紙質材料的杯子以及製造方法和裝置的製作方法

2023-05-01 22:07:11 4

專利名稱：紙質材料的杯子以及製造方法和裝置的製作方法
紙質材料的杯子以及製造方法和裝置發明涉及一種紙質材料杯子，它具有一個可盛裝的內腔，這內腔由一個錐形外殼 和一個底部組成，其中底部在內腔的下端處與一個邊緣部位(Zarge)基本上流體密封地固 定在外殼上，其中在限制住內腔的外殼上設有一個凸肩，用於在堆疊多個杯子時保持一個 同樣形式的杯子。發明還涉及一種製造紙質材料杯子的方法，這種杯子由一個錐形外殼和一個在外 殼的較小圓周範圍裡通過一個邊緣部位而流體密封地固定的底部組成，其中在外殼上成形 有一個凸肩，它用於在堆疊多個杯子時保持一個同樣形式的杯子。發明還涉及一種製造紙質材料杯子的裝置，它具有一個用於紙杯的錐形外殼和底 部的接收芯棒，其中接收芯棒具有一個臺階用於在外殼上形成一個凸肩。「凸肩」的概念應該這樣來理解凸肩形成了外殼的一種突然的大小變化。從杯子 底部向開口看，凸肩表示出一種突然的斷面擴展。凸肩也可以稱為「凹槽(Sicke) 」。凸肩 或者凹槽是一種用於保持同樣形式的另一個杯子的措施。為了運輸將許多同樣形式的杯子 相互堆疊起來。為了使杯子相互不會卡住而且也能夠容易地又取出，設置了凸肩作為在外 殼裡用於堆疊的措施。DE102004 056 932 Al說明了開頭所述形式的一種紙杯，製造方法和裝置的現有 技術。已知的紙杯具有一個凸肩，它賦予紙杯相當好的堆疊性能。在製造已知的紙杯時應 用一種預製的紙杯作為半成品，在這種紙杯中，底部已經與邊緣部位流體密封地固定在外 殼上。凸肩通過模具在向著錐形外殼的較大圓周的方向上的軸向移動而成型。模具的內徑 大於底部和邊緣部位的外徑，以便使模具能夠從下面起移動超過邊緣部位，而不會損傷邊 緣部位和影響密封性。因此強制要求，外殼在凸肩之下的的半徑大於在底部高度上的。因 此限制了在凸肩處的外殼的突然大小變化的數值。發明的任務是進一步改進開頭所述一種紙杯的堆疊性能。這任務在這紙杯中通過如下途徑來解決外殼的半徑(向著紙杯的中心軸線看) 在凸肩之下最多正好與底部的半徑相同。優選使外殼的半徑在凸肩之下甚至小於在底部高 度上的半徑。在這種方法中這任務通過如下來解決為了形成凸肩使外殼的一個部位變形到一 個半徑(向著紙杯的中心軸線看)，這半徑小於在底部高度上製成紙杯的外殼半徑。優先 在底部基本上流體密封地與外殼連接之前成型出凸肩。在這裝置中這任務如下來解決在 接收芯棒的臺階鄰接著一個部位，在這部位裡接收芯棒的半徑(向著接收芯棒的中心軸線 看)小於紙杯底部的外半徑。一種這樣的紙杯的堆疊性能改進了，因為外殼在凸肩處的突然大小變化加大了。 凸肩的穩定性和力承載能力提高了，從而也能夠使得許多堆疊的紙杯不會相互卡住，並且 又能沒有問題地拆開。紙杯外殼的橫斷面是什麼形狀並不重要。外殼橫斷面優選為圓形，但也可以備選 地例如是橢圓或者帶圓角的矩形。在圓形橫斷面時紙杯具有一種大致類似於截圓錐的形 狀，而在外殼是一種矩形橫斷面時則具有一種稜錐臺形狀。當外殼為非圓形橫斷面時，外殼的半徑定義為外殼的一個部位至紙杯中軸線的距離。當外殼的橫斷面為圓形時，這半徑定 義為直徑的一半。所謂這組成底部和外殼的「紙質材料」的概念可以理解為不同的材料，它們具有至 少一層紙、紙板或者厚紙。此外這材料可以具有一層或多層塑料和/或鋁。也可以設計成 使這材料上蠟或塗漆，以便相對於充注入內腔裡的流體具有穩定性。紙質材料優選為至少 在限制住內腔的側面上塗有一層薄薄的塑料層，優先是聚乙烯。與純粹的塑料材料不同，這 種紙質材料的可成型性，尤其是可延展性受限。在變形太強時紙質材料本身，或者所設計的 塗覆層可能會撕開，從而影響密封性。因此在紙質材料的杯子中邊緣部位是一種不能放棄的重要結構特徵。邊緣部位對 於外殼和底部之間的連接來說是必需要的。在邊緣部位上在厚度方向上至少有兩層材料， 就是底部的材料和限制住內腔的外殼的材料彼此靠置。底部優選地設計成罐形，其敞開側 背對著紙杯的充注口。所述至少兩層材料優選沿著罐形底部的壁而布置。此外可以設計 使外殼例如圍住底部的材料四周捲入，而且邊緣部位由三個或更多材料層組成。底部材料 在邊緣部位區域與殼體的材料粘貼或者密封，以便至少對於一定的時間段來說是流體密封 的。有利的是在製造紙杯時，在底部基本與外殼流體密封地連接之前，就成型出凸 肩。在成型凸肩時底部優選已經位於成型為一個套筒的外殼裡了，但還沒有與外殼連接。 底部半徑因此在成型凸肩時在彈性範圍裡通過壓縮而被減小。因此有以下優點邊緣部位 並不妨礙凸肩的變形，而且因此可以形成一個具有較大突然大小變化的凸肩。邊緣部位的 密封性不會由於凸肩的成型而受到影響，這是因為底部只是在一個成型凸肩之後的步驟中 才與外殼基本成流體密封地連接。令人驚奇地是底部的壓縮根本不影響隨後的邊緣部位制 作。在本發明的有利設計方案中，通過模具在向著錐形外殼的較大圓周的方向上的軸 向移動而成型出凸肩。模具從下面起，也就是從錐形外殼的較小圓周的部位，在外殼上移 動。將外殼材料鐓壓。在鐓壓時使材料在凸肩部位裡受壓縮，這就提高了凸肩的穩定性。布 置在錐形外殼裡的接收芯棒的一個高度部位優選地具有不變的半徑，它在成型凸肩時從裡 面支承住外殼。在成型凸肩時使外殼在一個高度部位裡變形到一個不變的半徑。因此可以 優選地在凸肩之下實現一個外殼的高度部位，在這部位裡外殼基本上平行於杯子的中軸線 延伸。在堆疊多個杯子時平行於中軸線作用的力因此可以很好地由凸肩來承受和傳遞。尤其是當凸肩之下的外殼半徑小於底部高度處的半徑時，外殼在凸肩之下的一個 部位裡並不精確地平行於中軸線延伸。根據半徑的大小差別和和所用紙質材料的性能，尤 其是剛度，在凸肩之下的一個高度部位裡設計有不同的外殼角度。在凸肩之下的外殼半徑 優選小於在底部高度處的外殼半徑0. 05mm至0. 5mm,尤其是大約0. Imm至0. 3mm。因此可 以實現一種很穩定的凸肩，其中在紙質材料裡還不出現裂紋。在凸肩之下外殼有一個高度 部位，這裡外殼的角度是負的，也就是小於零。根據外殼與紙杯中軸線的角度的定義，當外 殼的圓周從充注口向著底部的方向上變小時，有一個正的錐角。平行於中軸線延伸的外殼 部位的錐角為0°，而杯子的一個向著底部方向擴展的部位則有一個負的錐角。凸肩也可以用錐角的這個定義這樣來來規定在凸肩之下有一個外殼的高度部 位，在此部位裡外殼與中軸線的夾角遠小於在凸肩之上的錐形外殼的角度。這個條件也通過負的錐角而滿足，即使它從大小上來說要大於凸肩之上的錐角的話。優選使凸肩之下外 殼的角度小於凸肩之上外殼角度的一半。因此可以實現一種具有明顯突然大小變化的凸 肩，它具有良好的堆疊性能。在發明的設計方案中有利的是在凸肩之下的外殼高度部位裡 外殼的角度與凸肩之上的錐角不同，這個高度部位從凸肩伸至底部。凸肩至底部的距離優 選至少為小於10_。堆疊時出現的力因此可以很好地由邊緣部位來承受。為了進一步改善在凸肩之下部位裡外殼的穩定性可以設計使得在凸肩之下存在 一個外殼的高度部位，在這部位裡布置了平行於中軸線延伸的筋條。筋條可以在成型凸肩 時成型到外殼裡。為此有利的是成型凸肩用的模具具有平行於中軸線的凹槽。因為凸肩 之下的材料被鐓壓了，因此模具裡的凹槽可以接受一部分多餘的材料，從而在成型凸肩時 不會形成不可控的折皺。為了實現穩定的凸肩，有利的是凸肩之下的外殼半徑比凸肩之上的外殼半徑小 0. 5mm以上，尤其是甚至Imm以上。接收芯棒的半徑優選在用於成型凸肩的臺階處變化超過 0. 5mm，尤其是超過1mm。接收芯棒的半徑優選地在臺階處變化大約Imm至1. 5mm。有利的 是臺階與接收芯棒中軸線的角度為40°至70°尤其是50°至60°，以成型有高的穩定性 的凸肩。在本發明的另一種設計方案中有利的是在一個唯一的工藝步驟中與凸肩的成型 一起，將外殼圍繞底部的一個部位捲起。用於成型凸肩的模具為此具有一種用於成型出包圍住底部的外殼卷邊的結構措 施。當模具向外殼軸向移動時，與凸肩的成型同時地使外殼的底邊向裡捲入並布置在底部 的壁板的周邊。按照本發明的杯子的製造因此大大地簡化。模具優選地設計成環形。相同形式的杯子在凸肩上的堆疊可以按不同的方式進行。有利的是構成杯子支 承面的邊緣部位下邊緣在堆疊時支承在一個相同形式的杯子的凸肩上。特別有利地是外殼 和/或邊緣部位的區域裡的底部和/或邊緣部位本身至少在一個部位裡沿著圓周具有一個 向外伸出的擴展部分，而且擴展部分的下邊緣構成杯子的一個支承面。擴展部分的外半徑 大於底部高度上的外殼外半徑。杯子的支承面通過擴展部分而加大，因此杯子具有更好的 穩定性。杯子的堆疊性能同樣也改進了，因為邊緣部位是杯子的一個很穩定的元件，並且很 適合於承受在堆疊時產生的力。擴展部分在優選的設計方案中是連續並且均勻地沿著圓周 成型。如果在形成外殼的邊緣部位和/或邊緣部位的區域裡的底部和/或邊緣部位本身時， 至少在一個部位裡沿著圓周向外擴展，從而使擴展部分的下邊緣形成杯子的一個支承面， 那就大大簡化了杯子的製造。為製成擴展部分並不需要附加的工藝步驟。擴展部分，就像 凸肩，是保持住另一個同樣形式杯子的一種結構措施。凸肩和擴展部分的外形尺寸相互匹 配，以保證最佳的堆疊。在本發明的設計方案中可以使杯子具有一個隔熱的外殼層。隔熱外殼層的設計方 案本身是任意的。外殼層例如可以由一種塑料材料，紙質材料或者複合材料製成。為了改 善隔熱效果也可以使外殼層製成波浪形，皺紋形，被壓制，或者設有一個發泡層。例如可以 設計一個波浪形的中間層，它被一個光滑地位於其上面的外表層覆蓋住。按照外殼層的設計方案可能有利的是在外殼層上設有一種用於保持同樣形式的 另一個杯子的結構措施，在堆疊時它支承在凸肩上。這種設計方案的優點是在內杯上不需 要設有第二用於堆疊的結構。在這種情況下可以省去在邊緣部位上的擴展部份。
然而特別有利的是杯子即使沒有外殼層也能可靠並且穩定地進行堆疊。一種選 擇性設計的外殼層因此可以很大程度上獨立和自由地設計。外殼層並不通過堆疊時出現的 力而受載，因此對於外殼層沒有提出特別的穩定性要求。同一個內杯可以簡單和差不多任 意的方式與不同的外殼層相組合。不改變內杯的或者說構成可充注的內腔的部件的形狀和 尺寸，可提供具有不同的視覺和觸覺形象的不同的杯子，這是因為杯子使用者所覺察到的 形象主要通過外殼層的結構形狀來確定。外殼層的外輪廓位於一個限制住內腔的外殼的平 行線之內，這平行線靠著邊緣部位的擴展部分，通過這樣可以支持這種結構形狀的自由度。 為使製造簡單，有利的是(按照擴展的邊緣部位的形狀)使一個套筒狀預先成型的外殼層 在一個軸向方向上推到內杯的限制住內腔的錐形外殼上。為了製造外殼層使其首先由一種 裁切下料卷到一個芯棒上，並連接成一個截錐形套筒，這下料具有一種來自一個圓環的扇 形段形狀。在外殼層的較小圓周的部位裡成型有一個向裡的卷邊。向裡的卷邊具有一個基 本平行於外殼層的部位。在外殼層下邊緣上的卷邊可以被壓平。此外下邊緣可以容易地被 拉入，從而在外殼層的下端處存在一個更大的錐度。在外殼層下端處的指向裡的卷邊用於 使外殼層支承在內杯上。在底部之下卷邊優選地支承在邊緣部位上。為了保證卷邊良好地 接觸於內杯上，有利的是外殼層在卷邊部位裡具有一個內半徑，它小於在擴展部分的下邊 緣處的邊緣部位的外半徑。發明的其他優點和特徵可以見權利要求書和以下結合附圖對一些實施例所作的 說明。不同表示和說明的實施形式的單個特徵可以以任意的方式組合，而並不超出發明的 範圍。所示為

圖1 一種按照本發明的紙杯的縱向剖視圖；圖2 兩個堆疊紙杯的類似於圖1的視圖；圖3A至3D 圖1所示紙杯的部位III的不同結構形狀的放大圖；圖4和5 局部表示的，設有不同外外殼，具有不同結構形狀的紙杯的類似於圖1 的視圖；圖5A 圖5所示紙杯的一種變型的局部放大視圖；圖6 —種用於製造在圖1所示紙杯外殼上的凸肩的裝置的局部縱向剖視圖；圖7A和7B 不同結構設計的接收芯棒在圖6所示箭頭ΥΠ方向上的視圖；圖8 用於成型凸肩的模具在圖6的箭頭VDI方向上的視圖；圖9 圖6的一個變型的視圖；圖10 用於擠壓邊緣部位的一個裝置的局部縱向剖視圖；圖11和12 在不同的製造步驟時，圖5局部示出的紙杯外外殼的局部縱向剖視 圖。圖1所示紙杯1基本上由一個錐形外殼2和一個罐狀底部3組成。罐狀底部3的 敞開側這樣布置，使其背離於紙杯1的充注口。底部3用其壁4在外殼2的較小圓周的部 位裡流體密封地與這外殼在形成邊緣部位5的情況下連接。在邊緣部位5的部位裡，外殼 2的材料布置在底部3的壁4周圍並向裡包入。外殼2和底部3形成紙杯1的一個可充注 的內腔6。外殼2在其上邊緣，也就是在較大圓周的部位裡，具有一個向外卷的出口卷邊7， 它包圍住充注口。
外殼2的「錐形」特性可以這樣來理解外殼2在圖1所示的縱向剖視圖中從出口 卷邊7至底部3至少部段地變小，也就是至少部段地減小其至中軸線8的半徑。在可充注 內腔6的下部，優選地在下面三分之一裡，外殼2具有一個凸肩或者凹槽9。外殼2與中軸 線8夾角A。外殼2可以在不同的部位裡具有不同的斜角A。在內腔6的一個大的範圍裡 角A是不變的。角A這樣來確定外殼2的角度A在出口卷邊7和凸肩9之間在圖1中具 有一個正的值。0°斜角A對應於一種平行於中軸線8延伸的外殼2。如果外殼2在向著紙 杯支承面的方向上擴展，那麼如同在邊緣部位5的部位裡那樣，斜角A就是負的。邊緣部位5至少在一個沿著其圓周的部位裡具有一個向外伸出的擴展部分10。邊 緣部位5上的擴展部分10的一個下邊緣11構成了紙杯1的支承面。支承面通過擴展部分 10而加大了，從而難於使杯子翻倒。凸肩9通過外殼2的一種實際上突然的大小變化而形成。在凸肩9之下外殼2(向 中軸線8看)的半徑B比凸肩9之上外殼2的半徑C小大約Imm至1. 5mm。杯子1優選地 具有一種圓形橫斷面。在這種情況下外殼的半徑相當於直徑的一半。在凸肩9部位裡，外 殼2具有一個很大的斜角A，它大約為40°至70°，優選為50°至60°。凸肩9用於在堆 疊多個杯子1和1'時保持同樣形式的杯子1'，如同在圖2中所示的那樣。疊入杯子1裡 面的杯子1'用其邊緣部位5'支承在杯子1的凸肩9上。擴展部分10的半徑D匹配於凸 肩9之上的半徑C。因此保證了 杯子Γ穩定而可靠地置於凸肩9上，而不會在錐形外殼 2裡夾緊住。堆疊時沿著中軸線8產生的力，例如杯子1'和可能還疊在其上面的杯子的重 力，可靠地被凸肩9承受，並通過外殼2繼續傳遞一直到下面杯子1的邊緣部位5的下邊緣 11，並從那裡傳給底座。通過按照本發明的凸肩9的結構形狀也可以在中軸線8方向上承 受很大的力，而且保證了在退出堆疊時杯子1或1'的輕鬆可取出性。在按照本發明的杯子1中這樣來設計凸肩9，使得在凸肩之下的外殼2的半徑B最 多正好與底部3高度處的外殼2半徑E同樣大小。當然這裡也可以將外面在外殼2上所測 的半徑B'和E'相互進行比較。在凸肩9之下有外殼2的一個高度部位F，在這部位裡外 殼2的角度A與凸肩9之上的錐形外殼的角度A不同。高度部位F從凸肩9 一直伸展至底 部3。為了實現高度部位F良好的穩定性，業已證實為有利的是使高度部位F設計成不大 於 IOmm0在高度部位F裡外殼2基本平行於中軸線8。這有利於將堆疊時出現的力從凸肩 9傳遞到邊緣部位5上。在圖3Α至3D中放大表示了凸肩9之下的高度部位F的結構形 狀的不同的有利的變種方案。在圖3Α中外殼2在高度部位F裡精確地平行於中軸線8延 伸。在凸肩之下外殼的半徑C因此與底部3高度處外殼的半徑E完全同樣大小。在圖3Β， 3C和3D中，凸肩9之下的半徑B小於在底部3高度處的半徑Ε。半徑B優選比半徑E小大 約0. 15mm至0. 2mm。由於半徑B比半徑E小若干個十分之一的毫米，因此當凸肩9之上的 半徑C保持相同時就使凸肩9的寬度加大。通過加寬凸肩9可以明顯提高在堆疊多個杯子 1,1'時凸肩9的穩定性。在圖3B所示的設計方案中高度部位F分成兩個部位。在高度部位F'裡外殼2平 行於中軸線8延伸。在高度部位F"裡外殼2的斜角A是負的，這裡外殼2向著底部3擴展。在按照圖3C的設計方案中在高度部位F"裡外殼2的角度A同樣也是是負的。在高度部位F'裡角度A是正的，然而遠小於在凸肩9之上的錐形外殼2的角度A。在高度部 位F'裡的角度A優選小於在凸肩9之上錐形外殼2的角度A的一半。在圖3D中表示了一個設計方案，其中在整個高度部位F上的外殼2具有一個負的 角度。在高度部位F裡，也就是說外殼2與凸肩9之上的外殼相比，具有一個相反的錐度。根據對具有正的和負的數值的錐角的確定，在圖3A至3D的所有設計方案中，在凸 肩9之下高度部位F裡外殼2的斜角A遠小於凸肩9之上錐形外殼2的角度A。儘管在圖1至3中沒有示出，但可能有利的是給杯子1配置一個外殼層，這外殼 層優選形成一個空腔地包圍住限制住內腔6的外殼2。為了不影響杯子1的堆疊，可能有利 的是外殼層的外輪廓位於限制住內腔6的外殼2的一個平行線12之內，其中平行線12靠 在邊緣部位5的擴展部分10上。只要外殼層位於在平行線12和限制住內腔6的外殼2之 間的空腔裡，那麼對杯子堆疊性能沒有影響。外殼層的結構設計自由度因此幾乎不受限制。 此外可以使一種共用結構形式的杯子1設置有不同的外殼層，而不必改變為了堆疊重要的 凸肩9和擴展部分10。以下藉助於圖4和5說明這樣的外殼層的一些可能的設計方案。圖4和5所示的杯子1分別具有一個隔熱外殼層13，這外殼層局部地形成一個空 腔14地包圍住限制住內腔6的外殼2。這樣的杯子也稱為雙層隔熱杯，其中位於外殼層13 之內的外殼2結合底部3也可以被稱之為「內杯」。內杯，尤其是具有凸肩9，分別設計成類 似於圖1至3所描述的方案，因此就可以不再重複說明了。圖4所示的杯的外殼層13布置基本上平行於限制住內腔6的外殼2。外殼層13 在一個上端和一個下端處分別有一個指向裡面的卷邊15和16，並通過卷邊15和16支承在 外殼2上。可以設計使外殼層13在卷邊15和/或16的部位裡，例如通過膠合劑固定住。 卷邊16支承在邊緣部位5的部位裡並因此在水平的底部3之下支承在內殼體2上，因此外 殼層很穩定。卷邊16的內半徑P在此小於擴展部分10的半徑D。同時外殼層13也蓋住了 凸肩9，因此這凸肩從外面就不能看到了。卷邊16具有一個平行於外殼層13延伸的部位 17。部位17靠近外殼層13的內側延伸並且也可以貼靠在那裡。在平行於外殼層13的部 位17的上邊稜35處的半徑G大於在邊緣部位5處擴展部分10的半徑D。因此大大簡化了 外殼層13在外殼2上的推動，這是因為外殼層13的卷邊16不能再鉤住在邊緣部位5上。在圖5中外殼2在出口卷邊7之下部位裡具有第二個凸肩18，它從底部3至出口 卷邊7看的話是一種突然的橫斷面加大。外殼層13在位於出口卷邊7和凸肩18之間的部 位裡與這限制住內腔6的外殼2連接，例如通過密封或者膠合。在其下端處外殼層13具有 一個指向裡面的卷邊16，它同樣也具有一個平行於外殼層3的部位17。卷邊16在底部3 之下支承在邊緣部位5上。與圖4相比，卷邊16被壓扁並在下邊緣區域19處易於拉入，因 此在那裡外殼層13具有較大的錐度。半徑P小於半徑D，而半徑G大於半徑D。圖5A強烈放大表示了杯子1在上部凸肩18部位裡的一種有利變型方案。外殼2 的位於出口卷邊7和凸肩18之間的部位具有一個與位於凸肩18和凸肩9之間的外殼2不 同的斜角。在圖5A中外殼2在出口卷邊7和凸肩18之間大致平行於中軸線8延伸。為了 能夠使外殼層13往內杯上推動時稍微移動到出口卷邊7之下，將外殼層13的上邊緣區域 20稍稍拉入。邊緣區域20使錐形外殼層13不是均勻地伸出，而是與中軸線8具有一個不 同的角度。如果外殼層13，如同在圖5A中所示那樣，用其上邊緣區域20稍微推入出口卷 邊7裡的話，那麼杯子1就有特別好的外觀，這是因為外殼層13的上邊緣看不到了。如果將外殼層13在未示出的設計方案中還繼續推入出口卷邊7裡，那麼外殼層13的夾緊就通 過出口卷邊7的材料而引起外殼層13的固定。對於一定的使用場合來說，外殼層13在出 口卷邊7裡的夾緊作為外殼層13的唯一的固定是足夠的。在製造按圖1所示的杯子1時首先成型一個錐形外殼2和一個大致成罐狀的底部 3。如在圖6中可見，外殼2，它以後構成內腔6，首先具有一種錐形套筒的形狀。底部3具有 一種截錐的形狀，這截錐平行於套筒2逐漸變小。在圖6所示的狀態下底部3和外殼2還沒 有相互連接起來，而只是相互插入。將外殼2套到一個接收芯棒21上，後者在第一個高度部 位H裡具有一種截錐樣的形狀，其中圓周面的斜角對應於外殼2相對於中軸線8的角度A。 在截錐形部位H的逐漸變小的端部處接著是一個用於成型出外殼2裡的一個凸肩9的臺階 22。臺階22具有比高度部位H更大的斜角A，其中臺階22的角度A優選為50° -60°，並 對應於凸肩9的在杯子1上所想要的斜角選擇。接著這臺階22是一個部位J，在這部位裡 接收芯棒21的半徑K向著接收芯棒中軸線8來看小於杯子底部3的外半徑E，並且優先在 高度J上保持不變。接收芯棒21的半徑在臺階22處變化量大於1mm，尤其是lmm-1. 5mm。 因此可以製成一個相對寬地拉入內腔6裡的凸肩9，以保證使多個杯子可靠地脫開，如同上 面已經說明過的那樣。半徑K比半徑E小几個十分之一毫米，尤其是小大約0. 15-0. 2mm。 半徑K相比於半徑C和相比於半徑E的大小以及用於外殼2的紙質材料的剛度決定了以後 在製成的杯子1上凸肩9和在凸肩9之下的高度部位F的外觀，尤其如在圖3中所示的那 樣。用於成型出凸肩9的除了接收芯棒21之外還有模具23，這模具下面表示於圖6 中，而且它可以沿著接收芯棒21的中軸線8運動。模具23在箭頭L的方向上被移動到接 收芯棒21中。模具23有一個面24，它相對於中軸線8的角度基本上對應於臺階22的斜角 A。模具此外還有一個面25，其半徑M與接收芯棒21的半徑K和外殼2的紙質材料厚度相 協調。半徑M甚至可以選擇小於底部3的半徑E。因此將套筒2夾在接收芯棒21和模具 23之間，從而在面24和臺階22之間成型出凸肩9。因為底部3和外殼2還沒有通過密封 或者膠合相互連接起來，因此可以使外殼2比在外殼2和底部3已經連接的情況下可更強 烈地壓縮用來形成凸肩9。當模具23在箭頭L方向上推動時，底部3的半徑E，它已經就位 於外殼2之內，在彈性範圍裡通過壓縮而被減小。底部3減小其半徑E，也就是至接收芯棒 21的半徑K。通過模具23在向著錐形外殼2的較大圓周的方向L上軸向移動就在面24和 臺階22之間的部位裡形成外殼2的紙質材料的壓縮。因此可以在製成的杯子1上形成一 個很穩定的凸肩9。在圖7A和7B中表示了接收芯棒21的兩個不同的方案的俯視圖。圖7A所示的接 收芯棒21用於成型一個凸肩9，這凸肩沿著外殼2的整個圓周環繞布置。臺階22因而設 計成一個截錐的圓周面。接著臺階22的是一個圓柱部位J，其半徑為K。與臺階22在成型 凸肩9時共同作用的模具23的面24在這種情況下同樣也設計成截錐面。模具的面25包 圍住臺階22之下的部位J，面25設計成圓柱面，如在圖8視圖中可見的那樣。用於製造杯 子1的裝置的一種這樣的設計方案具有一個圍繞整個圓周環繞布置的凸肩9，該方案構造 簡單，並且可以製造出很穩定的凸肩9。圖7B表示了接收芯棒21'的一種備選的設計方案，用這接收芯棒可以沿著杯子 圓周成型出三個分開的凸肩。一種這樣的實施形式對於特殊的使用場合來說可能同樣也是有利的，這是因為在成型分開的凸肩時外殼2的紙質材料的載荷根據所使用的紙質材料來 說是更有利的。在接收芯棒21'中沿著圓周均勻分布著三個臺階22'。在每個臺階22' 的部位裡有一個高度部位J，它至中軸線8的半徑為K，並用於分別成型出一個凸肩。圖6所 示的實施形式在按照圖7的實施形式中相應適用。屬於接收芯棒21'的模具沒有示出。圖 6所示的模具23在面24和25的部位裡要匹配於接收芯棒21'的臺階22'的結構形狀。如上所述，將外殼2的紙質材料在推動模具23時在部位J裡壓縮至一個較小的半 徑。根據紙質材料和根據在半徑C和半徑K之間的大小變化，可能有利的是在模具23裡 設有平行於中軸線8延伸的凹槽26用來成型筋27，這些凹槽可以接納材料。凹槽26在圖 6和8中用虛線表示。通過凹槽26成型的筋27在圖1的製成的杯子1上用虛線示出筋27 附帶地加強了凸肩9之下的高度部位下，並且可以進一步改善杯子1的堆疊性能。為了使外殼2與底部3能夠在形成邊緣部位5的情況下連接，將外殼2的下端部 28翻卷，從而佔有圖6中虛線所示的位置30。模具23具有一個用於成型出外殼2的一個 包圍住底部3的卷邊30的結構29。用於使外殼2卷邊的結構29設計成槽形部位，它在圖 6的模具23的剖視圖中只表示了局部，但槽形部位卻延伸於360°上。外殼2下邊緣28的 與成型出凸肩9同時進行的翻卷使得按照發明的杯子的製造大大地容易了。將外殼2由圓環的一個段卷繞在芯棒上，然後沿著一個軸向縫膠合或者密封。為 了藉助於模具23使外殼2下邊緣28的翻卷更加容易，可以使外殼2的縱向縫在下端部28 的部位裡不膠合或者不密封。這個部位在圖6中用N表示。如果縱向縫在部位N裡沒有膠 合或密封，那麼外殼2在下端部26翻卷時可以更自由地變形，並使從原理上變形就不好的 紙質材料避免形成波紋狀。部位N可以從外殼2的下邊緣28甚至一直伸展到底部3的下 邊稜，如其在圖6中用附圖標記N'所表示的那樣。部位N或N'的長度因此是可變的，而 且可相應地改變要求。在成型出凸肩9和使外殼2的下邊緣28翻卷之後，為了完成內杯1在一個隨後的 方法步驟中使底部3與外殼2在形成一個邊緣部位5的情況下基本上流體密封地連接起 來。這藉助於一個外環和一個內模具進行，其中在連接底部3和外殼2時同時使邊緣部位5 擴展，從而形成圖1所示的，向著下邊緣11方向擴展形狀的邊緣部位5。這還根據圖10來 加以說明。在圖9中表示了本發明的另一個實施形式，其中與圖6所示實施形式的區別在 於外殼2'具有一種首先是錐形，然後在水平的底部3'處轉變成柱形。在這種實施形式 中底部3' —貫地具有一種反向的罐狀，它具有柱形圍繞的壁4'。但無論是接收芯棒21 還是模具23的結構形狀與已經敘述的按照圖6的造型是相同的。通過底部3'的環繞壁 4'的柱形的預成型和外殼2'下面部位的同樣也是柱形的預成型，使得在外殼2'的下邊 緣28'翻卷時以及在隨後的擴展和形成邊緣部位5'時減少了折皺的形成。藉助於圖10對於在凸肩9成型之後用於形成邊緣部位5的方法步驟加以說明。起 始狀態是圖9中虛線表示的卷邊30'，它在外殼2'的下端部28'翻卷之後形成。在圖10 中可以見到凸肩9的角度A基本上對應於臺階22的斜角。根據應用於外殼2的紙質材料 的剛度和彈性可能出現以下情況在凸肩9之下的半徑B與接收芯棒21的半徑K相比，在 取出模具23時又略變大。在成型凸肩9時通過模具23的面25使外殼2如此大地壓縮，從 而使外殼貼靠在接收芯棒21的部位J裡。如上所述，也通過壓縮使底部3的半徑E減小。 通過紙質材料的彈性復位力則在取出模具23之後形成圖10所示的狀態，其中半徑B又略微加大了。儘管有這種彈性復位力，但保持按照發明的特徵半徑B最多正好與半徑E—樣 大小，而且正如上面已經敘述過的那樣。為了成型出具有擴展部分10的邊緣部位5在圖10中設計了一個外環31和內塊 32。外環31的一個面向外殼2的內表面設計成向外，而且具有在最終狀態時邊緣部位5應 該處於的角度。在外環的對面設有多個內塊32，其中在圖10中只表示了一個內塊。內塊 32可以在圖10中向外，向外環31的方向上運動，並且因此將卷邊30'壓向底部3的壁4， 並且最後壓向外環31的內表面。例如可以將或者只是塊32或者環31，或者既有內塊32又有環31加熱，從而與擴 展罐狀壁4同時地使三個相互堆疊的材料層相互密封上，並因此形成邊緣部位5。內塊32 的一個徑向向外的面平行於外環31的位於裡面的面布置，而且同樣也具有一個角度，邊緣 部位5應該在最終狀態下以此角度布置。內塊32例如是未示出的芯棒的一部分，並且可以通過一個同樣是在圖10中未示 出的中間部件的移動而徑向向外運動。外環31可以設計成固定環或者例如也設計成可打 開的環，以便使密封好的邊緣部位5更容易移動下來。例如也可以設有一個旋轉的滾子，來 替代內塊32。滾子向卷邊30'上施加一個徑向向外，指向外環31的內面方向的力，以便形 成邊緣部位5。在成型邊緣部位5時杯子停留在接收芯棒21上。在形成邊緣部位5之後內 杯1完成並可以從接收芯棒21上拆下。然後，見圖4和5，將一個外殼層13推到這樣完成的內杯1上。這是這樣來進行 的將外殼層13裝在一個環狀外模具裡，並使一個具有抽吸頭的先導芯棒移動穿過外殼層 13的變小的端部。將內杯1推入外殼層13裡。抽吸頭從下面在底部3處作用在內杯1上， 抽吸這底部並將內杯拉入變小的外殼層13裡，一直到圖4和5所示的狀態為止。為了製造外殼層13，將扁平布置的，具有圓環的一個扇形段形狀的切割坯料卷繞 在一個芯棒上並連接成一個截錐形套筒。在下邊的變小的端部部位裡則按照圖11首先預 成型一個卷邊33。這個卷邊33是卷邊20的一個前級，正如它在圖4和5裡所示的那樣。 為了製造圖5所示的杯子1，然後將卷邊33壓扁，一直到實現圖12所示形狀的卷邊。可以 見到，由卷邊16構成的外殼層13的下邊緣19容易被拉入，並因此在下端具有大的錐度，如 已經敘述過的那樣。在圖12中在卷邊20的裡側示出壓花或溝紋34。一種這樣的，在卷邊 20裡側的壓花或溝紋34可以設計用於在將外殼層13推移到內杯1上時實現較高的彈性。 此外在圖12中可以見到平行於外殼層13延伸的卷邊20的部位17。為了由圖11所示的前 級33製成一個按照圖4的卷邊16，只是部位17平行地靠在外殼層13上，其中不需要繼續 壓扁。在成型按照圖12的卷邊16時使外殼層13的內半徑P被成型從而小於擴展部分 10的半徑D。這也已經可以在圖4和5中見到。在推移外殼層13時，具有卷邊16的外殼 層13端部因而必須稍微擴展，以便能夠在邊緣部位5上移動。這種擴展通過壓花或溝紋34 而更容易。除此之外可以使外殼層13在卷邊16的部位裡的縱向縫不膠合或者不密封。因 此使外殼層13在卷邊16的部位裡容易有一定的隆起，從而外殼體13在推到邊緣部位5上 去之後又收縮，因此使卷邊16在圖5所示的位置上可靠地貼靠在邊緣部位5的外側上並支 承在那裡。還發現，在平行部位17的上端部35處的半徑G大於邊緣部位5的外半徑D。這也可以由圖5見到。因為外殼層13在卷邊16的上邊稜35處的內直徑大於擴展部分10的外 直徑，因此卷邊16的這個上邊稜35在推移到邊緣部位5上時不會勾在擴展部分10上。代 替它的是邊緣部位5向斜面運動，這斜面由部位17構成並在繼續推移外殼層13時使外殼 層擴展，在邊緣部位5的具有最大半徑D的部位上滑離開並佔有圖5所示的位置。可見然 後也通過外殼層13裡的固有應力使外殼層13保持在內杯1上，這是因為為了移走外殼層 13又必須將這外殼層拉到成錐形擴展的邊緣部位5上。 還應該明確地指出外殼層13的不同的設計方案和杯子1的其它結構措施，如凸 肩9或者凸肩18可以根據需要任意地相互組合起來。而且並不局限於所示的方案。此外 應該指出附圖不是成比例的。為了能看得更清楚尤其是外殼2的斜角A和外殼2的半徑 的大小區別以及擴展部分10都作了強化表示。
權利要求
由紙質材料構成杯子(1)，具有可盛裝的內腔(6)，內腔由錐形外殼(2)和底部(3)形成，其中底部(3)在內腔(6)的下端處以邊緣部位(5)基本上流體密封地固定在外殼(2)上，其中在限制住內腔(6)的外殼(2)上設有凸肩(9)用於在堆疊多個杯子時保持同樣形式的杯子(1′)，其特徵在於，向著杯子(1)的中心線看，在凸肩(9)之下的外殼(2)的半徑(B)最多與底部(3)高度處的外殼半徑(E)正好相同。
2.按權利要求1所述的杯子，其特徵在於，凸肩(9)之下的半徑(B)小於在底部(3)高 度處的外殼(2)的半徑(E)。
3.按權利要求1或者2所述的杯子，其特徵在於，在凸肩(9)之下存在外殼(2)的高度 部位(F)，在這部位裡外殼(2)相對於中軸線(8)的角度(A)遠小於凸肩(9)之上錐形外殼 ⑵的角度㈧。
4.按權利要求1至3中之一所述的杯子，其特徵在於，在凸肩(9)之下存在外殼(2)的 高度部位(F)，在這部位裡外殼(2)的角度(A)小於凸肩(9)之上錐形外殼(2)的角度(A)的一半。
5.按權利要求1至4中之一所述的杯子，其特徵在於，在凸肩(9)之下存在外殼(2)的 高度部位(F)，在這部位裡外殼(2)的角度(A)是負的。
6.按權利要求1至5中之一所述的杯子，其特徵在於，在凸肩(9)之下存在外殼(2)的 高度部位(F)，在這部位裡外殼(2)基本平行於中軸線(8)延伸。
7.按權利要求1至6中之一所述的杯子，其特徵在於，在凸肩(9)之下存在外殼(2)的 高度部位(F)，在這部位裡外殼(2)的角度(A)與凸肩(9)之上錐形外殼(2)的角度(A)不 同，而且這部位從凸肩(9) 一直伸展至底部(3)。
8.按權利要求1至7中之一所述的杯子，其特徵在於，在凸肩(9)之下存在外殼(2)的 高度部位(F)，在這部位裡布置了平行於中軸線(8)延伸的筋條(27)。
9.按權利要求1至8中之一所述的杯子，其特徵在於，凸肩(9)之下的外殼(2)的半徑 ⑶比在凸肩(9)之上外殼(2)的半徑(C)小0. 5mm以上，尤其是小Imm以上。
10.按權利要求1至9中之一所述的杯子，其特徵在於，在凸肩(9)和底部(3)之間的 限制住內腔(6)的外殼(2)基本是柱形的。
11.按權利要求1至10中之一所述的杯子，其特徵在於，外殼(2)和/或在邊緣部位(5)區域裡的底部(3)和/或邊緣部位(5)本身至少在一部位裡沿著圓周具有向外伸出的 擴展部分(10)，而且擴展部分(10)的下邊緣(11)構成杯子(1)的支承面。
12.按權利要求11所述的杯子，其特徵在於，擴展部分(10)的外半徑(D)大於底部(3) 高度上的外殼(2)的外半徑(E')。
13.按權利要求1至12中之一所述的杯子，其特徵在於，杯子(1)具有外殼層(13)。
14.按權利要求13所述的杯子，其特徵在於，外殼層(13)的外輪廓位於限制住內腔(6)的外殼(2)的平行線(12)之內，平行線靠在邊緣部位(5)的擴展部分(10)上。
15.按權利要求13或14所述的杯子，其特徵在於，錐形外殼層(13)在邊緣區域裡具有 指向裡面的卷邊(16)，這卷邊具有基本平行於外殼層(13)的部位(17)。
16.製造紙質材料杯子的方法，這種杯子由錐形外殼和在外殼的較小圓周的範圍裡通 過邊緣部位而流體密封地固定的底部組成，其中在外殼上成型有凸肩用於在堆疊多個杯子 時保持同樣形式的杯子，其特徵在於，為了成型出凸肩使外殼的部位變形至一半徑，至中軸線來看，這半徑小於製成的杯子的外殼在底部高度上的半徑。
17.按權利要求16所述的方法，其特徵在於，將外殼的高度部位變形至一個恆定的半徑。
18.按權利要求16或17所述的方法，其特徵在於，在底部基本上流體密封地與外殼連 接之前，使成型凸肩。
19.按權利要求16至18中之一所述的方法，其特徵在於，在成型凸肩時，底部已經位於 成型為套筒的外殼之內。
20.按權利要求16至19中之一所述的方法，其特徵在於，在成型凸肩時，在彈性範圍裡 通過壓縮使底部的外半徑減小。
21.按權利要求16至20中之一所述的方法，其特徵在於，通過模具在向著錐形外殼的 較大圓周方向上的軸向移動成型凸肩。
22.按權利要求16至21中之一所述的方法，其特徵在於，在成型凸肩時在外殼裡成型 出平行於中軸線的筋條。
23.按權利要求16至22中之一所述的方法，其特徵在於，在一個方法步驟中，與凸肩的 成型一起，外殼圍繞底部的一部位卷邊。
24.按權利要求16至23中之一所述的方法，其特徵在於，在成型凸肩之後的一個方法 步驟中，使底部與外殼在形成邊緣部位的情況下，基本上流體密封地連接。
25.按權利要求16至24中之一所述的方法，其特徵在於，在形成邊緣部位期間使外殼 和/或在邊緣部位區域裡的底部和/或邊緣部位本身至少在一部位裡沿著圓周向外擴展， 從而使擴展部分的下邊緣形成杯子的支承面。
26.按權利要求16至25中之一所述的方法，其特徵在於，使外殼的用於形成凸肩的高 度部位基本上柱形地變形。
27.按權利要求16至26中之一所述的方法，其特徵在於，使外殼層推移並固定到限制 住內腔的錐形外殼上。
28.按權利要求27所述的方法，其特徵在於，在成型出擴展的邊緣部位之後，使套筒狀 預成型的外殼層在軸向方向上推移到限制住內腔的錐形外殼上。
29.按權利要求28所述的方法，其特徵在於，套筒狀預成型的外殼層，在推移到限制住 內腔的錐形外殼上時，至少在一部位裡具有小於在擴展部分下邊緣處的邊緣部位的外半徑 的半徑。
30.用於製造紙質材料杯子的裝置，具有用於杯子的錐形外殼和底部的接收芯棒，其中 接收芯棒具有臺階用於成型在外殼裡的凸肩，其特徵在於，挨著接收芯棒(21)的臺階(22) 有一部位(J)，在這部位裡接收芯棒(21)的半徑(K)，向著接收芯棒(21)的中軸線看，小於 杯子底部⑶的外半徑(E)。
31.按權利要求30所述的裝置，其特徵在於，接收芯棒(21)的高度部位(J)具有恆定 的半徑⑷。
32.按權利要求30或31所述的裝置，其特徵在於，臺階(22)與接收芯棒(21)的中軸 線⑶的夾角㈧為40°至70°，尤其是從50°至60°。
33.按權利要求30至32中之一所述的裝置，其特徵在於，接收芯棒(21)的半徑在臺階 (22)處變化大於0. 5mm，尤其是大於1mm。
34.按權利要求30至33中之一所述的裝置，其特徵在於，挨著臺階(22)有接收芯棒 (21)的柱形部位(J)，在這部位裡接收芯棒(21)的半徑⑷小於底部(3)的外半徑(E)。
35.按權利要求30至34所述的裝置，其特徵在於，臺階(22)具有截錐的圓周面的形狀。
36.按權利要求30至35所述的裝置，其特徵在於，裝置具有與接收芯棒(21)共同作用 的模具(23)用於成型凸肩(9)，模具可以沿著接收芯棒(21)中軸線(8)運動。
37.按權利要求30至36所述的裝置，其特徵在於，模具(23)具有用於成型外殼(2)的 包圍住底部(3)的卷邊(30)的結構(29)。
38.按權利要求30至37所述的裝置，其特徵在於，模具(23)設計成包圍住外殼(2)的環。
39.按權利要求38所述的裝置，其特徵在於，環(23)具有內半徑(M)，它小於杯子底部 (3)的外半徑(E)。
40.按權利要求30至39所述的裝置，其特徵在於，模具(23)具有平行於中軸線(8)延 伸的凹槽(26)用於成型筋條(27)。
全文摘要
提出了一種紙質材料杯子(1)以及製造杯子(1)的方法和裝置。杯子(1)包含一個可盛裝的內腔(6)，這內腔由錐形外殼(2)和一個底部(3)組成。底部(3)在內腔(6)的下端處與邊緣部位(5)基本上流體密封地固定在外殼(2)上。在限制住內腔(6)的外殼(2)上設有凸肩(9)用於在堆疊多個杯子(1)時保持同樣形式的杯子(1)。外殼(2)，向著杯子(1)的中心線看，在凸肩(9)之下的半徑(B)最多與底部(3)高度處的外殼(2)半徑(E)正好相同。杯子(1)可以具有一種隔熱的外殼層(13)。
文檔編號B31B43/00GK101970310SQ200980102691
公開日2011年2月9日 申請日期2009年1月20日 優先權日2008年1月21日
發明者U·梅瑟施米德, W·斯塔萊克 申請人:Ptm包裝工具機器私人有限公司