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Verfahren zur Herstellung von konischen, sich zur Öffnung hin erweiternden
Hartpapiergefäßen und Bördelring zu seiner Durchführung Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Herstellung von konischen, sich zur Öffnung hin erweiternden Hartpapiergefäßen,
die einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt besitzen und die Form eines
Pyramidenstumpfes beliebiger Grundfläche haben, sowie aus einem einteiligen Mantel
und einem Boden mit hochgezogener Kante bestehen, deren Öffnungskante nach innen
oder außen umgebördelt ist.
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Derartige Hartpapiergefäße dienen vornehmlich zu Verpackungszwecken.
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Unter den verschiedenen Verpackungen haben sich konische Hartpapiergefäße
besonders eingeführt, die sich zum Boden zu verjüngen und dadurch gestatten, daß
sie beim Leertransport zusammengesteckt werden können und auf die Weise weniger
Platz in Anspruch nehmen.
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Solche Becher werden im allgemeinen nach Art - eines Kegelstumpfes
aus zwei Teilen hergestellt, nämlich einem hochkant gezogenen Boden und einer aus
einem Stück gefertigten und zusammengeklebten Seitenwand. Boden und Seitenwand werden
miteinander verbördelt, gegebenenfalls auch zusammengeleimt. An der Mündung wird
außerdem eine Bördelung nach innen oder außen vorgenommen. Man hat nun auch Becher
solcher zweigeteilten und konischen Art eingeführt, die keinen kreisförmigen Querschnitt
haben, sondern z. B. von quadratischem Querschnitt sind, was den Vorteil hat, daß
diese Becher, wenn sie mit Füllgut versehen und verpackt werden, weniger Platz in
Anspruch nehmen als solche mit rundem Querschnitt.
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Damit von den Hausfrauen derartige Becher besser benutzt werden können,
werden sie meistens auch noch mit einer Rundung an den Ecken versehen.
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Solche Becher können auch mit dreikantigem Querschnitt, aber auch
mit elliptischem oder nierenförmigem Querschnitt gemacht werden. Es entstehen dann
Pyramidenstümpfe mit bestimmter Grundfläche (s. in Fig. 1 einen mit der Öffnung
nach unten stehenden Becher mit Dreikantquerschnitt und abgerundeten Ecken).
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Es sind auch Behälter aus Papier, Karton od. dgl. bekannt, die eine
von einem unterenj runden nach einem oberen, viereckigen Querschnitt sich erweiternde
Form besitzen, die aus einem schlauchförmigen Behältermantel und in den Behältermantel
eingesetzten, parallel zueinander liegenden Verschlußteilen gebildet wird, wobei
die obere viereckige Querschnittsform des dünnwandigen Behältermantels durch ein
viereckiges, dickwandiges Verschlußteil bestimmt wird, das, in bekannter Weise sich
mit seinen Stirnseiten gegen die glatten Bewälterwände abstützend, mit diesen durch
Klebung verbunden ist.
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Nun ist zwar eine Einrichtung zur Herstellung von Papphülsen od.
dgl. von rechteckigem oder beliebigem anderem Querschnitt aus runden Hülsen mit
Hilfe einer Preßvorrichtung bekannt, welche an dem Eintrittsende einen kreisrunden,
der Form der Hülsen entsprechenden Querschnitt aufweist und nach dem Austrittsende
hin allmählich in einen der Form der fertigen Hülsen entsprechenden Querschnitt
übergeht.
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Dabei werden die zylindrischen Hülsen trocken der Pressung zwischen
einer aus einer Matrize und einer Patrize bestehenden Preßvorrichtung und während
dieser Pressung zugleich der Einwirkung von Hitze unterworfen. Becher, die wie die
vorbeschriebenen eckig oder konisch sind, haben sich aber trotzdem bisher nicht
in größerem Umfang eingeführt. Der Grund lag in der sehr schwierigen Werkzeugherstellung,
vor allem für automatische Maschinen.
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Die Erfindung hat es sich nun zum Ziel gesetzt, die Herstellung solcher
Becher so zu vereinfachen, daß die Werkzeuge auch für automatische Maschinen wirtschaftlich
hergestellt werden können.
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Demgemäß werden nach dem Verfahren nach der Erfindung konische sich
zur Öffnung hin erweiternde Hartpapiergefäße, die einen von der Kreisform abweichenden
Querschnitt besitzen und die Form eines Pyramidenstumpfes beliebiger Grundfläche
haben sowie aus einem einteiligen Mantel und einem Boden mit hochgezogener Kante
bestehen, deren Öffnungskante nach innen oder außen umgebördelt ist, so hergestellt,
daß zunächst der Mantel in der Form eines
Kegelstumpfes zusammengeklebt
wird und alsdann über einen Dorn, dessen Querschnitt der gewünschten Mantelform
entspricht, gestülpt sowie mit einem diesem Querschnitt entsprechenden Boden versehen
wird. Es brauchen 4lso rtur die Zusammensetzwerkzeuge in diesem Fall eckig hergestellt
zu werden, während die besonders wichtigen und besonders hohe Präzision erfordernden
Werkzeuge zur Formgebung und Dimensionierung der Seitenwand rund hergestellt, also
einfach gedreht werden können.
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Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung werden die Kanten des
Mantels am großen und/oder kleinen Durchmesser ganz oder teilweise noch im Zustand
des kreisrunden Querschnitts gebördelt.
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Vorteilhafterweise wird die Fertigbördelung des größeren Durchmessers
nach Einsetzen des Bodens, und nachdem der Mantel mit dem gewünschten Querschnitt
versehen worden ist, in heißem Zustand vorgenommen und gegebenenfalls auch noch
ein Teil des Mantels gleichzeitig oder in getrenntem Arbeitsgang heiß verpreßt.
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Zur Durchführung-des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Bördelring
verwendet werden, bei dem die Ringnut, die die obere und/oder untere kreisförmige
Becherwandkante verbördelt, in axialer Richtung so gekrümmt ist, daß die Vorbördelung
an einigen Stellen axial versetzt gegenüber anderen Stellen vorgenommen wird, damit
z. B. nach dem Kantigdrücken - das Fertigbördeln an den leichter bördelbaren flächen,
beisp-ielsweise an den abgerundeten Ecken und nicht anoden geraden Kanten beginnt.
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Das erfindungsgemaße Verfahren wird an Hand der Zeichnung näher ërläutert.
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Fig. 1 und 2~zeigen einen dreikantigen Becher; er stellt einen Pyramidensturnpf
dar, der ein gleichseitiges, mit abgerundeten Ecken versehenes Dreieck als Grundfläche
besitzt-.und- der bei 1 mit einem Boden, bei 2 mit einer Bördelung an der Öffnung
versehen ist; Fig. 3 zeigt den zu seiner Herstellung dienenden Boden; Fig. 4 zeigt
die Seitenwand (Fig. 3 und 4 in Parallelperspektive dargestellt); Fig. 5 zeigt einen
Pyramidenstumpf in Draufsicht mit der Grundfläche eines gleichseitigen Dreiecks
von der Seitenlänge s, der besseren Anschauung wegen ohne Abrundung; Fig. 6 zeigt
die Abwicklung des Pyramidenmantels; in Fig. 5 und 6 schneidet die gestrichelte
Linie 3 die Pyramide zu einem Pyramidenstumpf; Fig. 7 und 8 zeige3i-Draufsicht und
Mantelabwicklung eines Kegels bzw. Kegelstumpfes; Fig. 9 und 10 zeigen Draufsicht
und Mantelabwicklung eines Pyramide und eines Kegelstumpfes, deren beide Grundflächen
je den gleichen (linearen) Umfang haben; Fig. 11 zeigt einen Kegelstumpf, dessen
Mantel aus der Abwicklung einesPyramidenstumpfes gebildet ist; Fig.12 zeigt einen
Pyramidenstumpf, dessen Mantel aus der Abwicklung eines Kegelstumpfes gebildet ist
(in Fig. 11 und 12 sind die Rundungen der Begrenzungslinien etwas übertrieben dargestellt);
Fig. 13 zeigt einen.Pyramidenstumpf, dessen Mantei aus der Abwicklung eines Pyramidenstumpfes
gebildet ist; Fig. 14 zeigt den- Kegelstumpf mit Vorbördelring; Fig. 15 zeigt den
eekiggedrückten Stumpf mit vorgebördelter Kante; -Fig. 16 zeigt den vergebördelten
Kegelstumpf.
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Ein zweiteiliger konischer Becher, sei es mit rundem, sei es mit
eckigem Querschnitt, kann auf verschiedene Weise automatisch hergestellt werden.
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Immer aber werden in getrennten Arbeitsgängen die Seitenwand (Fig.
4) und der Boden (Fig. 3) gefertigt und dann beide Teile zusammengesetzt und verbördelt.
Für die Seitenwand wird auf der automatischen Bechermaschine oder auch auf einer
getrennten Maschine zunächst ein Abschnitt aus einer Papierbahn ausgestanzt, der
der Abwicklung des Mantels entspricht. Bei runden Bechern ist das die in Fig. 8
gezeichnete Kegelstumpfabwicklung, bei eckigen Bechern beispielsweise eine Pyramidenstumpfabwicklung
nach Fig. 6. Dabei wird den genauen geometrischen Abwicklungen in beiden Fällen
noch ein Lappen hinzugefügt, an dem die Seitenwände zusammengeklebt werden, im Falledes
kegeligen Bechers der Lappen 4, 5, 6, 7, im Falle des pyramidenstumpfförmigen Bechers
der Lappen 8, 9, 10, 11. Dieses sogenannte Seitenwandiegnient wird nun an der Uberlappung
mit Leim bestrichen. Der Lappen 4, 5, 6, 7 kann auch so groß gewählt werden, daß
der ganze Mantel zweimal herumgewickelt werden kann. Solche doppelt gewickelten
Becher werden dann im allgemeinen auf der ganzen Länge mit Leim bestrichen, damit
die Zwischenschicht zwischen den beiden Mantelflächen isolierend wirkt. Für die
hier vorliegenden Betrachtungen ist es aber gleichgültig, ob es sich hier um eine
einfache oder doppelte Wicklung handelt. Das mit Leim versehene Segment wird nun
zur Formgebung der endgültigen Seitenwand über einen Dorn gewickelt oder bei anderen
Maschinen in einem Becher, der der genauen endgültigen Form entspricht, zusammengeklebt.
Es kommt natürlich darauf an, daß derartige Becher sehr gleichmäßig werden, damit
sie auch wirklich gut zusammengesteckt werden können, und im-Interesse einer solchen
Gleich mäßigkeit ist gerade der Arbeitsgang des Bildens der Seitenwand von großer
Bedeutung; diese muß genau dimensioniert werden. In einem getrennten Arbeitsgang
wird der Boden (Fig. 3) zunächst in einer Scheibe ausgestanzt und dann durch eine
Buchse ge zogen, so daß sich die Kanten dabei hochstellen. Anschließend wird dann
meistens auf Dornen, zuweilen aber auch in entsprechend hohlen Werkzeugen, der Boden
mit der Seitenwand zusammengesteckt und verbördelt. Damit die Folge dieser Operationen
automatisch hintereinander erfolgen kann, benutzt man sogenannte Drehtischpressen,
bei denen je eine Seitenwand in mehrfach vorhandene gleiche Werkzeuge aufgenommen
wird und diese Werkzeuge von Station zu Station weitergeschaltet werden, wo die
einzelnen Arbeitsgänge ausgeführt werden. Es ist einleuchtend, daß bei derartigen
aufeinanderfolgenden Operationen die Einzelwerkzeuge untereinander genau gleich
sein müssen, weil sonst Differenzen in die Formen und Größen der Becher hineingebracht
werden.
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Bedingt schon bei runden bzw. kegelförmigen-Werkzeugen diese Forderung
nach Gleichmäßigkeit höchste Herstellungspräzision, so ist bei eckigen Werkzeugen
diese Forderung noch schwieriger einzuhalten und nur mit außerordentlich kostspieligen
Werkzeugen und zugehörigen Meßlehren überhaupt einhaltbar.
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Damit die später eckige Form der Seitenwand zunächst aus einem kegeligen
Körper hergestellt werden kann, ist es. notwendig, daß der lineare Umfang jeden
Querschnittes. des Pyramidenstumpfes gleich dem linearen fUmfang-des~ Querschnittes
des Kegelstumpfes
ist. Das wird z. B. für den dreieckigen Becher
erfüllt, wenn gemäß Fig.5 und 7 aD=35 ist. Bei quadratischem Querschnitt mit der
Seitenlänge A wäre die entsprechende Bedingung D = 4A. Ist die Grundfläche der Pyramide
aus mehreren Figuren zusammengesetzt, wie z. B. bei einem Quadrat mit stark abgerundeten
Ecken, so muß auch hierfür jeweils die Forderung eingehalten werden, daß der Gesamtumfang
linear gerechnet, also die Summe der Längen aller geraden und radiusförmigen Linien,
gleich dem Umfang des Kreises ist, der alls Grundffäche für den Hilfskegelstumpf
gewählt wird, und daß diese Umfangslänge sich mit der Höhe der. Syramide in dem
gleichen Verhältnis verringert, wie das bei dem Hilfskegel der Fall ist.
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Hierbei ist aber noch das folgende zu beachten: Wie aus Fig. 6 und
8 hervorgeht, sind die Grund linien der Mantelabwicklung bei der Pyramide 12 bis
10 eckig, beim Kegel 13 bis 7 gerundet. Aus Fig. 9 geht etwa maßstäblich hervor,
wieviel das ausmacht.
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Wickelt man nun aus einem Pyramidenmantel einen Kegelstumpf, so entsteht
die Fig. 11 (in Fig. 6 Ansicht in einer durch die Kegel- bzw. Pyramidenachse gelegten
Ebene).
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Die gestrichelten Linien 16-17, - 18-19, 20-21 (Fig. 11) sind die
späteren Ecken der Pyramide. Die Begrenzung entlang den oberen und unteren Schnittflächen
16-18-20 und 17-19-21 werden nach dem Eckigdrücken zu geraden Linien, sind aber
im kege- -ligen Zustand des Mantels gewölbt.
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Betrachtet man das Trapez der Abwicklung Fig. 10 22-23-24-25, so
findet man das in der Fig. 11 in dem Kegelmantelteilstück 16-17-18-19 wieder. Die
Linie 17-19 ist nach oben gewölbt, da der Mantelbegrenzung das Segment fehlt, das
sich zwischen der Strecke 23-27-25 und dem Kreisbogen 23-26-25 bildet.
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Das Umgekehrte tritt ein, wenn man einen Kegelmantel zu einem Kegelstumpf
wickelt und diesen dann später in eine Dreiecksform drückt. Dann entsteht die Fig.
12. Betrachtet man die Fläche 28-29-30-31, so entspricht diese dem Mantelteilstück
23-26-25-24-32-22, das aus zwei geraden kegelerzeugenden Linien und zwei Bogenlinien
gebildet ist.
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Um nun zu vermeiden, daß der dreieckige fertige Becher eine unebene
Begrenzung bekommt (wie in Fig. 12) oder daß beim Umbördeln des Bandes 2 (Fig. 1)
ungleiche Papiermengen weggerollt werden müssen, muß die Seitenwand aus der Mantelabwicklung
des dem fertigen Becher entsprechenden Pyramidenstumpfes kegelig gemäß Fig. 11 gebildet
werden. Diese nimmt, sobald sie in die Pyramidenform gedrückt wird, dann die Form
der Fig. 13 an, in der das Kegelmantelteilstück 17-19-16-18 zu einer ebenen Figur,
nämlich dem Trapez 33-34-35-36 wird.
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Die auf diese Weise stark vereinfachte Herstellung derartiger Becher
soll noch weiterhin dadurch vereinfach werden, daß die Bördelung 2 (Fig. 1) bereits
vorgenommen oder wenigstens durch eine Voroperation begonnen wird, solange die Seitenwand
kegelförmig ist. Das geschieht, wie in Fig. 14 dargestellt, in bekannter Weise dadurch,
daß der Bördelung 40 in Pfeilrichtung gegen die Seitenwand 41 gedrückt wird, die
gegebenenfalls durch ein äußeres oder inne res Futter am Ausknicken gehindert wird.
Der äußere Rand wird zunächst durch die Schräge 42 aufgeweitet, dann durch den Radius
43 gerollt. Es ist einleuchtend, daß gerade die Werkzeuge für diesen Vorgang in
eckiger Form besonders schwer herstellbar sind. Vor
allem aber ist eine, Bördelung
scharfer Ecken unmöglich und eine Bördelung abgerundeter Ecken um so schwieriger,
je kleiner der Radius ist Beginnt man aber die Bördelung noch, während die Seitenwand
rund, ist, an den entsprechend großen Krümmungsradien, dann entsteht eine Bördelung,
die sich, auch wenn sie über scharfe Krümmungen gebogen worden ist, leichter fortsetzen
läßt. Dieser Gesichtspunkt ist noch in verstärktem Maße für den oberen Bördelring
44 wegen seine-tszkleineren:Durchmessers gegeben.
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Schließlich - muß hierbei aber noch auf folgendes geachtet werden:
Die Seitenwand ist vor dem Bördeln nach Fig. 11 geformt. Die -obere Bördelung 44
trifft die zu bördelnde Kante dementsprechend an den Bögen 45 zuerst, die untere
Bördelung zuerst an den Ecken 17, 19 und 21. Das ist kein besonderer Nachteil, weil
die Bördelkante noch nicht stark gekrümmt ist. Nach dem Bördeln aber erhält der
Kegelstumpf unten und oben eine ebene Begrenzung (s. hierzu Fig. 14 einer Papierbecherseitenwand!),
- die noch einen runden Querschnitt hat und unten (am größeren Durchmesser) in diesem
Zustand vorgebördelt wurde. Dabei wird der Einfachheit halber - angenommen, daß
die andere Kante 40 der Fig. 14 am Kegelstumpf gerade abgeschnitten wird. Wird ein
solcher Körper auf einen dreikantig geformten Dorn gedrückt, dann entsteht ein Körper
nach Fig. 15 (entsprechend Fig. 12), jedoch mit der angebördelten Kante 41. Dieser
Körper wird beim Fertigbördeln nun in ein Werkzeug 42 eingestoßen, wobei die ringförmige
Nut 43 den Bördelvorgang fortsetzt. Dabei gelangen die Bögen 44 und 45 zuerst in
Kontakt mit der nngförmigen Nut 43.
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Wegen auftretender Papierspannungen kommt es vor, daß der Bördelvorgang
leichter vor sich geht, wenn er an den (abgerundeten) Ecken 46 beginnt. Die ringförmige
Bördelnut 47 des Vorbördelwerkzeuges 51 ist entsprechend der Linie 48 in axialer
Richtung gekrümmt. Das Vorbördelwerkzeug nimmt die Vorbördelung am runden Körper
gemäß Fig. 16 so vor, daß die Vorbördelung nach der Linie 49 derart gekrümmt wird,
daß die Wölbung, die durch das Pressen über den dreieckigen Dorn entsteht, übertroffen
wird, und auf diese Weise Teil 50 des Bördels, der nach dem Eckigdrücken bei 46
liegt, als erster mit der Bördelringnut 43 in Berührung kommt.
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Ein solcher Bördelung mit axial gekrümmt verlaufender Nut kann bei
Verwendung einer Kopiereinrichtung verhältnismäßig einfach durch Drehen hergestellt
werden, wobei die Kopierrichtung axial verlaufen muß analog der üblichen radial
verlaufenden Kopiereinrichtungen, wie man sie bei Hinterdrehbänken für die Herstellung
von Fräsern kennt. Die Herstellung der eckigen Werkzeuge wird mit einer Kopiereinrichtung
vorgenommen, mit der diese nicht gefräst, sondern gedreht werden können. Diese Einrichtung
arbeitet nach Art einer Hinterdrehbank, bei der die Kopierschablone über die ganze
Länge geht, so daß sowohl die Konizität als auch der radial nicht kreisrund verlaufende
Teil von einer sich synchron mit dem Werkstück drehenden Kopiereinrichtung vollständig
kopiert werden kann. Eine solche Kopiereinrichtung hat den Vorteil, daß bei der
auf automatischen Drehtischmaschinen üblichen Anordnung mehrerer Werkzeuge diese
untereinander identisch mit derselben Schablone gefertigt werden. Das Fertigbördeln
der Mundrolle, also der an dem größten Durchmesser sitzenden Bördelung 2 (Fig. 1)
in
eckigem Zustand, gleichgültig, ob eine Vorbördelung stattgefunden
hat oder nicht, wird zweckmäßig mit geheizten Werkzeugen durchgeführt. Hierdurch
behält das Papier die neue Form bei und hat keine Neigung, wieder die alte Rundung
anzunehmen. Diese Plättwirkung kann man noch dadurch verstärken, daß auch ein Teil
der Bechenvandung vor allem an den Ecken heiß verpreßt wird.