CH625949A5 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen einstückigen, aus einer geschäumten Kunststoffplatte hergestellten Behälter sowie auf das Verfahren zur Herstellung dieses Behälters.

Bei der Herstellung von Behältern wie z.B. Bechern werden vorteilhafterweise Schaumstoffplatten verwendet. Diese Schaumstoffplatten sind leicht und besitzen die erwünschten thermischen Isolationseigenschaften. So kann z.B. beim Transport heisser Getränke ein Verbrennen der Hand verhindert werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, geschäumtes Material für Becher zum Gebrauch von kalten Getränken zu verwenden, da sich auf der Aussenseite eines gut isolierten Behälters weniger schnell Kondensation bildet. Bis anhin wurden Behälter aus geschäumten Kunststoff durch Verformen des Behälters, wie z.B. durch das bekannte Heizkammer-Formverfahren (Dampfbüchsen-Formverfahren) hergestellt. Ebenso ist es bekannt, krummlinige Behälterrohlinge aus dem plattenförmigen Rohmaterial auszuschneiden. Diese Rohlinge wurden anschliessend in kegelstumpfförmige Behälterkörper geformt, welchen ein Boden angefügt wurde. Beide oben beschriebenen Behälter weisen unerwünschte Eigenschaften auf. Die durch das Heizkammerverfahren hergestellten Behälter können auf der Aussenseite nur verziert werden indem vorbedruckte Etiketten verwendet werden oder indem das Äussere eines Drehkörpers bedruckt wird. Beim Verfahren durch Ausschneiden der kegelstumpfförmigen Behälter aus dem Rohmaterial ergibt sich ein beträchtlicher Verschleiss, da jeder Rohling in genügendem Abstand vom andern flachen Material angeordnet werden muss.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obgenann-ten Nachteile zu vermeiden.

Dies wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 3 erzielt.

Im folgenden wird anhand der beiliegenden Figuren ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf den rechteckigen Behälterzuschnitt,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Behälterzuschnittes,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Behälterzuschnittes nach der Schrumpfung,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Behälterzuschnittes nachdem die Bodenöffnung geschlossen wurde,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Behälters nachdem die Kappe entfernt und die Naht gewalzt wurde,

Fig. 6 einen Seitenriss einer über einem Dorn befindlichen zylindrischen Büchse,

Fig. 7 einen Seitenriss eines Dorns mit einem darauf geformten Behältermantel,

Fig. 8 eine Schnittansicht durch zusammenpassende, zur endgültigen Formgebung des Behälters verwendete Presswerkzeuge,

Fig. 9 eine Seitenansicht eines Stapels von ineinander geschachtelten Behältern.

In Fig. 1 ist ein Behälterzuschnitt mit 10 bezeichnet. Dieser Zuschnitt 10 weist eine rechteckige Form auf. Im allgemeinen wird eine rechteckige Form bevorzugt, jedoch könnte der Zuschnitt auch quadratisch sein und trotzdem der durch diese Erfindung zu lösenden Aufgabe genügen. Der Zuschnitt 10 wird von einem grösseren Stück einer Schaumstoffplatte durch bekannte Schneidtechniken abgetrennt. Der Zuschnitt 10 wird so abgeschnitten, dass die maximale Orientation des Lagermaterials mit der Längsrichtung des Zuschnitts 10 übereinstimmt. Die Querseiten des Zuschnittes 10 sind mit 12 oder 13 bezeichnet. Es ist möglich, Material zu verwenden, welches einen gewissen Orientierungsgrad senkrecht zu der Richtung der maximalen Orientierung aufweist. Der Betrag, der zur Längsrichtung des Zuschnittes 10 senkrechten Orientierung sollte vorzugsweise nahe bei Null sein. Obschon der in der Zeichnung dargestellte Zuschnitt 10 keine Verzierung aufweist, ist es naheliegend, auf welche Art und Weise dieser Zuschnitt im ebenen Zustand verziert werden kann.

In Fig. 2 ist ein Zylinder 14 dargestellt, der aus dem Zuschnitt 10 konstruiert wurde. Die Richtung des Umfanges des Zylinders 14 entspricht der Längsrichtung des rechteckigen Zuschnittes 10. Die Enden 12 und 13 des Zuschnittes 10 werden in überlappender Lage 15 am Zylinder 14 angeordnet. Diese Enden 12 und 13 können aneinandergeklebt werden indem auf ein oder beide der Enden eine Schicht Klebstoff auf5

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gebracht wird. Die Enden 12 und 13 können auch miteinander verbunden werden indem die Oberflächen derselben durch Hitzeeinwirkung erweicht und dann zusammengepresst werden. Die Hitze kann in Form von Strahlungsenergie, durch erhitzte Platten oder heisse Fluide, wie z. B. Luft, appliziert werden. Die Überlappung der Enden kann auf ein Minimum von etwa vier- oder fünfmal die Materialstärke beschränkt werden, wobei die besten Resultate erzielt werden, wenn die Überlappung der Enden 12 und 13 etwa 15 bis 20 Materialdicken beträgt.

In Fig. 3 ist ein vorgeformter Behältermantel 16 dargestellt. Der zylindrische Mantel 14 wird über einen Dorn gelegt, der eine äussere Kontur aufweist, die der inneren Oberfläche des fertigen Behälters entspricht. Dieser Dorn ist im allgemeinen von kegelstumpfförmiger Gestalt und aus Metall gefertigt, obwohl auch andere Materialien verwendet werden könnten. Nachdem der zylindrische Mantel 14 über dem Dorn positioniert ist, wird die gesamte Vorrichtung einem heissen Fluidbad ausgesetzt. Obschon das Fluid eine Flüssigkeit sein könnte, ist Luft jedoch das bevorzugte Wärmeaustauschmedium. Der Dorn und die Büchse 14 bleiben unter dem Einfluss des heissen Fluidbades während einer vorbestimmten Zeitspanne. Je nach den physikalischen Eigenschaften des verwendeten geschäumten Materials, kann die Zeit im Fluidbad zwischen einer und fünfzehn Sekunden variieren. Sobald das geschäumte Material eine kritische Temperatur z.B. 130 °C für Polystyrol erreicht, nehmen die einzelnen Zellen innerhalb der geschäumten Struktur wieder ihre ursprüngliche kugelförmige Gestalt an. Demzufolge schrumpft das geschäumte Material in Richtung der ursprünglichen Deformation oder Orientierung. Da das geschäumte Ausgangsmaterial vorwiegend in der Längsrichtung des rechteckigen Zuschnittes 10 orientiert war, findet die Schrumpfung in derselben Richtung statt. Die zylindrische Büchse 14 schrumpft im Umfang in den Bereichen, welche nicht durch den Dorn eingedämmt werden. Ein Teil der Büchse 14 steht über den Dorn vor und wird durch den Dorn nicht eingedämmt, wenn Hitze auf die Büchse 14 einwirkt. Der Ansatz 17 am Mantel 16 tritt auf, weil während der Wärmeeinwirkungsphase keine Eindämmung durch den Dorn erfolgt. Die Dicke des Ansatzes 17 und der umliegenden Zonen inklusive einem Teil der kegelstumpfförmigen Seite des Mantels 16 ist grösser als die des ursprünglichen geschäumten Materials.

In Fig. 4 ist der kegelstumpfförmige Mantel 16 dargestellt nachdem der Ansatz 17 eingedrückt oder gegen den Boden 19 geklebt wurde. Der Ansatz 17 kann durch seitlich bewegte Werkzeuge geschlossen werden oder zwischen im Abstand angeordnete Walzenräder geführt werden. Die Werkzeuge können erhitzt werden, wobei das Kunststoffmaterial weich gemacht wird oder der Eindrückprozess kann unmittelbar auf die Schrumpfphase, wie in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben wurde, erfolgen. Der Eindrückprozess erzeugt einen dünnen Materialstreifen 20 zwischen der Haube 18 und dem Behälterboden 19. Eine kleine seitliche Kraft löst die Haube 18 vollständig vom Behälterboden 19. Die Haube 18 wird am besten entfernt, nachdem das Kunststoffmaterial Umgebungstemperatur angenommen hat. Nachdem die Haube 18 vom Behälterboden 19 entfernt wurde, verbleibt etwas Material, welches von der ebenen Behältergrundfläche 19 absteht. Es ist möglich, nachträglich das vorstehende Material auszuebnen, was aber nicht unbedingt wünschenswert ist, weil geschäumtes Material, welches zu stark komprimiert wird, die Tendenz aufweist, weniger opak und lichtdurchlässiger zu werden. Wenn der Rest der Haube ausgeebnet wird, so macht es den Anschein als ob zentrale Zone des fertigen Behälters ein Loch aufweise oder die durchscheinende Zone wird als Verunreinigung mit z. B. Öl oder Fett angesehen.

In Fig. 5 ist ein fertiger Becher 21 dargestellt. Der Becher

21 weist eine Auflagefläche oder Grundzone 22 und einen gerollten oder gefalteten Rand 25 auf. Die Grundfläche 22 umfasst eine zentral angeordnete abgesenkte ebene Zone 23. Die Mitte der abgesenkten Zone umfasst den Teil, wo sich die Haube 18 befand. Es ist erwünscht, dass der Teil 24 vom Becherboden absteht, um den optischen Fleck im Zentrum des Bechers oder Behälters zu vermeiden. Die abgesenkte Zone 23 und der Rand 25 werden geformt indem der Mantel 16 in einen Satz von zusammenpassenden Presswerkzeugen gebracht wird. Die Anordnung des Mantels 16 in den Presswerkzeugen weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass die Seitenwand des Behälters eine einheitliche Dicke vom Boden bis zum oberen Ende aufweisen kann. Die Dicke der Mantelseitenwand 16 ist grösser in der Nähe des Bodens als in der Nähe des oberen Randes 25. Die zusätzliche Dicke der Seitenwand verhindert, dass die fertigen Behälter 21 mit den Rändern ineinandergreifen. Nachdem die Seitenwand durch die zusammenpassenden Presswerkzeuge auf eine einheitliche Dicke reduziert wurde, lassen sich die Behälter 21 mit aneinander liegenden Rändern ineinander schachteln. Das Aneinanderliegen der Ränder erlaubt, dass mehr Behälter pro Einheitsvolumen transportiert werden können.

Zur Erläuterung des Verfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung wird auf Fig. 6 verwiesen, wo ein Haltedorn 30 gezeigt ist. Dieser Dorn 30 weist einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 31 mit einer äusseren Oberfläche 32 auf. Diese äussere Oberfläche 32 definiert die innere Fläche des Behälters. Der konische Teil 31 wird auf eine Grundträgerplatte 52 mit bekannten Mitteln montiert. Die Grundplatte 52 kann Teil eines gegliederten Fördersystems sein. Der zylindrische Zuschnitt 14 ist mit strichpunktierten Linien dargestellt, um die Wechselwirkung zwischen dem Dorn 30 und dem zylindrischen Zuschnitt 14 zu zeigen.

In Fig. 7 ist der geschrumpfte Mantel 16 auf dem Dorn 30 dargestellt. Der Ansatz 17 ist auf einen kleinen Durchmesser reduziert, wobei die Öffnung darin nicht geschlossen ist. Um das komplette Schliessen des Bodens zu erleichtern, sind bewegliche Backen 33 und 34 radial von der äusseren Oberfläche des Ansatzes 17 entfernt angerodnet. Die Backen 33 und 34 bestehend aus zwei oder mehreren Stücken werden gegeneinander in radialer Richtung bezüglich des Ansatzes 17 bewegt. Die Backen 33 und 34 können erhitzt werden oder sie können auf den Ansatz 17 einwirken, während dieser noch durch die Wärmeeinwirkung in einem weichen Zustand als Folge des Schrumpfprozesses befindlich ist. Mit den Backen 33 und 34 wird ein Verschliessen des Bodens, wie in Fig. 4 gezeigt, bewirkt. Anschliessend wird der Mantel 16 gekühlt, so dass die Haube 18 abgebrochen werden kann. Es ist möglich, dass einige Kunststoffe, wie z.B. Polystyrol nicht so leicht brechen, so dass in diesem Fall mit den Backen 33 und 34 eine Schneidewirkung ausgeübt und die Haube abgetrennt wird, so dass die anschliessende Abkühlphase ausgelassen werden kann.

In Fig. 8 ist ein Satz von aufeinander passenden Presswerkzeugen 35 und 36 gezeigt. Der Mutterteil 35 der Presswerkzeuge weist eine Rille 51 auf, welche senkrecht und konzentrisch zur Symmetrieachse der Pressformen verläuft. Die Rille 51 ist mit der Abquetschfläche 37 durch einen kegelstumpfförmigen Teil 39 verbunden. Die Fläche 37 ist ebenfalls konzentrisch bezüglich der Symmetrieachse. Zwischen Rille 51 und der Fläche 37 besteht vorzugsweise ein allmählicher Übergang, da bei zu scharfen Kanten der Presswerkzeuge ein Brechen des Behälters erfolgen kann. Der zentrale Abschnitt 38 des Mutterteils des Presswerkzeuges 35 ist bis zu einem gleichen Betrag ausgespart wie die Rille 51. Der zentrale Teil 38 weist genügend Raum für den Kappenstumpf 24 auf. Der Vaterteil 36 der Presswerkzeuge umfasst im unteren Bereich eine Rille 40. Der obere Teil des Vaterteils weist eine erhöhte Abquetschfläche 41 auf, welche mit der Rille 51 des Mutter5

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teils 35 zusammenwirkt. Der mittlere Bereich 42 des Mutterteils 36 nimmt den Boden des Behälters auf, wenn er durch die Fläche 37 des Mutterteils 35 deformiert wird.

Im Betrieb wird ein vorgeformter Behältermantel 16 über dem Vaterteil des Presswerkzeuges positioniert, und der Mut- 5 terteil wird über den Becher hinabgesenkt. Nachdem die beiden Teile 35 und 36 des Presswerkzeuges so fest als möglich geschlossen wurden, wird der Behälter alsdann entfernt. Der Behälter weist dann einen Wulst 25 und einen in der Mitte vertieften Boden sowie einen stabilen ebenen Bodenring 22 10 auf. Dieser Bodenring gewährleistet, dass der gefüllte Behälter stabil auf der Grundfläche steht, ohne dass vom Behälterinhalt verschüttet wird.

Eine andere wichtige Aufgabe der in Fig. 8 gezeigten Presswerkzeuge besteht darin, die Wandstärke der Behälter- 15 Seiten auszugleichen. Jede lokale Blasenbildung oder unebene Ausdehnung oder Kontraktion der Behälterseitenwand wird beseitigt oder auf ein so kleines Mass reduziert, dass die Behälter gut ineinander geschachtelt werden können. Mit den Presswerkzeugen gemäss der Fig. 8 können Behälter fabriziert werden, bei welchen die Seitenwand eine einheitliche Dicke aufweist, obwohl die Dichte dieser Seitenwand in Abhängigkeit des Behälterdurchmessers variiert. Der Behälter weist in der Nähe des Bodens eine grössere Dichte auf als am oberen Ende, da sich infolge des Schrumpfprozesses mehr Material im unteren Teil des Behälters befindet.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die vorgeformten Behälter 16, von welchen die Hauben 18 entfernt wurden, in die Presswerkzeuge 35 und 36 zu bringen, nachdem die Temperatur der Behälter auf die Umgebungstemperatur abgesunken ist. Der Behälter 21 gemäss der Fig. 5 könnte auch als Becher für Flüssigkeiten verwendet werden bevor er in die Presswerkzeuge 35 und 36 gebracht wird. Die zusätzlichen Vorteile, die durch die Behandlung mit den Werkzeugen 35 und 36 erzielt werden, sind die Bildung eines Randes 25, die Eindallung der Bodenzone 23 und die Erzeugung von Seitenwänden mit einheitlicher Wandstärke.

Fig. 9 zeigt einen Stapel von ineinander geschachtelten Behältern. Die Ränder 25 der einzelnen Behälter grenzen aneinander an. Die Behälter 21 können vom Stapel entfernt werden, ohne dass dazu eine besondere Kraft aufgewendet werden muss, um einen Becher vom anderen zu trennen. Die beschriebene Stapelbarkeit der Becher mit aneinandergrenzen-den Rändern erlaubt, dass mehr Becher pro Stapelhöhe angeordnet werden können, der zum Transport benötigte Raum verringert werden kann und mehrere Becher in automatische Ausgabevorrichtungen eingefüllt werden können.

Das Verfahren, einen fast fertigen Behälter einem formgebenden Arbeitsgang der zusammenpassenden Presswerkzeuge zu unterziehen, stellt ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung dar. Die Behandlung der Behälter durch die Presswerkzeuge 35 und 36 kann als «Bügelvorgang» angesehen werden, wobei die Seitenwand der Behälter einheitlich gemacht wird, um ein engeres Ineinanderschachteln derselben im Stapel zu ermöglichen.

Bei bekannten Behältern bestand die Schwierigkeit darin, einen einzelnen Behälter vom Stapel zu entfernen. Diese Schwierigkeit ergab sich, weil die Behälterwandstärke gegen den Boden des Behälters hin zunahm. Bei Behältern, welche aus orientiertem, geschäumtem Material hergestellt werden, ist diese zunehmende Dicke inhärent, weil die Dicke des Materials in den Zonen ansteigt, wo die grösste Schrumpfung stattfindet.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung erfolgt daraus, dass die Zuschnitte, welche vom geschäumten Material abgeschnitten werden, rechteckige Konfiguration aufweisen. Dabei ergibt sich praktisch keine Materialverschwendung bei der Herstellung dieser rechteckigen Behälterzuschnitte. Die Verwendung von flachen Materialplatten erlaubt die Bedruckung mit hoher Geschwindigkeit anstatt dass jeder Becher nach der Herstellung bedruckt werden muss.

Bei der vorliegenden Erfindung wird geschäumtes Material wie z.B. Polystyrol oder Polyäthylen oder dgl. verwendet. Das Ausgangsmaterial wird vorzugsweise durch die Sehaumextru-diertechnik hergestellt. Die geschäumte Platte wird einer Orientierung in einer oder beiden Richtungen unterzogen. Die Orientierung der geschäumten Platte erlaubt eine gerichtete Formgebung der Behälter während ihrer Herstellung.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Einstückiger, aus einer geschäumten Kunststoffplatte hergestellter Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (21) eine Seitenwand (16) mit kegelstumpfförmiger Konfiguration aufweist, welche am Ende mit dem grösseren Durchmesser in einem umgebördelten Rand (25) endet und am Ende mit dem kleineren Durchmesser einen geschlossenen Boden (22, 23) aufweist, wobei die Seitenwand (16) mindestens eine überlappende Naht (15) umfasst, welche vom Rand zum geschlossenen Boden verläuft, und diese Seitenwand eine einheitliche Dicke inklusive der oberen und unteren Zone der Seitenwand und der Nahtzone aufweist; der Boden eine erste plane Zone (22) und eine zweite plane Zone (23) aufweist, wobei die erste und zweite Zone konzentrisch zueinander angeordnet sind; die erste plane Zone (22) an die Seitenwand anschliesst, und die zweite plane Zone (23) den Zentrumsbereich des Bodens des Behälters umfasst, wobei sich die zweite Zone näher dem oberen Rand des Behälters befindet als die erste Zone, und die zweite Zone eine nach unten vorstehende, den Boden verschliessende und in der Mitte des Bodens befindliche Naht (24) aufweist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die nach unten vorstehende, den Boden verschliessende Naht (24) näher am oberen Rand (25) des Behälters liegt als die die erste Zone (22) enthaltende plane Fläche, wobei die den Boden verschliessende Naht die Stabilität des abgestellten Behälters nicht beeinträchtigt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren zum Herstellen des Behälters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein rechteckiger Zuschnitt (10) aus geschäumtem Kunststoffmaterial abgeschnitten wird; eine zylinderförmige Büchse (14) aus dem rechteckigen Zuschnitt geformt wird; die beiden Enden (12,13) der Büchse in überlappender Weise aneinandergeklebt werden, um eine vertikale Naht (15) zu bilden; die Büchse vermittels Hitze geschrumpft wird währenddem sie über einen Dorn bewegt wird, um einen kegelstumpfförmigen Behälterrohling zu erzeugen; das schmälere Ende des Behälterrohlings zusammengefaltet wird, um einen flüssigkeitsdichten Behälterboden (22,23)

zu erzeugen; die Kappe (18) vom Behälterrohling entfernt wird; der Behälterrohling gepresst wird, um eine Umbördelung (25) am breiteren Ende des kegelstumpfförmigen Behälterrohlings zu bilden und um eine Seitenwand von einheitlicher Dicke zu erzeugen; der Boden (22, 23) des Behälterrohlings gepresst wird, um einen eingedallten Boden (23) zu erzeugen, ohne die durch das Schrumpfen erzeugte Naht zu verändern.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte des Pressens nach der Formgebung des Behälters erfolgen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte des Pressens simultan erfolgen.