DE3026810A1

DE3026810A1 - Tiefgezogener, duennwandiger behaelter und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3026810A1
Application number: DE19803026810
Authority: DE
Inventors: Kyosuke Miki; Toshio Suzuki; Masahiro Takeuchi
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1979-07-16
Filing date: 1980-07-15
Publication date: 1981-02-12
Also published as: FR2461652B1; FR2461652A1; DE3026810C2; GB2055324A; GB2055324B; US4404162A; NL8004049A

Description

Sumitomo Bakelite Company Limited D-SM)S München 60

Tokio, Japan Tal.: 089/982085-87

Telex: 05 29 802 fonki

A4771-03

Tiefgezogener,dünnwandiger Behälter und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen, tiefgezogenen Behälters aus Kunstharz-Folie sowie den nach diesem Verfahren hergestellten Behälter. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen, extrem tiefgezogenen Behälters mit großem Einformtiefen/Öffnungskaliber-Verhältnis aus einer dicken Kunststoff-Folie mittels einer Kombination aus einem Preßformverfahren und einem verbesserten Preßformverfahren mit Formkegelunterstützung sowie den nach diesem Verfahren hergestellten Behälter.

Für die Herstellung eines dünnwandigen, napfförmigen Behälters mit großer Einformtiefe aus einer Kunststoff-Folie ist seit langem das Preßformverfahren unter Verwendung eines Hilfsformkegels bzw. -dorns bekannt. Als Anwendung für dieses Formkegel-Preßformverfahren wurde bereits beispielsweise das Festphasen-Preßformen einer Polyolefin-Folie, z.B. einer Polypropylen-Folie o.dgl., vorgeschlagen (vgl. JA-OS 11 489/1972 usw.). Bei diesem Verfahren

0300S7/0738

wird eine dünne Folie aus Polyolefin auf eine den Schmelzpunkt der Folie nicht übersteigende Temperatur vorgewärmt und dann des! Foriakegel-unterstützten (plug-assist) Preßformen unterworfen„ wobei eine Faltenbildung aufgrund eines Durchhangs der vorgewärmten Folie ira Flanschteil des so geformten _c dünnwandigen, napfformigen Behälters verhindert wird.

Bei der Herstellung eines tiefgezogenen Behälters nach diesem Verfahren besteht jedoch eine deutliche Tendenz dahingehend, daß beim Vorforaen mit Hilfe des Formkegels der mit letzterem in Berührung gebrachte Mittelteil der Folie dick bleibt, während die nicht mit ihm in Berührung stehenden Randteile der Folie stark gedehnt und dadurch dünn werden. Beim Festphasen-Preßformen von Polypropylen-Folie findet sich dieser Unterschied in den Wanddicken auch im fertigen Formteil, und durch diesen Dickenunterschied ergibt sich eine auffällige Linie (Streifen) an der Grenzfläche zwischen den verschieden dicken Wandteilen, wodurch das Aussehen des Behälters oder sogar die Steifheit seiner oberen Seitenwand beeinträchtigt wird. Diese Tendenz ist besonders bei der Formung von Behältern mit großer Einformtiefe zu beobachten. Aus diesem Grund erwies es sich bisher als schwierig, einen tiefgezogenen Behälter mit gleichmäßiger Wanddicke durch Thermo- oder Warmformen einer Folie herzustellen. Wenn zudem nach dem bisherigen Preßformverfahren mit Formkegel ein extrem tiefgezogener Behälter mit hohem Verhältnis von Einformtiefe zu Öffnungskaliber bzw. -durchmesser aus dicker Kunststoff-Folie hergestellt wird, wird die Wanddicke im hohlen Teil des Behälters klein, während die Dicke seines Flanschteils der ursprünglichen Foliendicke entspricht und mithin ein großer Dickenunterschied zwischen Flanschteil und Hohlteil vorhanden ist; es ist also schwierig, auf diese Weise einen dünnwandigen, tiefgezogenen Behälter mit in der Praxis

0300S7/Q738

zufriedenstellender Wanddickenverteilung zu formen.

Erfindungsgemäß durchgeführte Versuche mit dem Ziel der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines dünnwandigen Behälters mit verbesserten Eigenschaften bezüglich Wanddickenverteilung,, Einformtiefe und Steifheit zeigten, daß beim Preßformen mit Hilfe eines Formkegels, bei dem eine vorgewärmte Kunststoff-Folie mittels eines erwärmten Formkegels in eine Innen-Form verzogen und sodann die Folie mittels eines Luftdrucks gegen die Innenfläche der Form angepreßt wird, zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Wanddickenverteilung im hohlen Teil des Behälters ein Formkegel mit solcher Form und Größe wünschenswert ist, daß die dem Formkegel zugewandte Seite der in die Innen-Form verzogenen Folie sich an die gesamte Oberfläche des Formkegels anzulegen vermag, wenn letzterer in seine endgültige Einführstellung vorgeschoben wird. Auf der Grundlage dieser Feststellung wurden weitere ausgedehnte Untersuchungen durchgeführt, die zur Erfindung führten. Bei einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten, extrem tiefgezogenen Behälter mit einem Einformtiefen/Öffnungskaliber-Verhältnis von 2 oder mehr erreicht das Verhältnis von Innenwandfläche des Behälters nach dem Formen zur Oberfläche der Folie vor dem Formen (im folgenden auch als "Flächendehnungsverhältnis" bezeichnet) 9 oder mehr, so daß der Behälter so stark orientiert ist, daß er mit einer biaxial orientierten Folie vergleichbar ist, und wobei der Behälter verbesserte Eigenschaften, wie Gasundurchlässigkeit, Steifheit, Glanz, Transparenz usw., besitzt.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines dünnwandigen Behälters mit gleichmäßiger Wanddickenverteilung, großer Einformtiefe, ausgezeichneter Transparenz bzw. Durchsichtigkeit usw. aus einer ein-

030067/0738

lagigen Folie aus einem thermoplastischen Kunstharz, wie Styrolharz, Vinylchloridharz, Polyolefinen, einschließlich Polyäthylen, Polypropylen o.dgl., und Polyesterharz, vorzugsweise einem kristallinen Kunststoff, oder aus einer mehrlagigen Folie, die hauptsächlich aus diesen Kunstharzen besteht. Die Erfindung sieht also auch die Schaffung eines solchen Behälters vor.

Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung eines solchen Verfahrens, bei dem bei der Herstellung des genannten Behälters nur eine Mindestmenge an Abfall anfallen soll.

Die genannte Aufgabe wird bei einem dünnwandigen, tiefgezogenen Behälter aus einer thermoplastischen Kunstharzfolie, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß er an seinem oberen bzw. Öffnungsende einen ringförmigen Flanschteil aufweist und ein Behälter- bzw. Einformtiefen/Kaliber-Verhältnis von 2,0 oder mehr, eine mittlere Dicke von 0,1 - 0,6 mm an Seitenwand und Boden und eine Flanschdicke von 0,6 - 1,4 mm besitzt.

Die genannte Aufgabe wird weiterhin bei einem Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen, tiefgezogenen Behälters aus einer thermoplastischen Kunstharzfolie durch Preßformen mit Formkegelunterstützung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine thermoplastische Kunstharzfolie mit einer Dicke von 1,2 mm oder mehr auf eine Temperatur, bei der sie. formbar ist, erwärmt wird, daß von oben und unten mittels eines Paars ringförmiger Preß- oder Prägemittel, deren Innenform und

-größe der Form und Größe des Öffnungsendes eines Formraums

2 einer Matrize entsprechen, ein Gesamtdruck von 100 bar (kg/cm ) an der Prägefläche auf die vorgewärmte Folie ausgeübt wird, wobei der Umfangsteil der Folie zu einem ringförmigen Flanschteil gepreßt bzw. geprägt und abgekühlt wird, daß die Folie,

030067/0738

während der Flanschteil mittels des Prägemittelpaars fest verspannt wird, mit Hilfe eines Metali-Formkegels, der auf einer Temperatur von {T <· 10)°C bis (T - 40) ⁰C (mit T =

SSS

Temperatur der vorgewärmten Folie) gehalten i^ird, bis zu einer Tiefe von 80% oder mehr, bezogen auf die Tiefe des Matrizen-Formraums, in den Formraum der Matrize hinein verzogen bzw. gestreckt wird₀ um den innerhalb des Flanschteils gelegenen Teil der ursprünglichen Folie vorzurecken, und daß sodann die Folie von der Seite des Fornikegeis her mit einem Druckmittel beaufschlagt itfird„ wobei der innerhalb des Fianschteils gelegene Folienteil durch den Druckunterschied_ bis zu einem Flächendehungsverhäitnis (area Stretch ratio) von 9 oder mehr, bezogen auf die ursprüngliche Folie, gereckt bzw. gedehnt und dabei die Folie an die Oberfläche des Matrizen-Formraums angeformt wird, so daß ein Einformtiefen/-Kaliber-Verhältnis von 2,0 oder mehr erreicht wird.

Der benutzte Ausdruck "Einformtiefe" (molding depth) bezieht sich auf die Länge vom offenen Ende bis zum Boden des Behälters, itfährend sich der Ausdruck "Kaliber" auf den größten Innendurchmesser der Behälteröffnung bezieht. Im Fall eines zylindrischen Behälters entspricht das Kaliber dem Öffnungsdurchmesser, während es im Fall eines Behälters mit einer elliptischen Öffnung der längeren Achse der Ellipse entspricht; bei einem rechteckigen Behälter entspricht das Kaliber der Diagonallänge an der Öffnung.

Die erfindungsgemäß benutzte Preß- oder Prägeeinheit (forging means) besteht vorzugsweise aus einer an der Seite der Innenform bzw. Matrize vorgesehenen Prägeeinheit, die eine Ringform besitzt und am Öffnungsende des Hohlraums einer Matrize angeordnet ist, wobei Innenform und -größe dieser Prägeeinheit der Form und Größe des Matrizen-Formraums entsprechen,

030ÖS7/073S

sowie einer hilf sf ormseit igen,, ringförmigen Preß- oder Prägeeinheit,, welche der matrizenseitigen Prägeeinheit zugeordnet und gegen deren Fläche vorschiebbar ist.

Der erfindungsgemäß benutzte Formkegei genügt vorzugsweise zwei Bedingungen! (a) Er besteht aus einem vorderen und einem hinteren Teil, von denen ersterer einen Abschnitt mit gekrümmter Kontur in allen Forrakegeiquerschnitten besitzt, welche die Mittelachse längs der Bewegungsrichtung des Formkegels und parallel zu dieser Mittelachse einschließen, wobei die Konturlinie des Vorderteils gleichmäßig bzw. stufenlos in die Konturlinie des hinteren Teils übergeht und letzterer aus einem im wesentlichen linearen, vorzugsweise z.B. leicht nach außen gekrümmten konturierten Teil besteht, der zum hinteren Endabschnitt des Formkegels gerichtet ist. (b) Die Kontur eines senkrecht zur Mittelachse des Formkegels geführten Querschnitts ist dieselbe wie die Kontur des Öffnungsendes der Matrize auf derselben Höhe wie dieses Öffnungsende, während die Größe dieser Kontur gegenüber der Kontur des Öffnungsendes der Matrize über den gesamten Umfang hinweg um einen praktisch der Dicke der Folie entsprechenden Betrag kleiner ist, so daß die vorgewärmte, in den Hohl- oder Formraum der Matrize hinein verzogene Folie sich mit ihrer gesamten, dem Formkegel zugewandten Seite in der Endstellung des in die Matrize eingeführten Formkegels an letzteren anlegen kann, (c) Der Durchmesser des Formkegels verringert sich fortschreitend vom hinteren zum vorderen Ende.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur

Herstellung eines Kunststoff-Behälters nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

030087/0738

Fig. 2 eine Schnittdarstellung von Matrize, Hilfsform und Formkegel bei der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3a bis 3d schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Kunst stoff-Behälters,

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines die erfindungsgemäß vorgesehene Form besitzenden Formkegels, welcher die Folie bis zur endgültigen Formtiefe in der Matrize verzogen hat,

Fig. 5 eine Fig„ 4 ähnelnde Darstellung eines bisherigen Formkegels,

Fig. 6 die Wanddicken-Meßpunkte Ä bis J eines Behälters mit einem Tiefen/Kaliber-Verhältnis von 2,0 sowie eine Aufsicht und eine Seitenansicht des bei der Formung anfallenden Abfallstücks und

Fig. 7 eine Darstellung der Wanddicken-Meßpunkte A bis J

bei einem Behälter mit einem Tiefen/Kaliber-Verhältnis von 3,0.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt eine Zufuhreinrichtung 1 zur Förderung einer Folie 2, ein oberes und ein un teres Förderband 3 bzw. 4, eine obere und eine untere Heiß-Preßplatte 5 bzw. 6, eine Überführungseinrichtung 7 für vorgewärmte Folie, einen Druckluftzylinder 8 zur Förderung der Folienstücke, eine Hilfsform 9, einen Druckluftzylinder 10 zum Vorschieben der Hilfsform, einen Formkegel 11, einen Druckluftzylinder 12 zum Vorschieben des Formkegels, eine

Innenform bzw. Matrize 13 und einen Druckluftzylinder 14 zum Ausstoßen des Formkörpers aus der Form.

In Fig. 2 sind folgende Teile veranschaulicht: Eine vorgewärmte Kunststoff—Folie 21, eine Folien-Überführungsplatte 22, eine Matrize 23, ein Hohl- oder Formraum 23-1 der Matrize, ein Prägeteil (forging part) 23-2 der Matrize, eine Kolbenstange 24 des Druckluftzylinders zum Hochfahren der Matrize, eine Hilfsform 25 mit einem Hohlraum 25-1 und einem Stanzteil 25-2, eine Zufuhrleitung 26 für Druckluft, ein Formkegel 2 7 und ein Druckluftzylinder 27 zum Verfahren des Formkegels.

In den Fig. 3a bis 3d sind eine Matrize 31, eine Folie 32, eine Hilfsform 33, ein Hilfsform-Stanzteil 34, ein Matrizen-Stanzteil 35, ein Flansch 36 eines Behälters, eine Zufuhrleitung 37 für Druckluft, eine Ausstoßeinrichtung 38 und ein Abfallstück 39 dargestellt.

Fig. 4 veranschaulicht einen Formkegel 41 mit Vorderteil 41-1 und hinterem Teil 41-2 sowie einer Mittelachse 42, eine Grenzlinie 43 zwischen vorderem und hinterem Formkegel teil, eine Konturlinie 44 des vorderen Formkegelteils, eine Konturlinie 45 des hinteren Formkegelteils, ein Öffnungsende der Matrize, eine auf der Höhe des Öffnungsendes liegende Linie 47, eine Matrize 48, ein hinteres Ende 49 des Formkegels sowie die Haupt- und Nebenachsen a bzw. b einer Ellipse.

In Fig. 5 sind der Formkegel mit 51, die Matrize mit 52, ihr Öffnungsende mit 53, die Mittelachse des Formkegels mit 54, die mit dem Öffnungsende der Matrize höhengleiche Linie mit

*3 Π ? ß <3 1 Π 3 U Iυ O IU

_ 15 _

55, ein Folienstück mit 5β_ρ d=r Formkegel-Vorderteil mit 51-1, und der hintere Teil des Formkegels mit 51-2 bezeichnet.

In Fig. 6 ist bei 61 ein Abfallstück dargestellt, während mit Ä bis J die Punkte bezeichnet sind, an denen die Wanddicke geraessen wird. In Fig« 7 sind dieselben Meßpunkte A bis J angegeben.

Gemäß Fig. 1 werden die durch die Zufuhreinrichtung 1 geförderten Folienstücke 2 auf das untere Förderband 4 aufgelegt. Zwischen oberem und unterem Förderband 3 bzw. 4 durchlaufen die Folienstücke den Zwischenraum zwischen oberer und unterer Heiß-Preßplatte 5 bzw. 6, die jeweils mit inneren Heizelementen ausgestattet sind. Unter Kontaktierung mit den Preßplatten 5 und 6 werden die Folienstücke zum Auslaßende der Folien-Vorwärmeinrichtung gefördert. Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 sind drei Paare von oberen und unteren Heiß-Preßplatten vorgesehen, wobei die Folienstücke durch die beiden Förderbänder nacheinander durch den Zwischenraum zwischen jedem Preßplattenpaar hindurchgefördert werden.Die Förderbänder bestehen vorzugsweise aus mit einem Fluorkohlenstoffharz imprägniertem Glasfasertuch. Die auf Formtemperatur erwärmten Folienstücke werden hierauf in die Folien-Überführungseinrichtung 7 ausgetragen. Nach dem Austritt aus der Überführungseinrichtung 7 wird jedes Folienstück durch den Vorschub-Druckluftzylinder 8 zur Matrize 13 gefördert und in dieser verformt.

Obgleich in Fig. 1 der Fall veranschaulicht ist, in welchem die Folie zu Stücken vorbestimmter Form geschnitten ist, kann das Formen ersichtlicherweise auch unter Förderung einer breiten Folie oder einer kontinuierlichen Folie durchgeführt werden.

0300S7/0738

Die Fig. 3a bis 3d veranschaulichen die Verfahrensschritte für die Herstellung eines Kunststoff-Behälters nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Gemäß Fig. 3a wird die Folie 32 zur Matrize 31 überführt, worauf die Hilfsform 33 herabgefahren wird, wobei die Folie 32 geprägt und gleichzeitig zwischen den ringförmigen Stanz- bzw. Prägeteilen 34 und von Hilfsform und Matrize unter Formung des Flanschteils 36 des Behälters abgekühlt wird. Hierauf wird gemäß Fig. 3b der Formkegel aus einer Position über der Folie in den Formraum der Matrize vorgeschoben, um die Folie vorzurecken^ worauf Druckluft über die Zufuhrleitung 37 in der Hilfsform eingeleitet wird, um die Folie gemäß 3c mittels des Druckunterschieds sich zur endgültigen Formung an die Fläche des Matrizen-Fofmraums anlegen zu lassen. Hierauf werden gemäß Fig. 3d die Hilfsform und der Formkegel hochgefahren, worauf der gebildete Behälter mittels der Ausstoßeinrichtung 38 aus der Matrize ausgeworfen und seitlich abgeführt wird.

Obgleich das Ausstanzen des Abfallstücks 39 vom Umfang des Flansches in den Fig. 3a bis 3d nicht dargestellt ist, kann dieses Ausstanzen gleichzeitig mit dem Prägen oder nach dem Formvorgang in einer Stanzvorrichtung getrennt erfolgen.

Die Vorrichtung gemäß in den Fig. 1, 2 und 3a bis 3d eignet sich besonders vorteilhaft für die Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines dünnwandigen Behälters mit einem Einformtiefen/Öffnungskaliber-Verhältnis von 2,0 oder mehr,^einey Flanschdicke von 1,4 mm oder weniger und einer Seitenwanddicke von 0,10 - 0,60 mm aus einer dicken Kunststoff-Folie mit einer Dicke von 2 mm oder mehr.

Das für die Kunststoff-Folie verwendete thermoplastische Kunstharz ist ein üblicherweise für thermisch verformbare

030067/0738

_ 17 _

Folien verwendetes Kunstharz, wie ein PoJYolefin (z.B. Polyäthylen, Polypropylen u.dgl.), ein Polyesterharz, ein PoIyamidharz, Polystyrol, ein Vinylchloridharz u. dgl., vorzugsweise ein kristalliner Kunststoff. Erfindungsgemäß wird eine einlagige oder mehrlagige, im wesentlichen aus den genannten Kunstharzen bestehende Folie verwendet.

Die dicke Folie aus thermoplastischem Kunstharz kann durch Strangpressen, Spritzgießen u.dgl. hergestellt werden; da_3 betreffende Herstellungsverfahren unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, obgleich ein T-Spritzkopf-Schmelzstrangpreßverfahren mittels eines Extruders bevorzugt wird. Vorzugsweise wird der Behälter aus einer Folie mit guter Formbarkeit hergestellt.

Für die Herstellung eines extrem tiefgezogenen, dünnwandigen Polypropylen-Behälters mit großer Steifheit und insgesamt ausgezeichneten Eigenschaften bezüglich Transparenz, Glanz und Wanddickenverteilung wird die Ausgangs-Folie vorteilhaft nach dem folgenden Verfahren hergestellt:

Beispielsweise kann ein kristallines Polypropylenkunstharz mittels eines T-Spritzkopfes nach einem Schmelzstrangpreßverfahren in Folienform extrudiert werden.Sodann wird die unmittelbar nach dem Austritt aus dem Spritzkopf eine Temperatur von 210 - 270 C besitzende Folie durch eine Kühleinrichtung geleitet, in welcher sie langsam mit einer Kühlgeschwindigkeit von 10 C/Sekunde oder weniger auf eine Temperatur von etwa 140 - 180 C abgekühlt wird. Hierauf wird die Folie mit einer oder mehreren Kühlwalzen in Berührung gebracht und dadurch schnell mit einer Kühlgeschwindigkeit von 30 C/Sekunde oder mehr unter Erstarrung auf eine Folientemperatur von 40 - 100 C

030087/0738

_ 18 _

abgekühlt. Auf diese Weise wird eine Ausgangsfolie bzw. ein Zuschnitt hergestellt. Wenn eine breite, ununterbrochene Ausgangsfolie zu einer Formmaschine transportiert, vorgewärmt und geformt wird, ergeben sich zeitweilig Schwierigkeiten, wie Welligkeit der Folie im Vorwärmvorgang aufgrund von Aufspulkräuselung oder Ungleichmäßigkeit beim Vorwärmen. Wenn mehrere Formen in einer Formmaschine angeordnet sind und zahlreiche Behälter gleichzeitig aus einer solchen breiten Folienbahn hergestellt werden sollen, bildet der außerhalb des zum Behälter zu verformenden Teils befindliche Folienteil ein Abfallstück, wobei die Abfallmenge häufig 40 - 10% der gesamten Ausgangs-^j folie beträgt.

Wenn der Behälter aus einer dicken Folie hergestellt werden soll, empfiehlt es sich daher, die Folie im voraus zu Stücken mit einer Fläche, welche der Öffnungsfläche des Behälters, einschließlich des Flanschteils, entspricht oder etwas größer ist als diese Fläche, zu schneiden, das zurechtgeschnittene Folienstück vorzuwärmen und zur Formeinheit zu überführen. Eine breite Folie kann entsprechend der Form und Größe der Formeinheit zu runden oder rechteckigen Stücken gestanzt werden. Vorzugsweise wird jedoch die extrudierte Folie während des Abkühlens oder anschließend zu rechteckigen Stücken geschlitzt bzw. geschnitten, die dann zur Vorwärmeinrichtung der Formmaschine gefördert werden.

Rechteckige Folienstücke lassen sich ebenfalls einfach handhaben, solange sie eine Dicke von 2 mm oder mehr besitzen. Ebenso ist es möglich, vorgewärmte Folienstücke zur Formeinheit zu überführen.

Wenn der Behälter aus einem Folienstück hergestellt werden soll, dessen Größe der Öffnungafläche des Behälters mit seinem Flansch-

030087/0733

_ 19 _

teil entspricht, kann die Abfallmenge um den Formteil herum im Fall eines einen rechteckigen Querschnitt besitzenden Behälters auf 10% oder weniger und im Fall eines Behälters mit rundem Querschnitt auf 25% oder weniger verringert werden. Bei der Herstellung eines extrem tiefgezogenen Behälters aus einem dicken Folienstück ergibt sich also der wichtige Vorteil, daß der entstehende Abfallanteil im Vergleich zur üblichen Thermoformung beträchtlich verringert werden kann.

Obgleich die Vorwärmeinrichtungen für die Folienstücke keinen besonderen Einschränkungen unterworfen sind, werden ein Heizstrahler, eine Kontakt-Heizplatte, ein Heißluftunwälzofen ο-dgl. bevorzugt. Für die kontinuierliche Erwärmung dicker Folienstücke bei ihrer Förderung zu einer Formeinheit wird eine in einem Förde'rband angeordnete Kontakt-Heizplatte bevorzugt. In diesem Fall können die Folienstücke gleichmäßig erwärmt werden, inj5em sie zwischen zwei Förderbänder eingeführt und zwischen einem Heizplattenpaar hindurchgefördert werden, während sie dabei in leichter Andruckberührung mit den Heizplatten stehen.

Bei der Erwärmung einer Folie aus kristallinem Kunstharz, wie Polypropylen, Polyäthylen, Polyester o.dgl., auf eine den Schmelzpunkt des Kunstharzes nicht übersteigende Temperatur ist insbesondere eine gleichmäßige Erwärmung der Folie von Bedeutung, weil ein Behälter mit großer Einformtiefe aus einem plattenförmigen Folienstück nur dann geformt werden kann, wenn das Folienstück gleichmäßig erwärmt worden ist.

Die Folienstücke werden zwischen oberer und unterer Heiß-

030087/0738

Preßplatte mit einem solchen Druck verpreßt, daß etwaige Kräuselung bzw. Wölbung der Folie beseitigt wird und die gesamte Ober- und Unterseite jedes Folienstücks entweder unmittelbar oder mittelbar mit der Oberfläche der betreffenden Preßplatte in Berührung gebracht wird.

Für kristalline Polypropylenfolie eignet sich eine Formtemperatur im Bereich zwischen dem Kristallschmelzpunkt (T ) bis (T_m - 50)°C.

Das vorgewärmte Folienstück wird zu einer in Fig. 2 veranschaulichten Formeinheit überführt, die eine Matrize mit einem offenen Formraum und einem an dessen Öffnungsende angeordneten, kreisförmigen Stanzteil, dessen Innenform und Größe dem Öffnungsende des Matrizen-Formraums angepaßt sind, und einen Hilfsforinteil umfaßt, welcher der Matrize gegenübersteht und mit einem ringförmigen, dem Stanzteil der Matrize zugeordneten Stanzteil sowie einem im Inneren der Hilfsform angeordneten Formkegel zum Ziehen der Folie in den Formraum der Matrize hinein versehen ist.

Bei der Formvorrichtung gemäß Fig. 2 dient die Folien-Überführungsplatte zur Zufuhr eines Folienstücks zur Formeinheit und zur Überführung des geformten Gegenstands zu einem Stanzvorgang. Vorzugsweise ist die Oberfläche dieser Platte mit einem thermisch isolierenden Material beschichtet, um eine Abkühlung der vorgewärmten Folie bei der Berührung mit dieser Platte zu verhindern. Die Konstruktion der Folien-Überführungseinrichtung unterliegt keinen wesentlichen Einschränkungen.

Die Matrize besteht vorzugsweise aus einem Metall, wie Eisen, Aluminium o.dgl., und sie ist im Inneren mit Kühlwasserkanälen zu ihrer Kühlung durch umgewälztes Kühlwasser versehen. Beim

030087/0731

_ 21 _ -

Formvorgang wird zunächst der Flanschteil des Behälters durch die oberen und unteren Prägeteile geformt. Der auf die Präge-

2 fläche ausgeübte Druck sollte bei 100 kg/cm bzw. bar oder mehr liegen. Bei einem Druck von weniger als 100 bar wird der Flanschteil nicht einwandfrei geformt. Für die Ausbildung eines vergleichsweise dünnen, sorgfältig auf die Wanddicke des Aufnahmeteils des Behälters abgestimmten Flanschteils erfolgt das Prägen (Verpressen) im Fall von Polypropylenfolie unter einem Druck von etwa 150 - 300 bar. In einem solchen Prägevorgang kann die Dicke des Flanschteils um etwa 70 - 20% der ursprünglichen Foliendicke reduziert werden.

Der im Prägevorgang dünner ausgebildete Flanschteil erfordert einen hohen Grad an Kristallorientierung, damit ein transparenter bzw. durchsichtiger Flanschteil auch aus einer undurchsichtigen, dicken Folie aus Polypropylen, Polyäthylen o.dgl. geformt werden kann. Nach dem Prägevorgang besitzt der Flanschteil vorteilhaft eine Dicke von 70 - 30% der ursprünglichen Foliendicke. Wenn beispielsweise ein runder Behälter mit einem Tiefen/Kaliber-Verhältnis von 2,0 (Kaliber bzw. Durchmesser 60 mm, Tiefe 120 mm) aus einer Polypropylenfolie mit einer Dicke von 2 mm hergestellt wird, verringert sich die mittlere Wanddicke des hohlen bzw. Aufnahmeteils auf etwa 0,22 mm. Ein am offenen Ende des hohlen Teils angeformter, ringförmiger Flansch mit einer Breite von etwa 3 mm besitzt dagegen vorteilhaft eine Dicke von 1,4 - 0,6 mm. Wenn die Dicke des Flanschteils zu groß ist, verliert der Behälter seine konstruktive Ausgewogenheit. Im Fall eines zu dünnen Flanschteils ist der Öffnungsteil nicht steif genug.

Die Querschnittsforra des Flanschteils kann durch Änderung der Form der Prägemittel in weiten Grenzen variiert werden. Wenn der Flanschteil durch Prägen oder Verpressen eines vorgewärmten

030067/0739

Folienstücks geformt wird, können die Prägemittel gewünschtenfalls im voraus erwärmt werden, um die Querschnittsform des Flanschteils zu verändern. In diesem Fall empfiehlt es sich im Hinblick auf die Abkühlung des hohlen Teils der Matrize, letztere in eine Hohlform und eine Prägeform zu unterteilen.

Beim Prägen eines Flanschteils ist es vorteilhaft, die Matrize sicher festzulegen, die Hilfsform schnell gegen die Matrize vorzuschieben und den Flanschteil augenblicklich unter der Wirkung von Schlagkräften zu prägen. In diesem Fall müssen die Hilfsform und die Matrize eine ausreichende Festigkeit besitzen, um die für das Prägen des Flanschteils des Behälters erforderliche Kraft aushalten zu können.

Der Formkegel besteht vorzugsweise aus Metall, und er weist in seinem Inneren ein Heizelement auf. Vorzugsweise ist die Oberfläche des Formkegels durch Verchromung spiegelglatt ausgebildet oder mit einem Fluorkohlenstoffharz beschichtet.

Entsprechend der Form des herzustellenden Behälters besitzt die Matrize eine runde, rechteckige oder ähnliche Querschnittsform. Form und Abmessungen der Matrize müssen der Konfiguration und den Abmessungen des Formkegels angepasst sein. Obwohl die Wahl des Werkstoffs für die Matrize nicht besonders kritisch ist, besteht die Matrize, wie erwähnt, vorzugsweise aus einem Metall, wie Eisen, mit inneren Kühlwasaerkanälen. Erforderlichenfalls wird die Matrize in eine Prägeform und in einen Formraum unterteilt, die unabhängig voneinander betätigt werden und von denen nur die Prägeform erwärmt wird.

Die Hilfsform wird bevorzugt aus Eisen hergestellt. Obgleich gemäß Fig. 2 die Druckluft-Zufuhrleitung an der Oberseite der

030067/0731

Hilfsforai vorgesehen ist, kann Druckluft o.dgl. Druckmittel aus dem Inneren des Formkegels über kleine Bohrungen in seiner Vorder- oder Rückseite unmittelbar auf die Oberfläche des Folienstücks aufgeblasen werden.

Obgleich der Außenumfang des Flanschteils entweder gleichzeitig mit dem Formvorgang oder vor diesem zurechtgestanzt werden kann, wird der Flanschteil vorzugsweise zunächst durch den Prägevorgang dünner gestaltet und anschließend gestanzt, wenn das Folienstück so dick ist, daß sich das Stanzen als schwierig erweist. Auf diese Weise wird der Stanzvorgang vereinfacht, weil nur noch eine Folie mit einer DÄcke entsprechend 70 - 20% der ursprünglichen Foliendicke gestanzt zu werden braucht.

Nach dem Prägen des Flanschteils wird der Formkegel, während der Flanschteil zwischen oberen und unteren Prägemitteln festgehalten wird, von der Oberseite der Folie in den Formraum der Matrize bis zu einer Tiefe von 80% oder mehr des Formraums eingeführt, wobei der innerhalb des Flanschteils liegende Abschnitt der ursprünglichen Folie bis zu einem Flächen-Dehnungsverhältnis von 5 oder mehr vorgereckt wird. Vorzugsweise erfolgt das Ziehen der Folie in den Formraum der Matrize durch den Formkegel innerhalb von 2 Sekunden nach dem Prägen des Folienumfangs mittels der beiden Prägeformen. Wenn diese Zeitspanne mehr als 2 Sekunden beträgt, kann die Wand des hergestellten Behälters am Übergang zwischen dem Flanschteil und dem Formraum dicker werden als in den anderen Bereichen, worunter das Aussehen dieses Übergangsteils leidet. In diesem Fall kann außerdem die Seitenwand des resultierenden Behälters zu dünn und von ungenügender Steifheit werden. Nach dem Prägen und Kühlen des Flanschteils des Behälters kühlt der restliche Abschnitt der Folie allmählich ab, wenn die Folie in dem Zustand verbleibt, in welchem der Flanschteil verspannt ist. Aus diesem Grund- erfolgt das Herabfahren des Formkegels vorzugsweise mög-

030067/0731

_24

liehst bald, bevor der Innenteil des Folienstücks abgekühlt ist. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren der Behälterflanschteil im voraus geformt und anschließend das Folienstück, während der Flanschteil durch die Prägeformen sicher verspannt ist, durch den herabfahrenden Formkegel vorgereckt wird, besteht keine Gefahr dafür, daß der den Flanschteil bildende Abschnitt des Folienstücks beim Niederfahren des Formkegels in den Formraum hineingezogen wird. Die Grenzlinie zwischen dem Flanschteil und dem hohlen Teil des Behälters ist somit eindeutig definiert, und der hohle Behälterteil besitzt eine gleichmäßige Wanddicke auch in der Nähe des offenen Endes und am Boden. Da weiterhin der Formkegel bis zu einer Tiefe von 80% oder mehr des Formraums in diesen eingeführt wird, während der Flanschteil mit großer Kraft verspannt ist, und der innerhalb des Flanschteils liegende Folienabschnitt bis zu einem Flächen-Dehnungsverhältnis von 5 oder mehr vorgereckt wird, wird der innerhalb des Flanschteils befindliche Folienabschnitt, mit Ausnahme des das Vorderende des Formkegels berührenden Teils, ausreichend gleichmäßig gestreckt bzw. gereckt. Bei der anschließenden Drucklufteinführung wird hauptsächlich der an der Spitze des Formkegels anliegende Teil des Folienstücks stark gedehnt.

Wenn die Formtemperatur der Folie mit T bezeichnet wird, wird die Temperatur des Formkegels vorzugsweise im Bereich von

(T + 10) Cbis(T - 40)°C gehalten. Wenn bei der Verformung s s

einer kristallinen Polypropylenfolie deren Kristallschmelzpunkt mit T bezeichnet wird, wird die Folie vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von T bis (T - 50) C vorgewärmt, und

mm

der Flanschteil wird bei dieser Temperatur geprägt bzw. verpreßt, worauf ein auf eine Temperatur im Bereich von (T - 5) C bis

' ο ¹^

(T - 5 0) C vorgewärmter Metall-Formkegel von der Oberseite des Folienstücks her in die Matrize eingeführt wird, um das Folienstück innerhalb der Matrize vorzurecken.

030067/0738

Fig. 4 veranschaulicht in Form einer vergrößerten Darstellung des Zustands gemäß Fig 3b die Position des Formkegels, in welcher dieser die Folie bis zur endgültigen Formkegel-Einführtiefe in der Matrize ausgezogen hat. In allen Querschnitten des Formkegels, welche die Mittelachse 42 in Bewegungsrichtung des Formkegels schneiden und welche parallel zur Mittelachse 42 liegen, ist der Vorderteil 41-1 des Formkegels 41 im wesentlichen halbelliptisch, wobei die Mittelachse 42 auf der kurzen bzw. Nebenachse der Ellipse liegt und die Grenzlinie 43 zwischen Vorderteil 41-1 und hinterem Teil 41-2 nahezu der langen bzw. Hauptachse der Ellipse entspricht; wenn die Länge der Hauptachse mit a und die Länge der Nebenachse mit b bezeichnet werden, liegt die Form der Konturlinie 44 des Formkegel-Vorderteils im Bereich von 5 > a/b > 1. Bevorzugt gehen die Konturlinie 44 des Formkegel-Vorderteils und die Konturlinie 45 des hinteren Teils des Formkegels stufenlos ineinander über, wobei die Konturlinie 45 von der Grenzlinie 43 zwischen vorderem und hinterem Teil des Formkegels ausgeht und sich praktisch linear zum hinteren Ende des Formkegels erstreckt. Das Verhältnis zwischen der Länge von der Ebene des Öffnungsendes der Matrize bis zum Vorderende bzw. zur Spitze des Formkegels auf der Mittelachse und der Tiefe vom Öffnungsende der Matrize bis zu ihrem Boden liegt in der endgültigen Formkegel-Einführstellung in der Matrize im Bereich von 0,85 - 0,98. Das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Formkegels und dem Innendurchmesser der Matrize in Höhe der Grenzlinie 43 zwischen vorderem und hinterem Teil des Formkegels liegt im Bereich von 0,7 - 0,95.

In der Höhe (Linie 47) des Öffnungsendes 46 der Matrize fällt die Form oder Lage der Konturlinie des senkrecht zur Mittel achse 42 des Formkegels 41 liegenden Querschnitts mit dem Öff-

030067/0738

_ 26_

nungsende 46 zusammen, wobei die Größe dieses Querschnitts um den gesamten Umfang herum um einen der Dicke der Folie 45 entsprechenden Betrag kleiner ist als die Abmessung· dieses Öffnungsendes 46. Der Formkegel verjüngt sich fortlaufend vom hinteren Ende 49 in Richtung auf den·. Vorderteil 41-1, so daß die in den Matrizen-Formraum verzogene, vorgewärmte Folie 45 sich in der endgültigen Einführste-llung des Formkegels 41 in der Matrize 48 gemäß Fig. 4 an die gesamte Außenfläche -des Formkegels 41 anlegen kann.

Zum Vergleich ist in Fig. 5 ein bisheriger Formkegel darge- ' stellt, wobei in der endgültigen Einführstellung des Formkegels 51 in der Matrize 52 die Größe bzw. der Durchmesser der Konturlinie des senkrecht zur Mittelachse 54 des Formkegels 51 geführten Schnitts in der Höhe der Linie 55 am Öffnungsende 53 der Matrize wesentlich kleiner ist als die Größe oder der Durchmesser der Konturlinie des Öffnungsendes 53 um den gesamten Umfang der Matrize herum, wobei dieser Durchmesserunterschied größer ist als ein der Dicke der Folie 56 entsprechender Betrag, so daß sich die in den Formraum der Matrize 52 verzogene, vorgewärmte Folie 56 zwar an den Formkegel-Vorderteil 51-1 anlegt, sich jedoch vom hinteren Teil 51-2 des Formkegels allmählich trennt.

Bei der Herstellung eines Behälters mittels einer Preßformvorrichtung mit einem Formkegel der bisherigen Konfiguration gemäß Fig. 5 wird beim Verziehen der Folie durch Einführung des Formkegels der mit dessen Vorderteil in Berührung stehende Abschnitt gereckt, während er an der Formkegeloberfläche anhaftet, während die Folie in ihrem nicht mit dem Formkegel in Berührung stehenden Teil lokal gedehnt bzw. gereckt und dadurch verdünnt wird. Infolgedessen ergeben sich große Dickenunterschiede zwischen dem mit dem

030057/0738

> 27 _

Vorderteil des Formkegels in Berührung stehenden Folienabschnitt und dem nicht am Formkegel anliegenden Folienabschnitt, so daß aufgrund der diskontinuierlichen Wanddickenänderung eine deutlich sichtbare Linie bzw. ein Streifen an der Übergangsstelle zwischen anliegendem und nicht anliegendem Abschnitt im hergestellten Behälter auftritt.

Bei der Herstellung eines Behälters mittels der Preßformvorrichtung gemäß Fig. 2, welche einen erfindungsgemäß vorgesehenen Formkegel mit der Konfiguration gemäß Fig. 4 verwendet, kommt die Folie beim Verziehen zunächst mit dem Vorderteil des Formkegels in Berührung. Bei der Abwärtsbewegung des Formkegels in den Matrizen-Formraum hinein kommt die Folie allmählich nicht nur mit dem Vorderteil, sondern auch mit dem hinteren Teil des Formkegels in Berührung, so daß sie sich in der endgültigen Einführstellung des Formkegels gemäß Fig. 4 an die gesamte Außenfläche des Formkegels anlegt.

Bei der Herstellung eines Behälters nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Folie durch den Formkegel bei dessen Vorschubbewegung in die Matrize hinein gedehnt bzw. gereckt. Infolgedessen vergrößert sich die mit dem Formkegel in Berührung kommende Fläche der Folie, und die Grenzlinie zwischen dem am Formkegel anliegende^ Folienteil und dem noch nicht mit dem Formkegel in Berührung stehenden Folienteil verschiebt sich gegenüber dem Formkegel rückwärts, bis sie sich in der endgültigen Formkegel-Einführposition in die Nähe des hinteren Endes des Formkegels verlagert hat. Die Folie wird bei der Verschiebung des Formkegels gedehnt bzw. gereckt, und der Mittelteil der Folie kommt zuerst mit dem Vorderende des Formkegels in Berührung, wobei dieser Folienabschnitt aufgrund der Adhäsion bzw. Reibung zwischen Formkegeloberfläche und Folie schwierig zu dehnen ist. Bei der Abwärtsbewegung des Formkegels verschiebt

030087/Q733

3028810

_ 28 _

sich die Grenzlinie zwischen dem noch nicht am Formkegel anliegenden und leicht zu dehnenden Folienabschnitt sowie dem am Formkegel anliegenden und schwierig zu dehnenden Folienabschnitt fortlaufend vom Mittelteil der Folie bis zu ihrem ümfangsteil, so daß sich die Dicke der in den Hohlraum der Matrize verzogenen Folie kontinuierlich von dem am Vorderteil' des Formkegels anliegenden Abschnitt bis zu dem am hinteren Teil des Formkegels anliegenden Abschnitt verringert.

Bei einem mit Hilfe des Formkegels gemäß Fig. 5 hergestellten tiefgezogenen Behälter entsteht eine Wanddickenverteilung zwischen dem Oberteil und dem Unterteil der Behälterseitenwand, so daß in dieser häufig eine Linie bzw. ein Streifen entsteht. Bei dem mit Hilfe des Formkegels gemäß Fig. 4 hergestellten tiefgezogenen Behälter ändert sich dagegen die Wanddicke sanft vom Unterteil bis zum Oberteil der Behälterseitenwand, wobei kein extrem dünner Teil vorhanden ist, so daß der hergestellte Behälter eine zufriedenstellende Steifheit besitzt und keine Dickensprunglinien in seiner Seitenwand aufweist.

Nach dem Vorrecken des Folienstücks durch den Formkegel wird die Folie von der Seite des Formkegels her mit einem Druckmedium beaufschlagt, wobei der innerhalb des Flanschteils liegende Folienabschnitt aufgrund des Druckunterschieds gedehnt bzw. gereckt wird, bis das Flächendehnungsverhaltnis, bezogen auf die ursprüngliche Folie, 9,0 oder mehr beträgt und die Folie an die Formraumoberfläche der Matrize angepreßt wird, um die Form dieser Fläche anzunehmen.

Beim Festphasen-Preßformen einer Polypropylenfolie beträgt der angewandte Luftdruck vorzugsweise 4 bar oder mehr. Für die Her-

030067/0738

_ 29 _

stellung eines kristallinen Polypropylen-Behälters mit einem Tiefen/Kaliber-Verhältnis von 2,0 oder mehr wird vorzugsweise ein Luftdruck im Bereich von 5-10 bar angewandt.

Der Behälter kann eine runde oder eine rechteckige Querschnittsform besitzen; auf dieselbe Weise kann auch ein eine Rippe bzw. einen Steg aufweisender Behälter geformt werden. Ebenso kann ein geradzylindrischer Behälter, bei dem der Innendurchmesser vom Öffnungsende bis zum Boden gleichbleibend ist, ebenso geformt werden wie ein sich verjüngender bzw. kegelförmiger Behälter, bei dem der Durchmesser vom Öffnungsende zum Boden hin allmählich abnimmt. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für die Herstellung von Behältern mit einem Einformtiefen/-Kaliber-Verhältnis von 2,0 oder mehr und insbesondere von extrem tiefgezogenen Behältern mit einem solchen Verhältnis von 3,0 4,0.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte, dünnwandige Behälter, der aus einem konkaven bzw. hohlen Teil und einem ringförmigen Flanschteil am Öffnungsende des hohlen Teils besteht, besitzt eine mittlere Wanddicke von 0,1 - 0,6 mm an Seitenwand und Boden des hohlen Teils und, wie mehrfach erwähnt, ein Tiefen/Kaliber-Verhältnis von 2,0 oder mehr. Dieser Behälter besitzt ein niedrigeres Gewicht als die bekannten, nach dem bisherigen Verfahren hergestellten Kunststoff-Behälter, wobei er aufgrund des hohen Reck- bzw. Dehnungsgrads und der Orientierung ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich Glanz, Transparenz, Festigkeit, Steifheit, Gasabdichtung bzw. Gasundurchlässigkeit u.dgl. besitzt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können die sogenannten

konischen, stapelbaren, leichter zu transportierenden Behälter

030067/0738

hergestellt werden, deren Innendurchmesser sich vom offenen Ende zum Boden hin fortlaufend verringert.

Die nach den bisherigen Thermo- oder Warmformverfahren hergestellten dünnwandigen Behälter besitzen ein kleines Tiefen/-Kaliber-Verhältnis sowie ein kleines Flächendehnungsverhältnis, so daß sie sich im praktischen Gebrauch als weniger zufriedenstellend erweisen.

Für die Herstellung eines Behälters mit einem solchen Verhältnis von 2 oder mehr nach dem bisherigen Spritzgießverfahren ist eine mittlere Wanddicke von mindestens 1 - 2 mm erforderlich, so daß für die Behälterfertigung eine große Rohmaterialmenge erforderlich ist. Außerdem besitzen derartige Behälter keine Reckung und Orientierung, so daß sie im praktischen Gebrauch weniger zufriedenstellend sind.

Nach dem üblichen Blasformverfahren hergestellte weithalsige, flaschenartige Behälter zeigen eine ungleichmäßige Wanddickenverteilung sowie eine ungenügende Dehnung oder Reckung und Orientierung, und sie besitzen für ihr Gewicht eine mangelhafte Steifigkeit, so daß sie ebenfalls nicht zufriedenstellend sind.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte, dünnwandige, tiefgezogene Behälter mit dem genannten Verhältnis von 2,0 oder mehr besitzt, wenn er mit einem Nahrungsmittel o.dgl. gefüllt ist, nicht nur ein besonders ansprechendes Aussehen, sondern auch eine ausgezeichnete Lagerfähigkeit seines Inhalts, wenn seine Öffnung luftdicht verschlossen ist. Außerdem besitzt er im Vergleich zu seinem Innenvolumen niedriges Gewicht, so daß er im Hinblick auf Verpackungskosten sehr vorteilhaft ist. Weiterhin besitzt der Behälter als solcher im Gegensatz zu blas-

030067/0738

geformten Gegenständen keinerlei Verbindungs- oder Trennlinie, so daß er auch eine ausgezeichnete Festigkeit gegenüber einem Innendruck besitzt.

Der erfindungsgemäße Behälter eignet sich für das Befüllen mit einem beliebigen Inhalt, wie Flüssigkeit, Feststoff und Pulver und insbesondere als Verpackungsbehälter für Nahrungsmittel.

Im folgenden ist die Erfindung in Beispielen näher erläutert..

Beispiel 1

Ein tiefgezogener Behälter runden Querschnitts wurde mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 1 nach dem erfindungsgemäflen Verfahren aus einer Polypropylenfolie hergestellt.

Die hierfür verwendete Folie wurde durch Schmelzextrudieren eines kristallinen Polypropylens ni't einem Schmelzpunkt von 165 C und einem Schmelzindex von 1,0 durch einen T-Spritzkopf hergestellt. Die unmittelbar nach dem Austritt aus dem Spritzkopf eine Kunstharz-Temperatur von 230 C besitzende Folie wurde mittels Kühltrommeln allmählich auf 169 C abgekühlt und dann durch drei gekühlte Walzen geleitet und schnell auf 65 C gekühlt, wobei eine Ausgangs-Folie mit einer Dicke von 2,0 - 2,5 mm, einer Breite von 600 mm und einer Länge von 600 mm erhalten wurde. Die Folie wurde zu quadratischen Stücken mit einer Seitenlänge von 74 mm geschnitten, und die Folienstücke wurden in eine Vorwärmeinrichtung eingebracht. Anschließend wurden die Folienstücke mittels oberseitiger und unterseitiger Förderbänder zwischen Heiß-Preßplatten hindurchgeleitet und da-· bei über ihre Gesamtoberfläche hinweg auf etwa 155 C erwärmt. Aus einem solchen Folienstück wurde mittels der in den Fig. 3a 3d veranschaulichten Verfahrensschritte ein Behälter geformt.

030067/0738

_ 32 _

Aus einem Ausgangs-Folienstück mit einer Dicke von 2,0 mm wurde ein tiefgezogener Behälter mit der.Form gemäß Fig. 6 hergestellt, der einen größten Durchmesser ser von 60 mm, eine Tiefe von 120 mm und ein Tiefen/-Kaliber-Verhältnis von 2,0 besaß. Der Anteil des Abfallstücks 61 an dem zurechtgeschnittenen Folienstück war etwas kleiner als 30%. Die Wanddicke des Behälters wurde an den Punkten A-J gemäß Fig. 6 gemessen. In den betreffenden, mit den Buchstaben A-J bezeichneten Ebenen wurde die Dicke jeweils an vier Stellen in Abständen von 90% um den Umfang herum gemessen, und aus diesen Daten wurde die mittlere Dicke an den Punkten A-J bestimmt.

Aus einem Ausgangs-Folienstück mit einer Dicke von 2,5 mm wurde ein tiefgezogener Behälter mit der Form gemäß Fig. 7 hergestellt, der ein Kaliber bzw. einen größten Durchmesser von 60.mm, eine Tiefe von 180 mm und ein Tiefen/Kaliber-Verhältnis von 3,0 besaß. Die Wanddicke des Behälters wurde wiederum an den Punkten A-J gemäß Fig. 7 gemessen, und die mittlere Wanddicke an den betreffenden Punkten wurde auf dieselbe Weise wie beim Behälter gemäß Fig. 6 bestimmt.

In der folgenden Tabelle 1 sind die mittleren Wanddicken an den Punkten A-J für die beiden oben erwähnten Behälter aufgeführt. Jeder dieser Behälter zeigte eine gute Wanddickenverteilung bei ausgezeichneter Transparenz und Zähigkeit bzw. Festigkeit.

030067/0738

Tabelle 1

Tiefen/Kaliber-Verhältnis 2,0 3,0

Dicke der Ausgangsfolie (mm) 2,0 2,5

	A	1,1	1,4
	B	J °'³²	0,28
I	C	' 0,23	0,24
Behälter-Wanddicke . (mm)	D TP J-I	0,22 0,20	0,23 0,19
	F	0,20	0,18
	G	0,21	0,17
	H	0,26	0,19
	I	0,34	0,26
	J	0,40	0,30

Beispiel 2

Ein tiefgezogener Behälter mit rundem Querschnitt sowie mit einem Öffnungskaliber von 60 mm und einer Einformtiefe von 120 mm wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels der Formvorrichtung gemäß Fig. 2 hergestellt.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 2 bestanden die Hilfsform, die Matrize und der Formkegel sämtlich aus Eisen; die Innenfläche der Matrize und die Außenfläche des Formkegels waren verchromt. Die Temperatur des Formkegels wurde mittels des eingebauten Heizelements geregelt. Durch die Matrize wurde Kühlwasser umgewälzt. Es wurden Matrizen und Formkegel mit den Längsschnittformen gemäß Fig. 4 und 5 verwendet. Im folgenden wird ein Formkegel mit der Konfiguration gemäß Fig. 4 als Formkegel 1 und ein Formkegel mit der Konfiguration gemäß Fig. 5 als Formkegel 2 bezeichnet.

Die Herstellung des Behälters erfolgte auf die in den Fig. 3a -

030067/0733

_ 34 _

3d gezeigte Weise. Nach der Ausbildung des Behälter wurde der den Flanschteil umgebende Folienteil weggestanzt, worauf die Wanddickenverteilung in dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Behälter gemessen wurde. Für die Herstellung des Behälters wurden Kunststoff-Folien aus Polypropylen, Polyäthylen und mehrlagiger Folie des Polypropylen-Typs verwendet.

Die Herstellung der Polyproylen-Folie erfolgte durch Schmelzextrudieren (T-Spritzkopf) eines kristallinen Polypropylens (Schmelzpunkt 160 C), das durch Zugabe von 25 Gewichtstei- . len eines beliebigen (random) propylen-Mischpolymeren (MI = 7,0) zu 100 Gewichtsteilen eines Propylen-Homopolymeren (MY= 1,0) erhalten wurde. Die Folie wurde unmittelbar nach ihrem Austritt aus dem T-Spritzkopf mit einer Kunstharz-Temperatur von 240 C durch Förderung durch eine Folien-Kühl— einrichtung langsam auf 170 C abgekühlt und anschließend durch den Spalt zwischen zwei Kühlwalzen hindurch*_geleitet und dabei schnell auf eine Temperatur von 60 C gekühlt, wobei eine Folie mit einer Dicke von 2,2 mm und einer Breite von 160 mm erhalten wurde. Aus dieser Folie wurde ein quadratisches Folienstück von 75 mm Seitenlänge ausgeschnitten und für die Formung benutzt.

Die Polyäthylenfolie wurde durch Schmelzextrudieren hergestellt, in^dem ein hochdichtes Polyäthylen (Schmelzpunkt 128 C) mit einer Dichte von 0,96 ?/cm durch einen T-Spritzkopf extrudiert wurde. Die erhaltene Folie besaß eine Dicke von 2,5 mm und eine Breite von 160 mm. Auf ähnliche weise, wie vorher beschrieben, wurde ein für die Behälterformung zu benutzendes, quadratisches Stück von 75 mm Seitenlänge ausgeschnitten.

030087/0738

Die mehrlagige Polypropylenfolie bestand aus einer fünflagigen Folie (Polypropylen oben beschriebener Art/Polypropylen als Klebmittel/verseiftes Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerharz/Polypropylen als Klebmittel/Polypropylen oben beschriebener Art) mit einer Dicke von 2,3 mm und einer Breite von 160 mm; diese Folie wurde durch gemeinsames Extrudieren bzw. Strangpressen unter denselben Zieh— und Kühlbedingungen hergestellt, wie sie oben für die Polypropylenfolie angegeben sind. Aus dieser mehrlagigen Folie wurde wiederum ein quadratisches Stück von 75 mm Kantenlänge ausgeschnitten und für die Behälterformung benutzt.

Die Wanddicke des bzw. jedes Behälters wurde an den Punkten A-J gemäß Fig. 6 gemessen. In den jeweiligen, mit A-J bezeichneten Ebenen wurde die Wanddicke an vier um 90° umfangsmäßig versetzten Stellen gemessen, und anhand dieser Meßdaten wurde die mittlere Dicke an den Punkten A-J bestimmt.

In der folgenden Tabelle sind die mittleren Wanddicken an den Punkten A-J, das Vorhandensein oder Fehlen von Linien bzw. Streifen in der Seitenwand sowie die Auswertungsergebnisse bezüglich der Steifheit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels der Formkegel 1 und 2 hergestellten tiefgezogenen Behälter aufgeführt. Das Vorhandensein oder Fehlen von Linien oder Streifen in der Seitenwand wurde mit dem unbewaffneten Auge festgestellt, während der Steifheitsgrad durch Griffprüfung festgestellt wurde.

030067/0738

Tabelle 2

Folie

Porm- *"*■*-. kegel

Prüfpunkt

Behä1ter-Wanddicke (mm)

A
B
C
D
E
F
G
H
I
J

Aussehen der Seitenwand *1

Polypropylen

Formkegel 1

0,82 0,28 0,23 0,22 0,23 0,21 0,22 0,24 0,25 0,31

Formkegel 2

0,84 0,32 0,22 0,19 0,17 0,17 0,45 0,30 0,28 0,32

Steifheit *2

...1 J

Polyäthylen

Form- Formkegel 1 kegel 2

0,85
0,29
0,25
0,24
0,24
0,23
0,22
0,26
0,27
0,32

0,88
0,34
0,24
0,18
0,19
0,17
0,48
0,32
0,30
0,33

mehrlagige Folie des Polypropylenj Typs

Formkegel 1

0,92
0,27
0,24
0,24
0,23
0,22
0,23
0,25
0,26
0,29

Formkegel 2

0,90 0,37 0,23 0,20 0,18 0,18 0,44 0,29 0,28 0,30

CO CD ΓΟ

Anmerkung: *1 4-Punktprüfung

A: Keine Streifenbildung bei der Formung des Behälters.

B: Praktisch keine Streifenbildung bei der
Formung des Behälters.

C: Einige Streifen im Behälter zu beobachten.

D: Zahlreiche Streifen im Behälter zu beobachten.

*2 4-Punktprüfung A: groß

B: ziemlich groß, C: ziemlich gering D: gering

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten tiefgezogenen Behälter waren sämtlich bezüglich Wanddickenverteilung, Aussehen und Steifheit ausgezeichnet.

030067/0731

Claims

Patentansprüche

1. Dünnwandiger, tiefgezogener Behälter aus einer thermoplastischen Kunstharzfolie, dadurch gekennzeichnet, daß er an seinem oberen bzw. Öffnungsende einen ringförmigen Flanschteil aufweist und ein Behälter- bzw. Einformtiefen/Kaliber-Verhältnis von 2,0 oder mehr, eine mittlere Dicke von 0,1 0,6 mm an Seitenwand und Boden und eine Flanschdicke von 0,6 - 1,4 mm besitzt.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Innendurchmesser der Seitenwand vom Boden bis zur Öffnung allmählich vergrößert und daß der Außendurchmesser des Bodens kleiner ist als der Innendurchmesser der Öffnung.

3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastische Kunstharzfolie eine einlagige Folie aus

030067/0738

einem Styrolharz, einem Vinylchloridharz, einem Polyolefin oder einem Polyester oder eine laminierte Folie aus zwei oder mehr Arten dieser Kunstharze ist.

4. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastische Kunstharzfolie aus einem kristallinen thermoplastischen Kunstharz besteht.

5. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

die thermoplastische Kunstharzfolie eine Folie aus kristallinem Polyäthylen oder kristallinem Polypropylen ist.

6. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastische Kunstharzfolie eine mehrlagige Folie ist, bei welcher eine Polypröpylenschicht, eine Polyolefinschicht als Klebmittel, eine verseifte Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerschicht, eine Polyolefinschicht als Klebmittel und eine Polypropylenschicht in der angegebenen Reihenfolge miteinander laminiert sind.

Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen, tiefgezogenen Behälters aus einer thermoplastischen Kunstharzfolie durch Preßformen mit Formkegelunterstützung, dadurch gekennzeichnet, daß eine thermoplastische Kunstharzfolie mit einer Dicke von 1,2 mm oder mehr auf eine Temperatur, bei der sie formbar ist, erwärmt wird, daß von oben und unten mittels eines Paars ringförmiger Preß- oder Prägemittel, deren Innenform und -größe der Form und Größe des Öffnungsendes eines Formraums einer Matrize entsprechen, ein Gesamtdruck von 100 bar (kg/cm ) an der Prägefläche auf die vorgewärmte Folie ausgeübt wird, wobei der Umfangsteil der Folie zu einem ringförmigen Flanschteil gepreßt bzw. geprägt und abgekühlt wird, daß die Folie, während der Flanschteil mittels des Prägemittelpaars fest

030067/0731

302681Q

verspannt wird, mit Hilfe eines Metall-Formkegels, der auf

einer Temperatur von (T + 10)°C bis (T - 40)°C (mit T =

s s s

Temperatur der vorgewärmten Folie) gehalten wird, bis zu einer Tiefe von 80% oder mehr, bezogen auf die Tiefe des Matrizen-Formraums, in den Formraum der Matrize hinein verzogen bzw. gestreckt wird, um den innerhalb des Flanschteils gelegenen Teil der ursprünglichen Folie vorzurecken, und daß sodann die Folie von der Seite des Formkegels her mit einem Druckmittel beaufschlagt wird, wobei der innerhalb des Flanschteils gelegene Folienteil durch den Druckunterschied bis zu einem Flächendehnungsverhältnis (area stretch ratio) von 9 oder mehr, bezogen auf die ursprüngliche Folie, gereckt bzw. gedehnt und dabei die Fqlie an die Oberfläche des Matrizen-Formraums angeformt wird, so daß ein Einformtiefen/Kaliber-Verhältnis von 2,0 oder mehr erreicht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die vorgewärmte Folie innerhalb einer Zeitspanne von 2 Sekunden nach dem Prägen ihres Umfangsteils mittels des Prägemittelpaars durch den Formkegel in den Matrizen-Formraum hinein verzogen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastische Kunstharzfolie eine Folie aus einem kristallinem Kunststoff verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die kristalline Kunststoff-Folie eine einlagige Schicht aus kristallinem Polypropylen oder eine mehrlagige Schicht ist, die hauptsächlich aus einer kristallinen Polypropylenschicht besteht, daß die Formtemperatur, d.h. die Temperatur, bei welcher die Folie formbar ist, im Bereich vom

030ÖB7/0738

Kristallschmelzpunkt (T } des kristallinen Polypropylens bis zn (T^ - 501 C liegt und daß die Temperatur des Formkegeis im Bereich von (T - 51 C bis (T - 50) C liegt.

"m m

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie aus kristallinem Kunststoff eine einlagige Folie aus kristallinem Polyäthylen oder eine hauptsächlich aus einer kristallinen Polyäthylenschicht bestehende mehrlagige Folie ist, daß die Formtemperatur im Bereich zwischen dem Kristallschmelzpunkt (T_-) des kristallinen Polyäthylens und (T - 50) C liegt und daß die Temperatur des Fcrmkegels im Bereich von (T - 5)°C und (T - 50) C liegt.

El Sl

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie zur Vorwärmung auf die Formtemperatur einer mindestens zwei Heiß-Preßplatten aufweisenden Vorwärmeinrichtung zugeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie bei der Förderung zur Vorwärmeinrichtung zwischen zwei Förderbänder eingeführt und bei deren Bewegung in den Spalt zwischen den Heiß-Preßplatten eingeleitet wird, während sie zwischen den Förderbändern festgehalten wird, wobei die Folie zwecks Erwärmung auf Formtemperatur die Heiß-Preßplatten durchläuft.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkegel aus einem Vorderteil und einem hinteren Teil besteht, daß in allen Formkegel-Querschnitten, welche die Mittelachse des Formkegels in dessen Bewegungsrichtung einschließen und welche parallel zu seiner Mittelachse verlaufen, der Vorderteil im wesentlichen halbelliptisch ist, daß die Mittelachse

des Formkegels auf der kurzen bzw. Nebenachse der Ellipse

030067/0738

BAD ORIGINAL

3028B10

liegt, daß die Grenzlinie zwischen vorderem und hinterem Formkegelteil nahezu der langen bzw. Hauptachse der Ellipse entspricht und, wenn die Länge der Hauptachse mit a und die Länge der Nebenachse mit b bezeichnet werden, die Form der Konturlinie am Vorderteil des Formkegels im Bereich von 5 > a/b > i liegt, daß die Konturlinie des Vorderteils und die Konturlinie des hinteren Formkegelteils stufenlos ineinander übergehen, daß die Konturlinie von der Grenzlinie zwischen vorderem und hinterem Formkegelteil ausgeht und im wesentlichen linear zum hinteren Ende des Formkegels verläuft, daß in der endgültigen Formkegel-Einführstellung in der Matrize das Verhältnis zwischen der Länge von der Höhe (Ebene) des Öffnungsendes der Matrize bis zur Spitze des Formkegels auf dessen Mittelachse und der Tiefe vom Öffnungsende der Matrize bis zu ihrem Boden im Bereich von 0,85 - 0,98 liegt, und daß auf der Höhe (Ebene) der Grenzlinie zwischen vorderem und hinterem Formkegelteil das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Formkegels und dem Innendurchmesser der Matrize im Bereich von 0,7 - 0,95 liegt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß (a) der Formkegel aus einem vorderen und einem hinteren Teil besteht, daß der Formkegel in allen die Mittelachse längs der Bewegungsrichtung des Formkegels einschließenden und parallel zu dieser Mittelachse liegenden Querschnitten an seinem Vorderteil einen Teil mit gekrümmter Kontur aufweist, wobei die Konturlinien von Vorderteil und hinterem Teil stufenlos ineinander übergehen und der hintere Teil einen bis zu seinem hinteren Ende verlaufenden, im wesentlichen linearen Konturteil aufweist, daß (b) die Kontur des Querschnitts senkrecht zur Mittelachse des Formkegels mit der Kontur des Öffnungsendes der Matrize übereinstimmt und die Größe

0300S7/0738

3028810

dieser Querschnittskontur des Formkegels um den gesamten Umfang herum um einen Betrag praktisch entsprechend der Dicke der Folie in derselben Höhe (Ebene) wie das Matrizen-Öffnungsende kleiner ist als die Größe der Kontur des
Öffnungsendes der Matrize, so daß sich die vorgewärmte,
in den Formraum der Matrize hinein verzogene Folie in der endgültigen Einführstellung des Formkegels in der Matrize an die Gesamtoberfläche des Formkegels anzulegen vermag, und daß (c) der Durchmesser des Formkegels sich vom Ende des hinteren Teils zum vorderen Teil allmählich verkleinert.

030Ö&7/0738