DE3240811C2 - Verfahren zum Verbinden eines Mantelteils eines Becherbehälters mit einem Bodenteil - Google Patents

Abstract

Ein Becherbehälter besteht aus einem Mantel aus thermoplastbeschichtetem Papier und zwei aus verhältnismäßig dicker thermoplastischer Folie gebildeten Anschlußteilen an den beiden Öffnungsseiten, von denen der eine den Boden und der andere einen die Behälteröffnung umgebenden Ring bildet. Die Anschlußteile sind mit jeweils einem Mantelrand versiegelt, wobei das bei der Siegelung heißplastische Material des Anschlußteils an die Schnittkante des Mantelrandes, diese vor Feuchtigkeitseinfluß schützend, angeformt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden e'nes aus beidseitig mit thermoplastischem Kunststoff beschichtetem Fasermaterial wie Papier bestehenden Mantelteils eines Becherbehälters mit einem aus thermoplastischem Material bestehenden Bodenteil, bei dem ein von einer Schnittkante begrenzter Randstreifen des Mantelteils und ein Randstreifen des Bodenteils flächig aufeinandergelegt und zwischen zwei Stempelflächen unter Einwirkung von Ultraschall und quer zu ihrer Flächenerstreckung gerichtetem Druck an ihren aufeinanderliegenden Oberflächen miteinander verschweißt werden.

Es sind Becherbehälter bekannt, bei denen auch der Bodenteil aus thermoplastbeschichtetem Papier besteht, wobei der untere Mantelrand und eine gezogene Zarge des Bodenteils miteinander verpreßt und versiegelt sind. Die Dichtheit einer solchen Mantel-Boden-Verbindung reicht für viele Anwendungszwecke, beispielsweise Getränkebecher oder Margarinebehälter, aus. Jedoch gibt es Anwendungszwecke, in denen die im Füllgut verhandene oder in der Umgebung des Behälters zu erwartende Nässe in die innerhalb der Verpressung liegenden Schnittkanten des Mantelteils und des Bodenteils eindringen, diese aufweichen und damit dem Behälter die Festigkeit nehmen kann.

Es ist bekannt, diesen Nachteil dadurch zu vermeiden, daß der Rand des aus ein- oder beidseitig mit Kunststoff beschichteten Mantels in dem den Boden des Becherbehälters bildenden Kunststoff eingebettet wird (GB-PS 12 75 051, FR-PS 13 83 064. DE-OS 29 12 041). Zur Herstellung einer solchen Verbindung wird der einzubettende Mantelrand in eine Spritzgußform eingebracht, in welcher der Boden aus schmelzflüssigem Material geformt wird. Der hohe Aufwand der Bereitstellung einer Spritzgußmaschine für die Herstellung des Bodens rechtfertigt sich nur dann, wenn dieser eine komplizierte Form besitzen soll Wenn es sich hingegen lediglich darum handelt, einen einfach geformten Boden für einen Papierbecher zu schaffen, so wäre das bekannte Verfahren offensichtlich zu aufwendig; es wäre dann einfacher, gleich den ganzen Becher im Spritzgußverfahren herzustellen, wie dies auch weithin praktiziert wird.

Bekannt ist es ferner (GB-PS 13 11177), die aus Metall bestehenden Mantel- und Bodenteile eines Becher-

!0 behälters dadurch zu verbinden, daß der Mantelrand in eine mit thermoplastischem Material gefüllte, unter Ultraschalleinwirkung erweichte Randrinne des anderen Teils eingesenkt wird. Da dieses Verfahren die Steifheit von Metallteilen voraussetzt, ist es bei Behältern aus

Fasermaterial nicht anwendbar.

Schließlich ist es bekannt (DE-GM 17 23 428), auf den Rand eines aus mit Kunststoff beschichteten Papier bestehenden Mantelteils einen Deckel aus Kunststoff aufzusiegeln. Wenn dabei von einem Mantelteil mit einem von einer Schnittkante begrenzten Randstreifen ausgegangen wird, hat der Becherbehälter den Nachteil, daß die Schnittkante der schädigenden Feuchteeinwirkung ausgesetzt ist Es bleibt in der genannten Schrift offen, welches Schweißverfahren angewendet wird. Die Erfin dung geht davon aus. daß dafür auch em Ultraschall- Schweißverfahren in Frage kommt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zu schaffen, das zu einem wirksamen Schutz der

Schnittkante des Mantelteils führt

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Einwirkung des Ultraschalls und des Drucks so lange aufrechterhalten werden, bis das zwischen den aufeinanderliegenden Oberflächen auftretende und zwischen der Schnittkante, dem fest bleibenden Material des Bodenteils und einer Stempelfläche eingeschlossene, schmelzflüssige Material die Beschichtung des Mantelteils auf dessen dem Randstreifen de* 3odenteils abgewandten Seite erreicht hat

Die Erfindung hat den Vorteil, daß ein so dichter Anschluß, wie er im Stand der Technik nur durch das aufwendige Spritzgußverfahren erreicht werden kann, mit sehr einfachen Mitteln erzielt wird, nämlich ausgehend von einem separat und daher billig vorfabrizierbaren Folienstanzling für den Boden und einem Papierbechermantel unter Verwendung des einfachen und vielfach bewährten Ultraschall-Schweißverfahrens. Es ist überraschend, daß das Ultraschall-Schweißverfahren zu dem angestrebten Ziel führt. Zwar ist es jedem Schweißfachmann geläufig, daß seitlich aus der Schweißnaht unter dem Schweißdruck schmelzflüssiges Material als Wulst herausgepreßt werden kann. Diese Erscheinung sichert aber noch nicht den dichten Anschluß des herausgepreßten Wulstes an der Schnittkan- te des Papierbechers und schon gar nicht das Verschweißen des herausgepreßten Materials mit der Kunststoffbeschichtung des Pspiers auf der der Schweißseite abgewandten Seite. Dazu ist sonst eine zielgerechte Formung von in beträchtlicher Menge vor handenen schmelzflüssigem Material erforderlich. Beim Ultraschall-Schweißverfahren tritt dies aber nur in geringer Menge in der Schweißfuge auf, nämlich da, wo die Ultraschall-Schwingungen direkt wirksam sind. Unmittelbar neben der Schnittkante des Bechermantels, wo die Ultraschall-Schwingungen nicht mehr zwischen den zu verbindenden Bauteilen wirken, bleibt das Kunststoffmaterial fest. Die wesentliche Erkenntnis der Erfindung besteht nun darin, daß man die Schnittkante

auf der einen Seite und das fest bleibende Kunststoffmaterial auf der anderen Seite zur Bildung eines Führungsspalts verwendet, durch den das im Bereich der Schweißfuge schmelzflüssig gewordene Material entlang der Schnittkante und schließlich bis zu der Beschichtung des Mantelteils auf dessen der Schweißfuge abgewandten Seite geführt wird.

Unter dem Schweißdruck senkt sich der Rand des Mantelteils in die Thermoplastschicht ein, wobei das aus der Schweißfuge austretende schmelzflüssige Material zwangsweise an der Schnittfläche entlanggeführt wird und diese dicht abdeckt, bis es sich mit der der Schweißfuge abgelegenen Beschichtung verbinden kann. Es kann an dieser Stelle eine Versiegelung angestrebt werden. Eine vollkommene Verschweißung ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, da die innige Anformung ohne weiteres im allgemeinen zu einer dichten, versiegelungsähnlichen Verbindung führt

Zweckmäßigerweise wird ein den Bodenteil umschließend ausgestanzter Ring mit dem Öffnungsrand des Mantelteils verschweißt, wobei zweckmäßigerweke dasselbe Verfahren angewendet wird. Der Ring kann seinerseits mit einem Deckelteü, insbesondere einer Metallfolie, durch Siegelung verbunden werden. Mit anderen Worten wird dem aus Papier bestehenden Mantelteil ein zusätzlicher Kunststoffring am Öffnungsflansch aufgesetzt, der einerseits nach dem oben beschriebenen Verfahren dicht und die Schnittkanten schützend mit dem Mantelteil verbunden werden kann und andererseits die Möglichkeit gibt, den Behälter in den bisher bei gänzlich aus thermoplastischem Werkstoffbestehenden Behältern bekannten Weise beispielsweise mit einem Aluminiumdeckel zu verschließen. Dabei wirkt der Ring auch öffnungsversteifend, was sowohl die Handhabung des Behälters beim Füllen und Verschließen erleichtert als auch das probiemfreie öffnen des Deckels sichert.

Eine Voraussetzung für die Anwendung der Erfindung ist es, daß die Beschichtung des Fasermaterials und der Thermoplast des Bodenteils bzw. des Rings miteinander versiegelbar sind, d. h. verschweißbar oder mindestens hitzeverklebbar. Besonders gute Erfolge wurden erzielt bei Verwendung von Polystyrol sowohl für die Faserstoffbeschichtung als auch für die Anschlußteile. Auf die Technik der Faserstoffbeschichtung kommt es im Zusammenhang der Erfindung nicht an. Besonders bewährt hat sich Papiermaterial, das beidseitig mit einer Polystyrolfolie kaschiert ist, in Verbindung mit Anschlußteilen aus Polystyrol.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel schematisch darstellt Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Becherbehälter,

F i g. 2 einen Teilschnitt durch den Öffnungsrand in größerem Maßstab,

F i g. 3 einen Teilschnitt durch den Bodenrand in größerem Maßstab,

F i g. 4 einen Teilschnitt durch den Öffnungsrand im Bereich der Mantelnaht,

Fig.5 einen Teilschnitt durch den Bodenrand mit Preßwerkzeugen in weiter vergrößertem Maßstab und

F i g. 6 eine Ansicht der Bahn mit der Darstellung der für den Bodenteil und für den Öffnungsring vorgesehenen Ausschnitte.

Der Becherbehälter besteht aus einem konisch gewikkelten Mantel 1 aus Papier üblicher Stärke, das beidseitig mit Polystyrol-Folie von 0,02 mm Dicke kaschiert ist.

einem Bodenteil 2 aus Vollpolystyrol von 0,6 mm Dicke und einem Öffnungsring 3, ebenfalls aus Vollpolystyro! von 0,6 mm Dicke. Ein Deckel 4 aus Aluminiumfolie kann auf den Öffnungsring 3 in der Weise, die man vom Verschluß von Vollpolystyrolbehältern kennt, aufgesiegelt werden. Der Mantel 1 weist eine Überlappungsnaht 5 auf, die sich mit ihrer inneren Überlappungskante 6 auch in diejenigen Bereiche hinein erstreckt, in denen der Mantel mit dem Bodenteil 2 bzw. dem Öffnungsring 3 verbunden ist Der Mantel kann mit einer nicht dargestellten Stapelkante versehen sein.

In F i g. 2 erkennt man die Ausbildung des Öffnungsrandes, der von dem Öffnungsring 3 in Verbindung mit einem an den Mantel 1 angeformten Flanschs 7 gebildet ist Der Flansch 7 ist mit seiner Schnittkante 8 mehr oder weniger in den Öffnungsring 3 eingesenkt so daß die Schnittkante 8 vor äußerem Feuchtigkeitseinfluß geschützt wird.
Am Fuß öV-s Bechers ist der Mantel mit einem nach innen gewendeten Flansch 9 versehe^ der mit seiner Schnittkante 10 mehr oder weniger in das Material des Bodenteils 2 eingesenkt ist Die Verbindung zwischen dem Flansch 7 und 9 mit dem Öffnungsring 3 bzw. dem Bodenteil 2 wird vermittelt durch eine Versiegelung

zwischen der dem Öffnungsring bzw. dem Bodenteil zugewandten Papierbeschichtung.

Wie man in Fig.4 erkennt, ist der Zwickel 11 neben der Überlappungskante 6 der Überlappungsnaht 5 vollständig und dicht ausgefüllt von dem thermoplastischen

Material des Bodenteils 2 bzw. des Öffnungsrings 3.

Die Anformung des thermoplastischen Materials an die Schnittkanten 8, 10 bzw. in den Zwickelbereich 11 erfolgt während der Siegelung, durch welche die Flanschen 7,9 mit dem Bodenteil 2 bzw. dem Öffnungsring 3 verbunden werden, indem die Siegelung so gelenkt wird, daß das dabei schmelzflüssig werdende Material des Bodenteils 2 bzw. des Öffnungsrings 3 an die gewünschten Stellen fließt
Wie dies durchgeführt wird, sei anhand von F i g. 5 am Beispiel der Bodenverbindung erläutert Man erkennt darin den Mantel 1 mit der kreuzschraffierten Papierschicht 12, der inneren Beschichtung 13 und der äußeren Beschichtung 14, der im Bereich der Bodenöffnung des Mantels nach innen in Form des Flanschs 9 mit Schnittkante 10 umgeformt ist. Der Becher wird von einem konischen Dorn 15 gehalten, zwischen dessen Bodenfläche 16 und dem Mantelflansch 9 der Bodenteil 2 eingesetzt ist, der ursprünglich als Folienausschnitt von zwei parallelen Flächen begrenzt wurde. In Pfeilrichtung senkt sich auf den Flansch 9 ein ringförmig ausgebildetes Ultraschall-Schweißwerkzeug 17. Im Augenblick des ersten Kontaktes liegt der Flansch 9 auf der Oberfläche des Bouenieils 2 auf, so daß das Schweißwerkzeug 17 zunächst nur mit diesem Flansch Kontakt erhält Unter der von dem Werkzeug ausgeübten Pressung unter Ultraschalleinwirkung wird das thermoplastische Material des Bodenteils 2 unter dem Flansch 9 erwärmt und schmelzflüssig, so da.ⁿ es dem PreDdruck des von dem Werkzeug 17 niedergedrückten Flanschs nachzugeben vermag, und zwar fließt es hauptsächlich im Sinne des Pfeils 18 weg, wodurch Platz für das Einsenken des Flanschs 9 in den Bodenteil 2 geschaffen wird. Gleichzeitig gelangt das wegfließende Material an die Schnittfläche 10, zu der es zwangsweise geführt wird, weil das der Schnittfläche 10 radial gegenüberliegende Material des Bodenteils 2 mangels Ultraschalleinwirkung fest bleibt. Das an der Schnittkante 10 austretende heißplastische oder heißflüssiee Material bildet zwischen der

Schnittkante 10, dem Werkzeug 17 und dem festbleibenden Material des Bodenteils 2 einen Wulst 20, dessen Form durch geeignete Gestaltung des Werkzeugs 17 oder durch zusätzliche Werkzeuge beliebig gelenkt werden kann. Insbesondere kann auch dafür gesorgt werden, daß das Material bis zu der äußeren Beschichtung 14 des Flanschs 9 neben der Schnittfläche 10 fließt und sich mit dieser dicht verbindet.

Die Abdeckung der Schnittfläche 10 ist nicht an eine vollständige Einsenkung des Flanschs 9 in den Bodenteil 2 gebunden. Vielmehr kann der erwähnte Wulst 20 so gelenkt und geformt werden, daß er die Schnittfläche auch dann abdeckt, wenn der Flansch sich nur teilweise einsenkt. Zu diesem Zweck können an dem Werkzeug 17 oder an einem besonderen Teil zusätzliche Formflä- is chen vorgesehen sein.

Das Siegelwerkzeug 17 ist im dargestellten Fall so geformt, daß es in der Nachbarschaft der Schnittkante 10 etwas stärker in Wirkungsrichtung vorsteht als am Übergang vom Flansch 9 in den konischen Manteiteil. Dadurch erhält man einerseits nahe der Schnittkante 10 die dort besonders erwünschte, intensive Einwirkung auf das thermoplastische Material des Bodenteils 2. Zum andern wird dadurch erreicht, daß die Kante am Übergang des Flanschs 9 zum konischen Mantelteil stärker vorsteht (in der Zeichnung nach oben, in der Gebrauchslage des Becherbehälters nach unten), um auch dann eine ansehnliche und sichere Standkante zu bilden, wenn der Wulst 20 ein wenig über die Schnittkante 10 vorstehen sollte, wie dies in der Zeichnung angedeutet ist.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Bechers ist unaufwendig, weil das verwendete Material einfach und billig ist und weil auch die vorzunehmenden Verfahrensschritte einfach sind. Insbesondere fällt auch bei der Formung des Bodcntcüs 2 und des Öffnungsrings 3 nur geringer Abfall an, weil diese Teile konzentrisch aus einer entsprechenden Folienbahn 21 gemäß F i g. 6 ausgestanzt werden können. Beim Fortschreiten der Bahn 21 in Pfeilrichtung wird zunächst eine Scheibe zur BiI-dung des Bodenteils 2 ausgestanzt. Es folgt die Ausstanzung eines Abfallrings 22 und schließlich die Ausstanzung des Öffnungsrings 3. Es versteht sich, daß die Ausstanzung maschinenmäßig mit der übrigen Becherherstellung derart gekoppelt werden kann, daß die ausgestanzten Teile entweder zwischenmagaziniert oder unmittelbar derjenigen Maschinenstation zugeführt werden können, in welcher sie verarbeitet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden eines aus beidseitig mit thermoplastischem Kunststoff beschichtetem Fasermaterial wie Papier bestehenden Mantelteils eines Becherbehälters mit einem aus thermoplastischem Material bestehenden Bedenteil, bei dem ein von einer Schnittkante begrenzter Randstreifen des Mantelteils und ein Randstreifen des Bodenteils flächig aufeinandergelegt und zwischen zwei Stempelflächen unter Einwirkung von Ultraschall und quer zu ihrer Flächenerstreckung gerichtetem Druck an ihren aufeinanderliegenden Oberflächen miteinander verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung des Ultraschalls und des Drucks so lange aufrecht erhalten werden, bis das zwischen den aufeinanderliegenden Oberflächen austretende und zwischen der Schnittkante, dem fest bleibenden Material des Bodenteiis und einer Stempelfläche eingeschlossene, schmelzflüssige Material die Beschichtung des Mantelteils auf dessen dem Randstreifen des Bodenteils abgewandten Seite erreicht hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenteil aus thermoplastischem Folienmaterial ausgestanzt wird und daß ein den Bodenteil umschließend ausgestanzter Ring mit dem Öffnungsrand des Mantelteiles verschweißt wird.