DE1905954B2 - Verfahren zur Herstellung becherförmiger Gegenstände und Formvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung becherförmiger Gegenstände, bei dem thermoplastisches Material, z. B. eine Kunststoffolie, membranartig über eine insbesondere nach oben weisende Öffnung eines Kastens, Zylinders oder dergleichen Behälters — diesen luftdicht verschließend — gespannt, die plastifizierte Membran durch ein Druckmittel vom Behälter weg ausgewölbt und mittels eines aus dem Behälter bewegten Formdornes zum Anlegen an dessen Formflächen gebracht, bis zum Erhärten gekühlt und der geformte Gegenstand vom Formdorn abgenommen wird.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Formvorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens mit einem abgeschlossenen Behälter, dessen eine Wand durch die zu verformende, den Behälterinnen- bzw. -hohlraum membranartig überspannende Kunststoffolie gebildet ist, gegen die ein Formdorn anlegbar ist, an dessen Formflächen Entlüftungskanäle münden und der mindestens teilweise aus dem Behälterinnenraum ausrückbar ist

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Formvorrichtung sind bereits bekannt (DT-AS 10 56 816). Bei dieser und auch einer anderen bekannten Formvorrichtung (DT-AS 11 78 198) dienen Luftabsaugeeinrichtungen bzw. Vakuumquellen, die beispielsweise über die Entlüftungskanäle mit dem Behälterinnenraum in Verbindung stehen, dazu, einen Unterdruck zwischen der Membran und den Formflächen gegenübe\ der Außenatmosphäre herzustellen, damit die Membran an

ίο die Formflächen angesaugt wird. Dabei sind die beim plötziichen Anschließen des Behälterinnenraums an eine solche Vakuumquelle auftretenden Strömungserscheinungen nachteilig. Darüber hinaus ist die Verwendung von Vakuumquellen unerwünscht, da diese verhältnismäßig störanfällig sind und große Wartungsprobleme mit sich bringen. Schließlich ist es vielfach auch schwierig, mit einer solchen Formvorrichtung gleichmaßig extrem dünnwandige Gegenstände herzustellen, die man sich aus Gründen der Einsparung relativ teuren thermoplastischem Materials vielfach wünscht.

Darüber hinaus ist es bekannt (DT-AS 10 84 020 sowie US-PS 29 10 728 und 29 73 558), becherförmige Gegenstände durch Tiefziehen herzustellen. Dabei wird das plastifizierte Material mittels eines Formdornes in einen Behälterinnenraum hineingedrückt, wodurch erhebliche Schürfbewegungen des Formdorns am plastifizierten Material unvermeidbar sind.

Schließlich ist es auch bekannt (US-PS 23 65 637), plastifizierte Kunststoffolien auf einen Formdorn aufzusch.'umpfen, der aus einem Behälter heraus oder in einen Behälter hinein bewegbar ist. Derartige Verfahren sind nur beschränkt anwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren bzw. die Formvorrichtung der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß mit einfacheren Mitteln auch sehr dünnwandige becherförmige Gegenstände insbesondere mit gleichmäßig dünner Wanddicke herstellbar sind.

Die Erfindung bei dem eingangs genannten Herstellungsverfahren besteht darin, daß nach dem Aufspannen der Membran die Wärmeeinwirkung auf diese derart erfolgt, daß sich das im Behälter befindliche Gas durch Erwärmen im Volumen vergrößert und die plastifizierte Membran vorwölbt, und daß die Membran nach dem Auswölben durch das Druckmittel bei abgeschlossenem Behälterinnenraum durch den Formdorn weiterverformt und durch den im Behälterinnenraum durch die Formdornbewegung erzeugten Unterdruck an dessen Formflächen angelegt wird.

Mit anderen Worten wird die Membran erst nach dem Aufspannen erwärmt, so daß sich das im Behäiterinnen- bzw. -hohlraum befindliche Gas auf Grund der Eigenerwärmung vergrößert und der dadurch entstehende Druck die plastifizierte Membran auswölbt bzw. vorstreckt. Nach dem eigentlichen Strecken der Membran, das beispielsweise in bekannter Weise durch Einleiten von Druckluft in den Behälierinnenraum erfolgen kann, wird die Membran noch weiter gestreckt, was durch den Formdorn geschieht, der die Membran mechanisch weiterstreckt und hierdurch selbsttätig einen Unterdruck schafft, ohne daß das Gas, insbesondere Luft, aus dem Behälterinnenraum durch Anschließen an eine Vakuumquelle abgepumpt werden muß.

Die zum Plastifizieren des Materials verwendete Heizenergie kommt praktisch vollständig zur Wirkung, so daß geringere Energiekosten anfallen als bei anderen Plastifizierungsverfahren. Gleichzeitig wird die Heizenergie zur Herstellung eines Überdruckes im Be-

hälterinnenraum ausgenutzL

Das mechanische Weiterstrecken der Membran wird insbesondere dadurch erzielt, daß die Formdombewegung nicht bereits beim Anlegen von Formflächenteilen an die Membran beendet wird, sondern noch ein Stück weiterläuft, und zwar so lange, bk der Behälterinnenraum, der von der Druckluftquelle abgesperrt ist, unter den Normaldruck gelangt ist, d. h. Unterdruck erreicht hat.

Es hat sich gezeigt, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren bei der serienmäßigen Herstellung von becherförmigen Gegenständen praktisch hervorragend bewährt hat. So werden beispielsweise Auskleidungen von Wegwerfbehältern, wie Schaumstoffbechern u. dgl., nach diesem Verfahren preisgünstig hergestellt. Die Preisfrage spielt bei solchen Massenartikeln auch der Verpackungsindustrie, beispielsweise Verpackungsbehälter für Mayonnaise, Molkereiprodukte, Marmeladen usw, eine große Rolle.

Weiter ist nach der Erfindung bei der Formvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens außerhalb des Behälters gegenüber der Kunststoffmembran eine Heizeinrichtung angeordnet und erzeugt der Formweg des Formdornes aus dem Behälter einen Unterdruck im Behälterinnenraum, wodurch sich die Membran an die Formflächen anlegt, der Formdorn ist am becherseitigen Ende seiner Formflächen mit einem elektrisch heizbaren Trennring ausgestattet. Dadurch ist die zum becherförmigen Gegenstand verformte Membran vom übrigen Teil des insbesondere 3^> folienartigen Materials abtrennbar.

Als Heizeinrichtung dient zweckmäßig eine Wärmestrahlungsquelle, die gegen die Membran gerichtet ist.

An Hand der Zeichnung ist im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 einen schematischen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Formvorrichtung mit über dem Behäl- !cr gespanntem Material beim Beginn des Erwärmens,

F i g. 2 einen Teilschnitt der Formvorrichtung zu einem etwas späteren Zeitpunkt, bei dem die Erwärmung bereits zu einem selbsttätigen Vorwölben bzw. Auswölben der Membran aus dem Behälter stattfand,

F i g. 3 einen entsprechenden Schnitt bei weitester Vorwölbung der Membran,

F i g. 4 einen weiteren Schnitt bei aus dem Behälter hcrausbewegtem Formdorn, an dessen Formflächen sich die Membran angelegt hat, und

F i g. 5 einen weiteren Schnitt, bei dem der an den Formflächen des Formdornes anliegende becherförmige Gegenstand vom übrigen Teil des eingespannten Materials bereits abgetrennt ist.

Die Formvorrichtung weist als Behälter einen Zylinder 2 mit einem Boden am einen Ende :ind mit einer Öffnung am anderen Ende auf. Ein Film des warmverformbaren Materials, beispielsweise Polystyrol oder Polyvinylchlorid, wird über das offene Ende des Zylinders 2 mit Hilfe eines Spannringes 4 zu einer Membrane 5 gespannt. Der Spannring 4 preßt den Film gegen den Rand des Zylinders 2 und hält die Membrane 5 fest, so daß ein luftdichter Verschluß des Behälters gebildet wird. Im Zylinder 2 ist ein Formdorn 3 untergebracht, der beim Ausführungsbeispiel die Form eines Kegelstumpfes hat, dessen kleinere Stirnfläche geringfügig konkav ausgebildet ist. Der Dorn 3 weist einen Entlüftungskanal 6 auf, dessen Enden an der oberen und unteren Endfläche des Domes 3 münden. Der Dorn 3 ist mittels einer Stange 7 in der Formrichtung bewegbar, die durch ein Loch im Boden des Zylinders 2 hindurchgeführt ist. Zwischen der Leibung des Loches und der Stange 7 ist ein Dichtungsring 8 eingesetzt

In den von dem Zylinder 2 und der Membrane 5 begrenzten Hohlraum bzw. Behälterinnenraum 13 mündet ein Kanal 9, durch den Druckgas in den Behälterinnenraum 13 über ein Ventil 10 einführbar ist

Der Dorn 3 weist ferner an seiner Unterkante einen ringförmigen Flansch aus einem Material von hohem elektrischem Widerstand auf, der als Trennring 12 dient und in einer Nut 11 angeordnet ist in der ein wärmedämmendes und elektrisch isolierfähiges Material, beispielsweise Glimmer, angeordnet ist Damit durch den Trennring 12 elektrischer Strom geleitet werden kann, ist dieser aufgeschnitten, und seine beiden Enden sind mit einer Stromquelle verbunden, die so angeordnet ist, daß sie elektrische Impulse von hoher Amplitude aussendet.

Eine Wärmestrahl-Heizeinrichtung 1 ist so angeordnet, daß sie zentral oberhalb der über das obere Ende des Zylinders 2 gespannten Membrane 5 aus warmformbarem Material ausrichtbar ist.

Der Formvorgang wird durchgeführt, indem eine Scheibe aus bahnförmigem Material über das obere Ende des Zylinders 2 gespannt und dann der Spannring 4 angebracht wird, worauf anschließend die Heizeinrichtung 1 in der in F i g. 1 gezeigten Weise oberhalb des Zylinders 2 derart angeordnet wird, daß der als Membrane 5 über dem Zylinder 2 gespannte runde Rohling oder Streifen aus warmverformbarem Material bis zum plastischen Zustand erhitzt wird.

Da nich! nur das warmformbare Material, sondern auch die im Behälterinnenraum 13 enthaltene Luft durch die Erwärmung erhitzt wird, dehnt sich die Luft im Behälterinnenraum 13 zur gleichen Zeit aus, wenn die Membrane 5 plastisch wird.

Dies hat zur Folge, daß die Membrane 5 eine in F i g. 2 angedeutete Kuppelform annimmt. Die mittleren Teile der Membrane 5 liegen infolgedessen näher an der Heizeinrichtung 1. Dies wiederum hat zur Folge, daß diese Teile höher erhitzt werden als die äußeren bzw. Mantelteile der Membrane 5. Eine solche Wärmeverteilung ist erwünscht, da die größten Zugspannungen während des anschließenden Ziehvorganges in den Mantelteilen der Membrane 5 auftreten, mit anderen Worten, weil die Wärmeverteilung zur Vergleichmäßigung der Wanddicke beim fertigen Erzeugnis beiträgt.

Wenn die Membrane 5 genügend erhitzt ist, wird die Heizeinrichtung 1 entfernt und das Ventil 10 geöffnet, so daß eine Verbindung des Behälterinnenraums 13 über den Kanal 9 mit einer Druckgasquelle hergestellt ist.

Die angestrebte Druckerhöhung ist natürlich von der Plastizität der Membrane 5 abhängig, unter normalen Umständen sollte jedoch eine Steigerung des Druckes um 0,1 bis 0,2 Atmosphären ausreichen, um die Membrane 5 zur Form einer Blase aufzublähen (F i g. 3).

Nach Aufblasen der Membrane 5 wird das Ventil 10 geschlossen, und dann wird der Dorn 3 mittels der Stange 7 schnell in die in F i g. 4 gezeigte Lage ausgeschoben. Die plastische Membrane 5 wird auf diese Weise weitergestreckt. Dies hat zur Folge, daß das Volumen des Hohlraumes 13 gegenüber dem in dem in F i g. 3 veranschaulichten Stadium auftretenden Volumen vergrößert wird. Infolge dieser Volumenvergrößerung sinkt der Druck im Zylinder 2 bis unter den atmosphärischen Druck. Dies wiederum hat zur Folge, daß sich die plastische Membrane 5 dicht an der Außenseite bzw. den Formflächen des Dorns 3 anlegt.

Damit sichergestellt ist, daß an der Oberseite des Domes 3 kein Luftsack auftritt, ist zwischen der oberen jnd unteren Fläche des Domes 3 ein Entlüftungskanal > vorgesehen.

Der Dorn 3 wird in der in F i g. 4 dargestellten Stellung genügend lange gehalten, um das thermoplastische Material auskühlen zu lassen und zu stabilisieren. Diese Zeitspanne ist wegen der geringen Wandstärke des Materials und wegen seiner Berührung mit dem Dorn 3 nur sehr kurz und beträgt z. B. nur etwa 0,05 bis 0,5 Sekunden.

Wenn das Kunststoffmaterial erhärtet ist, wird ein elektrischer Impuls durch den Trennring 12 hindurchgeführt, so daß dieser vorübergehend auf eine hohe Temperatur erhitzt wird. Gleichzeitig mit dem Erhitzen des Trennringes 12 oder unmittelbar anschließend wird die Aufwärtsbewegung des Domes 3 fortgesetzt. Dies hat zur Folge, daß das geformte Material durch den beheizten Trennring 12 in der in F i g. 5 gezeigten Weise getrennt wird.

Der so geformte becherförmige Gegenstand kann nun von dem Dorn 3 in üblicher Weise fortgeblasen werden, oder er kann, wenn der Hohlkörper die Auskleidung eines anderen Behälters, beispielsweise eines Kunststoff-Schaumstoff-Bechers, bilden soll, direkt in diesen eingesetzt werden.

Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung können Hohlkörper von äußerst geringer Wandstärke hergestellt werden, da solche dünnwandige Behälterkörper jedoch nur eine geringe mechanische Steifigkeit haben, können sie, wie oben erwähnt, mit Vorteil als Auskleidung von Bechern, beispielsweise aus Pappe oder geschäumtem Kunststoff, verwendet werden. Die mechanische Steifigkeit der Pappe oder des geschäumten Kunststoffes wird auf diese Weise mit den Vorzügen der Undurchlässigkeit der Auskleidung gegenüber Gasen und Flüssigkeiten vereinigt.

Es ist ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken möglich, beispielsweise die Form des Domes 3 in jeder beliebigen Weise abzuwandeln. In manchen Fällen ist es nicht erforderlich, die Membrane 5 in der in F i g. 3 gezeigten Weise zu einer Blase aufzublähen; da jedoch dieses Aufblähen zur Erzielung einer gleichmäßigen Wanddicke beiträgt, ist es vorteilhaft, diesen Arbeits schritt zumindest bei der Herstellung von Artikeln gro ßer Axialausdehnung durch Ziehen durchzuführen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung becherförmiger Gegenstände, bei dem thermoplastisches Material, z. B. eine Kunststoffolie, membranartig über eine insbesondere nach oben weisende öffnung eines Kastens, Zylinders oder dergleichen Behälters — diesen luftdicht verschließend — gespannt, die plastifizierte Membran durch ein Druckmittel vom Behälter weg ausgewölbt und mittels eines aus dem Behälter bewegten Formdornes zum Anlegen an dessen Formflächen gebracht, bis zum Erhärten gekühlt und der geformte Gegenstand vom Formdorn abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufspannen der Membran die Wärmeeinwirkung auf diese derart erfolgt, daß sich das im Behälter befindliche Gas durch Erwärmen im Volumen vergrößert und die plastifizierte Membran vorwölbt, und daß die Membran nach dem Auswölben durch das Druckmhle) bei abgeschlossenem Behälterinnenraum durch den Formdorn weiterverformt und durch den im Behälterinnenraum durch die Formdornbewegung erzeugten Unterdruck an dessen Formflächen angelegt wird.

2. Formvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem abgeschlossenen Behälter, dessen eine Wand durch die zu verformende, den Behälterinnen- bzw. -hohlraum membranartig überspannende Kunststoffolie gebildet ist, gegen die ein Formdorn anlegbar ist, an dessen Formflächen Entlüftungskanäle münden und der mindestens teilweise aus dem Behälterinnenraum ausrückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Behälters (2), insbesondere gegenüber der Kunststoffmembran (5), eine Heizeinrichtung (1) angeordnet ist und der Formweg des Formdornes (3) aus dem Behälter (2) einen Unterdruck im Bchälterinnenraum (13) erzeugt, wodurch sich die Membran (5) an die Formflächen anlegt, und daß der Formdorn (3) am behälterseitigen Ende seiner Formflärhen mit einem elektrisch heizbaren Trennring (12) ausgestattet ist.