EP0217879A1 - Kunststoffbehälter mit profilkante und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Kunststoffbehälter mit Profilkante und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Kunststoffbehälter mit mindestens einem längs einer Behälterkante verlaufenden wulstartigen Profil, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Bekannte Kunststoffkörper dieser Art werden im Spritzguss-, Tiefzieh- oder Blasverfahren hergestellt. Für Gross-Serien wird im allgemeinen das bekannte Spritzgussverfahren angewendet. Dieses Verfahren erfordert ausser einer Spritzgussmaschine entsprechende Formwerkzeuge, welche wegen der beim Spritzgussverfahren angewendeten hohen Verformungsdrücke aus hochwertigen und damit teuren Werkstoffen bestehen müssen. Die damit verbundenen hohen Investitionen, für die Form verlangen entsprechend hohe Stückzahlen bei der Produktion, damit das Produkt überhaupt zu konkurrenzfähigen Preisen hergestellt werden kann.

Für die Herstellung mittlerer bis kleiner Stückzahlen ist das Spritzgussverfahren jedoch bekanntermassen unrentabel. In diesen Fällen wird entweder das Blasverfahren oder das Tiefziehverfahren angewendet. Diese beiden Verfahren sind aber mit einem anderen gravierenden Nachteil behaftet, der sich insbesondere bei dünnwandigen Behältern mit kantigen Formen negativ auswirkt. An solchen Kanten und Ecken lässt sich nämlich die Wandstärke nicht gleichmässig einhalten. Die Wand ist dort dünn und widersteht Druck- oder Stossbelastungen nur in sehr begrenztem Mass. Werden an die Behälter erhöhte Sicherheitsanforderungen bezüglich Druckfestigkeit, Stossfestigkeit oder Feuchtigkeits- bzw. Gasschutz gestellt, können mit den bekannten Verfahren hergestellte Behälter den Anforderungen nur dann genügen, wenn bei der Herstellung auf die Wandstärke in den kritischen Bereichen abgestellt wird, wodurch der grösste Teil des restlichen Wandbereichs zwangsläufig überdimensioniert ist. Als Folge davon werden die Behälter schwer und unhandlich.

Es ist ferner bekannt, zur Randverstärkung solcher Kunststoff-Behälter vorzugsweise die begrenzenden Kanten des Körpers bei der Herstellung mit einer Wulst aus gleichem Material zu versehen. Soll der Körper beispielsweise nur eine geringe Wandstärke aufweisen, so dient die Wulst bestimmungsgemäss in erster Linie der Formver Stärkung des Körpers an der betreffenden Stelle. Die Wulst kann aber auch als Griffelement oder als Schüttkante ausgebildet sein. Auch bekannte mehrteilige Kunststoff-Behälter weisen gelegentlich an den Rändern nach aussen offene wulstartige Randverstärkungen auf. Nach aussen stehende Rippen sind jedoch bei geschlossenen Behältern, die z.B. aus Boden- und Deckelteil bestehen, unerwünscht, da sie eine Verletzungsgefahr darstellen und ausserdem die Schmutzablagerung begünstigen.

Schliesslich führt eine solche materialgleiche Randverstärkung an den Kanten von bekannten mehrteiligen, zusammengesetzten, nach dem Spritzgussverfahren hergestellten Behältern, insbesondere wenn sie mit einer Dichtung zum hermetischen Verschliessen des Behälters gegenüber Feuchtigkeitsoder Druckeinflüssen versehen sind, zu einem weiteren Gewichtszuwachs, da insbesondere bei stark belasteten Behältern die Kanten mit der notwendigen Formstabilität versehen sein müssen. Dem Gewicht der Behälter muss jedoch sowohl im Hinblick auf einen möglichst geringen Materialverbrauch bei der Herstellung als auch im Hinblick auf die Handlichkeit der fertigen Behälter besondere Beachtung geschenkt werden.

Es ist ferner bekannt, mehrteilige Hohlkörper, die z.B. aus einem Boden- und e i n e m Deckelteil bestehen und miteinander zu einem Gebrauchsgegenstand verbunden sind, an den Berührungs- bzw. Verbindungskanten mit materialfremden Verstärkungen, z.B. mit profilierten ALuminiumleisten, zu versehen. Derartige Verstärkungen sind jedoch aufwendig und bedingen mehrere Einzelschritte bei der Herstellung. Ferner besteht die Gefahr, dass sie leicht beschädigt werden.

Ausserdem war es bisher nicht vertretbar, mit Randverstärkungen versehene Behälter, welche im Tiefzieh-, Blas- oder Spritzgussverfahren hergestellt wurden, mit einer Verjüngung zur Randöffnung hin zu versehen, da sich solche Produkte nur aus geteilten Formen lösen lassen und mit solchen besonders aufwendigen geteilten Formen die Kostenschwelle nochmals heraufgesetzt wird. Klein- oder Mittel-Serien-Herstellung solcher Behälter nach diesen Verfahren, insbesondere aber nach dem Spritzguss verfahren, wäre damit krass unrentabel und damit nicht konkurrenzfähig gewesen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Kunststoff-Behälter der erwähnten Art dahingehend zu verbessern, dass einfache und wirkungsvolle materialgleiche Randverstärkungen vorgesehen sind, welche nicht nach aussen vorstehen und welche sich auch in Kleinserien mit vertretbarem Aufwand herstellen lassen, so dass technisch hochwertige Kunststoff-Behälter verschiedenster Ausführungen und Formen auch wirklich marktgerecht hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in Patentanspruch 1 definierten Merkmale gelöst. Durch diese Massnahme ist nun auch die wirtschaftlich sinnvolle Herstellung von Behältern in Klein- bis Mittelserien möglich, welche mit nach innen gezogenen Profilkanten versehen sind, selbst wenn die Seitenwände zur Randöffnung hin verjüngt sind. Die Anwendbarkeit und die Qualität von Kunststoff-Behältern können dadurch entscheidend erweitert bzw. verbessert werden, so dass damit Kleinserien für verschiedene Anwendungen überhaupt erst zu marktgerechten Bedingungen hergestellt werden können.

Als besonders vorteilhaft erweist sich die nach innen gezogene Randwulst als Halterung für Einsätze, insbesondere für stossdämpf ende Einsätze zur Aufnahme von stossempfindlichen Bauteilen, Geräten oder Instrumenten.

Zur Herstellung solcher Kunststoff-BehäIter eignen sich insbesondere das Rotations-SchmeIzverfahren, auch Sinterverfahren genannt, und das GFK-Spritz- bzw. Handauflegeverfahren. Durch Anwendung dieser Verfahren ergibt sich für Klein- bis Mittelserien von Kunststoffbehältern ein überraschend einfacher Weg zur Herstellung randverstärkter Behälter. Weiterhin ergibt sich daraus die Möglichkeit, auch mehrteilige zusammengesetzte Behälter mit konkurrenzfähigem Aufwand herstellen zu können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Schnitt durch einen nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Behälter,

Fig. 2 das Beispiel einer offenen Randwulst,

Fig. 3 das Beispiel einer Gegenwulst zu einer Dichtung, Fig. 4 die Prinzipdarstellung von zusammengesetzten Behältern, gemäss einem ersten Beispiel,

Fig. 5 einen aus Boden- und Deckelteil bestehenden

Behälter, welcher zusätzlich mit stossdämpfenden Mitteln versehen ist, und

Fig. 6 ein abgewandeltes Beispiel mit mehrteiligen Stossdämpfungsmitteln.

Fig. 1 zeigt als bevorzugtes Ausführungsbeispiel einen aus thermoplastischem Material nach dem Rotationsschmelzverfahren hergestellten geschlossenen Hohlkörper 1. Die Seitenwände 2 des Körpers können gegenüber der Senkrechten 3 zum Boden 4 um einen Winkel beta nach innen geneigt sein. Abweichend von dieser Darstellung können die Wände auch senkrecht auf dem Boden stehen oder, wie die strichpunktierte Linie 5 andeutet, um einen Winkel alpha nach aussen geneigt sein. Die vorzugsweise angewendete, später näher beschriebene Sinter- oder Rotations-Schmelztechnik erlaubt eine weitgehend beliebige Wandführung, sei es mit positivem. Winkel alpha gemäss Position 5, oder mit negativem Winkel beta gemäss Position 2. Die linken und rechten bzw. die vorderen und hinteren Seitenwände können auch unterschiedlich zueinander orientiert sein.

Der geschlossene Hohlkörper 1 weist im Beispiel einen oberen Deckelabschluss 6 auf, der durch eine innenliegende, in Umfangsrichtung verlaufenden Wulst 7 von den Seitenwänden 2 getrennt ist. Die Wulst 7 selbst ist hier U-förmig ausgebildet, wobei einer der U-Schenkel aus der Seitenwand 2 besteht. Die Wulst 7 geht dabei herstellungsbedingt von der Unterkante ihres inneren U-Schenkels in den Deckelabschluss 6 über. Längs einer parallel zur Wulst 7 verlaufenden Schnittlinie 8 wird der Deckelabschluss 6 später vom restlichen Körper abgetrennt. Dadurch entsteht körperinnenseitig ein offenes rinnenartiges Profil. Das hier dargestellte doppelwinklige wulstartige Profil 7 stellt nur eine von vielen möglichen Ausgestaltungen dar. Ach kann die innere Breite 9 des Profils, zwischen Profilschnabel 10 und Innenwand des Körpers 1 verschieden breit gewählt werden. Hat das Profil zusätzlich eine Verstärkungsaufgabe, z.B. für einen aus dem Körper 1 gebildeten Behälter, zu erfüllen, ergibt sich eine besonders gute Verstärkungswirkung, wenn der Steg zwischen den Profilschenkeln nicht zu schmal gewählt wird. Die Länge des Profilschnabels 10 ist von der ihm zugedachten Funktion abhängig. Die je nach Verwendungszweck gewünschte Gestaltung der Form für den Behälterkörper 1 hängt von der Machbarkeit des Formwerkzeuges und der zur Verfügung stehenden Kunststoff-Verarbeitungsanlage ab.

Wie erwähnt, eignet sich unter anderem das Sinter- oder Rotations-Schmelzverfahren besonders gut zur Herstellung solcher Behälterteile . Nach diesem Verfahren werden abgemessene Mengen von Polyethylen als PE-Granulat oder -Pulver an die Innenwand einer rotierenden beheizten Hohlform angeschmolzen oder anpolymerisiert. Das eingebrachte Kunststoff-Pulver schmilzt und verteilt sich gleichmässig über die Innenfläche der Form. Die Rotationsgeschwindigkeit der Form ist dabei niedriger als beim Sehleudergiessen, so dass praktisch keine auf das geschmolzene Material wirkende Zentrifugalkräfte auftreten. Das geschmolzene Kunst Stoff -PuIver bewegt sich also praktisch nicht in der Form. Die rotierende Form wird durch Heissluft, SaIzschmelzen oder heisses Oel von aussen beheizt.

Von der Heizstation wird die Form rotierend einer Kühlstation zugeführt. Nach dem Abkühlen wird die Form mit dem darin befindlichen Produkt einer weiteren Bearbeitungsstation zugeführt. Dort wird das Produkt der Form entnommen. Die Form wird anschliessend wieder mit Kunststoff-Pulver gefüllt und erneut der Heizstation zugeführt. Die entstehenden Produkte weisen Molekülorientierung auf, so dass sie frei von inneren Spannungen sind. Die Kosten der erforderlichen Formen können im Vergleich zu Blas- oder Spritzwerkzeugen besonders niedrig gehalten werden.

Wie bereits erwähnt, lässt sich die Wanddicke des Körpers 1 im Beispiel durch zwei Parameter, nämlich durch die eingebrachte Kunststoffmenge und durch den Heizwert des Formwerkzeuges, bestimmen. Es lassen sich nach diesem Verfahren Formkörper mit Wanddicken von ca. 2 bis 20 mm herstellen. Auch ein mehrschichtiger Wandaufbau oder Sandwich lässt sich realisieren.

Wegen der Eigenheit des Sinter-Verfahrens, sehr gleichmassige Wandstärken hervorzubringen, lassen sich die mechanischen Eigenschaften des wulstartigen Profils 7 genau bestimmen. Besonders gute Steifigkeit für den oberen Rand des Behälters lässt sich durch ein Profil 7 mit nicht zu geringer innerer Steg-Breite 9 erreichen. Die Stegbreite 9 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen der doppelten bis fünffachen Wandstärke des Behälters. Vorteilhaft kann auch eine leicht trapezförmige Anordnung der beiden Profilschenkel sein.

Gemäss Fig. 2 kann im oberen Bereich des an der Behälterwand 2 angesetzten Profils 7 eine Nut 20 vorgesehen sein, in welche sich später eine Dichtung 16 einsetzen lässt.

Ausser im Rotations-Schmelzverfahren, welches als bevorzugtes Ausführungsbeispiel gewählt wurde, lassen sich die Behälter auch im GFK-Spritz- oder Handauflegeverfahren herstellen. Diese Verfahren sind besonders für kleinste Stückzahlen geeignet.

Im vorliegenden Beispiel wird das wulstartige Profil 7 an der Behälterkante durch die Ausbildung gemäss Fig. 2 besonders wirkungsvoll verstärkt, so dass es möglich ist, zwei mit dieser Ausbildung versehene Behälterteile mit ihren Rändern, unter Zwischenlage geeigneter Dichtungsmittel derart gegeneinander zu verspannen, dass der Innenraum des Behälters hermetisch gegen äussere Einflüsse, wie Feuchtigkeit oder Druckänderungen, abgeschlossen ist.

Es lassen sich beispielsweise zwei- oder mehrteilige Koffer für Bauteile, Geräte oder Instrumente herstellen, welche bei Anwendung eines der erwähnten bevorzugten Herstellungsverfahrens aussergewöhnlich stossfest und durch die beschriebene Ausbildung des Randprofils hermetisch verschli essbar sind. Es lassen sich beispielsweise Koffer herstellen, die aus einem Boden- und einem Deckelteil bestehen, welche durch Scharniere und entsprechende Schlösser miteinander verbunden sind. Zum Schutz empfindlicher Geräte lässt sich die Kofferform im Hinblick auf die jeweiligen anwendungsbedingten Erfordernisse ohne Schwierigkeit entsprechend gestalten. Die Kosten für die entsprechenden Herstellungsformen fallen bei beiden in Betracht gezogenen Herstellungsverfahren weit weniger ins Gewicht als bei herkömmlich gewählten Verfahren, beispielsweise beim besonders aufwendigen Spritzgussverfahren.

Für die zuvor beschriebene Anwendung zur Herstellung hermetisch abgeschlossener Behälter ist die Ausbildung der äusseren Kante des Profils 7 gemäss Fig 3 besonders zweckmässig. Eine relativ scharf ausgeprägte vorstehende Druckkante 17 dient dazu, einen einwandfreien Dichtungsabschluss gegenüber Behälterrändern sicherzustellen, welche gemäss Fig. 2 ausgebildet sind und welche eine Nut 20 mit eingesetzter Dichtung 16 aufweisen.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für Kunststoffbehälter 1, welche als stapelbare Behälter ausgebildet sind. Auch in diesem Fall kann der Behälter gemäss dem Sinterverfahren durch Auftrennen des Deckelabschlusses 6 entlang der Schnittlinie 8 am Körper 1 gebildet sein. Bei diesem Anwen dungsbeispiel wird die Wulst 7 entsprechend dem Verwendungszweck ausgestaltet. Im gezeigten Beispiel ist der Profilschnabel 10 vorteilhafterweise als konische Einlaufkante geformt. Der Behälterboden 4 weist am äussersten Umfangsrand eine Einbuchtung 11 auf, die formmässig wenigstens angenähert dem Profil 7 entspricht, allerdings mit einer entsprechenden Masszugabe, welche die Stapelbarkeit der Körper 1 ermöglicht.

Fig. 5 zeigt zwei zu einem hermetisch verschliessbaren Behälter zusammengesetzte Behälterteile. Der Behälterteil 1 hat, je nach Verwendungszweck, eine entsprechende Bodentiefe. Ein zweiter Behälterteil 12 ist als Deckel mit entsprechend kleinerer Bodentiefe ausgelegt. Zusammen bilden die beiden Teile beispielsweise einen Tragkoffer oder eine Transportkiste.

Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wonach der Behälter als Transportkoffer für stossempfindliche Geräte oder Instrumente ausgebildet ist, dient die innere Kante des am Behälterteil 1 bzw. 12 angesetzten Profils 7 als Begrenzung und Abstützung bzw. Fixierung für eine einzubauende, z.B. einzusetzende, Auskleidung im Innenraum des Behälters, zur Aufnahme und Sicherung des jeweiligen Transportgutes. Die in Fig. 5 ersichtliche Auskleidung enthält ein Aufnahmeteil 14, welches wie eine Matrize an die äussere Form des zu transportierenden Teils angepasst ist. Das Aufnahmeteil 14 ist mit einer Ausnehmung 13 versehen und besteht vorzugsweise aus einem elastischen, z.B. federelastischen Kunststoffmaterial, so dass bei Einwirkung von äusseren Stosskräften ein gewisses Nachgeben zur Vermeidung von Beschädigungen des Transportgutes sichergestellt ist.

Gemäss dem in Fig. 5 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Aufnahmeteil 14 im Grenzbereich zum Behälterboden 4 und / oder zu den Seitenwänden 2 mit Hohlräumen 15 versehen, wodurch das Aufnahmeteil in diesen Bereichen weicher ist als im restlichen Bereich. Dadurch wird das zu schützende Gut einerseits vom Aufnahmeteil 14 sicher und trotzdem stosselastisch gehalten und andererseits wird das Aufnahmeteil 14 gegenüber dem Behälter nochmals federelastisch abgestützt.

Nach einem abgewandelten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 kann zwischen dem Aufnahmeteil 14 und dem Behälterboden 4 und/oder den Seitenwänden auch eine weitere Kunststoffeinlage 19 vorgesehen sein, die von anderer federelastischer bzw. stossdämpfender Qualität ist als das Material des Aufnahmeteils 14. Es können auch Materialien mit unterschiedlichem Federungs- oder Dämpfungsverhalten gegenüber dem Boden bzw. den Seitenwänden verwendet werden. Ferner kann die Kunststoffeinlage 19 als einlegbare oder einzuklebende Folie ausgebildet sein. Durch diese Massnahme ist das Aufnahmeteil 14, und mit ihm das zu schützende Gut schwimmend gelagert und demnach in hohem Mass stossges i eher t gegen Krafteinwirkungen von aussen geschützt.

Ist das Profil 7 mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Dichtung 16 gemäss Fig. 2 versehen, so wird vorzugsweise das Gegenstück, also das Profil im Deckelteil 12 des Behälters, mit einer ausgeprägten Druckkante 17 gemäss Fig. 3 versehen. Die Druckkante 17 ist vorzugsweise dergestalt ausgebildet, dass sie beim Verschliessen des Behälters durch den Deckel 12 in die Dichtung 16 gepresst wird, wodurch zwischen den beiden Behälterteilen absolute Dichtheit hergestellt ist und der Behälterinnenraum hermetisch verschlossen ist.

Sowohl die Nut 20 für die Aufnahme der Dichtung 16 als auch die Druckkante 17 lassen sich mit Hilfe der erwähnten Herstellungsverfahren, inbsbesondere im Sinterverfahren, besonders gut und einfach herstellen. Auch der Deckel 12 kann auf seiner Innenseite ausgekleidet sein. Im dargestellten Beispiel ist dieser nur mit einem Kunststoff-Einsatz 18 ergänzt, welcher durch die Kante des Profils 7 klemmbar gehalten ist. Auch in diesem Beispiel kann die gleiche Auskleidungstechnik wie beim Behälterteil 1 angewendet werden. Dies wird immer dann der Fall sein, wenn gewisse zu schützende Partien des zu transportierenden Gerätes in den Deckel 12 hineinragen.

Durch die beschriebenen Massnahmen, welche im wesentlichen aus einer Kombination eines an sich bekannten Herstellungsverfahrens mit einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Behälterkante besteht, lassen sich besonders zweckmässig mehrteilige Behälter in kleinerer Serie rentabel herstellen. Solche Behälter weisen Eigenschaften auf, welche mit anderen Herstellungsmethoden nicht oder nur unzureichend oder unrentabel erreicht werden konnten.

Claims

P A T E N T A N S P R U E C H E

1. Kunststoffbehälter mit mindestens einem längs einer Behälterkante verlaufenden wulstartigen Profil, dadurch gekennzeichet, dass Ränder des Kunststoffkörpers (1) auf die Innenseite des Behälters gewölbte Profilschenkel (10) aufweisen, deren Abschlusskanten nach aussen verdeckt sind.

2. Kunst Stoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilkanten wenigstens teilweise mit eingeformten Profilteilen (20) zur Aufnahme von Dichtungselementen versehen sind.

3. KunstsoffbehäIter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilkante (7) eines zweiten Behälterteils (12), welches einem mit Dichtungsmitteln (16,20) versehenen ersten Behälterteil (1) gegenüberliegt, mit einer zur Dichtung parallel verlaufenden und auf dieser im geschlossenen Zustand des Behälters aufliegende Druck- und Abschlusskante (17) versehen ist.

4. Kunststoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (2) ausgehend vom Boden (4) sich zur Profilkante (7) hin verjüngen.

5. K un ststoffbehäIter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (2) ausgehend vom Boden (4) sich zur Profilkante (7) hin erweitern, derart dass die Behälterteile aufeinander stapelbar sind.

6. KunststoffbehäIter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter mit einem Aufnahmeteil (14) aus stosselastischem Material versehen ist und dass der Aufnahmeteil durch die inneren Ränder der Profilkante (7) hinterfangen ist.

7. Kunststoff behälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeteil (14) durch Formgebung von Randbereichen, welche Behälterwänden (4,2) benachbart s'ind, mit unterschiedlichem stosselastistischem Verhalten ausgestattet ist.

8. Kunststoffbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeteil (14) gegenüber dem Behälterboden (4) und / oder gegenüber Seitenwänden (2) mit weiteren elastischen Einsatzteilen (19) abgestützt ist, welche eine andere Stosselastizitat aufweisen als das Aufnahmeteil (14) selbst.

9. Verfahren zur Herstellung eines KunststoffbehäIters nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verarbeitung von Polyethylen-Kunststoff en unter Anwendung des Rotations-Schmelzverfahrens oder durch Verarbeitung duroplastischer Kunststoffe.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoffkörper (1) als geschlossener Hohlkörper in einer Rotationsform nach dem Rotations-Schmelzverfahren hergestellt wird und anschliessend längs einer parallel zum wulstartigen Profil (7) verlaufenden Schnittlinie (8) derart aufgetrennt wird, dass ein die Körperkante abschliessendes, in das Behälter innere ragende Rinnenprofil entsteht.

11. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 10 zur Herstellung mehrteiliger zusammengesetzter Behälter aus PE- oder duroplastischem Material, dadurch geke anzeichnet, dass die Profilkante eines ersten BehäIters (1) mit einer komplementär ausgebildeten Profilkante mindestens eines weiteren Behälterteils (12) in Verbindung steht, mit welchem der erste Behälter durch Scharniere und mindestens ein Schloss verbunden ist.