CH621733A5

CH621733A5 -

Info

Publication number: CH621733A5
Application number: CH1558476A
Authority: CH
Inventors: Peter Hoj
Original assignee: Tetra Pak Dev
Priority date: 1976-12-10
Filing date: 1976-12-10
Publication date: 1981-02-27
Also published as: US4174200A; FR2373383B3; SE425555B; GB1590484A; SE7713917L; FR2373383A1; DE2755048A1; DE2755048C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung einer zusammenhängenden Bahn aus thermoplastischem Material, wobei die Bahn Bereiche in einer Dicke aufweist, die über der Dicke der angrenzenden Bereiche der Bahn liegen.

Das Verfahren der Herstellung von Hohlkörpern aus Kunststoff durch Tiefziehen oder Pressen von Bereichen einer bis zur Erweichung erwärmten Kunststoffbahn ist in der Ver-packungsherstellungstechnik gut bekannt. Bei einem solchen Verfahren entsteht leider ein gewisser, unvermeidlicher Materialabfall, da beim Tiefziehen nicht die ganze Bahn ausgenutzt werden kann. Das von einer Kunststoffbahn, nachdem gewisse Teile davon zur Herstellung von Hohlkörpern in Anspruch genommen worden sind, Verbleibende ist ein Netzwerk, das von den Bereichen gebildet wird, die zwischen den tiefgezogenen Bereichen der Verpackungsmaterialbahn liegen. Dieses Netzwerk kann in vielen Fällen dadurch wieder verwendet werden, dass es zermahlen und wieder verschmolzen wird. Es hat sich aber herausgestellt, dass eine solche Wiederverwendung erstens teuer werden kann und zweitens dass sich die Eigenschaften des Materials, beispielsweise Farbe, Geruch und Geschmack, nach mehrmaliger Wiederverwendung verändern, was bewirkt, dass die Wiederverwendung nicht zu oft erfolgen kann und dass man bei gewissen, periodisch wiederkehrenden Gelegenheiten allen Abfall forttun und mit einer aus neuem Material bestehenden Kunststoffbahn von vorn anfangen muss, deren Abfall wieder benutzt werden kann.

Wie vorstehend angedeutet, ist der Abfall ein Problem bei der Herstellung von tiefgezogenen Hohlkörpern aus einer Kunststoffbahn. Durch die vorliegende Erfindung ist es aber möglich, einen zusammenhängenden Film oder eine zusammenhängende Bahn aus thermoplastischem Material so herzustellen, dass der Abfall wesentlich geringer wird. Der Erfindung hegt die Idee zugrunde, dass die Kunststoffbahn in den Bereichen, die zum Tiefziehen der erwähnten Hohlkörper in Anspruch genommen werden, eine Dicke hat, die der Grösse und schliesslichen Wanddicke der tiefgezogenen Behälter angepasst ist, während angrenzende Bereiche der Kunststoffbahn, die beim Tiefziehen nicht in Anspruch genommen werden, wesentlich dünner gehalten werden. Da das Tiefziehen meistens mit mehreren, über der Breite der Kunststoffbahn verteilten Formungswerkzeugen erfolgt, ist es notwendig, dass die Bahn zusammengehalten wird und dass die zum Tiefeiehen vorgesehenen Bereiche, die eine grössere Materialdicke auf2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

621 733

weisen, im Verhältnis zueinander mit relativ grosser Genauigkeit so angeordnet sind, dass jeder zum Tiefziehen bestimmte Bereich mit dem jeweiligen Formungswerkzeug in Eingriff gebracht werden kann. Die zwischenliegenden Bereiche der Kunststoffbahn, die somit den Abfall bilden, haben die Funktion, die zum Tiefziehen bestimmten Bereiche in einem vorausbestimmten Muster und in einem vorherbestimmten gegenseitigen Abstand zusammenzuhalten, die durch die Lage der Formungswerkzeuge festgelegt sind. Dies bedeutet, dass die dazwischenliegenden Abfallbereiche nicht beliebig dünn sein dürfen, sondern so steif sein müssen, dass die dickeren, zum Tiefziehen vorgesehenen Bereiche in ihrer gegenseitigen, vorausbestimmten Lage gehalten werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Vorrichtung zur Herstellung einer zusammenhängenden Bahn aus thermoplastischem Kunststoff zu schaffen, welche Bahn vorzugsweise zur Herstellung von Hohlkörpern, die je für sich oder zusammengesetzt Verpackungsbehälter bilden können, tiefgezogen werden soll. Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe ist nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet. Bevorzugte Abwandlungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachstehend unter Hinweis auf die beigefügte schematische Zeichnung, die einen Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt, genauer beschrieben.

In der in der schematischen Zeichnung dargestellten Vorrichtung wird die Düse einer weiter nicht gezeigten Kunststoffstrangpresse mit 5 bezeichnet. Diese Kunststoffstrangpresse ist mit der gezeigten Vorrichtung verbunden, die in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel aus mehreren zusammengesetzten Blöcken aus Metall, vorzugsweise Stahl, konstruiert ist. Diese Blöcke sind mit 6, 7, 8 und 9 bezeichnet,-wobei die Strangpressdüse 5 am Block 8 angeschlossen ist, welcher einen Kanal 1 aufweist, der an der Anschlussstelle zur Strangpresse einen vorzugsweise runden Querschnitt aufweist, während der Kanal auf seinem weitern Verlauf durch den Block 8 in der einen Richtung konvergiert und in der zweiten Richtung so divergiert, dass der Kanal sukzessive einen länglichen Querschnitt erhält, um am Auslauf 18 einen länglichen, schmalen Spalt zu bilden. Zur Erleichterung der Formung von Kanal 1 ist es vorteilhaft, den Block 8 aus zwei separaten Teilen herzustellen, deren Trennungslinie durch den Kanal 1 verläuft.

Die erwähnten Blöcke können mit Wärmepatronen 19 oder Kühlkanälen 3 ausgerüstet sein, mit deren Hilfe sich die Temperatur in den einzelnen Teilen der Blöcke regulieren lässt. Ferner hat die Vorrichtung eine Abgusswalze 2, deren Peripherie ausgefräste oder in anderer Weise abgetragene Bereiche 4 aufweist, welche in einer Konfiguration angeordnet sind, die der gewünschten Konfiguration der verdickten Bereiche der schliesslich hergestellten Kunststoffbahn entspricht. Ferner weist Walze 2 einen Kanal 11 auf, durch den ein Mittel in Form einer Flüssigkeit zur Regulierung der Temperatur der Walzenfläche geleitet werden kann. Walze 2 ist zur Zusammenwirkung mit einer zweiten Walze 10 mit glatter Walzenfläche angeordnet, und auch diese Walze hat einen Kanal 12, durch den ein Mittel in Form einer Flüssigkeit zwecks Kontrolle der Temperatur der Walzenfläche geleitet werden kann.

Die erwähnten Blöcke 6, 7, 8 und 9, die in vorstehend angegebener Weise verbunden werden können, bilden zusammen eine Sitzfläche für die Walze 2, was bedeutet, dass Walze 2 so in der erwähnten Sitzfläche 13 eingepasst ist, dass sie bei äusserst kleinem Spalt zwischen Sitzfläche und Walzenfläche rotieren kann. Der untere Teil von Sitzfläche 13, d.h. der Teil 14, der vom Block 9 und dem unteren Teil von Block 8 gebildet wird, hat einen erweiterten Spalt, dessen Spaltbreite im Prinzip der gewünschten Dicke der zu bildenden Kunststoffbahn an deren dünnsten Bereichen entspricht, die sich zwischen den zum Tiefziehen vorgesehenen Bereichen befinden. Ferner weist der Block 9 eine Sitzfläche 21 auf, an der die Walze 10 mit guter Passung zum Rotieren gebracht werden kann, ohne dass es zwischen Sitzfläche 21 und der Oberfläche von Walze 10 zu einer direkten Berührung kommt. Block 9 weist ausserdem einen Kanal 3 auf, der mit einer Vakuumquelle in Verbindung steht und ausserdem mit dem Raum 22 zwischen den Walzen 2 und 10 sowie Block 9 in Verbindung steht.

Kanal 1 in Block 8, durch den der geschmolzene Kunststoff vorgepresst werden soll, hat einen oder mehrere Zweigkanäle 17, die an solcher Stelle an der Sitzfläche 13 von Block 8 münden, dass die Mündungen der Kanäle 17 mit den ausgefrästen Bereichen 4 in Walze 2 zusammenfallen, wenn sich die erwähnten Bereiche bei Rotation von Walze 2 in Sitzfläche 13 drehen. Mit Hilfe einer Vorrichtung 15 kann der Fluss des Kunststoffes durch Kanal 1 reguliert werden, was mit Hilfe einer Schraube 16 geschieht.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung funktioniert fol-gendermassen:

Der in der Strangpresse 5 geschmolzene Kunststoff wird mit hohem Druck in den Kanal 1 eingepresst. Dieser Kunststoff kann aus Polyäthylen, Polystyrol, Polypropylen oder einem der in letzter Zeit hervorgebrachten Copolymerisaten bestehen, die gewisse erstrebenswerte Eigenschaften besitzen, zum Beispiel Dichtigkeit. Ein Beispiel eines solchen Materials mit sehr guter Dichtigkeit gegenüber Gasen ist ein Akrylnitril, das unter der Warenbezeichnung «BAREX» verkauft wird.

Die im Kanal 1 eingepresste Kunststoffmasse füllt Kanal 1 ganz aus und wird durch die spaltenförmige Mündung 18 von Kanal 1 in Spalte 14 zwischen Block 8 und 9 sowie die Fläche der Abgusswalze 2 ausgepresst. Ein Teil des Kunststoffes wird durch die Kanäle 17 gepresst und füllt die ausgefrästen Bereiche 4 mit Kunststoff, und zwar im Takt mit dem Vorschub dieser Bereiche über den Mündungen der Kanäle 17. Dies bedeutet, dass die ausgefrästen Bereiche 4 der Walze 2 bereits mit Kunststoffmasse gefüllt sind, wenn sie zu der Mündung 18 von Kanal 1 gelangen. Die an dieser Mündung austretende Kunststoffmasse dient dazu, den Spalt 14 zwischen Abgusswalze 2 und dem Sitz 3, der von Block 8 und 9 gebildet wird, noch zu füllen. An und für sich ist es möglich, sowohl den Spalt 14 als auch die ausgefrästen Bereiche 4 mit Kunststoffmasse aus Kanal 1 zu füllen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass man ein besseres Resultat erhält, wenn ein gleichmässiger Kunststoffausfluss am Spalt 18 gehalten werden kann, d.h.

dass der Kunststoffausfluss der Dicke einer Bahn entspricht, die durch den Spalt 14 definiert ist, während die Kunststoffmenge zur Ausfüllung der ausgefrästen Bereiche 4, entsprechend den verdickten Bereichen, die man an den zur Tiefziehung vorgesehenen Zonen zu schaffen beabsichtigt, durch die Kanäle 17 zugeführt wird. Mit Hilfe der Vorrichtung 15 und der zugehörigen Stellschraube 16 kann die Querschnittsfläche von Kanal 1 geändert werden, was an und für sich nicht bedeutet, dass die zugeführte Kunststoffmenge geändert wird, dass dagegen aber der Druck in Kanal 1 so reguliert werden kann, dass der Druck steigt, wenn der Kanal 1 verengt wird. Die periodisch wiederkehrenden ausgefrästen Bereiche 4, die mit Kunststoff gefüllt werden müssen, bewirken Druckvariationen, weil das erforderliche Expansionsvolumen des Kunststoffes momentan vergrössert wird. Dies ist eine Tendenz, der durch eine solche Placierung der ausgefrästen Bereiche 4 entgegengewirkt werden kann, dass stets ein Bereich quer über die Walze 2 in Eingriff mit einem der Kanäle 17 steht, d.h. die ausgefrästen Bereiche 4 dürfen nicht nebeneinander in Linien parallel zur Rotationsachse von Walze 2 verlegt, sondern müssen schraubenlinienförmig längs der Oberfläche der Walze verschoben werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine vollständige Kompensation dennoch nicht erreicht werden

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

621 733

4

kann, weil die Zahl der ausgefrästen Bereiche relativ niedrig ist. Man müsste daher in gewissen Fällen eine Strangpresse mit verstellbarer Vorschubschraube benutzen, mit deren Hilfe Drucksenkungen kompensiert werden können, indem der Schraube eine axiale Bewegung in der Strangpressendüse beigebracht wird, üm die ganze Zeit über einen konstanten Druck der Kunststoffmasse zu halten.

Da es wichtig ist, dass die Kunststoffmasse die ausgefrästen Bereiche 4 ganz ausfüllt, müssen Temperatur und Viskosität der Kunststoffmasse auf einem zweckmässigen Niveau gehalten werden, was mit Hilfe der in den Blöcken eingebauten Wärmepatronen 19 geschieht, die eingeschaltet und ausgeschaltet werden können, um in der Kunststoffmasse die geeignete Viskosität aufrechtzuerhalten. In den ausgefrästen Bereichen 4 auftretende Lufttaschen können eine totale Kunststoffausfüllung der erwähnten Bereiche behindern. Daher ist es angebracht, die enge Spalte 13 an einen Vakuumkanal 23 anzuschliessen, um zu verhindern, dass solche Lufttaschen entstehen. Die erwähnte Spalte 13 ist zwar so eng, dass der Kunststoff nicht in sie eingepresst werden kann, dagegen aber genügend breit, um die Passage von Luft zuzulassen.

Auch ein Raum 22 zwischen den Walzen 2 und 10 steht durch Kanal 3 mit einer Vakuumquelle in Verbindung. Der Grund dafür, dass dieser Raum 22 mit einer Vakuumquelle verbunden wird, ist der, dass die Evakuierung dieses Raumes den Abzug der abgegossenen Kunststoffbahn von Abgusswalze 2 erleichtert, und die Evakuierung des erwähnten Raumes erleichtert ebenfalls einen genauen Anschluss der Bahn an die glatte Kühlwalze 10, da alle Lufttaschen zwischen der Kunststoffbahn und der Fläche der Walze vermieden werden.

Wie bereits erwähnt, kann mit Hilfe der in den Walzen 2 und 10 angeordneten Kanäle 4 und 12 durch ein flüssiges Durchströmungsmittel die Aussentemperatur der Walzen reguliert werden, und es hat sich gezeigt, dass die Abgusswalze oder Profilwalze eine Aussentemperatur von ca. 90° C bei der Herstellung einer Kunststoffbahn halten muss, die aus dem Akrylnitrilmaterial «BAREX» besteht, während dagegen die Aussentemperatur der Kühlwalze bei ca. 20° C gehalten werden muss. Wenn die fertige Bahn 22 von der Abgusswalze oder Profilwalze 2 abgezogen und auf die Kühlwalze 10 überführt worden ist, wird der Kunststoff stabilisiert, wonach er in bekannter Weise auf Vorratsrollen aufgerollt oder direkt in eine Vorrichtung eingeführt werden kann, in der die verdick-5 ten Bereiche der Kunststoffbahn zu Hohlkörpern tiefgezogen werden.

Um Energie zu sparen, kann es zweckmässig sein, die Temperatur der Kühlwalze 10 so zu regulieren, dass nur die dünneren Bereiche der Bahn ganz abgekühlt und stabilisiert io werden, während die dickeren Bereiche der Bahn, die die zum Tiefziehen vorgesehenen Bereiche bilden, noch immer warm sind, und die Bahn direkt über eine Erwärmungsstation zur Formungsvorrichtung zu leiten, wo die dickeren Bereiche zur für den Formungsvorgang erforderlichen Plastizität weiter 15 vorgewärmt werden.

Wie aus der Figur hervorgeht, haben die verdickten Bereiche keine einheitliche Dicke, sondern der zentrale Teil hat eine weitere Verdickung. So ist es möglich, die Materialdicke durch Formung der ausgefrästen Bereiche 4 in geeigneter 20 Weise innerhalb der zum Tiefziehen vorgesehenen Bereiche der Bahn zu verteilen, um hierdurch eine angepasste Wandstärke beim tiefgezogenen Gegenstand zu erhalten.

Die von der Bahn 22 tiefgezogenen Hohlkörper oder Gegenstände werden in bekannter Weise aus der Bahn ausge-25 stanzt, um selbständige, becherähnliche Behälter zu bilden, oder mit anderen Hohlkörpern zu flaschen- oder dosenähnlichen Behältern vereint, während das aus dünnerem Kunststoff bestehende Netzwerk oder der Abfall, der nach dem Stanzvorgang zurückbleibt, nach dem Zermahlen zur Wiederverwen-30 dung gelangt.

Es hat sich gezeigt, dass man durch die Anwendung der Vorrichtung gemäss der Erfindung und Herstellung einer zum Tiefziehen bestimmten Kunststoffbahn mit differenzierter Kunststoffdicke grosse Ersparnisse erzielen kann. Es ist mög-35 lieh, eine Bahn herzustellen, wobei die dünneren Bereiche nur 25—30% der dickeren, zum Tiefziehen bestimmten Bereiche der Bahn betragen, was selbstverständlich eine beträchtliche Ersparnis an Kunststoff mit sich führt, auch wenn dieser in gewissem Umfange wiederbenutzt werden kann.

s

1 Blatt Zeichnungen

Claims

621 733

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Herstellung einer zusammenhängenden Bahn (22) aus thermoplastischem Material, wobei die Bahn Bereiche mit einer Dicke aufweist, die über der Dicke der angrenzenden Bereiche der Bahn liegen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strangpresse zur Zufuhr eines geschmolzenen Kunststoffes vorhanden ist, sowie ein mit der Strangpresse verbundener Metallkörper (6, 7, 8, 9), der einen Kanal (1) enthält, durch den die von der Strangpresse abgegebene Kunststoffmasse vorgeschoben und distribuiert wird, und wenigstens eine zirkularzylindrische Sitzfläche (13), die zum Zusammenwirken mit einer rotierbar gelagerten, angetriebenen Walze (2) angeordnet ist, die ausgefräste Bereiche (4) aufweist, deren Form, Grösse und gegenseitige Lage den erwähnten verdickten Bereichen der herzustellenden Bahn (22) entspricht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei zirkularzylindrische Sitzflächen (13,21) aufweist, die zur Zusammenwirkung mit zwei rotierbar gelagerten, angetriebenen Walzen (2, 10) angeordnet sind, von denen die eine Walze (2) die ausgefrästen Bereiche (4) aufweist und die zweite Walze (10) eine glatte, ungebrochene Zylinderfläche hat, und dass die Walzen (2, 10) ausser der Tatsache, dass sie in Eingriff mit den erwähnten Sitzflächen (13, 21) sind, sich auch in Eingriff miteinander befinden, um zwischen sich den fertiggeformten Film oder die Bahn (22) aufzunehmen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (6, 7, 8, 9) im Bereich des Kanals (1) und der erwähnten Sitzflächen (13) erwärmbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil (9) des Metallkörpers (6, 7, 8, 9), der sich zwischen den Sitzflächen (13, 21) befindet, einen weiteren mit einer Vakuumquelle verbundenen Kanal (20) aufweist, der in den Raum zwischen den Eingriffspunkten der Walzen (4, 10) und dem Metallkörper einmündet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (6, 7, 8, 9) aus mehreren Teilen, z. B. Platten, zusammengesetzt ist, wobei der Kanal (1) zur Zufuhr von Kunststoff aus ausgehöhlten oder ausgefrästen Bereichen zweier naheliegender Teile, z. B. Platten, besteht.
6. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (1) zur Zufuhr von geschmolzenem Kunststoff so geformt ist, dass er an der Anschlussstelle (19) zur Strangpresse (5) einen im wesentlichen runden Querschnitt hat, während der Kanal (1) in seinem der Walze (2) mit ausgefrästen Bereichen (4) zugewandten Mündungsbereich einen gestreckten Querschnitt aufweist, dessen Breite praktisch der Breite der mit ausgefrästen Bereichen (4) versehenen Walze (2) entspricht und dessen Höhe der Dicke der herzustellenden Bahn entspricht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt zwischen der Peripherie der mit ausgefrästen Bereichen (4) versehenen Walze (2) und der zugeordneten Sitzfläche (13) der Metallkörper (6, 7, 8, 9) so klein ist, dass geschmolzene Kunststoffmasse verhindert ist, in den Spalt einzudringen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper mehrere Verteilkanäle (17) aufweist, die mit dem Kanal (1) zur Zufuhr von geschmolzenem Kunststoff verbunden sind und an derjenigen Sitzfläche (13) des Metallkörpers münden, die zur mit ausgefrästen Bereichen (4) versehenen Walze (2) gewendet ist, wobei die Zahl der Verteilkanäle (17) der Zahl der ausgefrästen Bereiche (4) längs der Breite der Walze (2) entspricht, und dass die Mündungen der Verteilkanäle (17) so liegen, dass jede der Verteilkanalmündungen bei der Rotation der Walze sukzessive mit den ausgefrästen Bereichen (4) der Walze (2) zum Zwecke der Ableitung von Teilströmen der geschmolzenen Kunststoffmasse in Kontakt gebracht wird, zur direkten Zufuhr der Kunststoffmasse an die ausgefrästen Bereiche (4), ohne dass die Kunststoffmasse den Mündungsbereich (18) des Kanals (1) zur Zufuhr von geschmolzenem Kunststoff passiert.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung (15, 16) vorhanden ist, um die Quer-schnittsfläche des Kanals (1) zur Zufuhr von geschmolzenem Kunststoff zu drosseln.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die längliche Mündungssektion (18) des Kanals (1) zur Zufuhr von geschmolzenem Kunststoff parallel zu den Rotationsachsen der Walzen (2, 10) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide Walzen (2, 10) gekühlt sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide Walzen (2, 10) derart ausgebildet sind, dass sie von einem Mittel in Form einer Flüssigkeit durchströmt werden können, mit dessen Hilfe die Aussentem-peratur der Walze oder der Walzen reguliert werden kann.