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Dokumentenidentifikation DE102005032832A1 16.02.2006
Titel Phiole mit einer durch ein Scharnier verbundenen Kappe und Verfahren zur Herstellung derselben
Anmelder Polytop Corp., Slatersville, R.I., US
Erfinder Johnson, Joseph E., Woodstock, Conn., US;
Brannon, Patrick J., Warwick, R.I., US;
Skillin, Clifford W., Blackstone, Mass., US
Vertreter Einsel und Kollegen, 38102 Braunschweig
DE-Anmeldedatum 12.07.2005
DE-Aktenzeichen 102005032832
Offenlegungstag 16.02.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.02.2006
IPC-Hauptklasse B65D 47/08(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse B65D 43/16(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      
Zusammenfassung Ein Verfahren zum Herstellen einer Abgasphiole (20) aus einem Kunststoffmaterial wird vorgeschlagen. Die Abgabephiole (20) weist einen Phiolenkörper (22), einen Phiolendeckel (48) und ein Filmscharnier (62) auf, welches den Phiolendeckel (48) mit dem Phiolenkörper (22) verbindet. Die Abgabephiole (20) wird geformt und aus der Form entfernt, solange sie warm ist. Das Filmscharnier (62) wird gebogen, solange der Kunststoff noch warm ist. Anschließend werden die Abdichtungsoberflächen aktiv gekühlt, um den Kunststoff zu veranlassen, sich vollständig zu setzen, und schließlich wird der Phiolendeckel (48) geschlossen.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Behälter und Phiolen, die einen mit einem Scharnier angebrachten Verschluss besitzen, der eine Abdichtung aufrecht erhält. Genauer gesagt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Phiole mit einer integrierten mittels eines Scharniers verbundenen Kappe und einem Verfahren zur Herstellung dieser Phiole.

Behälter und Phiolen, die mit Scharnier verbundene Verschlüsse aufweisen, sind im Stand der Technik gut bekannt. In dieser Beziehung gibt es Dutzende von Patenten, die unterschiedliche Konfigurationen von Abgabeverschlüssen und Phiolen mit über ein Scharnier verbundenen Kappen, wie auch unterschiedliche Verfahren zur Herstellung derartiger Produkte beschreiben. Die US-PS 4,351,630, die US-PS 4,220,248, die US-PS 4,377,247, die US-PS 4,847,988 und die US-PS 5,271,536 sind nur einige wenige Beispiele dieses Standes der Technik auf diesem Gebiet. Wie man bereits aus einer ganzen Reihe von Zeichnungsfiguren in diesen Patenten entnehmen kann, sind Abgabeverschlüsse und Phiolen oder Fläschchen allgemein so aufgebaut, dass sie einen Hauptkörper und einen mit einem Scharnier verbundenen Deckel einschließen, der integral zusammen mit dem Hauptkörper ausgebildet und mit diesem über ein Filmscharnier (living hinge) verbunden ist. Der Hauptkörper schließt typischerweise eine Art „Öffnung" für die Abgabe des Produktes ein, während der Deckel üblicherweise einen „Stutzen" oder „Stopfen" einschließt, der mit einem Reibungsschluss in der Öffnung aufgenommen und eingepasst ist, um eine Dichtung zu bilden und eine unbeabsichtigte Abgabe des Produktes zu verhindern. Die einstückige Anordnung wird zunächst in ihrer geöffneten Stellung geformt und wird dann in einem anschließenden Verfahrensvorgang geschlossen. Da viele der Abgabeverschlüsse für flüssige Kosmetikprodukte wie beispielsweise Shampoos und für Nahrungsmittelprodukte, wie beispielsweise Ketchup und Sirup verwendet werden, muss eine leckdichte Abdichtung zwischen dem „Stutzen" oder „Stopfen" einerseits und der „Öffnung" des Verschlusses andererseits ausgebildet werden.

Auf dem Gebiet der Herstellung gibt es ebenfalls einen erheblichen Stand der Technik für automatisiertes Formen und Verschließen von Abgabeverschlüssen. Bereits im Jahre 1983 begannen viele Firmen automatische Vorrichtungen zum Behandeln und Verschließen von Abgabeverschlüssen nach dem Formen einzusetzen. Beispielsweise stützen sich mehrere frühe Verschließmaschinen auf ein Drehtischverschließsystem, das eine Vibrationsführung einschließt (vergleiche US-PS 4,847,988). Die geformten Teile wurden aus der Form auf einen Förderer fallengelassen, der seinerseits in eine Vibrationsführungsschüssel führte. Die Vibrationsführung orientierte die losen Teile und führte sie zu einer Verarbeitungslinie, die ihrerseits zu einem mehrstufigen kontinuierlichen bewegten Drehtisch führte. Da jedes Teil auf den Tisch geführt wurde und zu der nächsten Position gedreht wurde, wurde der Deckel des Verschlusses nacheinander angehoben und hochgehoben bis er schließlich in seine vollständig geschlossene Stellung gedreht war. Diese Drehtisch-Verarbeitungsmaschinen werden auch heute noch nach wie vor aktiv in Herstellungsbetrieben eingesetzt. Bereits im Jahre 1984 begannen Hersteller auch mit Experimenten mit automatischen Verschließverfahren, die Roboter einsetzten, die Teile entfernten.

In der Vergangenheit war es außerdem allgemein anerkannt, dass der beste Weg zum Erhalten von dichten Oberflächen für die besten Abdichteigenschaften darin bestand, die abdichtenden Oberflächen kurz nach dem Formen zusammen zu passen, während das Kunststoffmaterial noch etwas warm war, sich also noch nicht vollständig gesetzt hatte. Im Kontext von Kunststoffmaterialien, die zur Verwendung im Tagesgeschäft dienen sollen, ist unter „vollständig gesetzt" zu verstehen, die Bedeutung, dass das Material zurückgekehrt ist zu einer „Normalgebrauch"-Umgebungstemperatur.

Bei der Formung von Kunststoffverschlüssen wird das Kunststoffmaterial bei einer Temperatur von ungefähr 215°C bis 225°C (420°F bis 430°F) spritzgegossen. Nach dem Formen muss das Material in der Form auf ungefähr 35°C bis 50°C (100°F bis 120°F) abgekühlt werden, bei welcher Temperatur der Kunststoff kühl genug ist, um sich nach der Herausnahme aus der Form nicht zu verformen, aber er befindet sich nach wie vor oberhalb der Umgebungstemperatur und ist warm genug, um unverändert einige Schrumpfung oder ein „Setzen" durchzuführen, während er fortfährt, sich auf die Raumtemperatur abzukühlen. Es ist daher allgemeines Fachwissen, das die Abgabeverschlüsse kurz nach dem Entfernen aus der Form verschlossen werden sollten, um eine „bessere" Abdichtung beim Kontakt von Stopfen und Öffnung zur Verfügung zu stellen.

Diese Lehre ist klar identifiziert in mehreren US-Patentschriften aus den 1970ern bis in die frühren 1990er Jahre. Beispielsweise wird in der US-PS 4,351,630 aus dem Jahre 1982 von den Erfindern die Wichtigkeit des Bewegens eines Filmscharniers kurz nach dem Formen (unverändert in der Form) identifiziert (vergleiche Spalte 1, Zeilen 37 bis 50). Die US-PS 4,351,630 erkennt außerdem die Wichtigkeit des Verschließens eines Deckels kurz nach dem Verschließen, um eine gute Abdichtung sicher zu stellen (vergleiche Spalte 1, Zeilen 50 bis 64).

Die US-PS 4,847,988 aus dem Jahre 1989 erkennt ebenso die Wichtigkeit des Verschließens des Deckels kurz nach dem Formen (vergleiche Spalte 3, Zeilen 24 bis 32).

Kehren wir zurück zu der Phiolenkonfiguration nach der vorliegenden Erfindung, werden hier Phiolen und Abgabeverschlüsse im Folgenden beschrieben, die bis vor kurzem vorwiegend für das Aufbewahren und Abgeben flüssiger Produkte verwendet wurden. Allerdings gibt es einen jüngsten Trend in der Süßwarenindustrie, ungewöhnliche Abgabeverpackungen für kleine Süßwaren zu entwickeln, wie beispielsweise zuckerbeschichtete Schokoladen und andere zuckergestützte Süßwaren.

In dieser Beziehung haben mehrere Süßwarenhersteller die Verwendung von einer Phiole mit einem über einem Scharnier angebrachten Verschluss für den Verkauf und die Abgabe von derartigen zuckerbasierten Süßwaren übernommen. Es sei hier Bezug genommen auf die US-PS 5,133,470, die US-PS 4,807,425 und die US-PS 4,783,056 als ein Beispiel für eine derartige Phiole (mit einer zylindrischen Form), die derzeit in der Süßwarenindustrie eingesetzt wird.

Abgabephiolen mit einer mittels eines Scharniers angebrachten Kappe stellen eine einfache Konfiguration für das Füllen und Abdichten eines Produktes während der Herstellung dar und schaffen außerdem für den Endverbraucher die Möglichkeit, die Verpackung mehrmals zu öffnen und zu verschließen. Während die existierenden Phiolenkonfigurationen für diesen beabsichtigten Zweck recht wirkungsvoll sind, gibt es nach wie vor ein erhebliches Bedürfnis in der Industrie für weitere Phiolenkonfigurationen, das es den Süßwarenherstellern erlauben soll, ihre Produkte besser von denen anderer Hersteller mit unterschiedlich geformten Phiolen und Kappenformen zu unterscheiden.

Allerdings gibt es besondere Randbedingungen zu beachten, die bei der Verpackung von Nahrungsmitteln angesprochen werden müssen, und zwar insbesondere bei zuckerbasierten Süßwaren. Zuckerbasierte Süßwaren stellen ein besonderes Problem dadurch dar, dass der Behälter eine adäquate Abdichtung besitzen muss, um das Eindringen von Feuchtigkeit in das Innere der Phiole zu verhindern. Zuckerbasierte Süßwaren müssen isoliert bleiben gegenüber nennenswerten Mengen von Feuchtigkeit oder die Süßwaren werden weich werden und zusammenkleben.

Dementsprechend muss eine Phiole ein bestimmtes Minimalniveau einer Abdichtfähigkeit besitzen, um den ungewünschten Eintritt von Luft und Feuchtigkeit zu vermeiden und für die Süßwaren eine akzeptierbare Lagerfähigkeit zu erzielen.

Die Abgabephiole nach der vorliegenden Erfindung schließt einen ungewöhnlichen ovalen Körper mit einer offenen Oberseite und einem integrierten mit dem Körper über ein Filmscharnier verbundenen Deckel ein. Der Körper und die Kappe sind im Wesentlichen oval in der Form mit einer kurzen geraden Seite und gebogenen vorderen und rückwärtigen Oberflächen. Die obere Lippe des Körpers bildet eine „Öffnung" und schließt einen inneren Dichtungssaum und einen äußeren Dichtungssaum ein. Der äußere Dichtungssaum ist dabei geringfügig größer als der innere Dichtungssaum. Der Deckel wird mit einem komplementären U-förmigen Abdichtungskanal ausgebildet, der so aufgebaut und angeordnet ist, dass er über die Kante in abdichtender Beziehung aufgenommen werden kann, wenn der Deckel um das Filmscharnier in seine geschlossene Stellung gedreht wird. Die äußere Wand des Kanals ist versehen mit einer Abdichtschulter, die schnappend über den äußeren Abdichtungssaum aufgenommen werden kann. Die innere Wand des Kanals bildet den „Stopfen" oder „Stutzen", der in der Innenseite der Lücke der Phiole aufgenommen wird.

Der Körper und der Deckel sind so aufgebaut, dass sie zueinander passen und längs von zwei getrennten Berührungslinien miteinander abdichten. Die obere Lippe der Phiole wird nicht vollständig in dem Kanal aufgenommen und lässt einen schmalen Spalt oberhalb von der Oberkante der Lippe. Die erste abdichtende Berührung tritt bei dem Kontakt des inneren Abdichtungssaums gegen die innere Wand des Kanals ein. Der zweite Abdichtungseingriff tritt bei dem Kontakt des äußeren Abdichtungssaums und der äußeren Wand ein.

Bei der Verwendung, wenn der Deckel auf dem Körper verschlossen ist, schnappt der U-förmige Kanal über den Abdichtungssaum. Die Kanalwände biegen sich anfänglich nach außen, um über die Abdichtungssäume zu gleiten, werden dann aber nach innen gedrückt, um eine Abdichtungskraft der Wand gegen die Abdichtungssäume und die Schulter zu schaffen.

Der Herstellungsvorgang für das Herstellen der Phiole ist ebenfalls ungewöhnlich auf Grund der einzigartigen ovalen Form und der Konfiguration des länglichen U-förmigen Abdichtungskanals. In der Vergangenheit war es allgemein anerkannt, dass der beste Weg zum Erhalten von Abdichtungsoberflächen für die besten Dichtungseigenschaften es war, die Abdichtungsoberflächen kurz nach dem Formen aneinander zu passen, während das Kunststoffmaterial noch etwas warm war, sich also noch nicht vollständig gesetzt hatte. Trotz der gut bekannten Vorteile des Abdichtens einer Kappe auf einem Körper, wenn der Kunststoff noch warm ist, verhielt sich die vorliegende Phiolenkonfiguration nicht wie erwartet (sie hatte keine genügende Abdichtung), wenn sie unmittelbar nach dem Formen geschlossen wurde.

Die Erfinder haben Mutmaßungen angestellt, ob die Abdichtungskonfiguration der vorliegenden ovalen Phiole sich anders benimmt als eine zylindrische Phiole und insbesondere, ob die flexiblen Kanalwände in dem Deckel nach außen gebogen wurden und während des Setzens des Deckels auf dem Körper permanent deformiert wurden (falls der Kunststoff noch zu warm war), weil die Kanalwände somit keine ordnungsgemäßen Kompressionskräfte zur Verfügung stellten, um eine gute Abdichtung aufrecht zu halten. Es wurde anschließend festgestellt, dass ein fortgesetztes Setzen lassen (abkühlen) in der Zeit vor dem Verschließen der Kappe die erforderlichen Abdichtungseigenschaften schaffen würde. Letztlich führte dies die Anmelder zu dem erfinderischen Herstellungsverfahren, in welchem die Abdichtungsoberflächen der Phiole auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur gekühlt werden (> 16°C, entsprechend > 60°F) nach dem Entnehmen aus der Form und danach erst dem Schließen, während der Kunststoff noch kalt ist (vollständig gesetzt ist).

Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung, die beigefügten Ansprüche und die beigefügten Zeichnungen, in welchen:

1 eine Draufsicht von vorn auf die Phiole in einer Version der vorliegenden Erfindung zeigt;

2 eine Draufsicht von oben auf diese Phiole zeigt;

2a eine nähere Ansicht des Deckels davon zeigt;

3 eine Ansicht von unten zeigt;

4 eine Ansicht im Querschnitt längs der Linie 4-4 aus 2 zeigt;

5 eine Ansicht im Querschnitt längs der Linie 5-5 aus 2 zeigt;

6 eine Ansicht im Querschnitt längs der Linie 6-6 aus 2 zeigt;

7 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Schnappsaumdetails zeigt, der in 6 eingekreist ist;

8 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Deckeldetails zeigt, das in 6 umkreist ist;

8a eine vergrößerte Ansicht im Querschnitt des Deckels längs der Linie 8a-8a aus 2a zeigt;

9 eine vergrößerte Ansicht im Querschnitt der Phiole mit dem Saumdetail zeigt, dass in 5 umkreist ist;

10 eine vergrößerte Ansicht im Schnitt einer Kappe zeigt, die auf dem Phiolenrand in einer verschlossenen Position sitzt;

11 eine Draufsicht von oben auf ein Roboterwerkzeug mit einem Armende zeigt, das zum Halten und Bewegen der Phiolen während der Herstellung verwendet wird;

12 eine Seitenansicht davon zeigt, die die Phiolen zeigt, wie sie aus dem Formwerkzeug ausgeworfen werden in die Nesthohlräume des Werkzeuges;

13a-d Draufsichten auf die Verfahrenslinie zeigt, in der die Phiolendeckel anfangs gebogen und dann vollständig geschlossen werden, während sie noch kalt sind, während sie sich durch eine Reihe von Verarbeitungszonen bewegen;

14A eine Seitenansicht des Phiolendeckels während des Biegens zeigt;

14B eine Seitenansicht der Abgabephiole zeigt während sie durch das Anblasen mit gekühlter Luft abgekühlt wird;

14C die letztliche Schließung des Phiolendeckels gegen den Phiolenkörper zeigt; und

15 eine Graphik zeigt, die die Abdichtungseigenschaften verglichen mit der Zeit vor dem Schließen des Deckels auf der Phiole zeigt.

Unter Bezugnahme auf die 1 bis 10 schließt die insgesamt mit 20 bezeichnete Abgabephiole einen Phiolenkörper 22 mit einer Abgabeöffnung 46 und einen Phiolendeckel 48 ein, der mit dem Phiolenkörper 22 über ein Filmscharnier 62 integriert verbunden ist. Der Phiolenkörper 22 und der Phiolendeckel 48 sind im Wesentlichen oval oder elliptisch in ihrer Form und haben eine kurze gerade Seite 24 und eine gebogene Vorderoberfläche 26 sowie eine gebogene rückseitige Oberfläche 28 (vergleiche die 2 und 3 hinsichtlich der ovalen Form). Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen ovalförmigen Querschnitt besitzt, kann die vorliegende Erfindung auch bei anderen Phiolengeometrien angewandt werden, beispielsweise bei quadratischen, kreisförmigen oder dreieckigen, um nur einige zu nennen, und die vorliegende Erfindung sollte nicht als darauf begrenzt angesehen werden.

Auf mehrere Arten ist die Abgabephiole 20 identisch zu derjenigen eines Abgabeverschlusses (nicht dargestellt). Die Hauptausnahme dabei besteht darin, dass der untere Körperabschnitt 30 der Abgabephiole 20 durch eine Bodenfläche 34 verschlossen ist, während der (nicht dargestellte) Kragen des Abgabeverschlusses offen ist, sodass er auf einen (nicht dargestellten) Behälter aufgeschraubt werden kann. Auf alle anderen Arten ist der Abgabephiole 20 ähnlich zu einem Abgabeverschluss.

Die obere Lippe 36 des Phiolenkörpers 22 begrenzt eine Abgabeöffnung 46 und schließt einen inneren ringförmigen Dichtsaum 42 und einen äußeren ringförmigen Dichtsaum 44 ein, wobei der äußere ringförmige Dichtsaum 44 geringfügig größer ist als der innere ringförmige Dichtsaum 42 (vergleiche die 1, 4, 5, 9 und 10). Der Phiolendeckel 48 ist mit einem komplementären U-förmigen Abdichtkanal 50 ausgebildet, der von einem oberen Abschnitt 49 abhängt, der so aufgebaut und angeordnet ist, dass er die obere Lippe 36 in abdichtender Beziehung mit dem Phiolendeckel 48 aufnehmen kann und um das Filmscharnier 62 in eine geschlossene Stellung gedreht wird (vergleiche die 4, 6, 7, 8 und 10).

Die äußere ringförmige Dichtungswand 44 des U-förmigen Abdichtkanals 50 ist versehen mit einer Schnappkante 60, die geschnappt ist über den äußeren ringförmigen Dichtungssaum 44 (vergleiche die 2 und 10). Ein optionaler Daumeneingriff 61 assistiert dem Verbraucher beim Öffnen des Phiolendeckels 48 und kann auf der Schnappkante 60 angeordnet sein. Unter Bezugnahme auf die 2 ist die äußere ringförmige Abdichtwand 44 aktuell mit drei separaten Schnappsäumen 57 ausgerüstet, die den Deckel mit einem hörbaren und taktilen Schnappen versehen, wenn der Deckel verschlossen wird. Diese Schnappsäume 57 können am besten in der 2a gesehen werden.

Der U-förmige Abdichtkanal 50 des Phiolendeckels 48 ist außerdem mit drei separaten Halterippen 58 versehen, die nach unten von der oberen Wand 56 des U-förmigen Abdichtkanals 50 ragen, um den Spalt auf der Spitze des U-förmigen Abdichtkanals 50 aufrecht zu erhalten und den Phiolendeckel 48 daran zu hindern, zu weit geschlossen werden. Die innere ringförmige Abdichtwand 42 des U-förmigen Abdichtkanals 40 bildet effektiv einen „Stutzen", der in das Innere der oberen Lippe 36 des Phiolenköpers 22 aufgenommen wird.

Der Phiolenkörper 22 und der Phiolendeckel 48 sind so aufgebaut, dass sie zueinander passen und sich längs von zwei getrennten Eingriffslinien abdichten, die in der 2 als die Linien 4/4 und 5/5 identifiziert sind. Die obere Lippe 36 des Phiolenköpers 22 ist nicht vollständig in dem U-förmigen Abdichtkanal 50 aufgenommen und hinterlässt eine kleine Lücke (vergleiche 10) oberhalb der oberen Kante der oberen Lippe 36. Die erste Abdichtungseingriff tritt auf bei dem Kontakt des inneren ringförmigen Dichtungssaums 52 gegen die innere ringförmige Dichtungswand 52 des U-förmigen Abdichtungskanals 50. Der zweite Abdichtungseingriff tritt auf bei dem Kontakt zwischen dem äußeren ringförmigen Dichtungssaum 44 und der äußeren ringförmigen Abdichtungswand 54 (bitte bemerken sie, dass die 10 nicht, die tatsächlich umgebogenen Stellung der ringförmigen Abdichtungswände 42, 44 zeigt und dass die Zeichnungen zum Zwecke des Veranschaulichens der Stellung der Dichtungslinien dienen sollen).

Bei der Verwendung wird dann, wenn der Phiolendeckel 58 auf dem Phiolenkörper 22 geschlossen wird, der U-förmige Abdichtungskanal 50 über den äußeren ringförmigen Abdichtungssaum 44 schnappen. Die ringförmigen Abdichtungswände 52, 54 werden anfangs nach außen abgebogen (vergleiche den Fall in 10), um nach außen über den äußeren ringförmigen Abdichtungssaum 44 und den inneren ringförmigen Abdichtungssaum 42 zu gleiten, aber wird dann nach Innen gedrückt, um eine Abdichtungskraft der ringförmigen Abdichtungswände 52, 54 gegenüber den ringförmigen Abdichtungssäume 42, 44 zu schaffen.

Trotz der gut bekannten Vorteile des Abdichtens einer Kappe auf dem Körper, solange der Kunststoff noch warm ist, verhielten sich die Phiolen nach der vorliegenden Erfindung nicht so wie erwartet (sie bildeten keine hinreichende Dichtheit), wenn sie unmittelbar nach dem Formen geschlossen wurden. Nach wiederholten Versuchen mit den gleichen Ergebnissen vermuteten die Erfinder, dass die Abdichtungskonfiguration einer ovalen Phiole offenbar anders als die einer zylindrischen Phiole sich verhielt. Die Kräfte waren naturgemäß ungleichmäßig rund um die Umfangskante herum. Bei den weiteren Untersuchungen wurden die Phiolen geformt und es wurde ihnen dann erlaubt, sich über unterschiedliche Zeitspannen zu setzen. Eine Graphik der verschiedenen Testszenarios ist als 15 beigefügt.

Überraschender Weise wurde die letztendliche Abdichtung umso besser, je länger die Phiolen vor dem Verschließen stehen durften. Hierzu wird Bezug genommen auf die Linie mit den Dreiecksymbolen 15A-3 in der 15, die die besten Abdichteigenschaften darstellt, die erhalten wurden, wenn man den Phiolen erlaubte, für 24 Stunden sich zu setzen. Diese Testergebnisse führte die Anmelder zu den weiteren Vermutungen, dass die Abdichtungswandungen in dem Deckel nach außen gebogen wurden und, während des Setzenlassens des Deckels auf der Phiole permanent deformiert wurden (falls der Kunststoff noch zu warm ist) und dass die Abdichtungswände somit keine ordnungsgemäßen Druckkräfte zum Aufrechterhaltens einer guten Abdichtung zur Verfügung stellten. Eine Veränderung bei den Herstellungsbedingungen sollte somit ein direktes Ergebnis des physikalischen Aufbaus von Phiole und Deckel sein.

Während ein fortgesetztes Setzenlassen (Abkühlens) die Zeit für die benötigten Abdichtungseigenschaften bereit gestellt, ist andererseits festzuhalten, dass es nicht praktikabel ist für eine Massenherstellungsperspektive, die Abgabeverschlüsse zunächst zu formen, sie dann für 24 Stunden setzen zu lassen, und sie dann erst zu verschließen.

Letztendlich führte dieses die Erfinder zu dem vorgeschlagenen Herstellungsverfahren, in welchem die Abdichtungswände des Deckels und der Phiole aktiv auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur (> 16°C, > 60°F) nach der Entnahme aus der Form gekühlt werden und dann verschlossen werden, während der Kunststoff noch kalt (und vollständig gesetzt) ist. Die spezifischen Details des vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens werden in dem weiter unten beschriebenen bevorzugten Verfahren umrissen.

Die Erfindung zieht die Verwendung einer Spritzgusspresse (nicht dargestellt) zum Herstellen von Abgabephiolen in Betracht. In dieser Ausführungsform ist eine Spritzgusspresse mit einem Hohlraum für 24 Einheiten verwendet worden, aber andere Konfigurationen können gleichfalls wirkungsvoll sein.

In einem ersten Schritt wurden die Abgabephiolen 20 spritzgegossen in der Spritzgusspresse. Der Phiolenkörper und der Phiolendeckel 48 werden gemeinsam geformt und über ein Filmscharnier 62 verbunden. Zum Zeitpunkt des Formens sind der Phiolendeckel 48 und die obere Lippe 36 in der gleichen Ebene angeordnet oder mit anderen Worten sind in einer Position einer 180° Öffnung angeordnet.

Als zweites werden die Formhälften getrennt (nicht dargestellt). Der Phiolenkörper 22 und der Phiolendeckel 48 werden in der Formhälfte beziehungsweise der Negativform der Form 163 durch das Zurückhalten des äußeren ringförmigen Abdichtsaums 44 auf der oberen Lippe 36 innerhalb ihres Formkanals zurückgehalten (nicht dargestellt).

Ein Roboterarm (nicht dargestellt) senkt sich in die Formvorrichtung zwischen die Formhälften. Der Roboterarm schließt ein Werkzeug am Ende seines Arms ein (EOAT) 164, das mit Nesthohlräumen 166 zum Aufnehmen der frisch geformten Abgabephiolen 20 versehen ist (vergleiche 11 und 12). Die Abgabephiolen 20 werden vollständig aus der Formhälfte 163 unter Verwendung von Druckluft in die Nesthohlräume 166 an dem EOAT 164 ausgeworfen. Darüber hinaus wird der Phiolenkörper 22 vorwärts in die Formhälfte 163 bewegt, wenn die Luftströme Luft in den Phiolenkörper am Ende der Formhälfte führen. Ein mechanischer Stripper (nicht dargestellt) leitet den vollständigen Auswurf ein. Druckbauten bis zur Kraft sind genügend, um den äußeren ringförmigen Abdichtsaum 44 aus dem Formkanal zu strippen. Die Abgabephiole 20 schießt dann aus dem Ende der Formhälfte 163 in einen Nesthohlraum 166 an dem EOAT 164.

Danach hebt sich der Roboterarm aus der Formvorrichtung und überquert zu einem Aushändigungswerkzeug 168 (vergleiche die 13a bis d). Das Aushändigungswerkzeug 168 schließt Aufnahmeständer 170 ein zum Aufnehmen der Abgabephiolen 20. Die Abgabephiolen 20 werden auf den Aufnahmeständen 170 des Aushändigungswerkzeugs 168 platziert, die Abgabephiolen 20 werden mittels Vakuumanschlüssen 172 auf den Aufnahmeständern 170 an ihrem Platz gehalten. Der Roboterarm kehrt dann in die Spritzgusspresse für den nächsten Schuss zurück.

Das Aushändigungswerkzeug 168 dreht sich um 90°, um die Abgabephiolen 20 in ein Transportfahrzeug 174 zu platzieren, sodass sie vertikal für die weitere Verarbeitung angeordnet sind. Das Transportwerkzeug 174 schließt Greifer 176 zum Halten des Phiolenkörpers 22 während der weiteren Verarbeitung ein.

Der Phiolendeckel 48 wird durch eine erste Verschlussstange 175 um 90° nach oben bewegt, wenn er in dem Transportwerkzeug platziert ist, um das Filmscharnier 62 zu biegen, während der Kunststoff noch warm ist (vergleiche 14A). Wie in dem Stand der Technik identifiziert ist es nach wie vor wichtig, das Filmscharnier zu biegen, während der Kunststoff noch warm ist.

Das Transportfahrzeug 174 wird zu einer angeschlossenen Kühlzone 178 nach vorne transportiert, in welcher die Phiolendeckel 48 durch eine zweite Verschlussstange 179 in eine Position ungefähr 165° von der ursprünglichen Formposition weiter gedreht werden (praktisch geschlossen oder noch um 15° offen), sodass der U-förmige Abdichtungskanal 50 und die obere Lippe 36 in unmittelbarer Nachbarschaft liegen, aber noch nicht tatsächlich geschlossen sind. Die erste Kühlzone 178 wird mit gekühlter Druckluft zum Aufrechterhalten einer Kühlzonetemperatur von ungefähr 13°C (56°F) bei einem Taupunkt oberhalb von 6°C (43°F) und 55% relativer Luftfeuchtigkeit gekühlt. Die erste Kühlzone 178 schließt Düsen 180 ein, die kalte Luft direkt auf den Phiolendeckel 48 und die obere Lippe 36 des Phiolenkörpers 22 blasen. Für Zwecke des Bildens einer Abdichtung ist es von großer Wichtigkeit, dass der Kunststoff der Abdichtstrukturen an dem Phiolendeckel und der oberen Lippe gekühlt wird. Das Transportfahrzeug 174 verbleibt für ungefähr 20 Sekunden in der ersten Kühlzone 178. Während dieser Zeit wird das Kunststoffmaterial in dem Phiolendeckel und der oberen Lippe 36 des Phiolenkörpers 22 auf eine Temperatur von weniger als 16°C (60°F) gekühlt, insbesondere auf eine Temperatur von ungefähr 13°C (56°F), vergleiche die 13a bis d und 14B. Der Kunststoff kann auch auf noch niedrige Temperaturen gekühlt werden. Allerdings sind für die Zwecke der vorliegenden Erfindung und zum Beschleunigen der Herstellungszeit die angegebenen Temperaturen hinreichend, um die benötigte Abdichtung zu erzielen.

Das Transportfahrzeug 174 wird dann nach vorne in eine zweite Kühlzone 182 bewegt, welche in ihrem Aufbau die gleiche ist wie die erste Kühlzone 178. Das Transportfahrzeug 174 verbleibt für ungefähr weitere 20 Sekunden in der zweiten Kühlzone 182. Die Kühlzonen 178, 182 altern wirkungsvoll die Abgabephiolen 20 (und die Abdichtungsoberflächen) äquivalent zu einer Zeitspanne von ungefähr 24 Stunden des Setzenlassens. Mit einer Kühlung auf weniger als 16°C (60°F) kann der Kunststoff wirksam seinen vollständig gesetzten Zustand erreichen, wie man ihn beim normalen Gebrauch finden würde (vergleiche die 13a bis d und 14B).

Das Transportfahrzeug 174 wird aus der zweiten Kühlzone 182 in eine Verschlussvorrichtung 184 nach vorne bewegt. Die Temperatur des Kunststoffmaterials des Phiolendeckels 48 und der oberen Lippe 36 einer jeden Phiole wird (mittels Infrarottemperatursensoren) außerhalb der zweiten Kühlzone 182 vor dem vollständigen Verschluss gemessen. Als ein optionaler Schritt kann jede Abgabephiole 20, die nicht bei oder unterhalb von 16°C (60°F) liegt, ausgesondert werden, falls gewünscht. Die Greifer 176 öffnen und lassen die Phiole 20 vor dem endgültigen Verschluss in diese Stufe fallen (siehe 13a bis d).

Eine Verschlussvorrichtung 184 schließt dann den Phiolendeckel 48 gegen den Phiolenkörper 22 und bildet eine vollständige Umfangsdichtung. Die Abgabenphiolen 20 werden auf ihren Bodenflächen 34 unterstützt. Pneumatikzylinder 186 bewegen die Phiolen 20 aufwärts und drücken die Phiolendeckel 48 gegen eine obere Platte 188, in welcher Druckfedern 190 einen gleichen Druck nach unten für einen vollständigen Verschluss ausüben. Es ist wichtig festzuhalten, dass die Phiolendeckel 48 geschlossen sind, während die ringförmigen Abdichtungswände 52, 54 und die obere Lippe 36 des Phiolenkörpers 22 kalt sind (vergleiche 13a bis 4 und 14C).

Das Transportfahrzeug 174 bewegt sich dann in einer Inspektionsstation 192, in welcher der Verschluss des Phiolendeckels 48 bestätigt wird. Ordnungsgemäß verschlossene Abgabenphiolen 20 werden in einen Korb freigegeben (nicht dargestellt). Nicht funktionierende Abgabeverschlüsse 20 werden für erneute Verarbeitung aussortiert. Die gekühlten Abgabephiolen 20 werden dann auf Raumtemperatur in ihrem geschlossenen Zustand zurückgebracht.

Während hier eine bestimmte spezifische Struktur für die Ausführung der Erfindung gezeigt und beschrieben wird, wird es für den Fachmann klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Neuanordnungen der Teile möglich sind, ohne sich von dem Geist und dem Umfang des zu Grunde liegenden erfinderischen Konzeptes zu entfernen, und dass dieses auch nicht begrenzt ist auf die speziellen hier gezeigten und beschriebenen Formen, soweit dies durch den Umfang der beigefügten Ansprüche angezeigt ist.

20Abgabephiole 22Phiolenkörper 24kurze gerade Seite 26gebogene Vorderoberfläche 28gebogene rückwärtige Oberfläche 30unterer Körperabschnitt 34Bodenfläche 36obere Lippe 42innerer ringförmiger Abdichtsaum 44äußerer ringförmiger Abdichtsaum 46Abgabeöffnung 48Phiolendeckel 49oberer Abschnitt 50Abdichtkanal 56obere Wand 57Schnappsäume 58separate Anhalterippen 60Schnappkante 61Daumeneingriff 62Filmscharnier 163Form beziehungsweise Formhälfte oder Negativform 164Werkzeug am Ende eines Roboterarms (EOAT) 166Hohlräume 168Werkzeug 170Aufnahmeständer 172Vakuumanschlüsse 174Transportwagen oder Transportfahrzeug 175erste Verschlussstange 176Greifer 178erste Kühlzone 179zweite Verschlussstange 180Düsen 182zweite Kühlzone 184Verschlusseinrichtung 186Pneumatikzylinder 188obere Platte 190Druckfedern 192Inspektionsstation

Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Herstellen einer Abgabephiole (20) aus einem Kunststoffmaterial, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

    Formen der Abgabephiole (20) in einer Form (163), wobei die Phiole (20) einen Phiolenkörper (22), einen Phiolendeckel (48) und ein Filmscharnier (62) aufweist, das den Phiolendeckel (48) mit dem Phiolenkörper (22) verbindet, wobei der Phiolendeckel (48) schwenkbar beweglich um das Filmscharnier (62) zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position ist; Entnehmen der Abgabephiole (20) aus der Form (163);

    Abkühlen des Kunststoffmaterials auf einen vollständig gesetzten Zustand; und

    Bewegen des Phiolendeckels (48) in einen geschlossenen Zustand, während das Kunststoffmaterial sich in seinem vollständig gesetzten Zustand befindet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem der Schritt des Kühlens eine aktive Kühlung des Kunststoffmaterials auf eine Temperatur von weniger als ungefähr 20 °C (65°F) aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, in welchem die Temperatur etwa 16°C (60°F) beträgt.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerdem ein Schritt des Biegens des Filmscharniers (62) nach dem Schritt des Entnehmens aus der Form (163) aber vor dem Schritt des Kühlens und während das Kunststoffmaterial noch warm ist, eingefügt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass außerdem ein Schritt des Biegens des Filmscharniers (62) nach dem Schritt des Entnehmens aus der Form (163) aber vor dem Schritt des Kühlens und während das Kunststoffmaterial noch warm ist, eingefügt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass außerdem ein Schritt des Biegens des Filmscharniers (62) nach dem Schritt des Entnehmens aus der Form (163) aber vor dem Schritt des Kühlens und während das Kunststoffmaterial noch warm ist, eingefügt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerdem ein Schritt des Erlaubens des Kunststoffmaterials des Wiederaufwärmens auf Umgebungstemperatur vorgesehen ist, während der Phiolendeckel (48) sich in seiner geschlossenen Position befindet.
  8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass außerdem ein Schritt des Erlaubens des Kunststoffmaterials des Wiederaufwärmens auf Umgebungstemperatur vorgesehen ist, während der Phiolendeckel (48) sich in seiner geschlossenen Position befindet.
  9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass außerdem ein Schritt des Erlaubens des Kunststoffmaterials des Wiederaufwärmens auf Umgebungstemperatur vorgesehen ist, während der Phiolendeckel (48) sich in seiner geschlossenen Position befindet.
  10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass außerdem ein Schritt des Erlaubens des Kunststoffmaterials des Wiederaufwärmens auf Umgebungstemperatur vorgesehen ist, während der Phiolendeckel (48) sich in seiner geschlossenen Position befindet.
  11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass außerdem ein Schritt des Erlaubens des Kunststoffmaterials des Wiederaufwärmens auf Umgebungstemperatur vorgesehen ist, während der Phiolendeckel (48) sich in seiner geschlossenen Position befindet.
  12. Verfahren zum Herstellen einer Abgabephiole (20) aus einem Kunststoffmaterial, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

    Formen der Abgabephiole (20) in einer Form (163), wobei die Abgabephiole (20) einen Phiolenkörper (22) mit einer oberen Lippe (36), die eine Abgabeöffnung (46) bildet, einen Phiolendeckel (48) und ein Filmscharnier (62) aufweist, welches den Phiolendeckel (48) mit dem Phiolenkörper (22) verbindet,

    wobei der Phiolendeckel (48) schwenkbar beweglich um das Filmscharnier (62) zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position ist;

    Entnehmen der Abgabephiole (20) aus der Form (163);

    das Biegen des Filmscharniers (62), während die Abgabephiole (20) noch warm ist;

    Abkühlen des Kunststoffmaterials mittels eines Kühlverfahrens;

    Schließen des Phiolendeckels (48).
  13. Verfahren nach Anspruch 12, in welchem die Abgabephiole (20) aus der Form (163) mittels eines Roboters entnommen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, in welchem das Kühlverfahren das Kunststoffmaterial zum vollständigen Setzen veranlasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, in welchem das Kühlverfahren das Kunststoffmaterial effektiv um ungefähr 24 Stunden altert.
  16. Verfahren nach Anspruch 12, in welchem das Kühlverfahren das Transportieren der Abgabephiole (20) durch eine Kühlzone (178) mit einer Temperatur von weniger als ungefähr 20°C (65°F) aufweist.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, in welchem das Kühlverfahren aufweist:

    das Vorsehen einer ersten Kühlzone (178) und einer zweiten Kühlzone (182),

    das Transportieren der Abgabephiole (20) in die erste Kühlzone (178), das Kühlen der Abgabephiole (20) in der ersten Kühlzone (178) für eine vorbestimmte Zeitspanne,

    das Transportieren der Abgabephiole (20) in die zweite Kühlzone (182), das Abkühlen der Abgabephiole in der zweiten Kühlzone (182) für eine vorbestimmte Zeitspanne.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, in welchem das Kühlverfahren außerdem die zusätzlichen Schritte aufweist:

    das Drehen des Phiolendeckels (48) um das Filmscharnier (62) in eine weitgehend geschlossene Position in der ersten Kühlzone (178),

    das Kühlen der Abgabephiole (20) durch das Blasen von Kühlluft auf den Phiolendeckel (48) und die obere Lippe (36) der Abgabephiole (20), das Wiederholen des vorstehenden Schrittes in der zweiten Kühlzone (182).
  19. Verfahren nach Anspruch 16, in welchem die Kühlzone (178, 182) mit Kühlluft gekühlt wird zum Aufrecht erhalten einer Temperatur von ungefähr 13°C (56°F) bei einem Taupunkt von ungefähr 6°C (43°F) und ungefähr 55% relativer Luftfeuchtigkeit.
  20. Verfahren nach Anspruch 12, in welchem das Kunststoffmaterial auf wenigstens 16°C (60°F) durch das Kühlverfahren gekühlt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 12, außerdem aufweisend die Schritte des:

    Inspizierens der Abgabephiole (20) für Defekte, und

    Aussonderns der Abgabephiole (20), falls ein Defekt gefunden wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, außerdem aufweisend den Schritt des Auswerfens aller Abgabephiolen (20), die nicht hinreichend gekühlt wurden.
Es folgen 16 Blatt Zeichnungen






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