DE3048996A1

DE3048996A1 - "behaelter sowie verfahren und vorrichtung zu seiner herstellung"

Info

Publication number: DE3048996A1
Application number: DE19803048996
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Fujisawa Kanagawa Take; Sigeto Sagamihara Kanagawa Tanaka; Kiyoshi Tsuzuki
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1979-12-26
Filing date: 1980-12-24
Publication date: 1981-09-17
Also published as: NL8007082A; US4374697A; US4715527A; FR2473014A1; GB2068885B; FR2473014B1; GB2068885A

Description

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- 4 BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Behälter gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Herstellung.

Die Erfindung befaßt sich mit einem Behälter, der einen Rumpf und eine Bodenplatte umfaßt, die aus kunststoff-beschichtetem Karton bestehen.

Kunststoff-beschichtete Papiere sind für die Herstellung von Behältern zur Aufnahme von Flüssigkeiten bekannt. Bei zahlreichen derartigen Behältern sind Fruchtsäfte, Reiswein oder dgl. Bereichen des Behälters ausgesetzt, die mit Papierblättern, Aluminiumfolien, synthetischen Harzen oder dgl. zur Erleichterung der Fließfähigkeit bei Raumtemperatur beschichtet sind, und die Behälter werden mit Hilfe von filmförmigen Verschlüssen verschlossen. Üblicherweise muß eine Flüssigkeit auf eine hohe Temperatur bei der Heiß-Siegelung der Behälter erwärmt werden. Wenn daher ein Bereich von 2-3 mm des überlappenden Seitenbereichs, ausgehend vom oberen Ende des Behälters oder Bechers nicht vollständig anhaftet, tritt der Inhalt vom oberen Ende des Bechers her unter dem Einfluß der Capillar-Wirkung aus. Die Verschweissung ist daher beeinträchtigt und die Dichtstellen dichten nicht vollständig ab. Der Inhalt des Bechers kann daher austreten und Luft kann eintreten. Der Behälter ist daher nicht geeignet zur Aufnahme von Flüssigkeiten, die bei Raumtemperatur fließfähig sind. Der überlappende Bereich eines Rohlings wird im allgemeinen linear in bestimmter Breite verschweißt. Wie jedoch Fig. 2, auf die bereits hier Bezug genommen werden soll, in einer Schnittdarstellung zeigt, erstreckt sich der verschweißte oder abgedichtete Bereich nicht bis zu der inneren Endfläche. In der Figur ist mit 1 der Rumpf und mit 2 der überlappende Bereich an beiden Enden des Rohlings des Rumpfes bezeichnet. In einigen Fällen

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ist das seitliche Ende des Rohlings, das zur Innenseite des Behälters gelangt, in bestimmter Breite umgefaltet. Der zunächst nicht gefaltete Bereich wird nach außen gefaltet, und die seitlichen Ränder des Rumpfes werden übereinander gelegt und verschweißt bzw. abgedichtet, so daß nur der mit Polyäthylen beschichtete Bereich des Rumpfes in Berührung mit der im Behälter befindlichen Flüssigkeit kommt. Daher kommt es nicht zu einem Eindringen von Flüssigkeit, das eintreten kann, wenn die seitliche Schnittkante des Rohlings der Flüssigkeit ausgesetzt ist. In jedem Falle entspricht bei herkömmlichen Bechern zur Aufnahme von Flüssigkeit der verschweißte bzw. abgedichtete Bereich der Darstellung der Fig. 2. Da die Flüssigkeit innerhalb des Behälters sich auf hoher Temperatur befindet, wenn der Verschluß aufgeschweißt wird, dringt die Flüssigkeit durch Capillarwirkung über den nicht abgedichteten Bereich b nach außen vor. Dies bereitet Probleme bei der Herstellung,

Wenn bei herkömmlichen Verfahren die überlappenden Seitenbereiche des Behälterrumpfes miteinander verbunden werden, ist die Berührungsfläche eines Ultraschall-Backen mit der Oberseite des überlappenden Bereiches flach. Wenn jedoch der überlappende Bereich mit einem herkömmlichen Ultraschall-Backen verschweißt wird, wird die Anhaftung nach und nach von der Mitte der Berührungsfläche des Backen in Richtung der Außenseite geringer, und die Anhaftung an beiden Enden ist ebenfalls geringer, und zwar insbesondere in Bereichen von 2-3 mm in Abstand von den Enden. Wenn diese Bereiche vollständig anhaften sollen, ergeben sich Probleme, wie etwa eine Rißbildung im Mittelbereich des überlappenden Seitenstreifens.

Es ist bekannt, zur Herstellung des Bodens eine Heißpreß-Einrichtung zu verwenden. Diese Einrichtung umfaßt eine äußere Preßform zur Aufnahme des Anhaftbereichs des unteren Endes des Behälterrumpfes und des Umfanges der Boden-

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platte, sowie ein Riffelwerkzeug, das innerhalb der äußeren Preßform umläuft. Da sich eine Anzahl von Ausnehmungen und VorSprüngen auf dem Riffelwerkzeug befindet, das in Berührung mit dem Anhaftbereich gelangt, bilden sich von dort aus Risse, die zu einem Austreten des Inhalts führen können.

Die Erfindung ist daher darauf gerichtet, einen Behälter mit einem Rumpf und einer Bodenplatte, die aus kunststoffbeschichtetem Karton als Ausgangsmaterial bestehen, derart auszubilden, daß der überlappende Seitenbereich des Rumpfes vollständig anhaftet und der aufwärts gefaltete Bereich am unteren Ende des Rumpfes und der abwärts gefaltete Bereich am Umfang der Bodenplatte vollständig miteinander verbunden sind. Weiterhin sollen ein entsprechendes Herstellungsverfahren und eine Herstellungsvorrichtung geschaffen werden.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.

Bei dem erfindungsgemäßen Behälter haftet der überlappende Seitenbereich des Rumpfes vollständig bis auf einen Bereich von 2-3 mm vom oberen Ende an, und der nach oben gefaltete Bereich am unteren Ende des Rumpfes sowie der nach unten gefaltete Bereich am Umfang der Bodenplatte sind ebenfalls fest miteinander verbunden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines derartigen Behälters umfaßt eine Ultraschall-Schweißeinrichtung mit einem Schweißbacken, der eine Stufe zwischen einer Berührungsfläche für den überlappenden Seitenbereich des Behälters im Abstand von 2-3 mm vom oberen Ende sowie eine Berührungsfläche für den Bereich unterhalb von 2-3 mm vom oberen Ende aufweist. Eine äußere Preßform, in die der äußere Umfang des Anhaftbereichs der Bodenplatte und des

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Rumpfes eingefügt werden kann, weist eine kreisförmige Ausnehmung im Mittelbereich für eine Riffel-Welle mit einem Durchmesser auf, welche Bohrung ausreichend größer als der Durchmesser der Welle ist. Ein Riffel-Werkzeug mit einem scheibenförmigen Rumpf dient zum Andrücken des Anhaftbereichs gegen die innere Wandfläche der äußeren Preßform und weist eine äußere Umfangsflache auf, die in Berührung mit dem Anhaftbereich am unteren Ende des Behälters und der Bodenplatte tritt und mit einer ringförmigen Nut im Mittelbereich versehen ist. Das Riffelwerkzeug dreht sich um seine eigene Achse und läuft im übrigen entlang der inneren Wand der kreisförmigen Bohrung.

Auf weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens soll unten näher eingegangen werden.

Im Folgenden werden bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung ein-

nes herkömmlichen Behälters;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Teilschnittdar-

stellung des Abdichtbereiches eines herkömmlichen Behälters im Bereich von

2-3 mm oberhalb des oberen Endes bzw. ein Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 4;

Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung durch einen

erfindungsgemäß abgedichteten Behälter bzw. ein Schnitt entsprechend der Linie A-A in Fig. 4;

Fig. 4 zeigt einen senkrechten Schnitt durch

einen erfindungsgemäßen Behälter;

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Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung

zur Veranschaulichung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ultraschall-Schweißbacken; 5

Fig. 6 ist eine perspektivische Darstellung

der Kontaktflache des Schweißbacken der Fig. 5;

Fig. 7 zeigt einen Teilschnitt zur Veranschau-

lichung der Durchführung des Schweißvorganges mit dem erfindungsgemäßen Schweißbacken;

Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung

einer zweiten Ausführungsform des Ultraschall-Schweißbacken;

Fig. 9 ist eine Vorderansicht zu Fig. 8; 20

Fig. 10 ist eine perspektivische Darstellung

des Berührungsbereichs des Schweißbacken der Fig. 8;

Fig. 11 ist eine erläuternde Darstellung zur

Veranschaulichung des Schweißvorganges mit dem Schweißbacken der Fig. 8;

Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht eines Riffel-Werkzeugs zur Bildung

des Bodenbereichs eines herkömmlichen Behälters;

Fig. 13 veranschaulicht die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung des Boden

bereichs;

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Fig. 14 ist eine perspektivische Darstellung

des erfindungsgemäßen Riffel-Werkzeugs zur Herstellung des Bodenbereichs

Der erfindungsgemäße Behälter mit einem Behälterrumpf und einer Bodenplatte aus kunststoff-beschichtetem Karton als Ausgangsmaterialien soll im überlappenden Seitenbereich des Rumpfes vollständig verbunden sein. Der nach oben gefaltete Bereich am unteren Ende des Rumpfes und der nach unten gefaltete Bereich am Umfangsrand der Bodenplatte sollen ebenfalls vollständig miteinander verbunden sein. Zur Erläuterung eines derartigen Behälters soll im Folgenden zunächst auf Fig. 3 Bezug genommen werden. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Behälter. Die seitliehe Abdichtung in einem Bereich von 2-3 mm vom oberen Ende, die mit der Bezugsziffer 3 bezeichnet ist, ist derart ausgebildet, daß eine vollständige Abdichtung mit einem Klebstoff zur Ausschließung der Probleme der bekannten Lösungen erreicht ist. Fig. 3 entspricht einem Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 4. Wie aus Fig. 2, nämlich einem Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 4 hervorgeht, ist im Bereich der seitlichen Abdichtung unterhalb der oberen 2-3 mm der Verschluß unvollständig, so daß ein nicht verbundener Bereich b verbleibt. Im Bereich unterhalb des oberen Endes bereitet dies geringere Schwierigkeiten beim Wärmeverschweißen des Verschlusses, so daß es akzeptiert werden kann. Jedoch kann durch die vollständige Abdichtung 3 in den oberen 2-3 mm die Verschweißung mit einem geschlossenen Verschluß bei hoher Temperatur in vollständiger Weise er-

30 folgen.

Im Folgenden sollen das Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung in dieser Art der Abdichtung erläutert werden, Fig. 5 und 6 zeigen eine erste Ausführungsform des Backen einer Ultraschall-Schweißeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine leicht abgestufte, längsgerichtete Nut ist

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in der Mitte der Berührungsfläche des Backen ausgebildet, und beide Seiten der Nut sind schrittweise in Richtung der Mitte abgestuft. In Fig. 5 und 6 ist mit 4 ein erster, abgestufter Bereich, mit 5 ein zweiter, abgestufter Bereich und mit 6 eine in der Längsmittellinie liegende Nut bezeichnet. Mit 7 sind Berührungsflächen bezeichnet. Die Abmessungen dieses Schweißbacken sind die folgenden. Zwischen der Berührungsfläche 7 und dem zweiten abgestuften Bereich 5 liegt eine Differenz von 0,02 mm. Die Breite der unteren Oberfläche des Schweißbacken beträgt 12,7 mm. Die Seiten der Berührungsflächen 7 betragen 4,5 mm und die Länge der Berührungsflächen 152,4 mm. Die Länge des ersten abgestuften Bereichs 4 beträgt jeweils 11,2 mm, und die Länge des zweiten abgestuften Bereichs 5 90 mm. Die Tiefe der Nut 6 beträgt 0,02 mm, und deren Breite 3,7 mm. Mit einer Ultraschall-Schweißeinrichtung mit einem derartigen Backen wurde die Schweißung des überlappenden Seitenbereichs des Rohlings bei 20 kHz und 3 kW durchgeführt. Der Durchmesser des Luftzylinders betrug 75 mm.

Berührungszext	Haltezeit	Luftdruck	Be:	Lastu
(Sekunden)	(Sekunden)	kg/cm² (psi)		(%)
0,3	0,1 - 0,3	4,9 (70)	50	- 60
0,35	0,1 - 0,3	4,2 (60)	50	- 60
0,4	0,1 - 0,3	3,5 - 4,9	50	- 60
		(50 - 70)

Bei diesem Verfahren war es möglich, die gesamte Oberfläche ohne Risse abzudecken. Fig. 7 zeigt in einer Teilschnittdarstellung die seitliche Abdichtung durch Ultraschall-Schweißen. Mit A und B sind die Ränder des Rohlings bezeichnet, C ist ein umgefalteter Bereich, und D ist eine Stützplatte.

Es ergab sich eine vollständige Verschweißung, und Risse

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wurden weder vor noch nach Schwingungsversuchen ermittelt, die nach dem Ansetzten des Schweißbacken durchgeführt wurden.

Die Verwendung einer Ultraschall-Schweißeinrichtung der erfindungsgemäßen Art löst das beim Stand der Technik auftretende Problem, das darin besteht, daß beim Schweißen des überlappenden Seitenbereichs mit einer herkömmlichen Ultraschall-Schweißeinrichtung mit flacher Berührungsfläche die

TO Anhaftung nach und nach von der Mitte her nach außen abnimmt, so daß die Enden des geschweißten Bereichs nicht zuverlässig zusammenhalten, Risse im Mittelbereich eintreten und zudem Risse gebildet werden, wenn die Seiten des Rohlings beim Andrücken des Schweißbacken beim Schwingungs-Vorgang verschoben werden.

In Fig. 8 und 9 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung gezeigt. Ein Ultraschall-Schweißbacken H₂ weist einen abgestuften Bereich 9 an einem Ende der Berührungsfläche entsprechend dem überlappenden Bereich des Behälters auf, und dieser abgestufte Bereich fehlt in der Nähe des oberen Endes des überlappenden Bereichs. Fig. 11 zeigt, wie dieser Schweißbacken H_ auf den überlappenden Bereich des Behälters einwirkt und veranschaulicht die relative Position des überlappenden Bereichs und des Schweißbackens· Mit A ist der Rohling, mit 8 der abgedichtete Bereich und mit C die Berührungsfläche des Schweißbacken bezeichnet. Wenn der Behälter durch Ultraschallwellen auf diese Weise verschweißt wird, ist er gemäß Fig. 3 im schraffierten Bereich vollständig abgedichtet, und der obere Abschnitt von 2-3 mm ist vollständig verschweißt, so daß dieser insbesondere gegenüber Rissen empfindliche Bereich verstärkt wird. Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 4, und Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 4. Gemäß Fig. 3 ist der vollständig verschweißte Bereich 3 durch den nicht abgestuften Bereich 8 (Fig. 8) des

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Schweißbacken verschweißt, und der anhaftende Bereich a und der nicht vollständig verschweißte Bereich b (Fig. 2) befinden sich unterhalb des Bereichs 8. Mit a ist der verschweißte Bereich entsprechend der unteren Oberfläche 10 des Schweißbacken (Fig. 8) und mit b der offene Bereich der Schweißnaht bezeichnet, der der Abstufung 9 des Schweißbacken gemäß Fig. 8 entsprechen.

Abschließend soll für die Herstellung des Bodens und dessen Verbindung mit dem Rumpf des Behälters auf die Figuren 12 bis 14 Bezug genommen werden. Mit 17 ist ein Dorn und mit 15 eine äußere Preßform bezeichnet. Das untere Ende eines Behälters, beispielsweise Bechers A wird mit einem umgefalteten Bereich einer Bodenplatte B im Bereich C heiß verschweißt. Mit 12 ist ein Riffel- oder Bördelwerkzeug bezeichnet. Eine kreisförmige Bohrung 16 befindet sich in der Mitte der äußeren Preßform und weist einen Durchmesser auf, der ausreichend größer als derjenige der Welle 11 des Bördelwerkzeugs 12 ist. Das Bördelwerkzeug dreht sich um seine Achse und zugleich entlang der inneren Wand der kreisförmigen Bohrung in der Mitte der äußeren Preßform. Der anhaftende Bereich wird stark zwischen dem Dorn 17 und der äußeren Preßform 15 eingepreßt. Die äußere Umfangswand des Bördelwerkzeugs 12 umfaßt einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 13 entsprechend der Kegelstumpfform des Behälters, wie etwa eines Bechers gemäß Fig. 13. Eine ringförmige Nut 14 befindet sich in mittlerer Höhe des Bördelwerkzeugs, so daß die verbleibenden Teile des Bördelwerkzeugs einen erheblichen Anpreßdruck gegen den Anhaftbereich aufbringen. Da der Anhaftbereich keine Vorsprünge oder Ausnehmungen in Axialrichtung aufweist und glatt ist, wird der Boden nicht zick-zack-förmig ausgebildet, wie es bei herkömmlichen Behältern der Fall ist. Daher können keine Risse entstehen, so daß der Behälter dicht ist und gut aussieht.

Obgleich sich die vorstehende Beschreibung auf einen Behäl-

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ter mit kegelstumpfförmigem Rumpf bezieht, kann beispielsweise auch für einen zylindrischen Behälter ein scheibenförmiges Bördelwerkzeug oder dgl. verwendet werden.

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Claims

PAT E N TA N WA LTE TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the European Patent Office Mandalalres agrees pres !'Office european des brevets Dipl.-Chem. Dr. N. tar Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister Dipl.-lng, F. E. Müller siekerwall 7 NAOHQERBOHT Triftstrasse 4, öieKerwall 7, ι __ .,, „J D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1 β /J - TOPPAN PRINTING CO., LTD. 1-5-1, Taito, Taito-ku, Tokyo—to, Japan BEHÄLTER SOWIE VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZU SEINER HERSTELLUNG PRIORITÄTEN: 26. Dezember 1979, Japan, No. 54-169600 26. Dezember 1979, Japan, No. 54-169601 26. Dezember 1979, Japan, No. 54-169602 26. Dezember 1979, Japan, No. 54-180535 PATENTANSPRÜCHE

1. Behälter aus kunststoffbeschichtetem Karton mit einem Rumpf und einer Bodenplatte, bei dem ein überlappender seitlicher Verbindungsstreifen des Rumpfes sowie ein nach oben umgelegter unterer Randstreifen des Rumpfes und ein nach unten umgelegter Randstreifen einer Bodenplatte haftend miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Randstreifen insbesondere im obe ren Bereich von wenigen Millimetern in der gesamten überlappenden Fläche fest verbunden ist,

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2. Vorrichtung zur Herstellung eines Behälters gemäß Anspruch 1, mit einem Ultraschall-Schweißbacken zum Verschweißen des überlappenden Verbindungsstreifens des Rumpfes, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsflache des Schweißbacken zum Verschweißen des seitlichen Verbindungsstreifens des Rumpfes abgestuft ist und in einem dem oberen Millimeter des Verbindungsstreifens entsprechenden Bereich vorspringt, in einem nach unten angrenzenden Bereich zurückgesetzt ist, daß eine äußere Preßform (15) vorgesehen ist, die den äußeren Umfang des anhaftenden Bereiches zwischen Rumpf und Bodenplatte umgibt und eine kreisförmige Bohrung (16) in der Mitte zur Aufnahme der Welle (11) eines Bördelwerkzeugs (12) aufweist, daß das Bördelwerkzeug (12) scheibenförmig ausgebildet ist, mit seiner Welle (11) entlang der Innenfläche der Bohrung (12) umwälzbar ist und dabei mit Druck auf den überlappenden Randstreifen der Bodenplatte und des Rumpfes abgewälzt wird, und daß eine ringförmige, umlaufende Nut (14) in dem Bördelwerkzeug (12) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschall-Schweißbacken auf seiner Berührungsfläche in der Längsmittellinie eine Nut (16) und an beiden Seiten der Nut vorspringende Bereiche (7,4) aufweist, die von beiden Enden des Schweißbacken her zur Mitte stufenweise zurückspringen,

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der stufenweise zurückspringende Be- reich (9) auf einer Längsseite der Berührungsfläche des Schweißbacken, ausgenommen einem Teilbereich (8) ausgebildet ist, der den oberen Millimetern des Verbindungsstreifens des Behälters entspricht (Fig. 8 bis 11).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umfangswand

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des Bördelwerkzeugs (12) parallel zu der Wand der Welle (11) verläuft.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umfangswand des Bördelwerkzeugs (12) entsprechend der Kegelstumpfform eines zu bearbeitenden Behälters kegelstumpfförmig ausgebildet ist,

7. Verfahren zur Herstellung eines Behälters gemäß Anspruch 1 zur Herstellung eines Behälters mit einem Rumpf mit überlappendem seitlichen Verbindungsstreifen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsstreifen in dem oberen Endbereich in besonderem Maße einer erhöhten Verbindungskraft ausgesetzt wird, und daß der nach oben gefaltete obere Randstreifen des Rumpfes sowie der nach unten gefaltete umlaufende Randstreifen der Bodenplatte miteinander verbunden werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des seitlichen Verbindungsstreifens im oberen und unteren Endbereich ein erhöhter Druck ausgeübt wird.

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