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Dokumentenidentifikation DE19522805C2 26.10.2000
Titel Vorrichtung und Verfahren zum Kaltverformen eines Metall/Kunststoff-Verbundes zu einer Formpackung
Anmelder Alusuisse Technology & Management AG, Neuhausen am Rheinfall, CH
Erfinder Oster, Heinz, Feuerthalen, CH;
Zeiter, Patrik, Bülach, CH
Vertreter Hiebsch Peege Behrmann, 78224 Singen
DE-Anmeldedatum 23.06.1995
DE-Aktenzeichen 19522805
Offenlegungstag 26.09.1996
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.2000
IPC-Hauptklasse B65B 47/04
IPC-Nebenklasse B29C 51/14   B21D 22/22   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kaltverformen eines Metall/Kunststoff-Verbundes zu einer Formpackung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Zudem erfaßt die Erfindung ein mit dieser Vorrichtung durchführbares Herstellungsverfahren.

Es ist bekannt, Formpackungen, wie z. B. die Bodenteile von Blisterpackungen, auch Durchdrückpackungen genannt, oder andere Verpackungsbehälter, beispielsweise durch Tiefziehen, Streckziehen oder Thermoformen herzustellen. Die Formpackungen können aus thermoplastischen Kunststoffen oder aus Folienverbunden oder Laminaten, wie z. B. Aluminiumfolien mit Kunststoff-Folien oder extrudierten Schichten aus thermoplastischen Kunststoffen hergestellt werden.

Werden die Formpackungen aus metallfolienhaltigen Laminaten gefertigt, kann dies mit Umformwerkzeugen aus einem Stempel, einer Matrize und einem Niederhaltet erfolgen. Während der Umformung ist das Laminat zwischen der Matrize und dem Niederhalter klemmend festgelegt und anschliessend wird der Stempel gegen das Laminat bewegt. Der Stempel greift mit zunehmender Absenkung in die Gesenköffnungen der Matrize und verformt dabei das Laminat. Aus dem planen Laminat wird ein Formteil mit einer oder einer Mehrzahl von Vertiefungen geformt. Die Vertiefungen sind von Schultern umgeben und die Schultern entsprechen dem Laminat in der ursprünglichen Planlage. Für die Verformung zu einem Formteil kann nur der Teil des Laminates, der im Bereich der Gesenköffnung liegt, fliessen oder gedehnt werden. Damit das Laminat, und dabei besonders das metallfolienhaltige Laminat, ohne Risse und Poren umgeformt werden kann, muss ein genügend grosser seitlicher Abstand zwischen Stempel und Gesenköffnung eingehalten werden. Mit diesem Verfahren erzielt man bei einer Kaltverformung eines metallfolienhaltigen Laminates mir eine geringe Steigung der Seitenwandungen der Vertiefungen. Dies führt zu schlechten Tiefungsverhältnissen, d. h. zu Vertiefungen geringer Höhe bei grossem Durchmesser, und somit zu grossen Packungen im Verhältnis zum Füllgut.

Eine Möglichkeit mehr verformbares Laminat zur Verfügung zu haben, um stärkere Seitenwandsteigungen zu erzielen, kann darin liegen, die Niederhalterkraft zu verkleinern und nach der Tiefzieh-Technologie zu arbeiten. Diese Technologie ist für metallfolienhaltige Laminate, beispielsweise bei Blisterpackungen, nicht anwendbar, da im Randbereich oder auch im Schulterbereich Falten entstehen würden. Der Randbereich und gegebenenfalls der Schulterbereich von Formpackungen wird jedoch in der Regel zum Aufsiegeln eines Deckels herangezogen. Mit Falten würden der Rand und die Schultern des Formteils unsiegelbar.

Die DE 26 56 421 C2 offenbart eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art mit der Matrize aufliegendem Niederhalter. Dieser ist mit Hohlräumen für - an einer gegenüber dem Niederhalter federnd lagernden Platte starr befestigte - Tiefziehstempel versehen sowie mit Durchgängen für zusätzliche Stempel, die ihrerseits von Schraubenfedern umfangen sind; diese befinden sich jeweils zwischen dem Niederhalter und einem Kragen des Stempels, der offenbar aus einem Werkstoffstreifen besteht und zwischen benachbarten Aufnahmerinnen für Verpackungsgüter noch einen Querkanal in die Folie einformt. Letztere wird vor dem Formvorgang zwischen Matrize und Niederhalter - quer zur Bewegungsrichtung der Stempel - aufgespannt. Ein dem einen Matrizenrand zugeordneter zusätzlicher Stempel begrenzt den verformbaren Bereich der Folie; damit sich diese nur vor diesem Stempel verschiebt, ist der dahinterliegende Werkzeugteil derart ausgelegt, daß zwischen Matrize und Niederhalter weniger Platz vorhanden ist, oder auf diesen Teil werden stärkere Andrückkräfte ausgeübt. Die Kraftspeicher zwischen der Platte und dem Niederhalter sind so ausgelegt, daß das unberührte Material auf jeden Fall nachgezogen werden kann.

Der DE 39 40 346 C1 ist ein Verfahren zum Warmformen, Sterilisieren, Füllen und Schließen von Behältern aus einer Folienbahn aus thermoplastischem Kunststoff zu entnehmen, bei dem die Folienbahn zum Sterilisieren mit Wasserdampf beaufschlagt wird; dies erfolgt in einem beheizbaren Vorformwerkzeug, in dem die bereits auf Warmformtemperatur gebrachte Folienbahn im Bereich der herzustellenden Behälter vorgeformt wird. Hierfür umfaßt eine Vorrichtung eine die Folienbahn taktweise transportierende Transporteinrichtung, eine Vorwärmstation für die Folienbahn vor einer kühlbare Tiefziehstation zum Tiefziehen der Behälter sowie eine Füllstation zum Füllen der Behälter und eine Abdeckstation zum Schließen der Behälter. Ein Formoberteil und ein Formunterteil der Vorformstation sind beheizbar ausgebildet, und der Innenraum des Formoberteils der Vorformstation weist einen taktweise steuerbaren Dampfanschluß auf sowie einen taktweise steuerbaren Anschluß für das sterile Druckmedium. Sowohl in der Vorformstation als auch in der Tiefziehstation ist die Folie bei geschlossenem Werkzeug am Stationsrand verklemmt.

In Kenntnis dieses Standes der Technik ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu beschreiben, die es ermöglichen, metallfolienhaltige Verbunde durch Kaltverformen zu Formpackungen bezw. Formteilen faltenfrei und mit großer Seitenwandsteigung zu erzeugen.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre der unabhängigen Patentansprüche; die Unteransprüche geben günstige Ausgestaltungen an.

Erfindungsgemäß weisen die Matrize und der Niederhalter einander gegenüberliegende rahmenartige Randbereiche auf, und die Matrize ist innerhalb ihres Randbereiches mit einem Schulterbereich, der die Gesenköffnungen enthält und umgibt, versehen, wobei die Oberfläche des Schulterbereiches um ein Maß von 0,01 mm bis 10 mm tiefer liegt als die Oberfläche des Randbereiches der Matrize. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Oberfläche des Schulterbereiches der Matrize 0,1 bis 2 mm - vorzugsweise 0,15 bis 0,3 mm - tiefer als die Oberfläche des Randbereiches der Matrize gelegen.

Zweckmäßig weist die Vorrichtung, und dabei insbesondere die Matrize, 1 bis 200, vorzugsweise 8 bis 40 Gesenköffnungen auf. Die Verformung des Metall/Kunststoff-Verbundes erfolgt mittels Stempelkörpern, die jeweils in eine Gesenköffnung dringen; sie sind an einem Träger, einer Tragplatte od. dgl. eines Stempels befestigt.

Die Stempelkörper sind derart dimensioniert, dass sie unter Verformung des Metall/Kunststoff-Verbundes in die Gesenköffnungen eindringen können. Vorteilhaft ist der Durchmesser der Stempelkörper 3 bis 35%, vorzugsweise 1 bis 15% und insbesondere 5 bis 10%, geringer als der Durchmesser der jeweiligen Gesenköffnung. Unter Durchmesser des Stempelkörpers oder der Gesenköffnung wird im Falle eines nicht kreisrunden Querschnittes, wie eines konvexen Querschnitts, z. B. elliptisch, oval, polygonal, rechteckig, trapezförmig, rhomboid usw., der kleinste Durchmesser verstanden.

Die Wände der Gesenköffnungen in der Matrize stehen in der Regel in einem Winkel von 90° zur Oberfläche des Schulterbereiches. Die Kante zwischen der Wand der Gesenköffnung und der Oberfläche des Schulterbereiches kann gerundet sein, mit einem Radius von beispielsweise 0,1 bis 10 mm und zweckmässig von 0,1 bis 1 mm.

In anderer bevorzugter Ausführungsform weisen die Randbereiche des Niederhalters und der Matrize eine Breite jeweils von 1 bis 100 mm, zweckmässig 2 bis 30 und vorzugsweise von 3 bis 20 mm auf.

Die Matrize weist den Randbereich und innerhalb des Randbereiches den Schulterbereich auf. Die Gesenköffnungen sind innerhalb des Schulterbereiches insbesondere symmetrisch oder auch unsymmetrisch angeordnet und der Schulterbereich bildet demnach Stege aus, welche die Gesenköffnungen umgeben.

Der Schulterbereich der Matrize weist beispielsweise Abstände zwischen dem Randbereich der Matrize und den Gesenköffnungen und zwischen den einzelnen Gesenköffnungen von 1 bis 50 mm und vorzugsweise 5 bis 25 mm, auf.

Der Randbereich des Niederhalters oder der Randbereich der Matrize oder die Randbereiche des Niederhalters und der Matrize können teil- oder vollflächig ein Rauhigkeitsmuster aufweisen. Typische Rauhigkeitsmuster sind Riffelungen, Waffelmuster, Warzenmuster, Wabenmuster, Noppen, Verzahnungen, aufgerauhte Oberflächen usw.

Vorteilhaft liegen in Arbeitsstellung die Randbereiche des Niederhalters und der Matrize über den Metall-Kunststoff-Verbund einander an und halten, gegebenenfalls verstärkt durch ein Rauhigkeitsmuster, den Verbund unverstreckbar fest. Der Schulterbereich der Matrize liegt zweckmässig in Abstand zu den gegenüberliegenden Niederhalterteilen und in diesem Bereich ist der Metall-Kunststoff-Verbund nicht in Berührung mit dem Niederhalter und der Metall- Kunststoff-Verbund kann sich nach Massgabe der Absenkung des Stempels verstrecken oder fliessen.

Die Schulterbereiche der Matrize können ganz oder teilweise mit einer zumindest an der Oberfläche angeordneten Schicht niedriger Reibung bedeckt sein. Mit niedriger Reibung wird in vorliegendem Falle eine Reibung nach der Vorschrift BS 2782 Method 311 A mit Werten von beispielsweise 0,3 oder darunter bis 2,1 (dimensionslose Zahl) umfasst. Die Schicht niedriger Reibung kann beispielsweise Kunststoffe, wie Polytetrafluorethylen, Polyoxymethylen (Polyacetal, POM), Polyethylen oder Polyethylenterephthalat enthalten oder daraus bestehen. Die Schicht niedriger Reibung kann auch zwei oder mehrere der beispielhaft genannten Kunststoffe in Mischung oder einen oder mehrere der Kunststoffe im Gemisch mit zusätzlichen in verteilter Form vorliegenden Hartstoffen, wie Gläser in Kugelform, aufweisen. Anstelle der Kunststoffe können andere Werkstoffe als Schicht mit niedriger Reibung in Frage kommen. Dies sind beispielsweise Metalle, wie Aluminium oder Chromstahl, insbesondere auch mit polierten Oberflächen. Weitere Oberflächenschichten mit niedriger Reibung, wie keramische Schichten oder graphit-, bornitrid- oder molybdändisulfidhaltige Schichten sind anwendbar. Die Schicht mit niedriger Reibung auf den Schulterbereichen der Matrize ist bezüglich ihrer Dicke unkritisch, da nur die Oberfläche wirksam ist. In der industriellen Anwendung ist die Schicht grossen Reibbeanspruchungen ausgesetzt und eine Schichtdicke, welchen einen Abtrag oder Verschleiss zulässt, ist vorzuziehen. Daher kann die Dicke der Schicht bei der Anwendung der genannten Kunststoffe beispielsweise von 0,5 bis 20 mm betragen. Die Schicht aus Kunststoff kann beispielsweise als vorgeformte Einlage in den abgetieften Schulterbereich der Matrize eingelegt werden oder kann durch sprühen, streichen oder rakeln oder durch ein anderes Auftragsverfahren aufgebracht werden. Die Kunststoffe können auch in einer Matrix aus anderen Stoffen, wie Keramik oder Metall aufgenommen sein. Metallschichten können beispielsweise auf der Matrize mit chemischen oder physikalischen Verfahren aufgebracht werden, wie durch galvanische oder elektrolytische Abscheidung, plattieren oder aufdampfen aus dem Vakuum, oder die Matrize kann aus den entsprechenden Metallen zumindest teilweise bestehen.

Der Stempel weist in der Regel entsprechend der Anzahl Gesenköffnungen die gleiche Anzahl Stempelkörper auf, welche entsprechende Oeffnungen im Niederhalter und in die Gesenköffnungen der Matrize greifen. Zweckmässig ist wenigstens die verformungswirksame Oberfläche, d. h. die Oberfläche des Stempels, resp. der Stempelkörper, die mit dem Verbund in Berührung kommt, beispielsweise aus Kunststoffen, wie Polytetrafluorethylen, Polyoxymethylen (Polyacetal, POM), Polyethylen oder Polyethylenterephthalat oder aus zwei oder mehreren der beispielhaft genannten Kunststoffe in Mischung oder aus einem oder mehreren der Kunststoffe im Gemisch mit zusätzlichen in verteilter Form vorliegenden Hartstoffen, wie Gläser in Kugelform. Anstelle der genannten Kunststoffe können andere Werkstoffe in Frage kommen. Dies sind beispielsweise Metalle, wie Aluminium oder Chromstahl, insbesondere auch mit polierten Oberflächen. Weitere Oberflächenschichten sind keramische Schichten oder graphit-, bornitrid- oder molybdändisulfidhaltige Schichten. Die Stempel oder die Stempelkörper können mit den Werkstoffen überzogen sein oder der Stempel, resp. die Stempelkörper können, zumindest im Bereich der Berührungsflächen oder in Teilen oder vollständig daraus bestehen.

Als Metall-Kunststoff-Verbunde können beispielsweise Verbunde, enthaltend eine Metallfolie in einer Dicke von 8 µm bis 150 µm und bevorzugt 20 bis 80 µm, angewendet werden. Die Folie kann aus z. B. Stahl, Eisen, Kupfer und bevorzugt aus Aluminium sein. Mitumfasst sind auch Metallfolien aus Legierungen, enthaltend im überwiegendem Masse eines der genannten Metalle. Bevorzugte Folien aus Aluminium können beispielsweise aus Aluminium einer Reinheit von 98,3%, zweckmässig 98,5% und insbesondere 99,8% sein, wobei der Rest auf 100 % die begleitenden Verunreinigungen darstellen. Im weiteren können beispielsweise Aluminiumfolien des Types AlFeSi angewendet werden.

Als Kunststoffe können beispielswiese Schichten, Folien oder Folienverbunde, wobei die Folien und Folienverbunde auch axial oder biaxial verstreckt sein können, aus thermoplastischen Kunststoffen der Reihen der Polyolefine, der Polyamide, der Polyester, des Polyvinylchlorids und weiterer angewendet werden.

Typische Beispiele von thermoplastischen Kunststoffen sind aus der Reihe der Polyolefine sind Polyethylene, wie MDPE, HDPE, uni- und biaxial verstreckte Polyethylene, Polypropylene, wie cast-Polypropylen und uni- oder biaxial verstreckte Polypropylene, oder aus der Reihe der Polyester das Polyethylenterephthalat.

Die Schichtdicke der thermoplastischen Kunststoffe als Schicht, Folie oder Folienverbund in den Metall-Kunststoff-Verbunden kann beispielsweise 12 bis 100 µm und bevorzugt 20 bis 60 µm betragen.

Die Metallfolien und thermoplastischen Kunststoffe können z. B. durch Kaschieren, Kalandrieren oder Extrusionskaschieren zu Verbunden gefügt werden. Zu Verbinden der Schichten können fallweise Kaschierkleber und Haftvermittler angewendet werden und die zu verbindenden Oberflächen können durch Plasma-, Korona- oder Flammvorbehandlung modifiziert werden.

Beispiele von Metall-Kunststoff-Verbunden sind Verbunde mit einer ersten Schicht, beispielsweise einer Folie oder einem Folienverbund aus den genannten thermoplastischen Kunststoffen, einer zweiten Schicht, in Form einer Metallfolie und einer auf der freien Seite der Metallfolie angebrachten dritten Schicht, einer Siegelschicht aus einem Polyolefin, wie Polyethylen oder Polypropylen oder aus PVC.

Weitere anwendbare Metall-Kunststoff-Verbunde können eine erste Schicht, beispielsweise eine Folie oder einen Folienverbund aus den genannten thermoplastischen Kunststoffen, einer zweiten Schicht in Form einer Metallfolie und einer dritten Schicht, beispielsweise einer Folie oder Folienverbund oder eine extrudierte Schicht, aus den genannten thermoplastischen Kunststoffen aufweisen. Weitere Schichten, wie Siegelschichten können vorgesehen werden.

Die Metall-Kunststoff-Verbunde können auf wenigstens einer seiner Aussenseiten oder auf beiden Aussenseiten eine Siegelschicht, in Form einer siegelbaren Folie oder eines Siegellackes aufweisen. Die Siegelschicht ist bestimmungsgemäss in äusserster Lage innerhalb des Verbundaufbaues angeordnet. Insbesondere kann eine Siegelschicht auf einer Aussenseite des Verbundes vorgesehen sein, wobei diese Siegelschicht bei der Formpackung gegen die Inhalts- resp. Schulterseite gerichtet sein soll, um das Ansiegeln einer Deckelfolie oder dergl. zu ermöglichen.

Typische Beispiele aus der Praxis von Metall-Kunststoff-Verbunden sind:

oPA 25/Al 45/PVC 60,

oPA 25/Al 45/oPA 25,

Al 120/PP 50,

oPA 25/Al 60/PE 50 und

oPA 25/Al 60/PP 60,

wobei oPA für orientiertes Polyamid, PVC für Polyvinylchlorid, PE für Polyethylen. PP für Polypropylen und Al für Aluminium steht und die Ziffern für die Schicht-, resp. Foliendicke in µm stehen.

Mit Kaltverformung wird in vorliegendem Fall eine Verformung bei Temperaturen von beispielsweise 10 bis 35°C und vorzugsweise 20 bis 30°C, umfasst.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann zur Herstellung von kaltverformten Formpackungen, wie Blisterpackungen für Pharmazeutika, Nahrungs- und Genussmittel, technische Artikel, für Boden- und Deckelteile von halbstarren und starren Verpackungen, für Umhüllungen usw. aus einem Metall-Kunststoff-Verbund verwendet werden.

Es können Tiefungsverhältnisse, d. h. ein Verhältnis von Durchmesser der Vertiefung zu Höhe der Vertiefung von beispielsweise 2 bis 3 erzeugt werden. Der Durchmesser der Vertiefung, soweit es sich nicht um einen runden Querschnitt handelt, wird im Falle eines nicht kreisrunden Querschnittes, wie eines konvexen Querschnittes, z. B. elliptisch, oval, polygonal, rechteckig, trapezförmig, rhomboid usw., der kleinste Durchmesser verstanden.

Der grösste Durchmesser der einzelnen Vertiefungen kann beispielsweise von 1 bis 500 mm, die Höhe einer Vertiefung von 1 bis 100 mm, betragen.

Die zu Formpackungen, wie Blisterpackungen und insbesondere Bodenteilen von Blisterpackungen, verarbeiteten Verbunde bleiben porenfrei auch bei grossen Tiefungsverhältnissen und auch die Ausschussrate bei der Umformung vermindert sich erheblich.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1: die Draufsicht auf eine Matrize für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen von kaltverformten Blisterpackungen;

Fig. 2: die Draufsicht auf einen der Matrize zugeordneten Niederhalter;

Fig. 3, 4: schematische Querschnitte durch zwei verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß Linie III-IV der Fig. 1, 2.

Eine Vorrichtung zum Herstellen von kaltverformten Blisterpackungen enthält eine Matrize 10 mit Gesenköffnungen 12 in einem von einem rahmenartigen Randbereich 14 umgebenen Schulter- oder Innenbereich 16.

Der Matrize 10 ist ein gleichförmiger Niederhalter 18 mit einem ebenfalls von einem Randbereich 20 umfangenen Schulter- oder Innenbereich zugeordnet, von dessen Oberfläche 22 Öffnungen oder Bohrungen 24 ausgehen. Jeder dieser Bohrungen 24 ist gemäß Fig. 3, 4 ein Stempelkörper 26 zugeordnet; diese sind - in der Zeichnung nicht wiedergegeben - mit dem Träger eines Stempels verbunden.

Die Anzahl der Stempelkörper 26 entspricht der Anzahl der Gesenköffnungen 12 in der Matrize 10. Die einzelnen Stempelkörper 26 durchdringen die Öffnungen oder Bohrungen 24 im Niederhalter 18. Zwischen der Matrize 10 und dem Niederhalter 18 wird ein nicht eingezeichneter Metall/Kunststoff- Verbund eingelegt. Durch Druckbeaufschlagung wird der Niederhalter 18 gegen die Matrize 10 gepresst, wobei der Metall/Kunststoff-Verbund an allen Berührungsstellen zwischen Matrize 10 und Niederhalter 18 im wesentlichen unverstreckbar festliegt. Die Stempelkörper 26 senken sich unter Krafteinwirkung durch die Bohrungen 24 im Niederhalter 18, stoßen auf den Metall/Kunststoff-Verbund und die Stempelkörper 26 senken sich unter Verformung des Metall/Kunststoff-Verbundes durch die Gesenköffnungen 12 in der Matrize 10, bis der gewünschte Verformungsgrad des Metall/Kunststoff-Verbundes erreicht ist.

Der Metall/Kunststoff-Verbund wird sowohl im Randbereich 14 als auch im Innen- oder Schulterbereich 16 zwischen Niederhalter 18 und Matrize 10 im wesentlichen unverstreckbar festgelegt, und die Verformung des Verbundes erfolgt lediglich jeweils innerhalb des die Gesenköffnung 12 überdeckenden Materials.

Die Draufsicht auf die Matrize 10 zeigt dunkelschraffiert den Randbereich 14, innerhalb dessen den Schulterbereich 16. Der Randbereich 14 kann ein Rauhigkeitsmuster 28 aufweisen. Der Schulterbereich 16 liegt gegenüber dem Randbereich 14 um ein Maß a von 0,01 bis 10 mm tiefer. Der Schulterbereich 16 ist in vorteilhafter Ausführungsform teil- und insbesondere vollflächig mit einem Belag oder einer Schicht 30 niedriger Reibung abgedeckt. Im Schulterbereich 16 sind beispielhaft in regelmäßiger Anordnung die Gesenköffnungen 12 eingezeichnet. Es handelt sich in der Regel um Bohrungen, d. h. Öffnungen oder Ausnehmungen runden Querschnittes, oder aber auch um Öffnungen ovalen Querschnittes. Auch Öffnungen polygonalen Querschnittes, wie z.B. rechteckige, quadratische oder sechseckige Öffnungen sind ohne weiteres zu verwirklichen.

Die gegen die Matrize 10 und den beim Herstellungsprozess dazwischen zu liegen kommenden Verbund gerichtete Oberfläche 20, 22 des Niederhalters 18 kann plan sein. Über die Berührungsflächen, die sich durch den Randbereich 20 des Niederhalters 18 und den Randbereich 14 der Matrize 10 ausbilden, wird in Arbeitsstellung der Verbund in der Weise festgeklemmt, dass er nicht fließen oder sich verstrecken kann.

Der Niederhalter 18 kann anstelle der planen Oberfläche 20, 22 auch einen Randbereich 20 und einen innerhalb des Randbereiches liegenden vertieften Bereich 22 aufweisen, oder der Niederhalter 18 kann im wesentlichen nur aus dem Randbereich bestehen, d. h. einen Ring darstellen.

Im Randbereich 20 des Niederhalters 18 kann ein teil- oder vollflächiges Rauhigkeitsmuster angeordnet sein. Der Randbereich 20 des Niederhalters 18 ist zweckmäßig gegengleich angeordnet und im wesentlichen in gleicher Abmessung wie der Randbereich 14 der Matrize 10.

Der Niederhalter 18 weist - wie gesagt - eine Mehrzahl von Öffnungen oder Ausnehmungen, in vorliegendem Falle Bohrungen 24 auf. Die Bohrungen 24 werden vom Stempel, resp. von Stempelkörpern durchdrungen, und entsprechend sind die Bohrungen 24 in gleicher Lage und Anordnung und zumindest annähernd gleicher Größe wie die Gesenköffnungen 12 in der Matrize 10.

In Fig. 3, 4 wird die erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt dargestellt, wiederum mit der Matrize 10, dem Niederhalter 18 und den Stempelkörpern 26. Im Randbereich 14 der Matrize 10 ist das Rauhigkeitsmuster 28 angebracht. Gegenüber dem Randbereich 14 ist der ganze Innen- oder Schulterbereich 16 - d. h. der Bereich der Matrize 10, der sich innerhalb des Randbereiches 14 befindet und der Schultern bildet, welche die Gesenköffnungen 12 umgeben - tieferliegend angeordnet. Das Vertiefen des Schulterbereichs 16 der Matrize 10 um das Maß a kann beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung - durch Ausfräsen, Schleifen oder durch Funkenerosion usw. - erfolgen. Die Matrize 10 kann auch zweiteilig ausgeführt werden, wobei der Randbereich 14 und der Schulterbereich 16 gegeneinander beweglich sind und bei Erreichen der gewünschten Höhendifferenz a gegenseitig festgelegt und gegeneinander justiert werden können.

Es kann sich bei der Matrize 10 auch um ein Gussstück handeln, welches die Vertiefung, die den Schulterbereich 16 ausbildet, bereits aufweist. Entsprechend ist es auch denkbar, dass der Niederhalter 18 nicht eine gegen die Matrize 10 gerichtete, insgesamt plane Oberfläche aufweist, sondern einen gegenüber dem Randbereich 20 vertieften Schulterbereich.

Der Metall/Kunststoff-Verbund wird zwischen dem Niederhalter 18 und der Matrize 10 - insbesondere im Randbereich 14 der Matrize 10, der vom Randbereich 20 des Niederhalters 18 überdeckt wird - klemmend und unverstreckbar festgelegt. Im Schulterbereich 16, sowohl entlang den Rndbereichen und den Schultern zwischen den Gesenköffnungen 12, kann der Metall/Kunststoff-Verbund entsprechend der Absenkung der Stempelkörper 16 in die Gesenköffnungen 12 fließen und unter Verstreckung verformt werden.

In Fig. 4 ist das zusätzliche Merkmal der Schicht 30 mit niedriger Reibung aus beispielsweise Polytetrafluorethylen, Polyoxymethylen, Polyolefinen oder Polyethylenterephthalat usw. gezeigt. Die Schicht 30 erstreckt sich vorteilhaft über den ganzen Schulterbereich 16 der Matrize 10. Eine Schicht 30, die nur Teile des Schulterbereichs 16 bedeckt, ist fallweise möglich.

In vorliegend bildlich dargestellter Ausführungsform wird eine verhältnismäßig kleine Matrize 10 gezeigt. Es ist auch möglich, Matrizen 10 nach vorliegender Erfindung zu gestalten, deren Schulterbereich 14 durch Quer- und/oder Längsstege unterteilt ist. Im Bereich dieser Stege wird der Metall/Kunststoff-Verbund vom Niederhalter 18 klemmend festgehalten. Damit gelingt es beispielsweise, mit einer Matrize 10 und mit einem Stempelhub eine Mehrzahl von Formpackungen zu erzeugen. Nach dem Verformen können die gleichzeitig gefertigten Formpackungen z. B. durch Trennschnitte entlang den Stegbereichen aufgeteilt werden.

Beispiele
  • 1. Ein Metall/Kunststoff-Verbund des Schichtaufbaus einer 25 µm dicken orientierten Polyethylenfolie, einer 45 µm dicken Aluminiumfolie und einer 60 µm PVC-Schicht wird Umformversuchen in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung aus einer Matrize 10 einem Niederhalter 18 und einem Stempel unterworfen. Die PVC-Schicht stellt beim fertigen Produkt die Packungsinnenseite dar. Die Matrize 10 erzeugt eine Formpackung in Form eines 10fach Blisters, d. h. einen Blisterboden mit zehn Vertiefungen, mit einem Durchmesser jeder Vertiefung von 13,5 mm. Entsprechend weist die Matrize 10 als Gesenköffnungen 12 zehn Bohrungen auf und der Niederhalter 18 ebenfalls an äquivalenten Stellen zehn Bohrungen 24. Der Stempel ist mit zehn Stempelkörpern 26 ausgestattet, welche durch die Bohrungen 24 des Niederhalters 18 dringen können und die Verformung des Verbundes entsprechend den Gesenköffnungen 12 in der Matrize 10 bewirken. Der Durchmesser jedes Stempelkörpers 26 beträgt 12,8 mm. Die Matrize 10 weist einen Randbereich 14 in einer Breite b von 20 mm auf, und innerhalb des Randbereiches 14 liegt der Schulterbereich 16. Der Randbereich 14 der Matrize 10 ist mit einem Rauhigkeitsmuster 28, einer Riffelung, versehen. Die Oberfläche des Schulterbereiches 16 ist gegenüber dem Randbereich 14 um 0,3 mm abgesenkt. Zu diesem Zwecke wird die Matrize 10 einer spanabhebenden Bearbeitung, einem Ausfräse-Verfahren, unterworfen. Der Verbund wird zwischen Matrize 10 und Niederhalter 18 eingeführt, letzterer gegen die Matrize 10 gepresst, wobei der Verbund derart festgehalten wird, dass im Bereich der Pressung zwischen Niederhalter 18 und Matrize 10 kein Fließen des Verbundes eintreten kann. Der Stempel wird soweit abgesenkt, dass sich der Verbund im Bereich der Gesenköffnungen 12 gegenüber seiner ursprünglichen planen Oberfläche um 3,7 mm verformt. Das Verfahren wird ohne Wärmeeinwirkung kalt durchgeführt. Der Stempel wird abgesenkt und wieder zurückgezogen, der Druck auf dem Niederhalter 18 aufgehoben, und der Matrize 10 kann ein Bodenteil für eine Blisterpackung entnommen werden. Die porenfreie bleibende Tiefe der Vertiefungen wird mit 3,1 mm ausgemessen.
  • 2. Der Versuch gemäß Beispiel 1 wird wiederholt. Dazu wird jedoch eine Matrize 10 verwendet, deren Schulterbereich 16 - bezogen auf das Niveau der Oberfläche des Randbereiches 14 - um 0,15 mm abgetieft ist. Der ganze Schulterbereich 16 ist gegenüber dem Randbereich 14 um 8,15 mm ausgefräst und mit einer 8 mm dicken Schicht aus Polytetrafluorethylen (Teflon) belegt. Somit ist der Schulterbereich 16 gegenüber dem Randbereich 14 der Matrize 10 um 0,15 mm abgetieft. Der Durchmesser d der Gesenköffnungen 12 beträgt wiederum 13,5 mm, der Stempeldurchmesser 12,8 mm. Ein Verbund, wie in Beispiel 1 erwähnt, wird in die Vorrichtung eingeführt und auf gleiche Weise zu einem Bodenteil für eine Blisterpackung verformt. Der Stempel wird um 3,8 mm abgesenkt und wieder zurückgezogen. Die porenfreie bleibende Tiefe der Vertiefungen wird mit 3,2 mm ausgemessen.
  • 3. Ein Vergleichsversuch mit einer Matrize, die keinen Randbereich und Schulterbereich aufweist, sondern lediglich die Gesenköffnungen 12 mit einem Durchmesser d von 13,5 mm aus der planen Fläche heraus in der Matrize angebracht sind, wird durchgeführt. Der Verbund wird somit zwischen Matrize und Niederhalter 18 nicht nur im Randbereich geklemmt, sondern auch im Schulterbereich, d. h. vollflächig außerhalb der Gesenköffnungen 12. Ein Verbund wie in Beispiel 1 beschrieben wird zu Bodenteilen von Blisterpackungen ebenfalls durch Kaltverformen verarbeitet, wobei die gleichen Bedingungen bezüglich Gesenköffnungen, Stempeldurchmesser (12,8 mm) und Absenkungstiefe (3,4 mm) des Stempels eingehalten werden. Die porenfreie bleibende Tiefe der Vertiefungen wird mit 3,0 mm ausgemessen.
  • 4. Bei einem weiteren Versuch werden Serien von Bodenteilen von Blisterpackungen hergestellt. Die Absenkungstiefe des Stempels beträgt 4,4 mm. Die Tiefungsbedingungen werden derart gewählt, dass mit einer Matrize nach dem Stand der Technik und wie in Beispiel 3 beschrieben, bezüglich der porenfreien bleibenden Vertiefungen eine Ausschussrate von 100% erzielt wird. Bei gleicher Versuchsanlage und unter gleichen Versuchsbedingungen, jedoch mit dem Unterschied, dass mit einer erfindungsgemäßen Matrize 10 gemäß Beispiel 1 gearbeitet wird, sinkt die Ausschussrate auf 88%. Bei gleicher Versuchsanlage und unter gleichen Versuchsbedingungen, jedoch mit dem Unterschied, dass mit einer erfindungsgemäßen Matrize gemäß Beispiel 2 gearbeitet wird, sinkt die Ausschussrate auf 58%.

Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Kaltverformen eines Metall/Kunststoff-Verbundes zu einer Formpackung mit Gesenköffnungen für jeweils einen Stempelkörper aufweisender Matrize und einem dieser zugeordneten Niederhalter, der zum klemmenden Halten des Metall/Kunststoff-Verbundes auf die diesem zugekehrte Oberfläche der Matrize auflegbar vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,

    daß die Matrize (10) und der Niederhalter (18) einander gegenüberliegende rahmenartige Randbereiche (14, 20) aufweisen und die Matrize innerhalb ihres Randbereiches mit einem Schulterbereich (16), der die Gesenköffnungen (12) enthält und umgibt, versehen ist sowie die Oberfläche des Schulterbereichs um ein Maß (a) von 0,01 mm bis 10 mm tiefer liegt als die Oberfläche des Randbereiches der Matrize, und

    daß der Randbereich (20) des Niederhalters (18) und der Randbereich (14) der Matrize (10) in Arbeitstellung über dem Metall/Kunststoff-Verbund einander anliegen und der Schulterbereich (16) der Matrize in Abstand (a) zu den gegenüberliegenden Flächen des Niederhalters liegt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schulterbereich (16) der Matrize (10) ganz oder teilweise von einer Oberflächenschicht (30) niedriger Reibung bedeckt ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Reibung eines Wertes zwischen 0,3 bis 2,1.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die verformungswirksame Oberfläche des Formstempels, die mit dem Verbund in Berührung kommt, mit einer Oberflächenschicht niedriger Reibung bedeckt ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, gekennzeichnet durch eine Oberflächenschicht enthaltend oder bestehend aus Kunststoffe/n der Reihen Polytetrafluorethylen, Polyoxymethylen, Polyethylen oder Polyethylenterephtalat.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (20) des Niederhalters (18) und/oder der Randbereich (14) der Matrize (10) teil- oder vollflächig ein Rauhigkeitsmuster (28) aufweisen/aufweist.
  7. 7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Schulterbereiches (16) der Matrize (20) 0,1 bis 2,0 mm, vorzugsweise 0,15 bis 0,3 mm, tiefer liegt als die Oberfläche des Randbereiches (14) der Matrize.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich zwischen der Wand der Gesenköffnung (12) und der Oberfläche des Schulterbereiches (16) gerundet ist und die Rundung einen Radius von 0,1 bis 10 mm, vorzugsweise einen Radius von 0,1 bis 1 mm, aufweist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Randbereiche (14, 20) der Matrize (10) und des Niederhalters (18) eine Breite von 1 bis 100 mm, vorzugsweise 2 bis 30 mm, aufweisen.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Breite von 3 bis 20 mm.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (10) 1 bis 200 Gesenköffnungen (12), vorzugsweise 8 bis 40 Gesenköffnungen, aufweist.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände im Schulterbereich (16) zwischen Randbereich (14) und Gesenköffnungen (12) sowie zwischen den einzelnen Gesenköffnungen der Matrize (10) 2 bis 50 mm, vorzugsweise 5 bis 25 mm, betragen.
  13. 13. Verfahren zum Herstellen von kaltverformten Formpackungen aus einem Metall/Kunststoff-Verbund durch Ziehen des Verbundes mittels einer Gesenköffnungen aufweisenden Matrize und eines Niederhalters, die den Verbund festlegen, sowie mit Stempelkörpern für die Gesenköffnungen, die den Verbund verformen, unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der voraufgehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metall/Kunststoff-Verbund zwischen einander gegenüberliegenden Randbereichen von Matrize und Niederhalter klemmend und unverstreckbar in Abstand von 0,01 mm bis 10 mm zur Oberfläche eines Schulterbereiches der Matrize festgelegt und anschließend über Schultern der sich innerhalb des Schulterbereiches in der Matrize befindenden Gesenköffnungen verformt wird, wobei der Verbund über die Oberfläche des Schulterbereiches gleitend oder fließend gezogen und/oder gestreckt wird.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Metall/Kunststoff-Verbundes enthaltend

    oPA 25/Al 45/PVC 60 oder

    oPA 25/Al 45/oPA 25 oder

    Al 120/PP 50 oder

    oPA 25/Al 60/PE 50 oder

    oPA 25/Al 60/PP 60,

    wobei oPA für orientiertes Polyamid, PVC für Polyvinylchlorid, PE für Polyethylen, PP für Polypropylen und Al für Aluminium steht und die Ziffern für die Schicht-, resp. Foliendicke in µm stehen.






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