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Dokumentenidentifikation DE60302230T2 27.07.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001492661
Titel VERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUM FORMEN EINES AUS PAPPE HERGESTELLTEN GEGENSTANDES
Anmelder Stora Enso Oyj, Helsinki, FI
Erfinder KARINE, Seppo, FIN-55910 IMATRA, FI;
RÄSÄNEN, Jari, FIN-55420 IMATRA, FI
Vertreter HOEGER, STELLRECHT & PARTNER Patentanwälte, 70182 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 60302230
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 08.04.2003
EP-Aktenzeichen 037121886
WO-Anmeldetag 08.04.2003
PCT-Aktenzeichen PCT/FI03/00262
WO-Veröffentlichungsnummer 2003084739
WO-Veröffentlichungsdatum 16.10.2003
EP-Offenlegungsdatum 05.01.2005
EP date of grant 09.11.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.07.2006
IPC-Hauptklasse B31F 1/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B31F 7/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mechanischen Formen eines aus Pappe oder Karton hergestellten Gegenstandes. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens.

Behälter, Einweggeschirr und Verpackungen aus Pappe werden mittels einer Technik hergestellt, welche die folgenden typischen Arbeitsstufen umfasst: Schneiden eines Rohlings aus einer Pappbahn, Falten und/oder Biegen und Fugensiegeln des Rohlings, um dem Gegenstand, der hergestellt wird, seine endgültige Gestalt zu geben. Pappbehälter und -teller werden ferner durch Pressformen oder Tiefziehen des Rohlings hergestellt. Weitere formgebende Bearbeitungsvorgänge für Pappprodukte umfassen das Versehen von Pappbehältern, z.B. von Tassen und Bechern, mit einem aufgerollten oder gefalteten Rand oder einer sog. Mundrolle und die Bildung von ringförmigen Verstärkungsrippen oder ähnlichen Falten an den Seiten der Pappgefäße oder -verpackungen.

Beim Pressformen von Pappgegenständen wird der Rohling zwischen ein Paar von erwärmten Pressformungswerkzeugen gebracht, wobei die Pappe unter Kompression gebogen oder gefaltet wird und Falten an dem Rand oder in den Ecken des so geformten Gegenstandes gebildet werden. Das Erwärmen ist notwendig, um die Verformung der Pappe permanent zu machen. Pressformen wird insbesondere in der Herstellung von Lebensmittelschalen und Tellern aus Pappe eingesetzt.

Der Zweck der Mundrolle, die an Papptassen und -bechern gebildet wird, besteht einerseits darin, die Tasse zu versteifen, und andererseits darin, den erwünschten Kontakt mit dem Mund des Benutzers beim Genuss eines Getränks bereitzustellen. Die Mundrolle wird durch ein Werkzeug bereitgestellt, welches die Pappe biegt und/oder presst, überwiegend in der letzten Stufe der Herstellung einer Tasse, die bereits gebogen und gesiegelt ist. Um die Mundrolle ausreichend fest und permanent zu machen, werden ein erwärmtes Werkzeug sowie Additive, wie Öle, und Befeuchten der Pappe eingesetzt. Da aber Schwankungen in der Luftfeuchtigkeit einen Einfluss auf die Pappe haben, ist insbesondere das Befeuchten der Pappe in der Praxis schwer zu kontrollieren; hinzu kommt, dass befeuchtete Pappe dazu neigt, sich zu verbiegen, oder, wenn sie zu feucht wird, ihre Steifigkeit vollkommen verliert.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung einer neuen Lösung für das mechanische Formen von Pappgegenständen, wie Behältern, Geschirr, Verpackungen und ähnlichen Produkten, welche die obenerwähnten Probleme des Standes der Technik vermeidet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Stelle der Pappe mittels eines Formungswerkzeugs mechanisch geformt wird, während die Stelle gleichzeitig mit Strahlung mit Mikrowellenfrequenz beaufschlagt wird.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, einen lokalen Strahlungseffekt bereitzustellen, der die Stelle der Pappe, die geformt werden soll, erwärmt und die Pappe für die Dauer der Aufrechterhaltung der Erwärmung verformbar macht. Da die Pappe keiner Befeuchtung oder Verwendung von Öl oder anderen ähnlichen Additiven bedarf und keine Notwendigkeit der Erwärmung der eigentlichen Formungswerkzeuge besteht, ist das Formen leicht zu kontrollieren.

Erfindungsgemäß werden die formbaren Stellen der Pappe mit einer Mikrowellenstrahlung beaufschlagt, deren Frequenz im Bereich von 1 bis 1000 GHz (korrespondierend zu einem Wellenlängenintervall von ca. 0,03 bis 30 cm), vorzugsweise im Bereich von 2 bis 100 GHz, liegt, wobei die Strahlung von der Pappe absorbiert wird. Pappe oder Karton enthält intrinsisch ca. 5 bis 9 % Feuchtigkeit; hierbei sind Wassermoleküle an die freien Hydroxyl-Gruppen in den Cellulosefasern gebunden, wobei Brücken zwischen den Fasern gebildet werden. Die auf die Pappe oder den Karton treffende Strahlung verdampft das Wasser sofort, so dass die Bindungen zwischen den Fasern aufgelöst werden, während die Pappe oder der Karton Wärme absorbiert. Die Pappe oder der Karton wird also für einen Moment plastisch und kann mechanisch bearbeitet werden. Wenn sich die Pappe oder der Karton in der Form verfestigt, die ihm durch die mechanische Bearbeitung verliehen worden ist, wird das Ergebnis des Formungsvorgangs permanent.

Erfindungsgemäß kann eine Strahlungsfrequenz von 2,45 GHz verwendet werden (korrespondierend zu einer Wellenlänge von 12,2 cm), die in konventionellen Mikrowellenöfen zum Kochen Standard ist. Die betreffende Frequenz liegt etwas unterhalb des Absorptionspeaks von Wasser, und sie soll eine übermäßige Konzentration des Erwärmungseffektes in der Oberflächenschicht des Lebensmittels vermeiden. Da jedoch der bestrahlte Gegenstand gemäß der Erfindung eine ziemlich dünne Pappe oder Karton ist, liegt der am meisten bevorzugte Frequenzbereich, der die Strahlung maximal ausnutzt, etwas höher, dem Absorptionspeak von Wasser näher.

Erfindungsgemäß ist der Strahlungspuls ausreichend, wenn er die Feuchtigkeit verdampft, die in der Pappe oder dem Karton in dem Bereich, der geformt wird, enthalten ist. Es ist bevorzugt, wenn beim kurzzeitigen Erwärmen die Feuchtigkeit innerhalb der Pappe oder des Kartons verdampft, ohne aus der Pappe oder dem Karton auszutreten. In der Praxis kann der Dauer des Strahlungspulses bei ca. 0,1 bis 1 Sekunde liegen, korrespondierend zu der Zeit, die erforderlich ist, um einen einzelnen Gegenstand in der Massenproduktion zu formen. Es ist bevorzugt, wenn die Strahlung gestartet wird, kurz bevor die mechanische Bearbeitung mittels des Werkzeugs gestartet wird.

Das mechanische Formen von Papp- oder Kartonprodukten gemäß der Erfindung kann Maßnahmen umfassen, welche die Pappe oder den Karton biegen, falten oder pressen, oder Kombinationen hiervon. Die wesentlichen Gegenstände der Erfindung umfassen lokale Erweiterungen, Vorsprünge oder Verstärkungen, die an Papp- oder Kartongegenständen bereitgestellt werden, so etwa die aufgerollten oder gefalteten Ränder von Tassen, Bechern oder Tellern. Ähnlich umfassen weitere Gegenstände der Erfindung Falten oder Vorsprünge, die an den Seiten der Papp- oder Kartongegenstände, z.B. Behälter oder Verpackungen, gebildet werden, so dass sie diese umgeben, um den Gegenstand zu versteifen. Weitere Gegenstände der Erfindung umfassen das Pressformen oder Tiefziehen von Papp- oder Kartongegenständen, z.B. von Behältern und Tellern, wobei das Formen Biege- oder Knickfalten in den Ecken des Gegenstandes oder ringförmig an dem Rand des Gegenstandes bereitstellt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Formen von Papp- oder Kartongegenständen in Einklang mit der obigen Beschreibung umfasst nicht nur das Formungswerkzeug, welches die Stelle der Pappe oder des Kartons, die geformt werden soll, mechanisch bearbeitet, sondern auch eine Strahlungsquelle, die Strahlung mit Mikrowellenfrequenz erzeugt, von welcher Quelle ein Strahlungspuls von kurzer Dauer auf die formbare Stelle der Pappe oder des Kartons gerichtet werden kann. Die Strahlungsquelle kann selektiv als Teil des beweglichen Formungswerkzeugs, als Teil des stationären Gegenstücks des beweglichen Werkzeugs oder vollkommen getrennt von dem Formungswerkzeug und seinem Gegenstück installiert sein.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe von Beispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügte zeichnerische Darstellung detailliert beschrieben; in der Zeichnung zeigen:

1 das Formen einer Mundrolle um die Öffnung einer Papptasse mittels Strahlern und ein Formungswerkzeug in der Grundstellung der Bewegung der Werkzeugteile,

2 das Werkzeug gemäß 1, welches zum Endpunkt seiner Bewegung kommt, wobei die Mundrolle an der Öffnung der Tasse gebildet wird,

3 ein Formungswerkzeug, welches eine ringförmige vorspringende Falte an der Seite der Tasse erzeugt,

4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV von 3, mit dem Formungswerkzeug in der Grundstellung seiner Bewegung,

5 das Formungswerkzeug am Endpunkt seiner Bewegung, korrespondierend zu 4,

6 eine aus Pappe hergestellte Tasse mit einer mittels des Formungswerkzeugs gemäß den 1 und 2 geformten Mundrolle,

7 eine Tasse, welche zusätzlich zu der Mundrolle eine mittels des Formungswerkzeugs gemäß den 3 bis 5 an ihr geformte vorspringende ringförmige Falte umfasst,

8 einen Gefrierkost-Pappbehälter, geformt durch Pressformen kombiniert mit Strahlung, und

9 einen aus Pappe hergestellten und nach einem korrespondierenden Verfahren geformten Einwegteller.

Das Werkzeug gemäß den 1 und 2 zum Formen der Mundrolle an einer Papptasse 1 umfasst ein vertikal hin- und herbewegliches Schlagwerkzeug 2, eine stationäre Basis 3, welche die Tasse hält, und einen Trägerring 4, der die Seite der Tasse hält und als stationäres Gegenstück des Schlagwerkzeugs fungiert. Zur Bildung der Mundrolle ist eine ringförmige Nut 5 an der Unterseite des Schlagwerkzeugs 2 gebildet. In der Grundstellung der Formungsbewegung gemäß 1 ist die Tasse 1, in deren Herstellprozess das Rollen der Öffnung die letzte Arbeitsstufe darstellt, von der Basis 3 und dem Trägerring 4 so gehalten, dass der Rand 6 der Tasse sich geringfügig über die Oberfläche des Trägerrings erhebt. Bei der Durchführung der Arbeitsbewegung des Schlagwerkzeugs 2, die von der Position in 1 nach unten gerichtet ist, ragt der Rand 6 der Tasse in die Nut 5 hinein, wodurch der Rand zwangsweise nach außen und unten gebogen und aufgerollt wird, um eine vorspringende Erweiterung um die Öffnung der Tasse zu bilden, wobei der Rand z.B. um 1 1/2 Umdrehungen gedreht wird, bevor das Schlagwerkzeug 2 auf das Gegenstück 4 trifft.

Um die Tassenpappe formbar und die so geformte Mundrolle 7 permanent zu machen, wird ein Strahlungspuls mit Mikrowellenfrequenz von den Strahlern 8 in Richtung auf den Rand 6 der Tasse gerichtet, wobei der Puls mit durchbrochenen Linien 9 in 1 gezeigt ist. Die Strahlung kann gestartet werden, kurz bevor das Werkzeug 2 mit der Tasse 1 in Kontakt kommt, und wird während des Formungsvorgangs fortgesetzt, vorzugsweise bis zu dem Moment, in dem das Werkzeug 2 auf das Gegenstück 4 trifft. Je nach Feuchtigkeit der Umgebungsluft liegt der Feuchtigkeitsgehalt der Pappe in einem Bereich von 5 bis 9 %. Die Strahlungsfrequenz kann z.B. 2,45 GHz betragen, wie sie in konventionellen Mikrowellenöfen verwendet wird, und die Pulsdauer kann z.B.

0,1 Sekunden betragen. Um eine Ausbreitung der Strahlung zu verhindern, sind die Strahler 8 innerhalb einer Schutzhülle 10 installiert, die die Tasse 1 umgibt. Gemäß 1 sind Strahler 8 sowohl an der Innenseite der Schutzhülle 10 als auch an dem die Tasse umgebenden Trägerring 4 installiert; in der Praxis ist es jedoch ausreichend, Strahler nur an einer dieser Stellen zu installieren. Es ist auch möglich, die Strahler an dem beweglichen Schlagwerkzeug 2 zu installieren. Der Zweck der Strahlung liegt darin, die Tassenpappe an dem Rand 6 der Tasse zu erwärmen, so dass die in der Pappe enthaltene Feuchtigkeit für die Zeitdauer, in der die Mundrolle 7 aus dem Rand gebildet wird, verdampft. Die Verdampfung des Wassers und die resultierende Erwärmung der Pappe machen die Pappe für einen Moment verformbar, wodurch die an der Tasse gebildete Mundrolle permanent bleibt, weil die Pappe unmittelbar nach dem Formen abkühlt und zu ihrer normalen Steifigkeit zurückkehrt.

Die 3 bis 5 zeigen ein Formungsverfahren, wobei eine ringförmige Falte 11, die die Tasse versteift und von der Seite der Tasse vorspringt, an einer Papptasse 1' (vgl. 7) gebildet wird. Die Tasse 1' ist auf der Basis 3 angeordnet und an ihrer Seite durch den Trägerring 4 gehalten, in ähnlicher Weise wie in den 1 und 2. An der Oberfläche des die Tasse haltenden Trägerrings 4 ist eine ringförmige Nut 12 gebildet, deren Gestalt zu der in der Tasse herzustellenden Falte korrespondiert. Das bewegliche Formungswerkzeug 13 wird in das Innere der Tasse 1' gesenkt, so dass sein unteres Ende niveaugleich mit der Nut 12 des Trägerrings ist. Die Strahler 8 sind an der vertikalen Achse 14 des beweglichen Werkzeugs 13 installiert, und die Seite der Tasse wird an der Stelle, an der die Falte gebildet werden soll, mit einem Strahlungspuls 9 mit Mikrowellenfrequenz beaufschlagt. Die Frequenz und die Dauer der Strahlung können die gleichen sein, wie die in Verbindung mit den 1 und 2 erwähnten.

Die Arbeitsweise des Formungswerkzeugs 13 beim Bilden der Falte 11 ist in den 4 und 5 veranschaulicht. Gekrümmte Klemmteile 16 sind mit der vertikalen Achse 14 des Werkzeugs 13 mittels horizontaler Teleskoparme 15 verbunden, korrespondierend zu der Nut 12 des Trägerrings und der Falte 11, die erzeugt werden soll; die Teile sind in 4 in ihren zurückgezogenen Grundstellungen korrespondierend zu 3 und in 5 als in die Nut des Trägerrings hineinragend gezeigt, wodurch die Seite der Tasse 1' zwischen den zu einem Ring angeordneten Klemmteilen 16 und dem Grund der Nut 12 gepresst wird. Die Falte 11, die durch die Erwärmung bereitgestellt wird, welche durch den kurzzeitigen Strahlungspuls 9 erzeugt wird, und die zu der Vertiefung korrespondiert, bleibt so permanent.

Die 6 und 7 zeigen fertiggestellte Papptassen 1, 1', welche in Einklang mit der Erfindung gebildet sind. Die Tasse 1 nach 6 ist mit einer Mundrolle 7 versehen, die mittels des in den 1 und 2 beschriebenen Formungsverfahrens hergestellt werden kann. Die Tasse 1' nach 7 ist zusätzlich zu der Mundrolle 7 mit einer ringförmigen Falte 11 versehen, die von der Seite der Tasse vorspringt und die mittels des in den 3 bis 5 beschriebenen Formungsverfahrens hergestellt werden kann.

Das mechanische Formen von Pappprodukten in Einklang mit der Erfindung unter Verwendung von Strahlung mit Mikrowellenfrequenz kann auch auf durch Pressformen oder Tiefziehen hergestellte Produkte Anwendung finden. Bei der Herstellung der Produkte können konventionelle Formungswerkzeuge als solche mit darin installierten Strahlern als Zubehör verwendet werden, und ein Strahlungspuls mit Mikrowellenfrequenz kann von den Strahlern auf die Stellen der Pappe gerichtet werden, die geformt werden sollen. 8 zeigt ein Beispiel für einen Gefrierkost-Pappbehälter 17, der auf diese Weise aus einem Rohling pressgeformt ist, wobei seine Falten 18 und/oder Wellen 19 in den Ecken mittels Strahlung gebildet sind. 9 zeigt einen Einwegpappteller 20, der auf ähnliche Weise aus einem Rohling gebildet ist.

Für den Fachmann wird erkennbar sein, dass die verschiedenen Anwendungen der Erfindung nicht auf die obigen Beispiele begrenzt sind, sondern im Bereich der nachfolgenden Ansprüche variieren können.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum mechanischen Formen eines aus Pappe oder Karton hergestellten Gegenstandes (1, 17, 20), dadurch gekennzeichnet, dass eine Stelle des Kartons oder der Pappe mittels eines Formungswerkzeugs (2, 13) mechanisch geformt wird, während die Stelle gleichzeitig mit Strahlung (9) mit Mikrowellenfrequenz beaufschlagt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der verwendeten Strahlung (9) 1 bis 1000 GHz, vorzugsweise 2 bis 100 GHz, beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung ausreichend ist für die Verdampfung der Feuchtigkeit, die in der Pappe oder dem Karton an der Stelle, die geformt wird, enthalten ist.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelle (6) der Pappe oder des Kartons, die geformt wird, mit einem Strahlungspuls (9) von kurzer Dauer beaufschlagt wird, wobei der Puls kurzzeitig Feuchtigkeit verdampft, die in der Pappe oder dem Karton enthalten ist, ohne ein signifikantes Austreten von Feuchtigkeit aus der Pappe oder dem Karton zu bewirken.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pappe oder der Karton durch Biegen, Falten und/oder Pressen geformt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung (9) gestartet wird, bevor die Stelle der Pappe oder des Kartons, die geformt werden soll, mittels des Formungswerkzeugs (2) bearbeitet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Strahlungspulses (9) ungefähr 0,1 bis 1,0 Sekunden beträgt.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eingesetzt wird, um einen aus Pappe hergestellten Gegenstand (1) mit einem lokalen Vorsprung oder einer lokalenVerstärkung (7, 11) zu versehen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen aus Pappe hergestellten Gegenstand (1), wie z.B. einen Behälter, eine Tasse, einen Becher oder einen Teller, mit einem aufgerollten oder gefalteten Rand (7) versieht.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen aus Pappe hergestellten Gegenstand (1), wie z.B. einen Behälter, eine Tasse, einen Becher oder einen Teller, mit einer Falte oder einem Vorsprung (11) versieht.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Falten oder Pressen eines Papprohlings in die Form eines Gegenstandes (17, 20) eingesetzt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es beim Pressformen von Pappbehältern (17) oder -tellern (20) eingesetzt wird.
  13. Vorrichtung zum Formen eines aus Pappe oder Karton hergestellten Gegenstandes (1), umfassend ein Formungswerkzeug (2, 13), das die Stelle der Pappe oder des Kartons, die geformt wird, mechanisch bearbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner eine Quelle für Strahlung (8) mit Mikrowellenfrequenz umfasst, von der aus die Stelle der Pappe oder des Kartons, die geformt wird, mit einem Strahlungspuls (9) von kurzer Dauer beaufschlagt werden kann.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (8) als Teil eines beweglichen (13) Formungswerkzeugs installiert ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (8) als Teil eines stationären Gegenstücks (4) des Formungswerkzeugs installiert ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (8) ein von dem Formungswerkzeug und/oder dem Gegenstück (4) getrenntes Teil ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Formungswerkzeug (2) Mittel umfasst zur Erzeugung eines Randes (7) an der Öffnung eines Pappgegenstandes (1) wie z.B. eines Behälters, einer Tasse, eines Bechers oder eines Tellers, durch Rollen oder Falten der Pappe.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Formungswerkzeug eine Kompressions-Formpresse ist, die einen Papprohling in die Form eines Behälters (17) presst.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2, 4) von einer Schutzhülle (10) umgeben ist, die verhindert, dass sich die Mikrowellen in die Umgebung ausbreiten.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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