DE102023133165A1

DE102023133165A1 - Formwerkzeug zum Formen eines Verschlusselements mit einem Gewindeabschnitt, Thermoformeinrichtung und Verfahren zum Formen eines Verschlusselements mit einem Gewindeabschnitt

Info

Publication number: DE102023133165A1
Application number: DE102023133165.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Knoll; Alexander Gertzen
Original assignee: Kiefel GmbH
Current assignee: Kiefel GmbH
Priority date: 2023-11-28
Filing date: 2023-11-28
Publication date: 2025-05-28

Abstract

Es werden ein Formwerkzeug zum Formen mindestens eines Verschlusselements mit einem Gewindeabschnitt, eine Thermoformeinrichtung zum Formen mindestens eines Verschlusselements mit einem Gewindeabschnitt und ein Verfahren zum Formen mindestens eines Verschlusselements mit einem Gewindeabschnitt beschrieben.

Description

Technisches Gebiet
Es werden ein Formwerkzeug zum Formen mindestens eines Verschlusselements mit einem Gewindeabschnitt, eine Thermoformeinrichtung zum Formen mindestens eines Verschlusselements mit einem Gewindeabschnitt und ein Verfahren zum Formen mindestens eines Verschlusselements mit einem Gewindeabschnitt beschrieben.
Hintergrund
Verschlusselemente mit einem Gewinde, wie bspw. Deckel für Flaschen, insbesondere Getränkeflaschen, werden aus einem Kunststoff, insbesondere Polypropylen (PP), in einem Spritzgussprozess hergestellt. Die zugehörigen Getränkeflaschen bestehen demgegenüber in der Regel aus Polyethylenterephthalat (PET). PP hat sich als Material insoweit bewährt, dass es in einem Spritzgussprozess einfach verarbeitet werden kann. Im Zuge der Entwicklungen im Bereich Recycling von Erzeugnissen und Ressourcen steigt die Forderung nach einfachen Lösungen, welche darüber hinaus einfach recycelt werden können. So ist es bereits in einigen Ländern erforderlich, dass Deckel von Flaschen sich nicht mehr von einem Behälter trennen lassen. Für die weitere Verarbeitung in einem Recyclingprozess muss anschließend eine Trennung der Deckel von den Flaschen erfolgen, da Deckel und Flaschen in der Regel aus verschiedenen Materialien bestehen. Gegenstände aus PET können gegenüber solchen aus PP leichter recycelt werden, weil PET mechanisch recycelbar ist. PP erfordert ein chemisches Recycling, wobei durch Chemolyse Kunststoffe vollständig depolymerisiert und anschließend neu synthetisiert werden können.
Weiterhin ist die Herstellung solcher Flaschendeckel mit hohen Kosten verbunden, da Spritzgusswerkzeuge hierfür sehr komplex ausgebildet sind. Zudem wird verhältnismäßig viel Material benötigt, um Deckel in einem Spritzgussprozess herzustellen, da die Struktur des Deckels eine ausreichende Festigkeit gegenüber äußeren Einflüssen, zum Öffnen der Flasche sowie zum Ausgleichen von Innendrücken (insbesondere bei kohlensäurehaltigen Getränken) erforderlich ist.
Aufgabe
Es besteht daher die Aufgabe darin, eine Alternative anzugeben, die sowohl eine Sortenreinheit von Verpackungssystemen bestehend aus einem Behälter und einem Verschluss, als auch eine einfache sowie kostengünstige Herstellung von Verschlusselementen und eine Reduzierung der benötigten Ressourcen bei zumindest gleichbleibenden Eigenschaften für die Herstellung von Verschlusselementen bzw. für Verschlusselemente bereitgestellt. Dabei besteht die Aufgabe auch darin, den Herstellungsaufwand durch ein alternatives Verfahren zu reduzieren und eine einfache Werkzeugausbildung zur Erreichung der Ziele bereitzustellen.
Lösung
Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein Formwerkzeug zum Formen mindestens eines Verschlusselements mit einem Gewindeabschnitt gelöst, mindestens aufweisend eine erste Werkzeugkomponente, die mindestens ein erstes Formteil mit einer ersten Formfläche aufweist, wobei die erste Formfläche mindestens einen ersten Formabschnitt aufweist, welcher ein Gewinde aufweist, wobei zumindest der mindestens eine erste Formabschnitt mit einer Spindel verbunden ist, wobei die Spindel mit einer Gewindemutter in Verbindung steht, wobei das mindestens eine erste Formteil gemeinsam mit der ersten Werkzeugkomponente verlagerbar ist, und wobei die Gewindemutter relativ zur ersten Werkzeugkomponente verlagerbar ist, wobei durch relative Verlagerung der Spindelmutter die Spindel zusammen mit dem mindestens einen ersten Formabschnitt in Rotation versetzbar ist.
Die Ausbildung des Formwerkzeugs ermöglicht die Herstellung von Verschlusselementen mit einem Gewindeabschnitt mit einem Gewinde aus einer Folienbahn einer Kunststofffolie, bspw. PET, in einer Thermoform-Anlage und in einem Thermoformverfahren. Dies bietet die Möglichkeit mit sehr kurzen Taktzeiten eine hohe Zahl an Verschlusselementen herzustellen. Weiterhin ist der Werkzeugaufbau des Formwerkzeugs, insbesondere gegenüber von Spritzgusswerkzeugen, einfach ausgeführt, sodass zum einen pro Formfläche eines Formwerkzeugs eine größere Anzahl an Verschlusselementen gefertigt werden kann, und zum anderen die Ausbildung des Formwerkzeugs einfach ist.
Beim Thermoformen wird in der Regel mindestens eine erste Werkzeugkomponente relativ zu einer zweiten Werkzeugkomponente bewegt, um die Formbewegung zum Umformen von Bereichen der Folienbahn auszuführen und die in einer Folienbahn gefertigten Erzeugnisse zu entformen. Bei der Herstellung von Bechern, Schalen und Kappen oder dergleichen mit einer einfachen Geometrie ohne Hinterschneidungen usw. kann ein Öffnen und Schließen von Werkzeugen mit einer ersten Werkzeugkomponente und einer zweiten Werkzeugkomponente ohne Schwierigkeiten durch Verlagerung in die jeweilige Richtung erfolgen. Zum Formen werden dann Bereiche der zuvor erwärmten Kunststofffolie durch Ansaugen (Unterdruck) und/oder Einblasen (Überdruck) eines Gases oder Gasgemischs gegen die Formfläche eines Formteils bewegt und kühlen an der Formfläche ab, wobei die Folienbahn die Gestalt des Formteils annimmt. Das Formen von Gewinden stellt jedoch die Schwierigkeit dar, dass ein Entformen nicht allein durch eine lineare Bewegung von zwei Werkzeugkomponenten voneinander weg erfolgen kann. Die Ausbildung des hier vorgestellten Formwerkzeugs ermöglicht jedoch zur Überwindung dieses Problems bei der Bewegung der ersten Werkzeugkomponente relativ von einer zweiten Werkzeugkomponente weg, eine Rotation der mindestens einen Spindel, die mit dem mindestens einen Formteil bzw. dessen Gewindeabschnitt in Verbindung steht, so dass ein Herausdrehen des Formteils bzw. dessen Gewindeabschnitts während der relativen Bewegung der ersten Werkzeugkomponente von der zweiten Werkzeugkomponente weg erfolgt. Zum Erreichen des Entformens wird die Gewindemutter linear zur ersten Werkzeugkomponente verlagert, wobei zusätzlich die gesamte erste Werkzeugkomponente verlagerbar ist.
Nach dem Entformen kann ein neuer Abschnitt einer Folienbahn in einen Formbereich zwischen der ersten Werkzeugkomponente und einer zweiten Werkzeugkomponente eingebracht werden. Bei der relativen Bewegung der ersten Werkzeugkomponente zur zweiten Werkzeugkomponente kann dann durch die Ausbildung des Formwerkzeugs ein Rotieren der Spindel in der zuvor entgegengesetzten Richtung erfolgen, wobei die Folienbahn erst dann mit dem Formteil in Kontakt tritt, wenn das erste Formwerkzeug seine Endstellung zum Umformen im Formbereich erreicht hat.
Es ist mit dem beschriebenen Formwerkzeug erstmalig möglich, Verschlusselemente mit einem Gewinde aus endlosen Folienbahnen herzustellen. Dabei ist insbesondere die Ausbildung des Formwerkzeugs einfach und ermöglicht einen Einbau in gängige Typen von Thermoformmaschinen. Über die mindestens eine Spindel und deren relative Verlagerung zur ersten Werkzeugkomponente gekoppelt mit der Verlagerung des Systems der ersten Werkzeugkomponente, wobei eine lineare Entformbewegung mit der Rotation der mindestens einen Spindel gekoppelt ist, wird ein Entformen erreicht, ohne dass verformte Bereiche (Verschlusselemente) von Kunststofffolien beziehungsweise einer Folienbahn im Bereich von Verschlusselementen verformt oder beschädigt werden.
Die mindestens eine Gewindemutter kann bspw. als Öffnung in einer Platte mit einem Gewinde ausgeführt sein. Die Verlagerung dieser Platte entlang einer Rotationsachse der Spindel führt dabei zu einer Rotation der Spindel, was schließlich zur Rotation des mindestens einen ersten Formabschnitts führt.
Dabei kann die Ausbildung des Formwerkzeugs und des mindestens einen ersten Formteils je nach Ausbildung einen Gewindeabschnitt zum Formen eines Innengewindes oder eines Außengewindes aufweisen.
Eine Spindel kann bspw. als sogenannte Gewindespindel ausgeführt sein, die aufgrund einer linearen Verlagerung der Gewindemutter im Zusammenspiel mit deren Gewinde rotiert wird. Insofern sind mit Spindel und Gewindemutter sämtliche Ausgestaltungen umfasst, die eine Rotation einer drehbar gelagerten Spindel oder Welle umfassen, die durch lineare Verlagerung einer damit in Verbindung stehenden Komponente (z.B. Gewindemutter) in Rotation versetzt wird.
In weiteren Ausführungen kann die Spindel drehbar an der ersten Werkzeugkomponente gelagert sein. Die erste Werkzeugkomponente kann bspw. an einer Platte oder dergleichen mindestens einen Stift und/oder eine Bohrung aufweisen, auf bzw. in der die mindestens eine Spindel relativ zur ersten Werkzeugkomponente rotierbar ist. In Bezug auf die drehbare Lagerung kann jedoch eine Verlagerung entlang der Rotationsachse der mindestens einen Spindel nur gemeinsam mit der ersten Werkzeugkomponente erfolgen. Die Verlagerung der mindestens einen Gewindemutter, um die Spindel in Rotation zu versetzen, erfolgt dabei unabhängig von einer Verlagerung der ersten Werkzeugkomponente.
In weiteren Ausführungen kann das mindestens eine erste Formteil mindestens einen zweiten Formabschnitt aufweisen, wobei der mindestens eine zweite Formabschnitt nicht drehbar gegenüber der ersten Werkzeugkomponente ist. Hierzu sind der mindestens eine erste Formabschnitt und der mindestens eine zweite Formabschnitt relativ zueinander drehbar. Ein zweiter Formabschnitt kann bspw. weitere Formmerkmale, insbesondere solche, die sich entlang der Rotationsachse der mindestens einen Spindel erstrecken, aufweisen, wie bspw. Einkerbungen, Zähne etc. Bspw. kann ein zweiter Formabschnitt einen Ring ausbilden. Sofern ein zweiter Formabschnitt eine homogene Oberfläche ohne Formmerkmale aufweist, wirkt sich eine Rotation des mindestens einen ersten Formteils nicht negativ auf einen zweiten Formabschnitt auf, so dieser zusammen mit dem ersten Formabschnitt rotiert werden kann. Sobald aber in Rotationsrichtung verlaufende Formmerkmale vorgesehen sind, die orthogonal zur Rotationsachse eine variable Erstreckung in radialer Richtung aufweisen, darf ein solcher zweiter Formabschnitt beim Entformen nicht rotieren.
Weiterhin ist der Durchmesser des mindestens einen zweiten Formabschnitts nach Maßgabe seiner Position relativ zum mindestens einen ersten Formabschnitt mit einem Gewinde festzulegen, damit bspw. ein Außengewinde beim Entformen nicht durch die Verlagerung des mindestens einen Formteils beschädigt wird. So kann bspw. der mindestens eine zweite Formabschnitt einen größeren Durchmesser aufweisen als der mindestens eine erste Gewindeabschnitt.
In weiteren Ausführungen kann die erste Werkzeugkomponente mit einem ersten Antrieb zur Verlagerung verbunden sein. Der erste Antrieb kann bspw. einen mechanischen hydraulischen, pneumatischen, elektrischen, etc. Antrieb aufweisen. Bspw. der erste Antrieb als Kniehebelpresse oder Spindelpresse ausgeführt sein und zur Verlagerung eines Werkzeugtisch der ersten Werkzeugkomponente mit dieser verbunden sein.
In weiteren Ausführungen kann die Gewindemutter zur Verlagerung mit einem zweiten Antrieb verbunden sein. Der zweite Antrieb kann bspw. als Linierantrieb ausgebildet sein und über eine mit der mindestens einen Gewindemutter in Verbindung stehende Einrichtung verbunden sein.
In weiteren Ausführungen können der mindestens eine erste Antrieb und der mindestens eine zweite Antrieb gekoppelt sein, so dass nach Maßgabe der Verlagerung der ersten Werkzeugkomponente automatisch eine zusätzliche Verlagerung erfolgt.
In weiteren Ausführungen können die Rotationsgeschwindigkeit und/oder eine Verlagerungsgeschwindigkeit der Gewindemutter von einem Gewindegang der Spindel und/oder einem Gewindegang des Gewindes des mindestens einen ersten Formabschnitts und/oder einer Verlagerungsgeschwindigkeit der ersten Werkzeugkomponente abhängig sein, so dass eine angepasste Verlagerung beim Entformen erfolgt.
In weiteren Ausführungen kann das Formwerkzeug mindestens eine Führung für eine lineare Verlagerung der mindestens einen Spindel aufweisen. Die mindestens eine Führung stellt sicher, dass die Gewindemutter, welche bspw. als Gewindebohrung in einer Platte ausgeführt ist, nicht selbst rotiert.
In weiteren Ausführungen kann die erste Werkzeugkomponente einen Werkzeugtisch aufweisen oder mit einem Werkzeugtisch verbunden sein, der über einen ersten Antrieb verlagerbar ist, wobei das Formwerkzeug ferner eine Gewindeplatte mit einer Vielzahl an Öffnungen mit einem Innengewinde aufweist, die als Gewindemutter für darin geführte Spindeln dienen, wobei jede der Spindeln mit einem ersten Formabschnitt einer korrespondierenden Vielzahl an ersten Formteilen verbunden und um parallel zur Verlagerungsrichtung des Werkzeugtischs verlaufende Achse am Werkzeugtisch drehbar gelagert ist, und wobei die Gewindeplatte relativ zum Werkzeugtisch linear verlagerbar ist. In einer solchen Ausführung kann gleichzeitig eine Vielzahl an Verschlusselementen gefertigt werden. Bei einem solchen Formwerkzeug kann die Rotation aller Spindeln durch eine lineare Verlagerung der Gewindeplatte erreicht werden, wofür nur ein Antrieb erforderlich ist.
In weiteren Ausführungen kann das Formwerkzeug eine zweite Werkzeugkomponente aufweisen, die mindestens einen Formraum aufweist, wobei die erste Werkzeugkomponente und die zweite Werkzeugkomponente relativ zueinander verlagerbar sind und im geschlossenen Zustand des Formwerkzeugs eine Kavität zwischen der ersten Formfläche des mindestens einen ersten Formteils und dem mindestens einen Formraum der zweiten Werkzeugkomponente ausbilden.
Die erste Werkzeugkomponente kann in weiteren Ausführungen zusätzlich einen Spannrahmen aufweisen, der über ein korrespondierendes Gegenstück, wie bspw. eine Niederhaltebrille, verlagert werden kann. Der Spannrahmen kann bspw. federgelagert sein und über die Niederhaltebrille nach unten gedrückt werden. Dabei wird zwischen der Niederhaltebrille und dem Spannrahmen eine Folie geklemmt, bevor mindestens ein Formteil in Kontakt mit der vorgewärmten Folie kommt. Beim Schließen des Formwerkzeugs durch relative Verlagerung der ersten Werkzeugkomponente und der zweiten Werkzeugkomponente kann durch einen federgelagerten Spannrahmen der Spanndruck erhöht werden.
In weiteren Ausführungen kann mindestes die erste Werkzeugkomponente und/oder eine zweite Werkzeugkomponente Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks und/oder eines Überdrucks in dem mindestens einen Formteil und/oder eines Formraums einer zweiten Werkzeugkomponente aufweisen. Damit lässt sich im klassischen Thermoformprozess ein Verschlusselement mit einem Gewinde formen, wobei Bereiche einer erwärmten Folienbahn mittels Unterdrucks und/oder Überdruck auf eine formgebende Oberfläche gebracht werden.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch durch eine Thermoformeinrichtung zum Formen mindestens eines Verschlusselements mit einem Gewindeabschnitt gelöst, mindestens aufweisend ein Formwerkzeug gemäß einer der vorstehenden Ausführungen, eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer Kunststofffolie, wobei die Kunststofffolie vorzugsweise eine PET-Folie ist, und eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der Kunststofffolie.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Formen mindestens eines Verschlusselements mit einem Gewindeabschnitt gelöst, aufweisend die folgenden Schritte

- Bereitstellen einer Kunststofffolie,
- Erwärmen der Kunststofffolie,
- Zuführen der Kunststofffolie in einen Formbereich zwischen einer ersten Werkzeugkomponente und einer zweiten Komponente, die relativ zueinander verlagerbar sind,
- relatives Verlagern der ersten Werkzeugkomponente und der zweiten Werkzeugkomponente, wobei Bereiche der Kunststofffolie in Anlage mit einer ersten Formfläche mindestens eines ersten Formteils der ersten Werkzeugkomponente kommen, wobei die erste Formfläche mindestens einen ersten Formabschnitt aufweist, welcher ein Gewinde aufweist,
- Umformen der Kunststofffolie in mindestens einer zwischen der ersten Formfläche des mindestens einen ersten Formteils und mindestens einem Formraum der zweiten Werkzeugkomponente gebildeten Kavität, wobei mindestens ein Verschlusselement mit einem Gewinde gebildet wird, und
- Entformen der umgeformten Kunststofffolie, wobei zumindest der mindestens eine erste Formabschnitt mit einer Spindel verbunden ist und die Spindel mit einer Gewindemutter in Verbindung steht, durch gemeinsames Verlagern des mindestens einen ersten Formteils und der ersten Werkzeugkomponente, wobei die Gewindemutter relativ zur ersten Werkzeugkomponente linear verlagert wird und durch die relative Verlagerung der Spindelmutter gegenüber der ersten Werkzeugkomponente die Spindel zusammen mit dem mindestens einen ersten Formabschnitt in Rotation versetzt wird, um das mindestens eine Formteil vom geformten Verschlusselement zu entfernen.

Wie bereits vorstehend in Bezug auf das Formwerkzeug beschrieben, lassen sich durch das Verfahren Verschlusselemente mit einem Gewinde einfach und kostengünstig in hoher Stückzahl herstellen.
In weiteren Ausführungen kann während des Umformens ein im Wesentlichen orthogonal zum ersten Formabschnitt verlaufender Rand ausgeformt werden, der in einem nachfolgenden Schritt gestanzt, perforiert und/oder zur Ausbildung von hakenförmigen Elementen umgebogen wird. Hierbei kann das mindestens eine erste Formteil bzw. die erste Werkzeugkomponente einen Formabschnitt für den Rand aufweisen. Dieser Rand kann anschließend gestanzt werden, wobei abstehende Flaps gebildet werden, welche danach zur Ausbildung von widerhaken-ähnlichen Elementen zusätzlich umgebogen werden können. Darüber hinaus kann ein Bereich des geformten Verschlusses perforiert werden, um ein Abreißen des Rands vom restlichen Verschluss zu ermöglichen, wenn bspw. der Verschluss erstmalig nach dem Aufbringen auf einem Behälter geöffnet wird. Je nach Ausbildung der Perforierung kann bspw. der Rand mit den Flaps an einem entsprechenden Abschnitt eines Behälters verbleiben, wobei der restliche Verschluss über einen nicht-perforierten Bereich mit dem Rand verbunden bleibt.
In weiteren Ausführungen können ausgeformte Verschlusselemente mit einem Gewinde nach der Ausbildung weiterverarbeitet und bspw. an einem geschlossenen Ende geöffnet werden, um bspw. Ringe oder Rohrabschnitte mit einem Innen- und/oder Außengewinde herzustellen.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Darstellung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren.
Kurzbeschreibung der Figuren
In den Zeichnungen zeigt:

1 eine schematische Schnittansicht eines Flaschenhalses mit aufgeschraubtem Deckel;
2 eine schematische Darstellung eines Deckels in perspektivischer Ansicht in einem Zwischenschritt;
3 eine schematische Darstellung eines Deckels in perspektivischer Ansicht;
4 eine schematische Schnittansicht eines Deckels;
5 eine weitere schematische Schnittansicht eines Flaschenhalses mit aufgeschraubtem Deckel;
6 schematische Darstellungen einer ersten Werkzeugkomponente;
7 eine schematische Darstellung eines Formwerkzeugs mit einer ersten Werkzeugkomponente und einer zweiten Werkzeugkomponente in einer weiteren Ausführungsform;
8 eine schematische Darstellung der Ausbildung einer Nut in weiteren Ausführungen eines Deckels; und
9 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen von Deckeln.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Nachfolgend werden mit Bezug auf die Figuren Ausführungsbeispiele der hierin beschriebenen technischen Lehre dargestellt. Für gleiche Komponenten, Teile und Abläufe werden in der Figurenbeschreibung gleiche Bezugszeichen verwendet. Für die hierin offenbarte technische Lehre unwesentliche oder für einen Fachmann sich erschließende Komponenten, Teile und Abläufe werden nicht explizit wiedergegeben. Im Singular angegebene Merkmale sind auch im Plural mitumfasst, sofern nicht explizit etwas anderes ausgeführt ist. Dies betrifft insbesondere Angaben wie „ein“ oder „eine“.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Flaschenhalses 210 einer in 1 nur teilweise dargestellten Flasche 200 (Behälter) mit aufgeschraubtem Deckel 100, welcher als Verschlusselement für die Flasche 200 verwendet wird. In der nachfolgenden Figurenbeschreibung wird der Begriff „Deckel“ auch als Synonym für „Verschlusselement“ verwendet. So können Verschlusselemente auch eine andere Ausgestaltung aufweisen, wie in den exemplarischen Ausführungsbeispielen in den Figuren gezeigt. Bspw. können Verschlusselemente anstelle eines Innengewindes zum Verschließen einer Behälteröffnung von außen ein Außengewinde aufweisen, welches in eine entsprechend ausgebildete Behälteröffnung eingedreht werden kann.
Der Flaschenhals 210 weist eine, insbesondere für Kunststoffflaschen aus PET, typische Ausbildung auf. Der Flaschenhals 210 weist an seinem oberen offenen Ende zunächst ein Flaschengewinde 212 auf, welches als Außengewinde ausgeführt ist. Unterhalb des Flaschengewindes 212 erstreckt sich umlaufend etwas beabstandet ein umlaufend ausgebildeter Widerhaken 220, der im Zusammenspiel mit Widerhaken eines Deckels 100, wobei die Widerhaken auch als Flaps 134 bezeichnet werden, ein Öffnen der Flasche 200 nach dem erstmaligen Verschließen durch einen Deckel 100 erschwert und durch Aufreißen einer Perforation 150 am Deckel 100 sichtbar macht. Etwas unterhalb des Widerhaken 220 befindet sich ein umlaufender Ring 224.
Der Deckel 100 weist einen Gewindeabschnitt 110, einen zentralen Deckelabschnitt 120, einen Flanschabschnitt und einen Ring 130 auf. Der zentrale Deckelabschnitt 120 weist eine Wölbung 122 auf, die nach unten gerichtet ist. Vom Rand des gewölbten Bereichs des zentralen Deckelabschnitts 120 erstreckt sich parallel zum Flaschenhals 210 der Flanschabschnitt 114. Der Flanschabschnitt 114 des Deckels 100 bildet einen Dichtflansch 116 aus, über den der Deckel 100 gegen die Innenwand des Flaschenhalses 210 gedrückt wird. Der Druck auf den Dichtflansch 116 wird über die Wölbung 122 ausgeübt. Dabei ist der Druck auf den Dichtflansch 116 bzw. den Flanschabschnitt 114 umso größer, je größer der Druck auf die Wölbung 122 ist. Bspw. kann durch insbesondere in einer Flasche 200 mit einem kohlensäurehaltigen Getränk ein hoher Innendruck, bspw. im Bereich bis zu 7 bar, vorherrschen. Dieser hohe Druck wird, wie über die Pfeile in 1 gezeigt, über die Wölbung 122 auf den Flanschabschnitt 114 übertragen, so dass bei steigendem Innendruck in der Flasche 200 die Presswirkung im Bereich des Flanschabschnitts 114 zunimmt. Die Höhe bzw. Erstreckung des Dichtflanschs 116 bzw. des Flanschabschnitts 114 kann zusätzlich die Abdichtung im Bereich des Dichtflanschs 116 beeinflussen. Bspw. beträgt die Höhe im Flanschabschnitt 114 mindestens 2 mm.
Der Radius der Wölbung 122 beträgt vorzugsweise das 1,5-fache des Innendurchmessers des Flaschenhalses 210 ⁺/_- 20 %.
Ausgehend vom Flanschabschnitt 114 erstreckt sich umlaufend ein Deckelrand 124 über einen korrespondierenden Rand des Flaschenhalses 210. An der Außenseite des Deckels 100 erstreckt sich umlaufend der Gewindeabschnitt 110 mit einem Gewindegang 112. Das als Innengewinde ausgebildete Gewinde des Deckels 100 korrespondiert zum Flaschengewinde 212, das als Außengewinde ausgeführt ist. unterhalb des Gewindeabschnitts 110 weist der Deckel 100 einen als Ring 130 ausgebildeten Bereich auf, der einen zweiten Abschnitt mit einer Verzahnung 140 und einen Sicherungsabschnitt 132 aufweist. Der Sicherungsabschnitt 132 weist Flaps 134 auf, die am unteren Ende des Deckels 100 umgebogen sind und als Widerhaken sich an der Unterseite des umlaufend ausgebildeten Widerhakens 220 abstützen. Zusätzlich weist der Sicherungsabschnitt 132 eine Perforierung 150 auf, die sich zwischen dem Bereich mit den Flaps 134 und der Verzahnung erstreckt. Die Perforierung 150 verläuft nicht vollständig um den Deckel 100. Beim erstmaligen Öffnen des Deckels 100 kommt es im Bereich der Perforierung 150 zu einer Trennung des unteren Teils mit den Flaps 134 und dem darüber liegenden Abschnitt mit der Verzahnung 140. Der untere Teil mit den Flaps 134 verbleibt dabei am Flaschenhals 210 und der restliche Deckel 100 kann vom Flaschenhals 210 entfernt werden, wobei beide Teile über einen nicht-perforierten Abschnitt miteinander verbunden bleiben.
Wie in den Figuren gezeigt, weist der Bereich des Deckels 100 mit dem Ring 130 einen größeren Durchmesser auf, wie der Gewindeabschnitt 110. Dabei ist bei der Darstellung in 1 zu berücksichtigen, dass die Flaps 134 in einem umgebogenen Zustand gezeigt sind.
Die Wahl der Durchmesser resultiert aus der Ausbildung des Formwerkzeugs und insbesondere dem Gewindeabschnitt 110, damit bei einem Entformen kein Verkanten oder Sperren aufgrund der Entformbewegung auftritt.
Bei der Herstellung von Deckeln 100 wird zunächst ein Ring am unteren, offenen Ende eines Deckels 100 ausgebildet. Dieser Ring erstreckt sich im Wesentlichen in einer Ebene orthogonal zur Hochachse durch den Deckel 100. 2 zeigt einen Deckel 100 in einem Zwischenschritt bei der Herstellung mit einem Ring, der bereits gestanzt worden ist.
Die Ausbildung der Flaps 134 erfolgt in mehreren Schritten. Zunächst wird beim Umformen aus einer vorgewärmten Folienbahn, vorzugsweise aus einem PET, ein Deckel 100 geformt, der am unteren Ende einen umlaufenden Rand aufweist, wie in 2 schematisch durch die gestrichelte Linie gezeigt. Anschließend wird der Rand in einem nachgelagerten Bearbeitungsschritt gestanzt, wobei Bereiche des Rands ausgeschnitten werden. Es verbleiben danach abstehende Bereiche, wie in 2 angedeutet. Die Bereiche werden anschließend umgebogen und bilden danach die nach innen gerichteten Flaps 134 aus, die beim Aufsetzen eines Deckels 100 auf einen Flaschenhals 210 den Widerhaken 220 hintergreifen und damit den Deckel 100 am Flaschenhals 210 sichern. Die gebogene Ausgestaltung der Flaps 134 unterstützt das Aufsetzen auf den Flaschenhals 210 und die Überführung im Bereich des Widerhakens 220.
In einem weiteren Bearbeitungsschritt wird zudem der Verriegelungsabschnitt unterhalb der Verzahnung 140 perforiert. Hierzu können spezielle Maschinen („Slitter“) zum Einsatz kommen, wie sie bereits für ein Schlitzen von Spitzguss-Deckeln verwendet werden. In weiteren Ausführungen kann ein Schlitzen als nachgelagerter Verarbeitungsschritte in einer Maschine zur Herstellung von Deckeln 100 vorgesehen sein. Für ein maschinelles Perforierung in solchen Maschinen ist im gezeigten Ausführungsbeispiel die Verzahnung 140 vorgesehen. Die Verzahnung 140 kann für eine weitere Verarbeitung des Deckels 100 mit einem Antriebszahnrad oder -ritzel in Eingriff gebracht und damit während der weiteren Verarbeitung kontrolliert angetrieben werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Deckels 100 in perspektivischer Ansicht, wobei die Ausbildung der Perforierung 150 gezeigt ist. Die Perforierung 150 im gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich unterhalb des Abschnitts mit der Verzahnung 140 und weist eine Vielzahl an umfangsseitig vorgesehenen Längsschlitzen auf, wobei ein Bereich keine Perforierung 150 aufweist, damit nach dem erstmaligen Öffnen des Deckels 100 dieser über den unteren Teil mit dem Flaschenhals 210 verbunden bleibt.
4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Deckels 100. Dort ist die Ausbildung der Flaps 134 und der Perforierung 150 ersichtlich, wobei die Schlitze der Perforierung 150 das Material der Folienbahn vollständig durchdringen.
Der Deckel 100 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen gleichbleibende Dicke im gesamten Bereich auf. Während des Thermoformens mit heißen Formwerkzeugen 400 kann es zu einem Materialschwund bzw. Verdünnung kommen. Deckel 100 können in einem Thermoformverfahren und mittels eines Formwerkzeugs 400 mit verschiedenen Dicken aus einer Kunststofffolie herstellen, wobei eine Folienbahn 300 bzw. Kunststofffolie mit einer Dicke von 0,5mm bis 2,0mm zum Einsatz kommt.
5 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht eines Flaschenhalses 210 mit einem aufgeschraubten Deckel 100. Der innere Durchmesser D₁ im Bereich des Rings 130 ist dabei größer wie der innere Durchmesser D₂ im Bereich des Gewindeabschnitts 110, so dass ein entsprechendes Formteil 440 eines Formwerkzeugs 400 beim Entformen, wie nachfolgend beschrieben, nicht in Kontakt mit den umgeformten Bereichen des Rings 130 kommt. In 5 sind die Flaps 134 im Sicherungsabschnitt 132 bereits fertig ausgebildet. Beim Entformen sind die Flaps 134 noch nicht ausgebildet, sondern stehen als vorständig ausgebildeter Ring seitlich ab, wie in 5 schematisch durch die gestrichelten Linien gezeigt. Es ist somit ersichtlich, dass es beim Entformen mittels eines entsprechend ausgebildeten Formteils 440 damit nicht zu einer Kollision zwischen Formwerkzeug und umgeformten Folienabschnitt kommen kann.
6 zeigt schematische Darstellungen einer ersten Werkzeugkomponente 410 eines Formwerkzeugs 400, das in einer Thermoformmaschine zum Umformen und Herstellen von Deckeln 100 aus einem thermoformbaren Folienmaterial, insbesondere PET, zum Einsatz kommen kann. Die beispielhafte Ausführung zeigt einen Werkzeugtisch 412 der ersten Werkzeugkomponente 410, der mit einem ersten Antrieb gekoppelt ist. Über den ersten Antrieb kann der Werkzeugtisch 412 und damit die damit verbundenen Komponenten in einer Verlagerungsrichtung relativ zu einer zweiten Werkzeugkomponente 450 zum Schließen eines Formwerkzeugs 400 verlagert werden. Ein erster Antrieb kann bspw. einen Spindelantrieb oder Kniehebel umfassen.
Ein Werkzeugkörper 414 ist mit dem Werkzeugtisch 412 verbunden und ist über den ersten Antrieb gemeinsam mit dem Werkzeugtisch 412 verlagerbar. Der Werkzeugkörper 414 weist einen Rahmen auf, der zur Aufnahme weiterer Komponenten dient. Der Werkzeugkörper 414 bzw. der Rahmen weisen eine Werkzeugplatte 428 auf, die fest mit dem Werkzeugkörper 414 verbunden und gegenüber dem Werkzeugkörper 414 und dem Werkzeugtisch 412 nicht verlagerbar. Die Werkzeugplatte 428 weist Öffnungen auf, in denen Antriebsstangen 424 geführt sind, welche an ihrem unteren Ende mit einer Antriebsplatte 422 verbunden sind. Die Antriebsplatte 422 ist über einen zweiten Antrieb, bspw. einen Linearantrieb 430, unabhängig vom ersten Antrieb verlagerbar. Der zweite Antrieb kann mit einer Bewegung des Werkzeugtisches 412 gekoppelt sein, so dass die Komponenten für eine Verlagerung durch den zweiten Antrieb gemeinsam mit einer Verlagerung des Werkzeugtisches 412 verlagert werden können. Dabei kann die Verlagerung des zweiten Antriebs jedoch unabhängig vom ersten Antrieb erfolgen. In weiteren Ausführungen können die Komponenten für eine Verlagerung durch den zweiten Antrieb nicht mit dem Werkzeugtisch 412 verbunden sein.
Die Antriebsstangen 424 sind mit einer Gewindeplatte 416 an ihrem oberen Ende verbunden. Die Gewindeplatte 416 weist eine Öffnung auf, welche ein Innengewinde aufweist, das als Gewindemutter 418 für eine Gewindespindel 420 dient. Alternativ kann an der Gewindeplatte 416 eine separate Gewindemutter 418 angeordnet sein. Die Gewindespindel 420 ist drehbar an der Antriebsplatte 422 gelagert. Hierzu kann die Antriebsplatte 422 bspw. eine Öffnung aufweisen, in welche ein unteres Ende der Gewindespindel 422 eingesetzt ist. In weiteren Ausführungen kann die Antriebsplatte 422 einen Stift, Bolzen oder eine Welle aufweisen, auf welche eine Gewindespindel 420 mit einer entsprechenden Aufnahme aufgesetzt und hierüber drehbar ist. Die Position der Gewindespindel 420 relativ zur Antriebsplatte 422 ist dabei nicht veränderbar. Die Gewindespindel 420 ist hierüber nur drehbar gelagert.
Ein oberes Ende der Gewindespindel 420 ist durch eine entsprechende Öffnung im Werkzeugkörper 412 geführt und an seinem oberen Ende mit einem Formteil 440 verbunden oder die Gewindespindel 420 ist an ihrem oberen Ende als Formteil 440 ausgebildet. Das Formteil 440 befindet in dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf einer Kontaktfläche 415 des Werkzeugkörpers 414.
Bei einer Verlagerung der Antriebsplatte 422 durch den Linearantrieb 430 kommt es zu einer geführten, linearen Verlagerung der Gewindeplatte 416 mit der Gewindemutter 418. Die Verlagerung der Gewindeplatte 416 führt zu einer Rotation der Gewindespindel 420 und damit zur Rotation des Formteils 440. Zugleich kann zum Entformen der gesamte Werkzeugtisch 412 mit dem Formteil 440 über den ersten Antrieb verlagert werden, bspw. nach unten, so dass ein Herausdrehen eines ersten Formabschnitts 442 mit einem Gewinde 443 des Formteils 440 bei einer gleichzeitigen Verlagerung des Formteils 440 nach unten erfolgt. Damit wird ein Entformen von thermogeformten Gewinden ermöglicht.
Das Formteil 440 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen zweiten Formabschnitt 444, der eine Verzahnung 445 aufweist, und einen dritten Formabschnitt 446 auf. Der zweite Formabschnitt 444 und der dritte Formabschnitt 446 sind in dem Ausführungsbeispiel anders als der Formabschnitt 442 mit dem Gewinde 443 nicht drehbar. In solchen Ausführungen können der zweite Formabschnitt 444 und der dritte Formabschnitt 446 bspw. fest mit dem Werkzeugkörper 414 verbunden sein. In weiteren Ausführungen können der zweite Formabschnitt 444 und der dritte Formabschnitt 446 mit dem Werkzeugkörper 414 reversibel verbunden und über Rastmerkmale gegen ein Verdrehen gesichert sein. In noch weiteren Ausführungen können der zweite Formabschnitt 444 und der dritte Formabschnitt 446 eine Einheit ausbilden. Der zweite Formabschnitt 444 und der dritte Formabschnitt 446 können eine durchgehende Öffnung aufweisen, in welcher eine Welle oder dergleichen geführt ist, welche den ersten Formabschnitt 442 mit der Gewindespindel 420 verbindet, so dass eine Rotation der Gewindespindel 420 nur zu einer Rotation des ersten Formabschnitts 442 mit dem Gewinde 443, nicht aber des zweiten Formabschnitts 444 und des dritten Formabschnitts 446 des Formteils 440 führt. Damit wird sichergestellt, dass eine Verzahnung 445 während des Entformens nicht rotiert wird und damit ein entsprechend geformter Bereich des Deckels 100 mit einer Verzahnung 140 erhalten bleibt.
Das Formteil 440 weist in einem zentralen Bereich zur Ausbildung einer Wölbung 122 ein Senke 448 als Formfläche auf.
In 6 ist der Zustand nach dem Entformen gezeigt, wobei in einem Bereich einer Folienbahn 300 aus einer PET-Folie ein Deckel 100 geformt und der geformte Deckel 100 entformt wurde. Die Folienbahn 300 mit dem Deckel 100, der im Wesentlichen noch nicht final ausgebildet ist, wird danach weiterverarbeitet und bspw. gestanzt und ausgestanzte Bereiche zur Ausbildung von Flaps 134 umgebogen und der Deckel 100 im Bereich des Rings 130 perforiert.
Zum Formen von Deckeln 100 aus einer PET wird zunächst eine vorgewärmte Folienbahn 300 in einen Formbereich zwischen einer ersten Werkzeugkomponente 410 und einer zweiten Werkzeugkomponente 450 eines Formwerkzeugs 400 gebracht. Danach das Formwerkzeug 400 durch relative Verlagerung der ersten Werkzeugkomponente 410 und der zweiten Werkzeugkomponente 450 geschlossen, wobei die Folienbahn 300 in Anlage mit der Kontaktfläche 415 und der Formfläche des Formteils 440 kommt. Anschließend wird die Folienbahn 300 zumindest im Bereich von Deckeln 100 bzw. des Formteils 440 angesaugt und/oder mittels Überdrucks auf die Formfläche des Formteils 440 gedrückt, wobei die Folie sich an die Oberfläche des Formteils 440 und bereichsweise der Kontaktfläche 415 angelegt und die Form der Formfläche annimmt. Zudem erfolgt dabei an der relativ kalten Oberfläche der Formflächen ein Abkühlen der Folie, so dass ein Aushärten der Folie erfolgt. Anschließend muss der Deckel 100 entformt werden, wobei hierzu eine kombinierte Bewegung über den ersten Antrieb und den zweiten Antrieb erfolgt.
Hierbei können der erste Antrieb und der zweite Antrieb miteinander gekoppelt sein, wobei eine Zwangssteuerung vorgesehen ist. Dabei kann eine lineare Bewegung der Antriebsplatte 422 und damit der Gewindeplatte 416 sowie eine Rotation der Gewindespindel 420 und somit des ersten Formabschnitts 442 mit Gewinde 443 von einer Verlagerung des Werkzeugtisches 412 abhängig und darüber bestimmt werden.
Während der Bewegung des Werkzeugtisches 412 weg vom Formbereich, bspw. nach unten, erfolgt eine Rotation des ersten Formabschnitts 442, so dass das Gewinde 443 aus dem geformten Gewindeabschnitt 110 des Deckels 100 herausgedreht wird. Hierbei ist die Dimensionierung des Deckels 100 und dessen Gewindegangs 122 zu berücksichtigen. Entsprechend müssen dann die Verfahrbewegungen des ersten Antriebs und des zweiten Antriebs aufeinander abgestimmt werden. Ferner ist die Steigung des Gewindegangs der Gewindespindel 420 auszulegen und auf die benötigte Bewegung und Rotation auszulegen.
Die Rotation des ersten Formabschnitts 442 mit dem Gewinde 443 und die Verlagerung des Werkzeugtisches 412 sind dabei so auszulegen, dass ein Herausdrehen des Formabschnitts 442 ohne Beschädigung des geformten Gewindeabschnitts 110 des Deckels erfolgt. Nachdem der erste Formabschnitt 442 aus dem Gewindeabschnitt 110 herausgedreht wurde, kann eine weitere Rotation unterbrochen werden und das Formteil 440 über die Verlagerung des Werkzeugtisches 412 allein erfolgen. Da die Durchmesser D₁ und D₂ (siehe 5) entsprechend gewählt sind, kommt es bei der Verlagerung des Formteils 440 durch die unterschiedlichen Abschnitte 442, 444, 446 zu keiner Blockade oder Beschädigung.
Die Verlagerung über den Werkzeugtisch 412 kann dabei in zwei Abschnitte unterteilt sein, wobei die beiden Abschnitte unterschiedlich schnell durchlaufen werden können. Bspw. kann eine Verlagerung des Werkzeugtisches 412 nach dem Herausdrehen des ersten Formabschnitts 442 aus dem Gewindeabschnitt 110 schneller erfolgen.
Nach dem Entformen wird der Bereich der Folienbahn 300 mit dem ausgeformten Deckel 100 aus dem Formbereich herausgefahren und ein neuer Abschnitt der Folienbahn 300 kann wie vorstehend beschrieben umgeformt werden. Hierzu fährt das Formwerkzeug 400 wieder in eine geschlossene Position. Damit in entsprechender Weise das Entformen, wie vorstehend beschrieben, wiederholt werden kann, muss zuvor die Gewindeplatte 416 über eine Verlagerung der Antriebsplatte 422 durch den Linearantrieb 430 wieder in ihre Ausgangstellung verbracht werden. In der Ausgangsstellung kann sich, je nach Ausbildung des Gewindes (links- oder rechtsdrehendes Gewinde), die Gewindeplatte 416 in einem oberen Bereich oder in einem unteren Bereich des Werkzeugkörpers 414 befinden.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Formwerkzeugs 400 mit einer ersten Werkzeugkomponente 410 und einer zweiten Werkzeugkomponente 450 in einer weiteren Ausführungsform.
Das Formwerkzeug 400 von 7 ist zum gleichzeitigen Formen einer Vielzahl an Deckeln 100 ausgebildet. Hierzu weist die erste Werkzeugkomponente 410 eine Antriebsplatte 422 auf, die wie die Antriebsplatte 422 der Ausführung von 6 über einen Linearantrieb 430 linear verlagerbar ist. Die Antriebsplatte 422 ist über eine Vielzahl an Säulen 426 geführt. Die Säulen 426 sind an ihrem unteren Ende mit dem Werkzeugtisch 412 und an ihrem gegenüberliegenden oberen Ende mit der Werkzeugplatte 428 verbunden. Die Werkzeugplatte 428 weist Öffnungen auf, durch die Antriebsstangen 424 geführt sind. Die Antriebsstangen 424 sind mit der Antriebsplatte 422 und mit einer Gewindeplatte 416 verbunden. Die Gewindeplatte 416 weist eine Vielzahl an Öffnungen auf. Im Bereich der Öffnungen befinden sich Gewindemuttern 418. Die Gewindemuttern 418 stehen mit Gewindespindeln 420 in Eingriff. Die Gewindespindeln 420 sind drehbar an der Werkzeugplatte 428 gelagert und sind an ihrem oberen Ende mit Formteilen 440 bzw. einem ersten Formabschnitt 442 der Formteile 440 verbunden.
Die zweite Werkzeugkomponente 450 weist einen Werkzeugtisch 452 auf, der über einen separaten Antrieb oder einen mit dem ersten Antrieb gekoppelten bzw. synchronisierten Antrieb eine Verlagerung der zweiten Werkzeugkomponente 450 ausführt. An dem Werkzeugtisch 452 ist ein Werkzeugkörper 454 angeordnet. Der Werkzeugkörper 454 weist eine Niederhaltebrille 480 auf. Die Niederhaltebrille 480 weist eine der Anzahl an Formteilen 440 entsprechende Anzahl an Öffnungen auf, welchen einen Formraum 456 im Zusammenspiel mit den Formteilen 440 definieren.
Die erste Werkzeugkomponente 410 weist ferner einen über Federn 433 gelagerten Spannrahmen 432 auf. Der Spannrahmen 432 weist eine der Anzahl an Formteilen 440 entsprechende Anzahl an Öffnungen auf.
Zum Formen von Deckeln 100 wird zunächst eine Folienbahn in den Formbereich zwischen der ersten Werkzeugkomponente 410 und der zweiten Werkzeugkomponente 450 des geöffneten Formwerkzeugs 400 eingebracht. 7 zeigt ein geöffnetes Formwerkzeug 400. Die über eine vorgelagerte Vorwärmstation einer Thermoformanlage vorgewärmte Folienbahn 300 befindet sich dann in Anlage mit der Kontaktfläche 415 bzw. erstreckt sich über der Kontaktfläche 415 mit einem geringen Abstand.
Anschließend werden die erste Werkzeugkomponente 410 und die zweite Werkzeugkomponente 450 relativ zueinander verlagert, wobei die Folienbahn 300 auf der Kontaktfläche 415 zum Liegen kommt. Bei weiterer relativer Verlagerung der ersten Werkzeugkomponente 410 und der zweiten Werkzeugkomponente 450 gelangt die Niederhaltebrille 480 in Kontakt mit der Folienbahn und drückt diese gegen die Formfläche 415, wobei der Spannrahmen 432 beim weiteren Schließen des Formwerkzeugs 440 über die Niederhaltebrille 480 gegen die Kraft der Federn 433 nach unten gedrückt wird. Dabei treten die Formteile 440 an der Formfläche 415 des Spannrahmens 432 hervor und formen die Folienbahn vor. Im geschlossenen Zustand des Formwerkzeugs 440 sind die zu verformenden Bereiche der Folienbahn 300 von den Rändern der Öffnungen der Niederhaltebrille 480 gegen die Formfläche 415 gehalten. Im Inneren der Öffnungen der Niederhaltebrille 480 sind die Bereiche der Folienbahn einerseits über die Niederhaltebrille 480 gehalten und andererseits durch die aus der Formfläche 415 hervorgetretenen Formteile 440 vorgeformt. Anschließend erfolgt ein Ansaugen der Folie in den über die Niederhaltebrille 480 gehaltenen Bereichen über entsprechende Ansaugkanäle der ersten Werkzeugkomponente 410. Alternativ oder zusätzlich kann in dem Formraum 456 ein Überdruck erzeugt werden. Bei den vorstehenden Varianten wird die Folie an die Oberflächen des Formteile 440 und partiell an die Formfläche 415 in den jeweiligen Bereichen gedrückt, so dass die Folie entsprechend umgeformt wird. Da die Formfläche 415 und die Oberflächen (Formabschnitte) der Formteile 440 nicht aktiv erwärmt werden, kommt es dabei zu einem schlagartigen Abkühlen, wobei die Folie die Form der Formteile 440 einnimmt. In weiteren Ausführungen können mindestens Bereiche der Werkzeugkomponenten aktiv gekühlt werden, um ein rasches Abkühlen zu unterstützen. Die Werkzeugkomponenten bestehen hierzu aus einem Metall oder einer Metalllegierung (bspw. Aluminium) mit hoher Wärmeleitfähigkeit zum Abführen der über die Folienbahn 300 eingebrachten thermischen Energie.
Nach dem Umformen wird das Entformen der geformten Deckel 100 in der Folienbahn 300 durchgeführt, wie bereits für die Ausführung von 6 beschrieben, wobei bei einer linearen Verlagerung der ersten Werkzeugkomponente 410 zugleich eine Rotation der ersten Formabschnitte 442 der Formteile 440 erfolgt. Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform erfolgt die Verlagerung der Antriebsplatte 422 und die Rotation aller Gewindespindeln 420 sowie der zugehörigen Formteile 440 bzw. der drehbaren Teile der Formteile 440, in der Ausführung von 7 der ersten Formabschnitte 442 mit Gewinde 443, über einen einzigen zweiten Antrieb bzw. über einen einzeln Linearantrieb 430. Es ist dabei nicht notwendig, für jede der Gewindespindeln 420 einen separaten Antrieb vorzusehen. Somit kann eine Vielzahl an Deckeln 100 mit einer einfachen Werkzeugausführung erfolgen, wobei thermogeformte Deckel 100 mit einem Gewinde gefertigt werden können.
Die Ausbildung des Formwerkzeugs 400 sowie der Werkzeugkomponenten 410 und 450 kann sich vom gezeigten Ausführungsbeispiel der 6 und 7 in weiteren Ausführungen unterscheiden.
Anstelle der Verlagerung über eine Gewindespindel 420 kann auch ein gleichwertiger Antrieb verwendet werden, der eine lineare Bewegung eines zweiten Antriebs, bspw. eines Linearantriebs 430, in eine Rotationsbewegung für ein Formteil 440 oder einen ersten Formabschnitt 442 mit Gewinde 443 übersetzt. Somit ist mit dem zweiten Antrieb bzw. Linearantrieb 430 auch die Verwendung gleichwertiger Antriebe umfasst.
Zusätzlich oder alternativ kann, wie schematisch in 8 angedeutet, im Bereich des Flanschabschnitts 114 eine Nut 180 oder Rinne ausgebildet werden, in welche nach Herstellung des Deckels 100 in einem Thermoformprozess Dekorationselemente, wie bspw. Scheiben eingesetzt werden können, um die Wölbung 122 von außen zu schützen und/oder eine Bezeichnung des Inhalts, des Herstellers usw. anzugeben.
Die Ausbildung einer Nut 180 ist schematisch dargestellt und kann bspw. analog zur Ausbildung von Hinterschnitten erfolgen, welche bei Deckeln oder Bechern aus Kunststoff im Thermoformverfahren bekannt sind. Für solche Hinterschnitte sind in der Regel keine beweglichen Werkzeugteile erforderlich, weil diese durch entsprechende Gestaltung der Tiefe, des Radius etc. ausreichend flexibel sind, um beim Entformen aus einer entsprechenden Formrinne etc. herausgezogen zu werden.
Die Darstellung in 8 zeigt schematisch die Ausbildung einer Nut 180. Dabei kann in Ausführungen eine Nut 180 nicht so weit nach innen ragen, also vom zentralen Deckelabschnitt 120 mit der Wölbung 120 in Richtung des Gewindeabschnitts 110 mit dem Gewinde, wie in 8 dargestellt, so dass der Deckel 100 im Wesentlichen über seine gesamte Fläche im Bereich des Flanschabschnitts 114 an einem Flaschenhals 210 oder dergleichen anliegen kann. In weiteren Ausführungen kann eine Nut 180 auch nur durch eine Verjüngung ausgebildet werden, so dass der Flanschabschnitt 114 an der einem Flaschenhals 210 oder einem anderen Behälterinnenabschnitt zugewandten Seite vollständig an diesem anliegt.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 600 zum Herstellen von Deckeln 100. Bei der Herstellung von Deckeln 100 wird in einem ersten Schritt 610 zunächst eine Kunststofffolie, beispielsweise eine PET-Folienbahnen 300, mit einer Schichtdicke im Bereich von 0,5mm bis 2,0mm bereitgestellt. Die Folienbahn 300 wird dann in einem darauffolgenden Schritt 620 einer ersten Station einer Thermoformanlage zugeführt und dort auf die Umformtemperatur vorgewärmt. Die Zuführung erfolgt dabei taktweise. Anschließend wird die vorgewärmte Folienbahn 300 in einem nachgelagerten Schritt 630 taktweise in einen Formbereich eines geöffneten Formwerkzeugs 400 (siehe bspw. 7) eingebracht.
Anschließend erfolgt in einem Schritt 640 eine relative Verlagerung einer ersten Werkzeugkomponente 410 und einer zweiten Werkzeugkomponente 450 des Formwerkzeugs 400. In einem Schritt 650 erfolgt dann ein Umformen der Folienbahn 300 in Bereichen mit Formteilen 440 zur Ausbildung von Deckeln 100. In einem nachgelagerten Schritt 660 erfolgt ein Entformen der geformten Deckel 100. Der Vorgang des Entformens 660 umfasst dabei Teilschritte, wie die Verlagerung der Werkzeugkomponenten 410 und 450 in einem Schritt 661, eine Verlagerung der Antriebsplatte 442 in einem Schritt 662, und ein Rotieren der Gewindespindeln 420 sowie der damit in Verbindung stehenden ersten Formabschnitte 442 in einem Schritt 663.
Nach dem Entformen im Schritt 660 erfolgt ein Öffnen des Formwerkzeugs 400 und die Folienbahn 300 mit den umgeformten Deckeln 100 wird aus dem Formbereich taktweise ausgebracht. Anschließend können in einem Schritt 670 weitere Bearbeitungsschritte erfolgen. Bspw. kann ein Ausstanzen 671 der Deckel 100 aus der Folienbahn 300 erfolgen. Anschließend kann eine weitere Bearbeitung in der Thermoformanlage oder einer nachgelagerten, separaten Bearbeitungsstation erfolgen. Eine Nachbearbeitung kann bspw. ein Perforieren 672 eines Rands der Deckel 100 und Umbiegen 673 von Flaps 134 umfassen.
Die vorgestellte Lösung bietet die Ausbildung von thermogeformten Deckeln 100 in hoher Stückzahl mit einem einfachen Werkzeugaufbau und stellt damit eine Alternative zu spritzgegossenen Deckeln bereit, welche Lösung im Hinblick auf die Kosten und den Materialeinsatz gegenüber herkömmlichen Deckeln und Herstellungsmethoden sowie dem dazu benötigen Werkzeug damit deutlich effizienter ist.
Bezugszeichenliste

100: Deckel
110: Gewindeabschnitt
112: Gewindegang
114: Flanschabschnitt
116: Dichtflansch
120: Deckelabschnitt
122: Wölbung
124: Deckelrand
130: Ring
132: Sicherungsabschnitt
134: Flaps
140: Verzahnung
150: Perforierung
180: Nut
200: Flasche
210: Flaschenhals
212: Flaschengewinde
220: Widerhaken
224: Ring
300: Folienbahn
400: Formwerkzeug
410: Erste Werkzeugkomponente
412: Werkzeugtisch
414: Werkzeugkörper
415: Kontaktfläche
416: Gewindeplatte
418: Gewindemutter
420: Gewindespindel
422: Antriebsplatte
424: Antriebsstange
426: Säule
428: Werkzeugplatte
430: Linearantrieb
432: Spannrahmen
433: Feder
440: Formteil
442: erster Formabschnitt
443: Gewinde
444: zweiter Formabschnitt
445: Verzahnung
446: dritter Formabschnitt
448: Formsenke
450: Zweite Werkzeugkomponente
452: Werkzeugtisch
454: Werkzeugkörper
456: Formraum
480: Niederhalterbrille
600: Verfahren
610-673: Verfahrensschritte

Claims

Formwerkzeug zum Formen mindestens eines Verschlusselements mit einem Gewindeabschnitt, mindestens aufweisend eine erste Werkzeugkomponente, die mindestens ein erstes Formteil mit einer ersten Formfläche aufweist, wobei die erste Formfläche mindestens einen ersten Formabschnitt aufweist, welcher ein Gewinde aufweist, wobei zumindest der mindestens eine erste Formabschnitt mit einer Spindel verbunden ist, wobei die Spindel mit einer Gewindemutter in Verbindung steht, wobei das mindestens eine erste Formteil gemeinsam mit der ersten Werkzeugkomponente verlagerbar ist, und wobei die Gewindemutter relativ zur ersten Werkzeugkomponente verlagerbar ist, wobei durch relative Verlagerung der Spindelmutter die Spindel zusammen mit dem mindestens einen ersten Formabschnitt in Rotation versetzbar ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Spindel drehbar an der ersten Werkzeugkomponente gelagert ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine erste Formteil mindestens einen zweiten Formabschnitt aufweist, wobei der mindestens eine zweite Formabschnitt nicht drehbar gegenüber der ersten Werkzeugkomponente ist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Werkzeugkomponente mit einem ersten Antrieb zur Verlagerung verbunden ist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gewindemutter zur Verlagerung mit einem zweiten Antrieb verbunden ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 4 und 5, wobei der mindestens eine erste Antrieb und der mindestens eine zweite Antrieb gekoppelt sind.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Rotationsgeschwindigkeit und/oder eine Verlagerungsgeschwindigkeit der Gewindemutter von einem Gewindegang der Spindel und/oder einem Gewindegang des Gewindes des mindestens einen ersten Formabschnitts und/oder einer Verlagerungsgeschwindigkeit der ersten Werkzeugkomponente abhängig ist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend mindestens eine Führung für eine lineare Verlagerung der mindestens einen Spindel.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Werkzeugkomponente einen Werkzeugtisch aufweist oder mit einem Werkzeugtisch verbunden ist, der über einen ersten Antrieb verlagerbar ist, ferner aufweisend eine Gewindeplatte mit einer Vielzahl an Öffnungen mit einem Innengewinde, die als Gewindemutter für darin geführte Spindeln dienen, wobei jede der Spindeln mit einem ersten Formabschnitt einer korrespondierenden Vielzahl an ersten Formteilen verbunden und um parallel zur Verlagerungsrichtung des Werkzeugtischs verlaufende Achse am Werkzeugtisch drehbar gelagert ist, und wobei die Gewindeplatte relativ zum Werkzeugtisch linear verlagerbar ist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend eine zweite Werkzeugkomponente, die mindestens einen Formraum aufweist, wobei die erste Werkzeugkomponente und die zweite Werkzeugkomponente relativ zueinander verlagerbar sind und im geschlossenen Zustand des Formwerkzeugs eine Kavität zwischen der ersten Formfläche des mindestens einen ersten Formteils und dem mindestens einen Formraum der zweiten Werkzeugkomponente ausbilden.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei mindestes die erste Werkzeugkomponente und/oder eine zweite Werkzeugkomponente Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks und/oder eines Überdrucks in dem mindestens einen Formteil und/oder eines Formraums einer zweiten Werkzeugkomponente aufweisen.
Thermoformeinrichtung zum Formen mindestens eines Verschlusselements mit einem Gewindeabschnitt, mindestens aufweisend ein Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer Kunststofffolie, wobei die Kunststofffolie vorzugsweise eine PET-Folie ist, und eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der Kunststofffolie.
Verfahren zum Formen mindestens eines Verschlusselements mit einem Gewindeabschnitt, aufweisend die folgenden Schritte - Bereitstellen einer Kunststofffolie, - Erwärmen der Kunststofffolie, - Zuführen der Kunststofffolie in einen Formbereich zwischen einer ersten Werkzeugkomponente und einer zweiten Komponente, die relativ zueinander verlagerbar sind, - relatives Verlagern der ersten Werkzeugkomponente und der zweiten Werkzeugkomponente, wobei Bereiche der Kunststofffolie in Anlage mit einer ersten Formfläche mindestens eines ersten Formteils der ersten Werkzeugkomponente kommen, wobei die erste Formfläche mindestens einen ersten Formabschnitt aufweist, welcher ein Gewinde aufweist, - Umformen der Kunststofffolie in mindestens einer zwischen der ersten Formfläche des mindestens einen ersten Formteils und mindestens einem Formraum der zweiten Werkzeugkomponente gebildeten Kavität, wobei mindestens ein Verschlusselement mit einem Gewinde gebildet wird, und - Entformen der umgeformten Kunststofffolie, wobei zumindest der mindestens eine erste Formabschnitt mit einer Spindel verbunden ist und die Spindel mit einer Gewindemutter in Verbindung steht, durch gemeinsames Verlagern des mindestens einen ersten Formteils und der ersten Werkzeugkomponente, wobei die Gewindemutter relativ zur ersten Werkzeugkomponente linear verlagert wird und durch die relative Verlagerung der Spindelmutter gegenüber der ersten Werkzeugkomponente die Spindel zusammen mit dem mindestens einen ersten Formabschnitt in Rotation versetzt wird, um das mindestens eine Formteil vom geformten Verschlusselement zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei während des Umformens ein im Wesentlichen orthogonal zum ersten Formabschnitt verlaufender Rand ausgeformt wird, der in einem nachfolgenden Schritt gestanzt, perforiert und/oder zur Ausbildung von hakenförmigen Elementen umgebogen wird.