Moulding sind dem Fachmann bekannt.
Zum„Transferieren" soll ein„Transferträger" eingesetzt werden. Dieser kann komplexer sein und gegeneinander bewegliche Teile aufweisen, die zum Beispiel einen Rand des Preformlings klemmen können; dies ist aber ausdrücklich nicht notwendig. Vielmehr kann auch eine einfache Tragekonstruktion verwendet werden, beispielsweise ein Teller, mit oder ohne Zentrierung.
Die Thermoform-Station soll„an derselben Maschine" angeordnet sein. Diese kennzeichnet sich beispielsweise dadurch, dass beispielsweise ein gemeinsamer Sicherheitsnot- Schalter, ein gemeinsamer Stromanschluss und/oder ein gemeinsamer Controller für die Maschinensteuerung vorgesehen sein kann. Oft befinden sich sogar die Anlagen an einem gemeinsamen Maschinenbett. Eine andere Maschine wäre es dann, wenn mittels einer Transferstation eine Übergabe des Transferträgers von der einen Maschine zu einem Roboter, einem Fließband oder etwas anderem mit separater Aufstellung erfolgen würde und danach wieder ein Transfer von diesem Transportmittel zu einer neuen Maschine.
Das „Thermoform- Werkzeug" verfügt über eine Kavität, welche mittels Überdruck und/oder Unterdruck im Werkstück beziehungsweise außerhalb des Werkstücks dem Kunststoff die letztendliche tiefgezogene Form gibt. Die Thermoform-Station verfügt außerdem bevorzugt über einen stationseigenen Spannrahmen, welcher über das Werkstück gegen die Kavität gespannt werden kann, um einen vakuumdichten beziehungsweise druckdichten Raum für das Werkstück zu schaffen.
Vorteilhaft ermöglicht es der erste Aspekt der Erfindung, mit nur einer einzigen Maschine direkt vom Kunststoffgranulat zum fertigen Thermoform-Produkt zu gelangen, und zwar abfallfrei, wenn der Preformling entsprechend so dimensioniert ist, dass er keinen Überschussbereich gegenüber der letztlich herzustellenden Produktform mehr hat.
Es wird sich anbieten, üblicherweise den Rand des Preformlings zum Greifen beziehungsweise Auflegen während des Transferierens zu nutzen. Der Rand ist außerdem auch die äußere Begrenzung des Preformlings sowie schließlich auch des hergestellten Thermo- form-Produkts in der Thermoformkavität.
Zudem ist der erste Aspekt der Erfindung für den Betreiber einer solchen Maschine sehr kostengünstig umsetzbar: Denn es wird nicht nur - wie im Stand der Technik - die vorhandene Wärme aus dem Preform-Prozess für das Thermoform- Verfahren genutzt; vielmehr wird schon die Wärme aus dem Extruder genutzt, und aus dieser ersten Wärme können sowohl das Preformen als auch das Thermoformen erfolgen. Für das Aufschmelzen und Homogenisieren des Kunststoffgranulats sind naturgemäß sehr hohe Temperaturen erforderlich, so dass ein Extruder in der Praxis ohnehin mit Temperaturen weit über 100 °C bis teilweise knapp 300 °C arbeitet und sich aufheizt. Die Erfindung hat erkannt, dass es nicht nur besonders präzise ist, in einer einzigen Maschine die Übergaben statt- finden zu lassen; sondern dass es zudem besonders Energieeffizient ist. Zudem lässt sich der Ausstoß der Produktion ohne Zwischenlagerung von Halbzeugen einfach skalieren.
Nach einem zweiten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Herstellen eines Thermoform-Produkts an einer oder an mehreren Maschinen, mit mehreren Stationen mit unterschiedlichen Werkzeugen, mit den folgenden Schritten: (a) Bereitstellen einer Kunststoffmenge an einer Preformling-Station, entweder durch Aufschmelzen und Homogenisieren von Kunststoffgranulat sowie Bereitstellen der Kunststoffschmelze an der Preformling-Station oder durch Bereitstellen eines festen Kunststoffelements, zum Beispiel eines Folienabschnitts oder einer Folienplatte, an der Preformling-Station; (b) Herstellen eines Preformlings an der Preformling-Station in ei- ner Preformlingskavität, und zwar vorzugsweise mittels Spritzgießen, Spritzprägen oder Compression Moulding; (c) Transferieren des Preformlings mittels eines Transferträgers zu einer Thermoform-Station, wobei die Thermoform-Station ein Thermoform- Werkzeug mit einer Thermoformkavität aufweist und wobei der Transferträger den Preform- ling lediglich einseitig hält; (d) bevorzugt Beheizen des Preformlings während des Trans- ferierens, vor allem mittels einer Strahlungsheizung; (e) Fixieren des Vorformlings an der Thermoformkavität mittels eines Spannrahmens der Thermoform-Station; (f) Thermofor- men des Thermoform-Produkts in der Thermoformkavität.
Begrifflich sei zum zweiten Aspekt der Erfindung folgendes erläutert:
Der zweite Aspekt der Erfindung greift nicht nur dann, wenn nur eine Maschine einge- setzt wird. Vielmehr können auch mehrere Maschinen eingesetzt werden, wobei die Halbzeuge während des Produktionsprozesses von einer zur nächsten Maschine mittelbar oder unmittelbar übergeben werden.
Als Alternative zum Aufschmelzen des Granulats direkt an der Maschine wird nun auch in Betracht gezogen, vorgefertigte Folienstücke oder Kunststoffplattenstücke als Ein- gangs-Halbzeug in dem Prozess zu verwenden. Für einen solchen Prozess wird auf die WO 2014/187994 AI hiermit ausdrücklich Bezug genommen und der gesamte dortige Offenbarungsgehalt im Wege der Referenzierung hier auch zum Offenbarungsgehalt gemacht.
Dadurch, dass die Thermoform-Station einen eigenen Spannrahmen hat, kann das Trans- ferwerkzeug deutlich einfacher ausgeführt sein als im Stand der Technik bekannt, konkret als aus der DT 2 417 270 bekannt. Denn das Klemmen bei einem abfallfreien Herstell- prozess muss immer im sogenannten Gutbereich erfolgen. Es ist deshalb recht aufwendig, einen Greifer vorzusehen, der - wie in der DT 2 417 270 - den Gutbereich von oben und unten fixiert. Zwar kann dort ohne einen Klemmrahmen ausgekommen werden. Denn es ist beispielsweise gezeigt, dass die Werkzeugstirn über dem Stempel die Abdichtung vornehmen kann.
Der hiesige Aspekt der Erfindung hält es jedoch für vorteilhaft, in die andere Richtung zu gehen und stattdessen den Transfer zu vereinfachen, dafür aber einen konventionellen Spannrahmen an der Thermoform-Station vorzusehen. Der Spannrahmen schließt dann auf den Gutbereich des zu produzierenden Thermoform-Produkts, vor allem auf den Rand, wenn es ein becherförmiges Produkt wird.
Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Herstellen eines Thermoform-Produkts an einer oder mehreren Maschinen, mit mehreren Stationen mit unterschiedlichen Werkzeugen, mit den folgenden Schritten: (a) Bereitstellen einer Kunststoffmenge an einer Preformling-Station, entweder durch Aufschmelzen und Homogenisieren von Kunststoffgranulat sowie Bereitstellen der Kunststoffschmelze an der Preformling-Station oder durch Bereitstellen eines festen Kunststoffelements, zum Beispiel eines Folienabschnitts, an der Preformling-Station; (b) Herstellen eines Preformlings an der Preformling-Station in einer Preformlingskavität, und zwar vorzugsweise mittels Spritzgießen, Spritzprägen oder Compression Moulding; (c) Transferieren des Preformlings mittels eines Transferträgers zu einer Thermoform- Station, wobei die Thermoform-Station ein Thermoform- Werkzeug mit einer Thermo- formkavität aufweist; (d) bevorzugt Beheizen des Preformlings während des Transferierens, vor allem mittels einer Strahlungsheizung; (e) Thermoformen des becherförmigen Produkts in der Thermoformkavität; (f) sowie mit einem weiteren Schritt, der die bereitgestellte Kunststoffmenge, den Preformling und/oder das Thermoform-Produkt verändert, insbesondere mechanisch, optisch oder sensortechnisch.
Mit einfachen Worten sieht der dritte Aspekt der Erfindung einen zusätzlichen Behandlungsschritt vor, der von besonderem synergistischem Vorteil ist. Konkrete Vorschläge für die Ausführung dieses zusätzlichen Schritts folgen nach der Vorstellung des vierten Aspekts der Erfindung, weil sich die Schritte im Allgemeinen nicht nur auf den dritten Aspekt der Erfindung beziehen, sondern auch auf den ersten, zweiten oder vierten Aspekt der Erfindung beziehen können. Es seien daher zur besseren Übersicht zunächst die voneinander unabhängigen, bevorzugt aber beliebig miteinander kumulierten, Erfindungsaspekte beschrieben.
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass der weitere Schritt an verschiedenen Stellen in den vorgestellten Verfahren platziert sein kann. Insbesondere sei aber daran gedacht, den zusätzlichen Schritt an der Kunststoffmenge in der Preformling-Station vorzunehmen, entweder vor oder nach dem Herstellen oder während des Herstellens des Preform- lings, und/oder während des Transferierens des Vorformlings zur Thermoform-Station und/oder an einer weiteren Station, die zusätzlich zur Vorformling-Station und zur Thermoform-Station vorgesehen ist; und/oder an der Thermoformstation, dort entweder am Preformling, also vor dem Thermoformen, und/oder während des Thermoformens oder nach dem Thermoformen. Auch hier sei wieder ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es auch mehr als ein zusätzlicher Schritt sein kann, der zusätzlich zu den in dem ersten, zweiten, dritten oder vierten Aspekt der Erfindung aufgelisteten Schritten vorgesehen sein kann. Der dritte Aspekt der Erfindung löst mit kurzen Worten also die Aufgabe, einen Prozessschritt für einen Zusatznutzen in das Herstellverfahren zu integrieren. Nach einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Herstellen eines Thermoform-Produkts an einer oder mehreren Maschinen, mit mehreren Stationen und unterschiedlichen Werkzeugen, mit den folgenden Schritten: (a) Aufschmelzen und Homogenisieren von Kunststoffgranulat sowie Bereitstellen der Kunststoffschmelze an einer Preformling-Station; (b) Herstellen eines Pre- formlings an der Preformling-Station in einer Preformlingskavität, und zwar mittels Com- pression Moulding; (c) Transferieren des Preformlings mittels eines Transferträgers zu einer Thermoform-Station, wobei die Thermoform-Station ein Thermoform-Werkzeug mit einer Thermoformkavität aufweist; (d) bevorzugt Beheizen des Preformlings während des Transferierens, vor allem mit einer Strahlungsheizung; (e) Thermoformen des Ther- moform-Produkts in der Thermoformkavität.
Mit einfachen Worten sieht der vierte Aspekt der Erfindung vor, das Compression-Moul- ding- Verfahren zum Herstellen des Preforms einzusetzen. Prototypenversuche verschiedenster Art der hier gemeinsamen Erfinder haben ergeben, dass dies überraschend für die hergestellten Produkte die spannungsärmsten Zustände ergibt. Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehend genannten vier Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden können, und zwar in beliebiger Anzahl, also Kombination des Aspekts 1 mit dem Aspekt 2, des Aspekts 1 mit dem Aspekt 3, des Aspekts 1 mit dem Aspekt 4, des Aspekts 2 mit dem Aspekt 3, des Aspekts 2 mit dem Aspekt 4, des Aspekts 3 mit dem Aspekt 4, beliebige Kombinationen von drei der Aspekte oder die Kumulation von allen vier Aspekten.
Von Vorteil kann es sein wenn der Preformling mit einer von einer einheitlichen Dicke abweichendem Dickenprofil hergestellt wird. Beim Thermoformen lässt sich über verschiedenste Parameter beeinflussen, inwieweit das Material mit der Kraft in die Kavität hinein transportiert wird. So lässt sich beispiels- weise bei einem langsamen Material verformen, also beispielsweise einem langsamen Eindrücken des Vordehnstempels und/oder einem langsamen Aufbringen von Unter- und/oder Überdruck, eine relativ gute Materialumverteilung auch zu den Wänden des thermogeformten Produkts hin erzielen; demgegenüber lässt sich mehr Material zum ther- mogeformten Boden mitnehmen, wenn die Bewegung schneller erfolgt. Auch mit den Druckverhältnissen, den Druckgeschwindigkeiten, den Druckgrößen, der Temperatur und weiteren Parametern kann Einfluss genommen werden auf das Endprodukt.
Ist erst einmal bekannt, wie sich das Material während des Thermoform-Schritts umver- formt, so kann gezielt darauf Einfluss genommen werden, wie sich die Wanddicken des Thermoform-Produkts letztendlich ergeben, in dem in stark fließenden Bereichen beispielsweise mehr Ursprungsmaterial vorgesehen wird, mit einfachen Worten also eine Verdickung im Material beim Herstellen des Preformlings vorgesehen wird.
Der Preformling kann also gezielt mit von einer einheitlichen Dicke abweichenden Dickstellen hergestellt werden. Im besonders einfachen Fall eines kreisrunden Produkts wäre dies also eine kreisringförmige Dickstelle im Preformling, wobei selbstverständlich auch eine entsprechende Dünnstelle vorgesehen sein kann.
Als einer der weiteren Schritte, vor allem der„weitere Schritt aus dem dritten Aspekt der Erfindung", aber auch kumulierbar mit den übrigen Erfindungsaspekten, lässt sich vorstellen, dass der Preformling und/oder das Thermoform-Produkt bedruckt wird. Mittels Bedrucken können verschiedene Informationen aufgebaut werden. Es kann sich einerseits um technische Drucke handeln, andererseits aber auch um optische, das Produkt für den Kunden hübscher machende Drucke; verwendet wird hierzu ein Drucker, bevorzugt ein 3D-Drucker, ein Flüssigkeitsstrahldrucker wie beispielsweise ein Tintenstrahldrucker kann ebenso verwendet werden. Wenn der Preformling, das Thermoform-Produkt und/oder der Drucker rotiert werden, lassen sich besonders leicht kreisrunde Flächen oder streifenförmige Flächen auf dem Mantel des Thermoform-Produkts bedrucken.
Mit dem 3D-Druckverfahren kann vor allem dann gearbeitet werden, wenn der Preformling bedruckt wird. Auch hier gilt es, das Wissen über die Verformungsverhältnisse beim Thermoform-Schritt in die Bedruckung einfließen zu lassen. Denn wenn der Preformling bedruckt wird, wird sich im Regelfall während des Thermoform-Schritts noch eine geometrische Verformung des bedruckten Bereichs ergeben. Über einen geschickt aufgesetzten 3D-Druck kann dieser Verformung Rechnung getragen werden.
Alternativ lässt sich vorstellen, dass das bereits thermogeformte Produkt, somit ein Pro- dukt mit einem ausgeprägt dreidimensionalen Körper, mit einem 3D-Drucker besonders einfach bedruckt werden kann. Dies hat eine hervorragende Qualität zur Folge, weil kein nachfolgender mechanischer Verformungsschritt am Produkt mehr stattfindet.
Es wird als vorteilhaft erachtet, wenn als ein weiterer Schritt ein Element in der Thermo- formkavität positioniert wird, und zwar zum Verbinden des Elements mit dem Produkt. In einem einfachen Fall sei an das sogenannte In-Mould-Labelling- Verfahren gedacht. Neben einem Etikett kann aber auch ein smart tag, also ein intelligentes Bauteil, oder ein RFID-Chip vorgesehen sein.
Das Verbinden des Elements mit dem Produkt kann an der Oberfläche des Produkts erfolgen, so dass das positionierte und mit dem Produkt verbundene Element letztlich die neue Oberfläche des kombinierten Produkts bildet; alternativ ist denkbar, dass das Element vollständig in den Kunststoff eingebettet wird, der vom Preformling im Thermoform-Schritt verformt wird. Eine weitere Variante für einen weiteren Schritt ist darin zu sehen, einen mehrkomponen- tigen Preformling in der Preformlingskavität herzustellen. So kann beispielsweise ein zwei-Komponenten-Einspritzvorgang vorgesehen sein, wobei eine oder zwei der mindestens zwei Komponenten eingespritzt wird beziehungsweise werden. Wenn nur eine Komponente eingespritzt wird, kann die zweite Komponente beispielsweise eingelegt oder ansonsten anderweitig angebracht werden.
Jedenfalls führt das zweikomponentige Einspritzen dazu, dass mittels einer Düse mindes- tens eine Komponente eingebracht wird, während die andere Komponente auch mit der Düse, mit einer anderen Düse oder anderweitig eingebracht wird. Es lassen sich dadurch komplexere Produkte herstellen.
Besonders bevorzugt ist es, wenn eine Mehrschichtfolie für das Thermoformen bereitgestellt wird. Zum Herstellen einer Mehrschichtfolie wird bevorzugt ein mehrschichtiger Preformling erzeugt. Besonders leicht kann dies durch das Spritzen von mehreren Schichten unterschiedlichen Kunststoffs übereinander erfolgen. Es kann auch ein kombiniertes Beibringen von Kunststoff anhand von fertigen Zuschnitten und dem Zuspritzen aus Düsen erfolgen; oder es können mehrere Zuschnitte übereinander gelegt werden, mit oder ohne einem Verbindungsmittel.
Eine Mehrschichtfolie kann verschiedene Funktionen der resultierenden Folie durch die einzelnen Schichten übernehmen: So ist beispielsweise im Lebensmittelbereich oft angestrebt, eine Aromabarriere vorzusehen.
Wenn das Verfahren zum Herstellen einer Lebensmittelkapsel eingesetzt wird, vor allem einer Kaffekapsel, einer Teekapsel, einer Suppenkapsel, einer anderweitigen Aufbrüh- kapsel oder zum Herstellen eines Erfrischungsgetränks oder einer Medikamenten-Zube- reitung, dann kann das Verfahren bevorzugt mit den zusätzlichen Schritten des Befüllens und/oder des Versiegeins ergänzt werden. Vor allem bei Herstellung einer Lebensmittelkapsel, allerdings auch für sonstige Ther- moform-Produkte, wird vorgeschlagen, dass das Bereitstellen der Kunststoffmenge an der Preformling-Station oder das Bereitstellen des Kunststoffgranulats unter zumindest teilweiser Verwendung, bevorzugt vollständig, eines biologisch abbaubaren Kunststoffs gemäß der Klassifizierung der Broschüre Wolfgang Beier:„Hintergrund: Biologisch abbaubare Kunststoffe" des Umweltbundesamtes Deutschland, August 2009, erfolgt. Lebensmittelkapseln, vor allem Kaffeekapseln, können besonders gut kompostiert werden, weil sie im Allgemeinen einen vollständig kompostierbaren Inhalt haben.
Auch wenn das Kompostieren von Kunststoffen im Regelfall nicht in der Natur erfolgen kann, sondern eine industrielle Kompostierung vorgenommen werden muss, so kann doch beispielsweise über eine spezielle Rückführung, eine Mülltrennung oder über ein Pfand- System dafür gesorgt werden, dass die Kapseln der industriellen Kompostierung zugeführt werden können.
Nach einem ähnlichen Gedanken kann das Bereitstellen der Kunststoffmenge an der Preformling-Station oder des Kunststoffgranulats unter zumindest teilweiser, bevorzugt vollständiger, Verwendung eines Polylactids (PLA) erfolgen. Auch für Polylactide gilt, dass sie sich zwar im Regelfall in der Natur nicht zersetzen, wohl aber innerhalb kürzester Zeit unter industriellen Bedingungen eine vollständige Zersetzung herbeigeführt werden kann.
Wenn - nach einem weiteren alternativen oder kumulativen Verfahrensschritt - eine Barriereschicht aufgebracht wird, insbesondere aufweisend ein Oxid, vor allem ein Silizi- umoxid oder ein Aluminiumoxid, dann kann dieses in besonderer Synergie mit dem biologisch abbaubaren Kunststoff, dem Polylactid und dem Lebensmittelinhalt der Lebensmittelkapsel zusammenwirken.
Eine beispielhafte Konstellation sieht vor, dass eine Kaffeekapsel hergestellt wird. Diese wird mit Kaffee befüllt. Als Barriereschicht wird auf einen einfachen Kunststoff wie vor allem Polypropylen ein Siliziumoxid (SiOLOx) aufgebracht. Gemeinsam können der Kaffee, der biologisch abbaubare Kunststoff bzw. das Polylactid und das Siliziumoxid hervorragend reagieren und sich bei geeigneten Bedingungen sogar in der Natur zersetzen, jedenfalls aber besonders schnell unter industriellen Kompostierungsbedingungen.
Hinsichtlich des Rands des Preformlings wird vorgeschlagen, dass dieser während des Transfers bereits seine endgültige Form angenommen hat, in welcher er vom Spannrahmen im Gutbereich festgeklemmt wird.
Es soll also keine weitere Umbördelung mehr erfolgen. So ist beispielsweise bei Joghurtbechern oder Getränkebechern denkbar, dass die ansonsten recht scharfe Kante, die sich beim Preformen ergibt, einmal umgebördelt werden sollte. Da beim Zusammenpressen des Rands in der Thermoform-Station, nämlich zwischen dem Spannrahmen (im Allgemeinen oberhalb des Werkstücks) und dem Kavitäts-Werkzeug (im Allgemeinen unterhalb des Werkstücks), jedoch ein Flachdrücken erfolgt, kann diese durch das Umbördeln unscharfe, gefahrlose Kante besonders gut fixiert werden.
Mit anderen Worten soll dieser Schritt dafür sorgen, dass keine weitere Umformung mehr vorgenommen wird.
Nicht als eine Umformung in dem Sinne ist zu verstehen, wenn ein einfaches Erhitzen vorgenommen wird.
Der Rand kann nach einem weiteren unabhängigen Gedanken in einem Verfahrensschritt behandelt werden, vor allem durch Aufbringen eines zweiten Kunststoffs, eines Kaut- schuks oder eines anderen weiteren Werkstoffs.
Es ist beispielsweise dann denkbar, dass eine Kaffeekapsel hergestellt wird, und dass auf dem Dichtrand eine weiche Dichtmasse angeordnet wird. Dies kann auch bereits im Pre- formling erfolgen. Während des Zusammenpressens des Gutbereichs des Preformlings an der Thermoform-Station wird die Verbindung zwischen dem Rand und dem weiteren Werkstoff noch verbessert, vor allem weil sich das Werkzeug in der Thermoform-Station naturgemäß vor allem noch von der ersten Wärme der Anlage aufheizt.
Der Rand des Preformlings kann vor dem Thermoformen zu einem Energierichtungsgeber im Sinne des Ultraschallschweißens oder Reibschweißens geformt werden. Ein Energierichtungsgeber beim Ultraschallschweißen ist eine Kante, die in ihrer Menge so be- messen ist, dass sich eine Schweißraupe nur geringfügig oder sogar gar nicht ausbildet, weil sich genau die am Preformling zu viel bemessene Werkstoffmenge während des Verschweißens umlagert.
Mittels moderner Technologie, vor allem mit 3D-Druckern, können elektrische Schwingkreise oder Schaltkreise aufgedruckt werden. Auch lässt sich ein Hologramm auf dem Thermoform-Produkt aufdrucken.
Nach einem weiteren innovativen Aspekt für den möglichen weiteren Schritt kann ein kombiniertes IML(„In-Mold-Labelling")-Präge-Werkzeug verwendet werden, wobei ein Label eingesetzt wird, welches eine Farbkante aufweist, wobei eine Prägung eine mechanische Kante aufweist, wobei die Farbkante mit der mechanischen Kante in Konturüber- einstimmung gebracht wird.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass das hier vorgestellte Verfahren bevorzugt abfallfrei erfolgt, sodass das Herstellverfahren für den Preformling exakt die für das Thermoform-Produkt erforderliche Menge an Kunststoff einsetzt.
Es versteht sich, dass eine Anlage mit mehreren Maschinen zum Durchführen eines Ver- fahrens wie vorstehend beschrieben unmittelbar vorteilhaft ist.
Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Maschine zum Durchführen des Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung und bevorzugt zusätzlich einem der weiteren vorgestellten Aspekte oder Merkmale, wobei die Maschine eine Preformling-Station aufweist, vor allem eine Spritzguss-Station, eine Spritzpräge-Station oder eine Compression-Molding- Station, und eine Thermoform-Station aufweist, sowie eine Maschinensteuerung und ein Transportmittel zum Transportieren eines Preformlings innerhalb der Maschine zwischen der Preformling-Station und der Thermoform-Station, wobei das Transportmittel bevorzugt einen Drehtisch aufweist.
Nach einem Prototypen der Erfinder lässt sich eine besonders kompakte und präzise ar- beitende Maschine mit einem Drehtisch bereitstellen.
Der Drehtisch hat bevorzugt eine vertikale Schaltachse, um die verschiedenen Stationen anzufahren.
Vor allem sei die Maschinensteuerung dazu eingerichtet, den Drehtisch immer um 90 ° vorzuschalten, somit also maximal vier Stationen anzufahren, nämlich einerseits die Pre- formling-Station und danach unmittelbar folgend oder mittelbar folgend die Thermoform-Station, sowie bevorzugt eine zusätzliche Behandlungsstation und eine Entnahmestation.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dort zeigt die einzige Figur schematisch in einer perspektivischen Ansicht eine Maschine mit einem Drehtisch und vier tablettförmigen Trägern für Werkstücke sowie mit mehreren Stationen.
Die Maschine 1 in der Figur besteht im Wesentlichen aus verschiedenen Stationen, die an einem gemeinsamen Bett 2 angeordnet und über einen Drehtisch 3 in einer Maschi- nenrichtung 4 verbunden sind.
Der Drehtisch 3 hat eine vertikale Schaltachse 5.
Der Drehtisch 3 verfügt über vier Werkstücktabletts 6 (exemplarisch beziffert). Eine Maschinensteuerung (nicht im Einzelnen gekennzeichnet) treibt den Drehtisch 3 mit Motoren (nicht im Einzelnen dargestellt) an, so dass sie den Drehtisch 3 um jeweils 90 0 Schaltwinkel vorwärts schalten kann. Jedes Werkstücktablett 6 kann dadurch in genau vier Positionen geschaltet werden.
Die Maschine 1 kann somit mit den Werkstücktabletts 6 exakt vier Stationen anfahren.
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass bei anderen Ausführungsbeispielen andere Tablettanzahlen, andere Träger oder andere Stationsanzahlen oder Schaltwinkel vorgese- hen sein können.
Die hier vorgestellte Maschine 1 ist jedoch äußerst kompakt, kostengünstig und hochpräzise sowie schnell in der Fertigung.
An einer der anfahrbaren Positionen ist eine Preformling-Station 7 (nur sehr rudimentär dargestellt) angeordnet. Die Preformling-Station 7 verfügt über ein Compression-Moul- ding-Werkzeug und rückwärtig über eine Kunststoffschmelze (nicht dargestellt) von einem Extruder (nicht dargestellt).
In Maschinenrichtung 4 ist die der Preformling-Station 7 folgende Station eine Thermo- form-Station 8.
Die Thermoform-Station 8 verfügt über einen mit einem Kniehebelantrieb 9 vertikal ver- fahrbaren Obertisch 10 mit einem daran angeordneten Oberwerkzeug 11 , welches im Wesentlichen einen Vordehnstempel (nicht sichtbar) und einen Spannrahmen 12 aufweist.
Die Thermoform-Station 8 verfügt außerdem über ein Unterwerkzeug (nicht dargestellt), welches, wie im Stand der Technik bekannt, eine Kavität zum Formgeben für die herzustellenden Thermoform-Produkte (nicht dargestellt) aufweist. Im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel verfügen die Werkstücktablette 6 jeweils über zehn Produkttragrahmen 13, 14 (exemplarisch beziffert). Jedes Werkstücktablett 6 kann deshalb zehn Preformlinge und eine Station weiter auch zehn thermogeformte Produkte tragen. Mit jedem Schaltzyklus werden somit zehn Produkte beziehungsweise Halbzeuge weitergeschaltet, und zwar pro Werkstücktablett 6. Der Spannrahmen 12 ist so groß ausgeführt, dass er um das zehnfache Nutzen - Werkstücktablett 6 herumragt, jedenfalls um die zehn Produkttragrahmen 13, 14.
Innerhalb des äußeren Spannrahmens 12 können noch kleinere Spannrahmen vorgesehen sein, die jeweils einen oder mehrere Nutzen nochmals einspannen, damit es keine durch die Produkttragrahmen 13, 14 durchrutschenden Ränder bei den Thermoform-Produkten während des Eindrückens des Formstempels oder während des Thermoformens gibt.
In einer weiteren Station, beispielsweise in der dritten Station, kann eine Entnahme-Station 15 vorgesehen sein. Die im hier vorgestellten Ausführungsbeispiel dann noch verbleibende vierte Station ist hier eine freie Station 16, kann aber beispielsweise auch für Reinigungszwecke oder Inspektionszwecke verwendet werden. Im Betrieb stellt die Maschine 1 auf folgende Weise Thermoform-Produkte her:
In einem ersten Schritt wird an der Preformling-Station 7 im Compression-Moulding- Verfahren bereitgestellter Kunststoff, beispielsweise von einem Extruder, abgelegt und im Verfahrensverlauf ein Preformling (nicht dargestellt) hergestellt.
Es kann beispielsweise bereits hier ein weiterer Schritt durchgeführt werden, beispiels- weise eine Bestückung mit Materialien, eine Bedruckung, eine Randbearbeitung, eine Bodenbearbeitung, es kann eine zweite Komponenten hinzugefügt werden usw.
Die hergestellten Preformlinge werden anschließend aus den Preformling-Kavitäten herausgenommen, beispielweise einfach durch Absenken der Preformling-Kavitäten und Weiterschalten des Drehtischs 3. Die Preformlinge werden dadurch in die Thermoform- Station 8 hineingeschaltet. Die Preformlinge sind noch aus erster Wärme leicht verformbar. Die Thermoform-Station führt dann in aus dem Stand der Technik bekannter Weise das Thermoformen durch, bevorzugt mit Hilfe eines Vordehnstempels.
Dazu wird die Maschine 1 den Spannrahmen 12 zunächst auf den Preformlingen fixieren und erst danach mit den vor den Stempeln, jedenfalls aber erst danach mit dem Unter- /Überdruck agieren.
Anschließend öffnet die Thermoform-Station 8 wieder, der Drehtisch 3 schaltet weiter, und die fertigen Thermoform-Produkte können entnommen werden.
Wie gesagt können noch weitere Funktionen vorgesehen sein, und es können auch weitere Stationen vorgesehen sein.
Möglicherweise ist es sinnvoll, Barriereschichten, Siegelschichten, Farbschichten oder Bedruckungen aufzubringen.
Zum Formen kann das Druckluftformen, das Vakuumformen, ein Vordehnstempel und ein Druck verwendet werden. Eine Nachbehandlung kann beispielsweise eine Barriereschicht vorsehen, ein Bedrucken, ein Befüllen oder ein Verschließen.
In jedem Fall aber ermöglicht es die Maschine, direkt vom Granulat zum thermogeform- ten Produkt zu kommen, bei minimalem Platzbedarf und hoher Arbeitspräzision und hohem Ausstoß. Trotz der dünnen Wandstärke kann eine hohe Stabilität durch Orientierung der Makromoleküle erreicht werden. Zusätzlich kann durch die Preform-Formgebung die Wanddickenverteilung im fertigen thermogeformten Produkt gesteuert werden.
Die Preform-Geometrie entspricht bevorzugt der senkrechten Projektion des Endproduktes, es kann also abfallfrei gefahren werden.
Funktionselemente, beispielsweise eine Dichtlippe, ein Energierichtungsgeber usw., kön- nen beim Herstellungsprozess bereits des Preformlings eingebracht werden. Bezugszeichenliste
1 Maschine
2 Bett
3 Drehtisch
4 Maschinenrichtung 5 Schaltachse 6 Werkstücktablett 7 Preformling-Station 8 Thermoform-Station 9 Kniehebelantrieb 10 Obertisch
11 Oberwerkzeug 12 Spannrahmen 13 Produkttragrahmen 14 Produkttragrahmen 15 Entnahmestation 16 Freie Station

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines Thermoform-Produkts an einer einzigen Maschine mit mehreren Stationen mit unterschiedlichen Werkzeugen, mit den folgenden Schritten: a. Aufschmelzen und Homogenisieren von Kunststoffgranulat sowie Bereitstellen der Kunststoffschmelze an einer Preformling-Station; b. Herstellen eines Preformlings an der Preformling-Station in einer Pre- formlingskavität, und zwar vorzugsweise mittels Spritzgießen, Spritzprägen oder Compression Moulding; c. Transferieren des Preformlings mittels eines Transferträgers zu einer Thermoform-Station an der selben Maschine, wobei die Thermoform-Sta- tion ein Thermoform- Werkzeug mit einer Thermoformkavität aufweist; d. bevorzugt Beheizen des Preformlings während des Transferierens, vor allem mit einer Strahlungsheizung; e. Thermoformen des Thermoform-Produkts in der Thermoformkavität.
2. Verfahren zum Herstellen eines Thermoform-Produkts an einer oder mehreren Maschinen, mit mehreren Stationen mit unterschiedlichen Werkzeugen, mit den folgenden Schritten: a. Bereitstellen einer Kunststoffmenge an einer Preformling-Station, entweder durch Aufschmelzen und Homogenisieren von Kunststoffgranulat sowie Bereitstellen der Kunststoffschmelze an der Preformling-Station oder durch Bereitstellen eines festen Kunststoffelements, zum Beispiel eines Folienabschnitts, an der Preformling-Station; b. Herstellen eines Preformlings an der Preformling-Station in einer Pre- formlingskavität, und zwar vorzugsweise mittels Spritzgießen, Spritzprägen oder Compression Moulding; c. Transferieren des Preformlings mittels eines Transferträgers zu einer Thermoform-Station, wobei die Thermoform-Station ein Thermoform- Werkzeug mit einer Thermoformkavität aufweist und wobei der Transferträger den Preformling lediglich einseitig hält; d. bevorzugt Beheizen des Preformlings während des Transferierens, vor allem mit einer Strahlungsheizung; e. Fixieren des Vorformlings an der Thermoformkavität mittels eines Spannrahmens der Thermoform-Station; f. Thermoformen des Thermoform-Produkts in der Thermoformkavität.
Verfahren zum Herstellen eines Thermoform-Produkts an einer oder mehreren Maschinen, mit mehreren Stationen mit unterschiedlichen Werkzeugen, mit den folgenden Schritten: a. Bereitstellen einer Kunststoffmenge an einer Preformling-Station, entweder durch Aufschmelzen und Homogenisieren von Kunststoffgranulat sowie Bereitstellen der Kunststoffschmelze an der Preformling-Station oder durch Bereitstellen eines festen Kunststoffelements, zum Beispiel eines Folienabschnitts, an der Preformling-Station; b. Herstellen eines Preformlings an der Preformling-Station in einer Pre- formlingskavität, und zwar vorzugsweise mittels Spritzgießen, Spritzprägen oder Compression Moulding; c. Transferieren des Preformlings mittels eines Transfeiträgers zu einer Thermoform-Station, wobei die Thermoform-Station ein Thermoform- Werkzeug mit einer Thermoformkavität aufweist; d. bevorzugt Beheizen des Preformlings während des Transferierens, vor allem mit einer Strahlungsheizung; e. Thermoformen des becherförmigen Produkts in der Thermoformkavität; f. sowie mit einem weiteren Schritt, der die bereitgestellte Kunststoffmenge, den Preformling und/oder das Thermoform-Produkt verändert, insbesondere mechanisch, optisch oder sensortechnisch.
4. Verfahren zum Herstellen eines Thermoform-Produkts an einer oder mehreren Maschinen, mit mehreren Stationen mit unterschiedlichen Werkzeugen, mit den folgenden Schritten: a. Aufschmelzen und Homogenisieren von Kunststoffgranulat sowie Bereitstellen der Kunststoffschmelze an einer Preformling-Station; b. Herstellen eines Preformlings an der Preformling-Station in einer Pre- formlingskavität, und zwar mittels Compression Moulding; c. Transferieren des Preformlings mittels eines Transferträgers zu einer Thermoform-Station an der selben Maschine, wobei die Thermoform-Station ein Thermoform- Werkzeug mit einer Thermoformkavität aufweist; d. bevorzugt Beheizen des Preformlings während des Transferierens, vor allem mit einer Strahlungsheizung; e. Thermoformen des Thermoform-Produkts in der Thermoformkavität.
5. Verfahren nach mehreren der vorstehenden Ansprüche zum Herstellen eines Thermof orm-Produkts .
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Preformling mit einem von einer einheitlichen Dicke abweichenden Dickenprofil hergestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit folgendem weiteren Schritt: Bedrucken des Preformlings und/oder des Thermoform-Produkts, mittels eines Druckers, vor allem mittels eines 3D-Druck Verfahrens, mittels eines Flüssigkeitsstrahldruckers wie beispielsweise eines Tintenstrahldruckers; insbesondere unter Rotieren des Preformlings, des Produkts und/oder des Druckers.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit folgendem weiteren Schritt: Positionieren eines Elements in der Thermoformkavität, vor allem eines Etiketts, eines smart tags oder eines RFED-Chips, und zwar zum Verbinden des Elements mit dem Produkt.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit folgendem weiteren Schritt: Herstellen eines mehrkomponentigen Preformlings in der Preform- lingskavität, vor allem mittels eines Zwei-Komponenten-Einspritzvorgangs, wobei eine oder zwei der mindestens zwei Komponenten eingespritzt wird bzw. werden und im Falle des Einspritzens nur einer Komponente eine zweite Komponente eingelegt oder anderweitig angebracht wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Mehrschichtfolie für das Thermoformen bereitgestellt wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Herstellen einer Lebensmittelkapsel, vor allem einer Kaffeekapsel, bevorzugt mit den zusätzlichen Schritten: Befüllen und/oder Versiegeln.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen der Kunststoffmenge an der Preformling-Station oder des Kunststoffgranulats unter zumindest teilweiser Verwendung eines biologisch abbaubaren Kunststoffs gemäß der Klassifizierung der Broschüre Wolfgang Beier:„Hintergrund: Biologisch abbaubare Kunststoffe" des Umweltbundesamts, August 2009 erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen der Kunststoffmenge an der Preformling-Station oder des Kunststoffgranulats unter zumindest teilweiser Verwendung eines Polylactids (PLA) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit folgendem weiteren Schritt: Aufbringen einer Barriereschicht, insbesondere aufweisend ein Oxid, vor allem ein Silizium- (SiOx) oder Aluminiumoxid.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Rand der Preform- lings während des Transfers bereits seine Form angenommen hat, in welcher er vom Spannrahmen festgeklemmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit folgendem weiteren Schritt: Behandeln eines Rands des Preformlings, insbesondere durch Aufbringen eines zweiten Kunststoffs oder eines Kautschuks.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Rand vor dem Thermoformen zu einem Energierichtungsgeber geformt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit folgendem weiteren Schritt: Aufdrucken eines elektrischen Schwing- oder Schaltkreises.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit folgendem weiteren Schritt: Bedrucken des Thermoform-Produkts mit einem Hologramm.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit folgendem weiteren Schritt: Verwenden eines kombinierten EVIL-Präge- Werkzeugs, wobei ein Label eingesetzt wird, das eine Farbkante aufweist, und wobei eine Prägung eine mechanische Kante aufweist, wobei die Farbkante mit der mechanischen Kante in Konturübereinstimmung gebracht wird.
21. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Herstell verfahren für den Preformling exakt die für das Thermoform-Produkt erforderliche Menge an Kunststoff einsetzt, sodass das Herstellen abfallfrei erfolgt.
22. Anlage mit mehreren Maschinen zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche.
23. Maschine zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18.
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