DE2106725A1

DE2106725A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Behaltern aus thermoplastischen Kunst stoffolien

Info

Publication number: DE2106725A1
Application number: DE19712106725
Authority: DE
Inventors: Joseph M Hawthorne Hamilton Joel A Englewood DiDonato Russell D Nutley NJ Psota (VStA)
Original assignee: Mahaffy and Harder Engineering Co
Current assignee: Mahaffy and Harder Engineering Co
Priority date: 1970-02-12
Filing date: 1971-02-12
Publication date: 1971-08-19
Also published as: CA928916A; FR2078575A5; US3661484A

Description

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PATENTANWALT

11. Februar 1971

Anw.-Akte: 67.22

PATENTANMELDUNG

Anmelder: MAHAFFY & HARDER ENGINEERING COMPANY FURLER STREET
TOTOWA, NEW JERSEY 07512 , U.S.A.

"Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Behältern aus thermoplastischen Kunststoffolien"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von zu füllenden und zu verschließenden becherförmigen Behältern aus einer thermoplastischen Kunststoffolie, wobei die bis zur Plastifizierung vorgewärmte Folie mechanisch oder pneumatisch in eine Hohlform gebracht und in dieser vollständig geformt wird. Anschließend werden die Behälter zu einer Full- und/oder Vakuum- und/oder Verschließeinrichtung gefördert.

Es sind bereits die verschiedensten Arten von Verfahren und Vorrichtungen für automatische Verpackungen bekannt. Tiefziehautomaten formen beispielsweise in typischer Weise Verpackungen aus Rollenmaterial, d. ho aus Rollen von Kunststoffolien-Verpackungsmaterial. Zur Erweichung der Folie vor dem Formen besitzen diese bekannten

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Maschinen einen beweglichen Einsatz, wie sie beispielsweise aus dem USA-Patent 3 061 984 hervorgehen.

Die bekannten Strahlungsheizsysteme weisen jedoch eine Anzahl von Nachteilen auf. So ist es zum Beispiel bei diesen Verfahren schwierig, die erhitzten Bereiche richtig zu beeinflussen und eine gleichmäßige Hitzeeinwirkung zu erzielen. Einer der Faktoren, der eine ungleichmüßige Wärmeverteilung bewirken kann, ist dabei die Neigung der Folie, bei einer Erhitzung Beulen zu werfen, so daß einige Bereiche näher an die Heizvorrichtung herangebracht werden als andere. Außerdem sind derartige Strahlungsheizvorrichtungen verhältnismäßig unwirtschaftlich, da erhebliche Wärmeverluste durch Strahlung und Konvenktion auftreten. Aus diesem Grunde muß das Heizelement mit einer Temperatur arbeiten, die weitaus höher ist als die, auf die die Folie zu erhitzen ist. Aus diesem Grunde müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um eine Beschädigung der Folie in dem Fall zu verhindern, daß die Maschine angehalten werden nuß. Außerdem sind die bekannten Strahlunjfsheizsysteme verhältnismäßig teuer.

Zur Behebung dieser. Nachteile ist bereits vorgeschlagen worden (US-Serial Nr. 840 131 vom 1. Juni 1969) die Folie unter Vakuum nach oben gegen ein beheiztes, etwas konkav ausgebildetes Teil zu ziehen, so daß die Wärme durch direkte Berührung Übertragen wird« Auch dieses Verfahren hat bei bestimmten Anwendungsfällen einige Nachteile« So hat es sich beispielsweise als schwierig erwiesen, Folien »it verhältnismäßig großer Fläche zu erhitzen. Es ist auch nicht einfach, halbstarre Folien auf diese Weise zu erhitzen, weil es durchaus möglich ist, daß dis Randzonen mit dem beheizten Teil während des Arbeitsvorganges erst später in Berührung kommen. Schließlich ergab

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es sich auch, daß die Herstellung dieser Vorrichtung verhältnismäßig teuer ist.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, bei weichem Folienmaterial mit verhältnismäßig großer Fläche die Berührung über die gesamte Folienfläche dadurch zu erzielen, daß die Platte aus pcrösem Material hergestellt wird, so daß keine Luftblasen eingeschlossen werden, die eine Berührung verhindern. Poröses Material ist jedoch seiner Natur nach ein schlechter Wärmeleiter, so daß dieser Faktor die Heizleistung des Systems einschränkt.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, zwei ein- und ausfahrbare Metallteile auf den entgegengesetzen Seiten der Folie anzuordnen, so daß die Berührung und Erhitzung der Folie direkt und von beiden Seiten gleichzeitig erfolgt. Ein solches Verfahren ist ober nicht nur in der Herstellung und im Betrieb teuer sondern neigt auch dazu, die Folien zu verformen·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Beheizung der zu verformenden Foirlien zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kunststoffolie, die entlang einer Reihe von Arbeitsstationen geführt wird, auf einer Arbeitsstation aus einer beheizten Platte besteht, die auf einer Seite der Folie angebracht ist, während auf der anderen Seite ein elastisches Teil angeordnet ist und Mittel vorgesehen sind, um die Platte in Oberflächenberührung mit der Folie zu bringen. Dabei, presst sich das elastische Teil mit Druck eng an die andere Seite dieser Folie unmittelbar gegenüber der Platte an, um eine

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Wärmeübertragung durch Berührung zwischen Folie und Platte zu ermöglichen. Dabei wird die Temperatur der Folie in bekannter Weise soweit erhöht,.daß diese in die Form gezogen werden kann.

Die Platte besteht aus Metall und bietet für die Kunststoffolie eine glatte, ebene Oberfläche parallel zur Ebene .der Kunststoffolie an. Der elastische Teil der Beheizungsvorrichtung wird zweckmäßigerweise aus einer Lage eines elastomeren Materials, beispielsweise aus Schaumgummi angefertigt. Dabei kann das elastomere Material so ausgebildet werden, daß es bereits die Konturen der Behälterform aufweist.'

Nach einer weiteren Maßnahme der Erfindung wird die beheizte Platte mit einer Schicht Antihaftmaterial bedeckt, ebenso das elastische Teil.

Bei bestimmten Betriebsverhältnissen ist es zweckmäßig, Mittel zur Kühlung des elastischen Teils auf eine Temperatur, die erheblich unter der Temperatur der Platte liegt, vorzusehen.

Die erfindungsgemäße Verpackungsmaschine ist besonders zur Verarbeitung von Kunststoffolien aus mindestens zwei Folienlagen geeignet, wobei die eine Lage eine niedrigere Erweichungstemperatur als die andere hat und die Heizplatte so angeordnet ist, daß sie sich eng an die freiliegende Oberfläche der Schichtlage drückt, die die höhere Erweichungstemperatur besitzt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Kunststoff in einem relativ kurzen Zeitraum auf Warmverformtemperatur bis zur Plastifizierung gebracht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfach und

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wirtschaftlich zu bauen und zu betätigen. Sie ist geeignet, Behälter in einer großen Vielzahl von Größen und Formen herzustellen.

In einer praktischen Ausfuhrungsform dieser Erfindung, die später beschrieben wird, kann die Kunststoffolie während des gesamten Erhitzungsvorganges auf ihrer Bewegungsebene gehalten werden. Es sind somit keine besonderen Mittel notwendig, um die Folie aus ihren bestimmten Bewegungsweg in der Verpackungsmaschine nach oben oder unten zu bewegen. Die Wärme wird durch eine beheizte Platte zugeführt, die mit einer Seite der Folie in Berührung tritt, während " auf der anderen Seite ein elastisches Teil die Folie leicht, aber doch fest gegen die beheizte Platte drUckt. Danach bewegt sich die Platte und das elastische Teil von der Folie weg, die sofort zur Arbeitsstation gebracht wird, in der der erhitzte Kunststoff zu einem Behälter geformt wird, der im allgemeinen becherförmig ist, um daraufhin in der anschließenden Arbeitsstation der Maschine gefüllt und versiegelt zu werden.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt

und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: j

Figur 1 einen Längsaufriß, der die Hauptbetriebsteile einer Verpackungsmaschine zeigt,

Figur 2 eine in auseinandergezogene Anordnung dargestellte Ansicht der Elemente fUr die Erhitzung der Kunststoffolie und

Figur 3 eine senkrechte Schnittansicht der Teile für die Folienerhitzung·

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In Figur 1 ist eine Verpackungsmaschine dargestellt, wie sie in der obengenannten Patentanmeldung (US-Serial Nr. 840 131) gezeigt ist.

Die Verpackungsmaschine besteht aus einem Paar nebeneinander angeordneten endloser Ketten 10, die von Kettenrädern 12 intermittierend bewegt werden. Diese tragen eine Reihe von nicht dargestellten, nach innen gekehrten Haltern, die so angeordnet sind, daß sie die Seitenkanten einer durchlaufenden Folie 14 aus thermoplastischem Kunststoff fassen. Die Arbeitsvorgänge an der Kunststoffolie und den daraus hergestellten Behältern werden an nacheinander folgenden Arbeitsstationen längs der Bewegungsbahn (von rechts nach links entlang des oberen Bereiches) ausgeführt, um das Material zu Bechern zu formen, die in bekannter Weise gefüllt und verschlossen werden.

Die Kunststoffolie 14 wird in einer Erhitzungs- und Formstation 16 erhitzt und geformt. An dieser Stelle t-iteht die Maschine aus einem oberen Teil 18 und einem unteren Teil 20, die im Zusammenwirken die Folienerhitzungsstation 22 bilden, der eine konventionelle Station 24 fUr das Formen angeschlossen ist. Das Formen erfolgt in irgend einem der bekannten Verfahren. Die Betätigungselemente beider Stationen sind an Schwenkarmen 26 und 28 auf den entgegengesetzten Seiten der Folien befestigt. Die Arme werden durch Kipphebel 30 synchron mit der Einteilungsmarkierung der Folie hin und zurUck bewegt. Nachdem die erhitzten Folien in der dem Vakuumverformen dienenden Station zu Bechern gefermt worden sind, bewegen diese sich weiter auf dem festgelegten waagerechten Weg zu einer Luftentleerungs- und Verschlußstation 32, wo die Becher abgedeckt und verschlossen werden, so daß sie eine komplette Verpackung bilden. Die fertiggestellte Verpackung tritt an einer Austrittsstation aus. Aus Gründen der ver-

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einfachten Darstellung sind Zwischenstationen nicht dargestellt.

In den Figuren 2 und 3 ist das untere Teil 20 der Folienerhitzungsstation 22 dargestellte Es besteht aus einer glatten, ebenen Platte 40 aus einem gut wärmeleitenden Metall, wie beispielweise Aluminium, die an einem ebenfalls aus Aluminium bestehenden Trägerblock 42 befestigt ist. Dieser Trägerblock trägt konventionelle elektrische Heizelemente, deren Stromzuführung durch ein konventionelles (nicht abgebildetes^ Temperaturregelsystem so geregelt wird, daß eine vorher eingestellte Temperatur an der oberen Plattenoberfläche eingehalten wird. Die Platte ist mit einem dUnnen, aber gleichmäßigen f Überzug eines hitzebeständigen Antihaftmaterials 46 bedeckt, das in der bevorzugten praktischen AusfUhrungsform aus Teflon (Polytetrafluoräthylen) besteht.

Das obere Teil 18 der Folienerhitzungsstation 22 umfaßt einen Trägerblock 50 aus gut wärmeleitendem Metall wie z. B. Aluminium, an dem ein elastisches Teil 52 befestigt ist, das aus elastomerem Material, am besten Siliziumschaumgummi, von verhältnismäßig schwammiger Konsistenz besteht. Diese Schaumgummilage kann an dem Trägerblock festgeklebt sein, oder es kann ein anderes geeignetes, leicht lösbares Befestigungsmittel verwendet werden. Die untere Fläche 54 des Schaumgummiteiles ist mit einer dUnnen aber gleichmäßigen Lage eines hitzebeständigen Antihaftmaterials wie z. B. Teflon Überzogen. Der Trägerblock 50 ist mit Kanälen 56 versehen, durch die Kühlwasser geleitet werden kann, um die Arbeitsfläche 54 des Schaumgummis auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur, bezogen auf die Platte 40, zu halten.

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Die Arbeitsfläche der Platte 40 kann geometrisch gleich der zu erhitzenden Folienfläche oder größer sein, wenn dies aus GrUnden der Mechanik zweckmäßig ist« Somit kann eine quadratische oder rechteckige Arbeitsfläche fUr die Erhitzung einer runden oder rechteckigen Folienfläche ausreichen. Ebenso kann die Fläche 58 des oberen Trägerblockes 50 gleich der zu erhitzenden Folienfläche oder größer sein (wie dargestellt), falls dies aus GrUnden der Mechanik zweckmäßig ist.

Das Schaumgummiteil 52 und seine Lage Antihaftmaterial 54 sind genau entsprechend der Größe und Form der Folienfläche bemessen, die zu erhitzen und anschließend unter Vakuum in Becherform zu ziehen ist. Der Grund hierfür ist, daß die Wärme im wesentlichen nur dem Folienbereich zugeführt wird, der in DruckberUhrung mit dem elastischen Teil steht. Es ist daher nur erforderlich, dieses Teil zu ersetzen, um eine Änderung der Größe oder Form des zu ziehenden Folienbereiches innerhalb der Oberflächengrenzen der Platte 40 und der oberen Trägerblockfläche 58 vorzunehmen. Man wird es aber möglicherweise aus praktischen GrUnden bei einer Änderung der Größe oder Form der Fläche des unter.Vakuum zu ziehenden Bechers vorziehen, die gesamte Heiz- und Vakuum-Zieh-Vorrichtung zu ersetzen, d. h. die Teile Über der Folie als eine Gesamteinheit und die Teile unter der Folie als eine zweite Gesamteinheit, und zwar insbesondere, um einen sich ordnungsgemäß wiederholenden Abstand zur Luftentleerungs- und Versiegelstation 32 zu gewährleisten.

Während der "Verweilzeit¹¹ zwischen den Vorschubbewegungen der Folie drängt die Druckwirkung des Schaumgummiteiles 52 die Folie 14 weich,

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aber fest gegen die beheizte Platte 40, um in verhältnismäßig kurzer Zeit eine zweckmäßige und gleichmäßige Wärmeübertragung auf die Folie zu erzielen. Durch diese Druckwirkung werden Luftblasen wirksam entfernt, und die Wirkung kleinerer Falten in der Folie wird auf ein Minimum verringert. Dieses Verfahren ermöglicht ein einwandfreies Arbeiten der Maschine ohne Beschädigung der Folie. Insbesondere erfolgt keine wesentliche Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften der Kunststoffolie, so daß die Verpackung einem potentiellen Kunden eine gute Sicht des in der Verpackung enthaltenen Produktes bietet.

Es ist zu bemerken, daß viele heute verwendete Verpackungsfolien aus zwei (oder mehr) Schichtlagen bestehen, die kombiniert sind, um ein optimales Leistunsverhalten der Folie zu erzielen. In typischer Ausfuhrung befindet sich die Schicht mit der niedrigeren Schmelztemperatur auf der "Innenseite" (d. h. der S_eite, die an die obere Kunststoffolie geschweißt wird), und zwar gewöhnlich, um das Schweißen zu erleichtern. In der hier offenbarten Anordnung ist die beheizte Platte so angeordnet, daß sie in Berührung mit der "Außenschicht¹¹ der Schichtstoffolie 14 kommt. Dadurch wird vermie- | den, daß die Innenschicht an die Außenschicht eine Wärmemenge übertcagen muß, die fUr die innere Schicht zu groß sein und sie beschädigen oder ihre optischen Eigenschaften im Formungsbereich verändern könnte.

Die beheizte Platte 40 muß auf einer Temperatur gehalten werden,

die nur wenig Über der Erweichungstemperatur der Kunststoffolie liegt; so wird die Möglichkeit einer Beschädigung der Folie 14 verringert.

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Temperaturen um 160 C wurden zum Beispiel für zweckmäßig befunden. Die mit Druck erfolgende Wärmeübertragung ermöglicht einen wirksamen und gleichmäßigen Wärmeübergang auf die Folie infolge der engen Berührung mit ihr, besonders durch die Verwendung des mit Antihaftmaterial Überzogenen, zusammenpreßbaren, elastomeren Teiles 52, das die Folienfläche gegen den AntihaftUberzug der Platte 40 druckt. Eine große Vielzahl von Kunststoffolien und Schichtfolien weicher und halbstarrer Art kann mit dieser Anordnung erfolgreich erhitzt werden.

Obwohl im vorstehenden eine spezifische praktische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, versteht es sich, daß dies nicht in einem einschränkenden Sinne auszulegen ist und daß verschiedene Abänderungen der Erfindung im Rahmen der folgenden Patentansprüche fUr den Fachmann offensichtlich sind.

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Claims

- 11 PATENTANSPRÜCHE :

Verfahren zum Herstellen von zu füllenden und zu verschließenden becherförmigen Behältern aus einer thermoplastischen Kunststofffolie, wobei die bis zur Plastifizierung vorgewärmte Folie mechanisch oder pneumatisch in eine Hohlform gebracht und in dieser vollständig geformt wird und die Behälter anschließend zu Füll-, Vakuum- und Verschließeinrichtungen gefördert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie (14) entlang | einer Reihe von Arbeitsstationen gefuhrt wird, von denen eines aus einer beheizten Platte (40) besteht, die auf einer Seite der Folie angebracht ist, während auf der anderen Seite ein elastisches Teil (18) angeordnet ist und Mittel vorgesehen sind, um die Platte (40) in Oberflächenberührung mit der Folie (14) zu bringen, wobei das elastische Teil (18) sich mit Druck eng an die andere Seite dieser Folie (14) unmittelbar gegenüber der Platte (40) anpreßt, um eine Wärmeübertragung durch Berührung zwischen Folie und Platte zu ermöglichen, wobei die Temperatur der Folie soweit erhöht wird, daß diese in die Form gezogen werden kann. · Λ

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t , daß die Platte (40) aus Metall besteht und für die Kunststoffolie eine glatte, ebene Oberfläche parallel zur Ebene der Kunststoffolie (14) in der BerUhrungszone bietet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Teil aus einer Lage eines elastomeren Materials besteht.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Material Schaumgummi ist.

Verpackungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chn e t , daß das elastische Material so ausgebildet ist, daß es eine Arbeitsfläche bildet, um die Kunststofffläche zu einem Behälter zu formen.

6. Verpackungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beheizte Platte mit einer Schicht Antihaft-Material bedeckt ist^ mit der Maßgabe, daß bei Entfernung des elastischen Teiles aus der Zone der Berührung mit der Kunststoffoberfläche der erhitzte Kunststoff nicht an diesem Teil festklebt.

7. Verpackungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chn e t , daß auch das elastische Teil mit einer Schicht Antihaftmaterial bedeckt ist.

8. Verpackungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chn e t , daß Mittel zur Kühlung des elastischen Teiles auf eine Temperatur, die erheblich unter der Temperatur der Platte liegt, vorgesehen sind.

Verpackungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chn e t , daß die Kunststoffolie einen Schichtstoff aus mindestens zwei Lagen von Folien umfaßt, wobei die eine Lage eine niedrigere Erweichungstemperatur als die andere hat und die Platte so angeordnet ist, daß sie sich eng an die freiliegende Oberfläche der Schichtlage andrückt, die die höhere Erweichungstemperatur besitzt.

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10. Verfahren zur Herstellung eines Behälters aus einer durchlaufenden Kunststoffolie einschließlich der nachstehenden Verfahrensschritte:

Einteilungsmarkierung eines Folienabschnittes entlang eines festgelegten Weges zu einer ersten Arbeitsstation,

Anhalten dieses Folienabschnittes an dieser ersten Station, wobei die Folie auf dem festgelegten Weg in Stellung gebracht ist,

Herstellen der Berührung zwischen einer Seite der Kunststoff- g folie in der Anhaltestellung und einer auf hoher Temperatur gehaltenen starren, ebenen Platte,

Andrücken eines elastischen, zusammenpreßbaren Teiles gegen die andere Seite des Folienabschnittes in dem Folienbereich gegenüber der Platte, so daß der Folienabschnitt für eine Zeitspanne, die ausreicht, um die Temperatur des Kunststoffes auf die Warmformtemperatur zu erhöhen, in mit Wärmeübertragung verbundene Druckberührung mit der Platte gebracht wird,

Entfernen der beheizten Platte von der Kuststoffolie, _A

Vorschub dieses Folienabschnittes zu einer darauf folgenden Arbeitsstation,

Verformen dieses Folienabschnittes im heißen Zustand in dieser Arbeitsstation zu einem becherförmigen Behälter.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformen durch Tiefziehen, Blasen oder Vakuum erfolgt.

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