纸质材料的杯子以及制造方法和装置的制作方法

专利名称：纸质材料的杯子以及制造方法和装置的制作方法
纸质材料的杯子以及制造方法和装置发明涉及一种纸质材料杯子，它具有一个可盛装的内腔，这内腔由一个锥形外壳 和一个底部组成，其中底部在内腔的下端处与一个边缘部位(Zarge)基本上流体密封地固 定在外壳上，其中在限制住内腔的外壳上设有一个凸肩，用于在堆叠多个杯子时保持一个 同样形式的杯子。发明还涉及一种制造纸质材料杯子的方法，这种杯子由一个锥形外壳和一个在外 壳的较小圆周范围里通过一个边缘部位而流体密封地固定的底部组成，其中在外壳上成形 有一个凸肩，它用于在堆叠多个杯子时保持一个同样形式的杯子。发明还涉及一种制造纸质材料杯子的装置，它具有一个用于纸杯的锥形外壳和底 部的接收芯棒，其中接收芯棒具有一个台阶用于在外壳上形成一个凸肩。“凸肩”的概念应该这样来理解凸肩形成了外壳的一种突然的大小变化。从杯子 底部向开口看，凸肩表示出一种突然的断面扩展。凸肩也可以称为“凹槽(Sicke) ”。凸肩 或者凹槽是一种用于保持同样形式的另一个杯子的措施。为了运输将许多同样形式的杯子 相互堆叠起来。为了使杯子相互不会卡住而且也能够容易地又取出，设置了凸肩作为在外 壳里用于堆叠的措施。DE102004 056 932 Al说明了开头所述形式的一种纸杯，制造方法和装置的现有 技术。已知的纸杯具有一个凸肩，它赋予纸杯相当好的堆叠性能。在制造已知的纸杯时应 用一种预制的纸杯作为半成品，在这种纸杯中，底部已经与边缘部位流体密封地固定在外 壳上。凸肩通过模具在向着锥形外壳的较大圆周的方向上的轴向移动而成型。模具的内径 大于底部和边缘部位的外径，以便使模具能够从下面起移动超过边缘部位，而不会损伤边 缘部位和影响密封性。因此强制要求，外壳在凸肩之下的的半径大于在底部高度上的。因 此限制了在凸肩处的外壳的突然大小变化的数值。发明的任务是进一步改进开头所述一种纸杯的堆叠性能。这任务在这纸杯中通过如下途径来解决外壳的半径(向着纸杯的中心轴线看) 在凸肩之下最多正好与底部的半径相同。优选使外壳的半径在凸肩之下甚至小于在底部高 度上的半径。在这种方法中这任务通过如下来解决为了形成凸肩使外壳的一个部位变形到一 个半径(向着纸杯的中心轴线看)，这半径小于在底部高度上制成纸杯的外壳半径。优先 在底部基本上流体密封地与外壳连接之前成型出凸肩。在这装置中这任务如下来解决在 接收芯棒的台阶邻接着一个部位，在这部位里接收芯棒的半径(向着接收芯棒的中心轴线 看)小于纸杯底部的外半径。一种这样的纸杯的堆叠性能改进了，因为外壳在凸肩处的突然大小变化加大了。 凸肩的稳定性和力承载能力提高了，从而也能够使得许多堆叠的纸杯不会相互卡住，并且 又能没有问题地拆开。纸杯外壳的横断面是什麽形状并不重要。外壳横断面优选为圆形，但也可以备选 地例如是椭圆或者带圆角的矩形。在圆形横断面时纸杯具有一种大致类似于截圆锥的形 状，而在外壳是一种矩形横断面时则具有一种棱锥台形状。当外壳为非圆形横断面时，外壳的半径定义为外壳的一个部位至纸杯中轴线的距离。当外壳的横断面为圆形时，这半径定 义为直径的一半。所谓这组成底部和外壳的“纸质材料”的概念可以理解为不同的材料，它们具有至 少一层纸、纸板或者厚纸。此外这材料可以具有一层或多层塑料和/或铝。也可以设计成 使这材料上蜡或涂漆，以便相对于充注入内腔里的流体具有稳定性。纸质材料优选为至少 在限制住内腔的侧面上涂有一层薄薄的塑料层，优先是聚乙烯。与纯粹的塑料材料不同，这 种纸质材料的可成型性，尤其是可延展性受限。在变形太强时纸质材料本身，或者所设计的 涂覆层可能会撕开，从而影响密封性。因此在纸质材料的杯子中边缘部位是一种不能放弃的重要结构特征。边缘部位对 于外壳和底部之间的连接来说是必需要的。在边缘部位上在厚度方向上至少有两层材料， 就是底部的材料和限制住内腔的外壳的材料彼此靠置。底部优选地设计成罐形，其敞开侧 背对着纸杯的充注口。所述至少两层材料优选沿着罐形底部的壁而布置。此外可以设计 使外壳例如围住底部的材料四周卷入，而且边缘部位由三个或更多材料层组成。底部材料 在边缘部位区域与壳体的材料粘贴或者密封，以便至少对于一定的时间段来说是流体密封 的。有利的是在制造纸杯时，在底部基本与外壳流体密封地连接之前，就成型出凸 肩。在成型凸肩时底部优选已经位于成型为一个套筒的外壳里了，但还没有与外壳连接。 底部半径因此在成型凸肩时在弹性范围里通过压缩而被减小。因此有以下优点边缘部位 并不妨碍凸肩的变形，而且因此可以形成一个具有较大突然大小变化的凸肩。边缘部位的 密封性不会由于凸肩的成型而受到影响，这是因为底部只是在一个成型凸肩之后的步骤中 才与外壳基本成流体密封地连接。令人惊奇地是底部的压缩根本不影响随后的边缘部位制 作。在本发明的有利设计方案中，通过模具在向着锥形外壳的较大圆周的方向上的轴 向移动而成型出凸肩。模具从下面起，也就是从锥形外壳的较小圆周的部位，在外壳上移 动。将外壳材料镦压。在镦压时使材料在凸肩部位里受压缩，这就提高了凸肩的稳定性。布 置在锥形外壳里的接收芯棒的一个高度部位优选地具有不变的半径，它在成型凸肩时从里 面支承住外壳。在成型凸肩时使外壳在一个高度部位里变形到一个不变的半径。因此可以 优选地在凸肩之下实现一个外壳的高度部位，在这部位里外壳基本上平行于杯子的中轴线 延伸。在堆叠多个杯子时平行于中轴线作用的力因此可以很好地由凸肩来承受和传递。尤其是当凸肩之下的外壳半径小于底部高度处的半径时，外壳在凸肩之下的一个 部位里并不精确地平行于中轴线延伸。根据半径的大小差别和和所用纸质材料的性能，尤 其是刚度，在凸肩之下的一个高度部位里设计有不同的外壳角度。在凸肩之下的外壳半径 优选小于在底部高度处的外壳半径0. 05mm至0. 5mm,尤其是大约0. Imm至0. 3mm。因此可 以实现一种很稳定的凸肩，其中在纸质材料里还不出现裂纹。在凸肩之下外壳有一个高度 部位，这里外壳的角度是负的，也就是小于零。根据外壳与纸杯中轴线的角度的定义，当外 壳的圆周从充注口向着底部的方向上变小时，有一个正的锥角。平行于中轴线延伸的外壳 部位的锥角为0°，而杯子的一个向着底部方向扩展的部位则有一个负的锥角。凸肩也可以用锥角的这个定义这样来来规定在凸肩之下有一个外壳的高度部 位，在此部位里外壳与中轴线的夹角远小于在凸肩之上的锥形外壳的角度。这个条件也通过负的锥角而满足，即使它从大小上来说要大于凸肩之上的锥角的话。优选使凸肩之下外 壳的角度小于凸肩之上外壳角度的一半。因此可以实现一种具有明显突然大小变化的凸 肩，它具有良好的堆叠性能。在发明的设计方案中有利的是在凸肩之下的外壳高度部位里 外壳的角度与凸肩之上的锥角不同，这个高度部位从凸肩伸至底部。凸肩至底部的距离优 选至少为小于10_。堆叠时出现的力因此可以很好地由边缘部位来承受。为了进一步改善在凸肩之下部位里外壳的稳定性可以设计使得在凸肩之下存在 一个外壳的高度部位，在这部位里布置了平行于中轴线延伸的筋条。筋条可以在成型凸肩 时成型到外壳里。为此有利的是成型凸肩用的模具具有平行于中轴线的凹槽。因为凸肩 之下的材料被镦压了，因此模具里的凹槽可以接受一部分多余的材料，从而在成型凸肩时 不会形成不可控的折皱。为了实现稳定的凸肩，有利的是凸肩之下的外壳半径比凸肩之上的外壳半径小 0. 5mm以上，尤其是甚至Imm以上。接收芯棒的半径优选在用于成型凸肩的台阶处变化超过 0. 5mm，尤其是超过1mm。接收芯棒的半径优选地在台阶处变化大约Imm至1. 5mm。有利的 是台阶与接收芯棒中轴线的角度为40°至70°尤其是50°至60°，以成型有高的稳定性 的凸肩。在本发明的另一种设计方案中有利的是在一个唯一的工艺步骤中与凸肩的成型 一起，将外壳围绕底部的一个部位卷起。用于成型凸肩的模具为此具有一种用于成型出包围住底部的外壳卷边的结构措 施。当模具向外壳轴向移动时，与凸肩的成型同时地使外壳的底边向里卷入并布置在底部 的壁板的周边。按照本发明的杯子的制造因此大大地简化。模具优选地设计成环形。相同形式的杯子在凸肩上的堆叠可以按不同的方式进行。有利的是构成杯子支 承面的边缘部位下边缘在堆叠时支承在一个相同形式的杯子的凸肩上。特别有利地是外壳 和/或边缘部位的区域里的底部和/或边缘部位本身至少在一个部位里沿着圆周具有一个 向外伸出的扩展部分，而且扩展部分的下边缘构成杯子的一个支承面。扩展部分的外半径 大于底部高度上的外壳外半径。杯子的支承面通过扩展部分而加大，因此杯子具有更好的 稳定性。杯子的堆叠性能同样也改进了，因为边缘部位是杯子的一个很稳定的元件，并且很 适合于承受在堆叠时产生的力。扩展部分在优选的设计方案中是连续并且均勻地沿着圆周 成型。如果在形成外壳的边缘部位和/或边缘部位的区域里的底部和/或边缘部位本身时， 至少在一个部位里沿着圆周向外扩展，从而使扩展部分的下边缘形成杯子的一个支承面， 那就大大简化了杯子的制造。为制成扩展部分并不需要附加的工艺步骤。扩展部分，就像 凸肩，是保持住另一个同样形式杯子的一种结构措施。凸肩和扩展部分的外形尺寸相互匹 配，以保证最佳的堆叠。在本发明的设计方案中可以使杯子具有一个隔热的外壳层。隔热外壳层的设计方 案本身是任意的。外壳层例如可以由一种塑料材料，纸质材料或者复合材料制成。为了改 善隔热效果也可以使外壳层制成波浪形，皱纹形，被压制，或者设有一个发泡层。例如可以 设计一个波浪形的中间层，它被一个光滑地位于其上面的外表层覆盖住。按照外壳层的设计方案可能有利的是在外壳层上设有一种用于保持同样形式的 另一个杯子的结构措施，在堆叠时它支承在凸肩上。这种设计方案的优点是在内杯上不需 要设有第二用于堆叠的结构。在这种情况下可以省去在边缘部位上的扩展部份。
然而特别有利的是杯子即使没有外壳层也能可靠并且稳定地进行堆叠。一种选 择性设计的外壳层因此可以很大程度上独立和自由地设计。外壳层并不通过堆叠时出现的 力而受载，因此对于外壳层没有提出特别的稳定性要求。同一个内杯可以简单和差不多任 意的方式与不同的外壳层相组合。不改变内杯的或者说构成可充注的内腔的部件的形状和 尺寸，可提供具有不同的视觉和触觉形象的不同的杯子，这是因为杯子使用者所觉察到的 形象主要通过外壳层的结构形状来确定。外壳层的外轮廓位于一个限制住内腔的外壳的平 行线之内，这平行线靠着边缘部位的扩展部分，通过这样可以支持这种结构形状的自由度。 为使制造简单，有利的是(按照扩展的边缘部位的形状)使一个套筒状预先成型的外壳层 在一个轴向方向上推到内杯的限制住内腔的锥形外壳上。为了制造外壳层使其首先由一种 裁切下料卷到一个芯棒上，并连接成一个截锥形套筒，这下料具有一种来自一个圆环的扇 形段形状。在外壳层的较小圆周的部位里成型有一个向里的卷边。向里的卷边具有一个基 本平行于外壳层的部位。在外壳层下边缘上的卷边可以被压平。此外下边缘可以容易地被 拉入，从而在外壳层的下端处存在一个更大的锥度。在外壳层下端处的指向里的卷边用于 使外壳层支承在内杯上。在底部之下卷边优选地支承在边缘部位上。为了保证卷边良好地 接触于内杯上，有利的是外壳层在卷边部位里具有一个内半径，它小于在扩展部分的下边 缘处的边缘部位的外半径。发明的其他优点和特征可以见权利要求书和以下结合附图对一些实施例所作的 说明。不同表示和说明的实施形式的单个特征可以以任意的方式组合，而并不超出发明的 范围。所示为

图1 一种按照本发明的纸杯的纵向剖视图；图2 两个堆叠纸杯的类似于图1的视图；图3A至3D 图1所示纸杯的部位III的不同结构形状的放大图；图4和5 局部表示的，设有不同外外壳，具有不同结构形状的纸杯的类似于图1 的视图；图5A 图5所示纸杯的一种变型的局部放大视图；图6 —种用于制造在图1所示纸杯外壳上的凸肩的装置的局部纵向剖视图；图7A和7B 不同结构设计的接收芯棒在图6所示箭头ΥΠ方向上的视图；图8 用于成型凸肩的模具在图6的箭头VDI方向上的视图；图9 图6的一个变型的视图；图10 用于挤压边缘部位的一个装置的局部纵向剖视图；图11和12 在不同的制造步骤时，图5局部示出的纸杯外外壳的局部纵向剖视 图。图1所示纸杯1基本上由一个锥形外壳2和一个罐状底部3组成。罐状底部3的 敞开侧这样布置，使其背离于纸杯1的充注口。底部3用其壁4在外壳2的较小圆周的部 位里流体密封地与这外壳在形成边缘部位5的情况下连接。在边缘部位5的部位里，外壳 2的材料布置在底部3的壁4周围并向里包入。外壳2和底部3形成纸杯1的一个可充注 的内腔6。外壳2在其上边缘，也就是在较大圆周的部位里，具有一个向外卷的出口卷边7， 它包围住充注口。
外壳2的“锥形”特性可以这样来理解外壳2在图1所示的纵向剖视图中从出口 卷边7至底部3至少部段地变小，也就是至少部段地减小其至中轴线8的半径。在可充注 内腔6的下部，优选地在下面三分之一里，外壳2具有一个凸肩或者凹槽9。外壳2与中轴 线8夹角A。外壳2可以在不同的部位里具有不同的斜角A。在内腔6的一个大的范围里 角A是不变的。角A这样来确定外壳2的角度A在出口卷边7和凸肩9之间在图1中具 有一个正的值。0°斜角A对应于一种平行于中轴线8延伸的外壳2。如果外壳2在向着纸 杯支承面的方向上扩展，那么如同在边缘部位5的部位里那样，斜角A就是负的。边缘部位5至少在一个沿着其圆周的部位里具有一个向外伸出的扩展部分10。边 缘部位5上的扩展部分10的一个下边缘11构成了纸杯1的支承面。支承面通过扩展部分 10而加大了，从而难于使杯子翻倒。凸肩9通过外壳2的一种实际上突然的大小变化而形成。在凸肩9之下外壳2(向 中轴线8看)的半径B比凸肩9之上外壳2的半径C小大约Imm至1. 5mm。杯子1优选地 具有一种圆形横断面。在这种情况下外壳的半径相当于直径的一半。在凸肩9部位里，外 壳2具有一个很大的斜角A，它大约为40°至70°，优选为50°至60°。凸肩9用于在堆 叠多个杯子1和1'时保持同样形式的杯子1'，如同在图2中所示的那样。叠入杯子1里 面的杯子1'用其边缘部位5'支承在杯子1的凸肩9上。扩展部分10的半径D匹配于凸 肩9之上的半径C。因此保证了 杯子Γ稳定而可靠地置于凸肩9上，而不会在锥形外壳 2里夹紧住。堆叠时沿着中轴线8产生的力，例如杯子1'和可能还叠在其上面的杯子的重 力，可靠地被凸肩9承受，并通过外壳2继续传递一直到下面杯子1的边缘部位5的下边缘 11，并从那里传给底座。通过按照本发明的凸肩9的结构形状也可以在中轴线8方向上承 受很大的力，而且保证了在退出堆叠时杯子1或1'的轻松可取出性。在按照本发明的杯子1中这样来设计凸肩9，使得在凸肩之下的外壳2的半径B最 多正好与底部3高度处的外壳2半径E同样大小。当然这里也可以将外面在外壳2上所测 的半径B'和E'相互进行比较。在凸肩9之下有外壳2的一个高度部位F，在这部位里外 壳2的角度A与凸肩9之上的锥形外壳的角度A不同。高度部位F从凸肩9 一直伸展至底 部3。为了实现高度部位F良好的稳定性，业已证实为有利的是使高度部位F设计成不大 于 IOmm0在高度部位F里外壳2基本平行于中轴线8。这有利于将堆叠时出现的力从凸肩 9传递到边缘部位5上。在图3Α至3D中放大表示了凸肩9之下的高度部位F的结构形 状的不同的有利的变种方案。在图3Α中外壳2在高度部位F里精确地平行于中轴线8延 伸。在凸肩之下外壳的半径C因此与底部3高度处外壳的半径E完全同样大小。在图3Β， 3C和3D中，凸肩9之下的半径B小于在底部3高度处的半径Ε。半径B优选比半径E小大 约0. 15mm至0. 2mm。由于半径B比半径E小若干个十分之一的毫米，因此当凸肩9之上的 半径C保持相同时就使凸肩9的宽度加大。通过加宽凸肩9可以明显提高在堆叠多个杯子 1,1'时凸肩9的稳定性。在图3B所示的设计方案中高度部位F分成两个部位。在高度部位F'里外壳2平 行于中轴线8延伸。在高度部位F"里外壳2的斜角A是负的，这里外壳2向着底部3扩展。在按照图3C的设计方案中在高度部位F"里外壳2的角度A同样也是是负的。在高度部位F'里角度A是正的，然而远小于在凸肩9之上的锥形外壳2的角度A。在高度部 位F'里的角度A优选小于在凸肩9之上锥形外壳2的角度A的一半。在图3D中表示了一个设计方案，其中在整个高度部位F上的外壳2具有一个负的 角度。在高度部位F里，也就是说外壳2与凸肩9之上的外壳相比，具有一个相反的锥度。根据对具有正的和负的数值的锥角的确定，在图3A至3D的所有设计方案中，在凸 肩9之下高度部位F里外壳2的斜角A远小于凸肩9之上锥形外壳2的角度A。尽管在图1至3中没有示出，但可能有利的是给杯子1配置一个外壳层，这外壳 层优选形成一个空腔地包围住限制住内腔6的外壳2。为了不影响杯子1的堆叠，可能有利 的是外壳层的外轮廓位于限制住内腔6的外壳2的一个平行线12之内，其中平行线12靠 在边缘部位5的扩展部分10上。只要外壳层位于在平行线12和限制住内腔6的外壳2之 间的空腔里，那么对杯子堆叠性能没有影响。外壳层的结构设计自由度因此几乎不受限制。 此外可以使一种共用结构形式的杯子1设置有不同的外壳层，而不必改变为了堆叠重要的 凸肩9和扩展部分10。以下借助于图4和5说明这样的外壳层的一些可能的设计方案。图4和5所示的杯子1分别具有一个隔热外壳层13，这外壳层局部地形成一个空 腔14地包围住限制住内腔6的外壳2。这样的杯子也称为双层隔热杯，其中位于外壳层13 之内的外壳2结合底部3也可以被称之为“内杯”。内杯，尤其是具有凸肩9，分别设计成类 似于图1至3所描述的方案，因此就可以不再重复说明了。图4所示的杯的外壳层13布置基本上平行于限制住内腔6的外壳2。外壳层13 在一个上端和一个下端处分别有一个指向里面的卷边15和16，并通过卷边15和16支承在 外壳2上。可以设计使外壳层13在卷边15和/或16的部位里，例如通过胶合剂固定住。 卷边16支承在边缘部位5的部位里并因此在水平的底部3之下支承在内壳体2上，因此外 壳层很稳定。卷边16的内半径P在此小于扩展部分10的半径D。同时外壳层13也盖住了 凸肩9，因此这凸肩从外面就不能看到了。卷边16具有一个平行于外壳层13延伸的部位 17。部位17靠近外壳层13的内侧延伸并且也可以贴靠在那里。在平行于外壳层13的部 位17的上边棱35处的半径G大于在边缘部位5处扩展部分10的半径D。因此大大简化了 外壳层13在外壳2上的推动，这是因为外壳层13的卷边16不能再钩住在边缘部位5上。在图5中外壳2在出口卷边7之下部位里具有第二个凸肩18，它从底部3至出口 卷边7看的话是一种突然的横断面加大。外壳层13在位于出口卷边7和凸肩18之间的部 位里与这限制住内腔6的外壳2连接，例如通过密封或者胶合。在其下端处外壳层13具有 一个指向里面的卷边16，它同样也具有一个平行于外壳层3的部位17。卷边16在底部3 之下支承在边缘部位5上。与图4相比，卷边16被压扁并在下边缘区域19处易于拉入，因 此在那里外壳层13具有较大的锥度。半径P小于半径D，而半径G大于半径D。图5A强烈放大表示了杯子1在上部凸肩18部位里的一种有利变型方案。外壳2 的位于出口卷边7和凸肩18之间的部位具有一个与位于凸肩18和凸肩9之间的外壳2不 同的斜角。在图5A中外壳2在出口卷边7和凸肩18之间大致平行于中轴线8延伸。为了 能够使外壳层13往内杯上推动时稍微移动到出口卷边7之下，将外壳层13的上边缘区域 20稍稍拉入。边缘区域20使锥形外壳层13不是均勻地伸出，而是与中轴线8具有一个不 同的角度。如果外壳层13，如同在图5A中所示那样，用其上边缘区域20稍微推入出口卷 边7里的话，那么杯子1就有特别好的外观，这是因为外壳层13的上边缘看不到了。如果将外壳层13在未示出的设计方案中还继续推入出口卷边7里，那么外壳层13的夹紧就通 过出口卷边7的材料而引起外壳层13的固定。对于一定的使用场合来说，外壳层13在出 口卷边7里的夹紧作为外壳层13的唯一的固定是足够的。在制造按图1所示的杯子1时首先成型一个锥形外壳2和一个大致成罐状的底部 3。如在图6中可见，外壳2，它以后构成内腔6，首先具有一种锥形套筒的形状。底部3具有 一种截锥的形状，这截锥平行于套筒2逐渐变小。在图6所示的状态下底部3和外壳2还没 有相互连接起来，而只是相互插入。将外壳2套到一个接收芯棒21上，后者在第一个高度部 位H里具有一种截锥样的形状，其中圆周面的斜角对应于外壳2相对于中轴线8的角度A。 在截锥形部位H的逐渐变小的端部处接着是一个用于成型出外壳2里的一个凸肩9的台阶 22。台阶22具有比高度部位H更大的斜角A，其中台阶22的角度A优选为50° -60°，并 对应于凸肩9的在杯子1上所想要的斜角选择。接着这台阶22是一个部位J，在这部位里 接收芯棒21的半径K向着接收芯棒中轴线8来看小于杯子底部3的外半径E，并且优先在 高度J上保持不变。接收芯棒21的半径在台阶22处变化量大于1mm，尤其是lmm-1. 5mm。 因此可以制成一个相对宽地拉入内腔6里的凸肩9，以保证使多个杯子可靠地脱开，如同上 面已经说明过的那样。半径K比半径E小几个十分之一毫米，尤其是小大约0. 15-0. 2mm。 半径K相比于半径C和相比于半径E的大小以及用于外壳2的纸质材料的刚度决定了以后 在制成的杯子1上凸肩9和在凸肩9之下的高度部位F的外观，尤其如在图3中所示的那 样。用于成型出凸肩9的除了接收芯棒21之外还有模具23，这模具下面表示于图6 中，而且它可以沿着接收芯棒21的中轴线8运动。模具23在箭头L的方向上被移动到接 收芯棒21中。模具23有一个面24，它相对于中轴线8的角度基本上对应于台阶22的斜角 A。模具此外还有一个面25，其半径M与接收芯棒21的半径K和外壳2的纸质材料厚度相 协调。半径M甚至可以选择小于底部3的半径E。因此将套筒2夹在接收芯棒21和模具 23之间，从而在面24和台阶22之间成型出凸肩9。因为底部3和外壳2还没有通过密封 或者胶合相互连接起来，因此可以使外壳2比在外壳2和底部3已经连接的情况下可更强 烈地压缩用来形成凸肩9。当模具23在箭头L方向上推动时，底部3的半径E，它已经就位 于外壳2之内，在弹性范围里通过压缩而被减小。底部3减小其半径E，也就是至接收芯棒 21的半径K。通过模具23在向着锥形外壳2的较大圆周的方向L上轴向移动就在面24和 台阶22之间的部位里形成外壳2的纸质材料的压缩。因此可以在制成的杯子1上形成一 个很稳定的凸肩9。在图7A和7B中表示了接收芯棒21的两个不同的方案的俯视图。图7A所示的接 收芯棒21用于成型一个凸肩9，这凸肩沿着外壳2的整个圆周环绕布置。台阶22因而设 计成一个截锥的圆周面。接着台阶22的是一个圆柱部位J，其半径为K。与台阶22在成型 凸肩9时共同作用的模具23的面24在这种情况下同样也设计成截锥面。模具的面25包 围住台阶22之下的部位J，面25设计成圆柱面，如在图8视图中可见的那样。用于制造杯 子1的装置的一种这样的设计方案具有一个围绕整个圆周环绕布置的凸肩9，该方案构造 简单，并且可以制造出很稳定的凸肩9。图7B表示了接收芯棒21'的一种备选的设计方案，用这接收芯棒可以沿着杯子 圆周成型出三个分开的凸肩。一种这样的实施形式对于特殊的使用场合来说可能同样也是有利的，这是因为在成型分开的凸肩时外壳2的纸质材料的载荷根据所使用的纸质材料来 说是更有利的。在接收芯棒21'中沿着圆周均勻分布着三个台阶22'。在每个台阶22' 的部位里有一个高度部位J，它至中轴线8的半径为K，并用于分别成型出一个凸肩。图6所 示的实施形式在按照图7的实施形式中相应适用。属于接收芯棒21'的模具没有示出。图 6所示的模具23在面24和25的部位里要匹配于接收芯棒21'的台阶22'的结构形状。如上所述，将外壳2的纸质材料在推动模具23时在部位J里压缩至一个较小的半 径。根据纸质材料和根据在半径C和半径K之间的大小变化，可能有利的是在模具23里 设有平行于中轴线8延伸的凹槽26用来成型筋27，这些凹槽可以接纳材料。凹槽26在图 6和8中用虚线表示。通过凹槽26成型的筋27在图1的制成的杯子1上用虚线示出筋27 附带地加强了凸肩9之下的高度部位下，并且可以进一步改善杯子1的堆叠性能。为了使外壳2与底部3能够在形成边缘部位5的情况下连接，将外壳2的下端部 28翻卷，从而占有图6中虚线所示的位置30。模具23具有一个用于成型出外壳2的一个 包围住底部3的卷边30的结构29。用于使外壳2卷边的结构29设计成槽形部位，它在图 6的模具23的剖视图中只表示了局部，但槽形部位却延伸于360°上。外壳2下边缘28的 与成型出凸肩9同时进行的翻卷使得按照发明的杯子的制造大大地容易了。将外壳2由圆环的一个段卷绕在芯棒上，然后沿着一个轴向缝胶合或者密封。为 了借助于模具23使外壳2下边缘28的翻卷更加容易，可以使外壳2的纵向缝在下端部28 的部位里不胶合或者不密封。这个部位在图6中用N表示。如果纵向缝在部位N里没有胶 合或密封，那么外壳2在下端部26翻卷时可以更自由地变形，并使从原理上变形就不好的 纸质材料避免形成波纹状。部位N可以从外壳2的下边缘28甚至一直伸展到底部3的下 边棱，如其在图6中用附图标记N'所表示的那样。部位N或N'的长度因此是可变的，而 且可相应地改变要求。在成型出凸肩9和使外壳2的下边缘28翻卷之后，为了完成内杯1在一个随后的 方法步骤中使底部3与外壳2在形成一个边缘部位5的情况下基本上流体密封地连接起 来。这借助于一个外环和一个内模具进行，其中在连接底部3和外壳2时同时使边缘部位5 扩展，从而形成图1所示的，向着下边缘11方向扩展形状的边缘部位5。这还根据图10来 加以说明。在图9中表示了本发明的另一个实施形式，其中与图6所示实施形式的区别在 于外壳2'具有一种首先是锥形，然后在水平的底部3'处转变成柱形。在这种实施形式 中底部3' —贯地具有一种反向的罐状，它具有柱形围绕的壁4'。但无论是接收芯棒21 还是模具23的结构形状与已经叙述的按照图6的造型是相同的。通过底部3'的环绕壁 4'的柱形的预成型和外壳2'下面部位的同样也是柱形的预成型，使得在外壳2'的下边 缘28'翻卷时以及在随后的扩展和形成边缘部位5'时减少了折皱的形成。借助于图10对于在凸肩9成型之后用于形成边缘部位5的方法步骤加以说明。起 始状态是图9中虚线表示的卷边30'，它在外壳2'的下端部28'翻卷之后形成。在图10 中可以见到凸肩9的角度A基本上对应于台阶22的斜角。根据应用于外壳2的纸质材料 的刚度和弹性可能出现以下情况在凸肩9之下的半径B与接收芯棒21的半径K相比，在 取出模具23时又略变大。在成型凸肩9时通过模具23的面25使外壳2如此大地压缩，从 而使外壳贴靠在接收芯棒21的部位J里。如上所述，也通过压缩使底部3的半径E减小。 通过纸质材料的弹性复位力则在取出模具23之后形成图10所示的状态，其中半径B又略微加大了。尽管有这种弹性复位力，但保持按照发明的特征半径B最多正好与半径E—样 大小，而且正如上面已经叙述过的那样。为了成型出具有扩展部分10的边缘部位5在图10中设计了一个外环31和内块 32。外环31的一个面向外壳2的内表面设计成向外，而且具有在最终状态时边缘部位5应 该处于的角度。在外环的对面设有多个内块32，其中在图10中只表示了一个内块。内块 32可以在图10中向外，向外环31的方向上运动，并且因此将卷边30'压向底部3的壁4， 并且最后压向外环31的内表面。例如可以将或者只是块32或者环31，或者既有内块32又有环31加热，从而与扩 展罐状壁4同时地使三个相互堆叠的材料层相互密封上，并因此形成边缘部位5。内块32 的一个径向向外的面平行于外环31的位于里面的面布置，而且同样也具有一个角度，边缘 部位5应该在最终状态下以此角度布置。内块32例如是未示出的芯棒的一部分，并且可以通过一个同样是在图10中未示 出的中间部件的移动而径向向外运动。外环31可以设计成固定环或者例如也设计成可打 开的环，以便使密封好的边缘部位5更容易移动下来。例如也可以设有一个旋转的滚子，来 替代内块32。滚子向卷边30'上施加一个径向向外，指向外环31的内面方向的力，以便形 成边缘部位5。在成型边缘部位5时杯子停留在接收芯棒21上。在形成边缘部位5之后内 杯1完成并可以从接收芯棒21上拆下。然后，见图4和5，将一个外壳层13推到这样完成的内杯1上。这是这样来进行 的将外壳层13装在一个环状外模具里，并使一个具有抽吸头的先导芯棒移动穿过外壳层 13的变小的端部。将内杯1推入外壳层13里。抽吸头从下面在底部3处作用在内杯1上， 抽吸这底部并将内杯拉入变小的外壳层13里，一直到图4和5所示的状态为止。为了制造外壳层13，将扁平布置的，具有圆环的一个扇形段形状的切割坯料卷绕 在一个芯棒上并连接成一个截锥形套筒。在下边的变小的端部部位里则按照图11首先预 成型一个卷边33。这个卷边33是卷边20的一个前级，正如它在图4和5里所示的那样。 为了制造图5所示的杯子1，然后将卷边33压扁，一直到实现图12所示形状的卷边。可以 见到，由卷边16构成的外壳层13的下边缘19容易被拉入，并因此在下端具有大的锥度，如 已经叙述过的那样。在图12中在卷边20的里侧示出压花或沟纹34。一种这样的，在卷边 20里侧的压花或沟纹34可以设计用于在将外壳层13推移到内杯1上时实现较高的弹性。 此外在图12中可以见到平行于外壳层13延伸的卷边20的部位17。为了由图11所示的前 级33制成一个按照图4的卷边16，只是部位17平行地靠在外壳层13上，其中不需要继续 压扁。在成型按照图12的卷边16时使外壳层13的内半径P被成型从而小于扩展部分 10的半径D。这也已经可以在图4和5中见到。在推移外壳层13时，具有卷边16的外壳 层13端部因而必须稍微扩展，以便能够在边缘部位5上移动。这种扩展通过压花或沟纹34 而更容易。除此之外可以使外壳层13在卷边16的部位里的纵向缝不胶合或者不密封。因 此使外壳层13在卷边16的部位里容易有一定的隆起，从而外壳体13在推到边缘部位5上 去之后又收缩，因此使卷边16在图5所示的位置上可靠地贴靠在边缘部位5的外侧上并支 承在那里。还发现，在平行部位17的上端部35处的半径G大于边缘部位5的外半径D。这也可以由图5见到。因为外壳层13在卷边16的上边棱35处的内直径大于扩展部分10的外 直径，因此卷边16的这个上边棱35在推移到边缘部位5上时不会勾在扩展部分10上。代 替它的是边缘部位5向斜面运动，这斜面由部位17构成并在继续推移外壳层13时使外壳 层扩展，在边缘部位5的具有最大半径D的部位上滑离开并占有图5所示的位置。可见然 后也通过外壳层13里的固有应力使外壳层13保持在内杯1上，这是因为为了移走外壳层 13又必须将这外壳层拉到成锥形扩展的边缘部位5上。 还应该明确地指出外壳层13的不同的设计方案和杯子1的其它结构措施，如凸 肩9或者凸肩18可以根据需要任意地相互组合起来。而且并不局限于所示的方案。此外 应该指出附图不是成比例的。为了能看得更清楚尤其是外壳2的斜角A和外壳2的半径 的大小区别以及扩展部分10都作了强化表示。
权利要求
由纸质材料构成杯子(1)，具有可盛装的内腔(6)，内腔由锥形外壳(2)和底部(3)形成，其中底部(3)在内腔(6)的下端处以边缘部位(5)基本上流体密封地固定在外壳(2)上，其中在限制住内腔(6)的外壳(2)上设有凸肩(9)用于在堆叠多个杯子时保持同样形式的杯子(1′)，其特征在于，向着杯子(1)的中心线看，在凸肩(9)之下的外壳(2)的半径(B)最多与底部(3)高度处的外壳半径(E)正好相同。
2.按权利要求1所述的杯子，其特征在于，凸肩(9)之下的半径(B)小于在底部(3)高 度处的外壳(2)的半径(E)。
3.按权利要求1或者2所述的杯子，其特征在于，在凸肩(9)之下存在外壳(2)的高度 部位(F)，在这部位里外壳(2)相对于中轴线(8)的角度(A)远小于凸肩(9)之上锥形外壳 ⑵的角度㈧。
4.按权利要求1至3中之一所述的杯子，其特征在于，在凸肩(9)之下存在外壳(2)的 高度部位(F)，在这部位里外壳(2)的角度(A)小于凸肩(9)之上锥形外壳(2)的角度(A)的一半。
5.按权利要求1至4中之一所述的杯子，其特征在于，在凸肩(9)之下存在外壳(2)的 高度部位(F)，在这部位里外壳(2)的角度(A)是负的。
6.按权利要求1至5中之一所述的杯子，其特征在于，在凸肩(9)之下存在外壳(2)的 高度部位(F)，在这部位里外壳(2)基本平行于中轴线(8)延伸。
7.按权利要求1至6中之一所述的杯子，其特征在于，在凸肩(9)之下存在外壳(2)的 高度部位(F)，在这部位里外壳(2)的角度(A)与凸肩(9)之上锥形外壳(2)的角度(A)不 同，而且这部位从凸肩(9) 一直伸展至底部(3)。
8.按权利要求1至7中之一所述的杯子，其特征在于，在凸肩(9)之下存在外壳(2)的 高度部位(F)，在这部位里布置了平行于中轴线(8)延伸的筋条(27)。
9.按权利要求1至8中之一所述的杯子，其特征在于，凸肩(9)之下的外壳(2)的半径 ⑶比在凸肩(9)之上外壳(2)的半径(C)小0. 5mm以上，尤其是小Imm以上。
10.按权利要求1至9中之一所述的杯子，其特征在于，在凸肩(9)和底部(3)之间的 限制住内腔(6)的外壳(2)基本是柱形的。
11.按权利要求1至10中之一所述的杯子，其特征在于，外壳(2)和/或在边缘部位(5)区域里的底部(3)和/或边缘部位(5)本身至少在一部位里沿着圆周具有向外伸出的 扩展部分(10)，而且扩展部分(10)的下边缘(11)构成杯子(1)的支承面。
12.按权利要求11所述的杯子，其特征在于，扩展部分(10)的外半径(D)大于底部(3) 高度上的外壳(2)的外半径(E')。
13.按权利要求1至12中之一所述的杯子，其特征在于，杯子(1)具有外壳层(13)。
14.按权利要求13所述的杯子，其特征在于，外壳层(13)的外轮廓位于限制住内腔(6)的外壳(2)的平行线(12)之内，平行线靠在边缘部位(5)的扩展部分(10)上。
15.按权利要求13或14所述的杯子，其特征在于，锥形外壳层(13)在边缘区域里具有 指向里面的卷边(16)，这卷边具有基本平行于外壳层(13)的部位(17)。
16.制造纸质材料杯子的方法，这种杯子由锥形外壳和在外壳的较小圆周的范围里通 过边缘部位而流体密封地固定的底部组成，其中在外壳上成型有凸肩用于在堆叠多个杯子 时保持同样形式的杯子，其特征在于，为了成型出凸肩使外壳的部位变形至一半径，至中轴线来看，这半径小于制成的杯子的外壳在底部高度上的半径。
17.按权利要求16所述的方法，其特征在于，将外壳的高度部位变形至一个恒定的半径。
18.按权利要求16或17所述的方法，其特征在于，在底部基本上流体密封地与外壳连 接之前，使成型凸肩。
19.按权利要求16至18中之一所述的方法，其特征在于，在成型凸肩时，底部已经位于 成型为套筒的外壳之内。
20.按权利要求16至19中之一所述的方法，其特征在于，在成型凸肩时，在弹性范围里 通过压缩使底部的外半径减小。
21.按权利要求16至20中之一所述的方法，其特征在于，通过模具在向着锥形外壳的 较大圆周方向上的轴向移动成型凸肩。
22.按权利要求16至21中之一所述的方法，其特征在于，在成型凸肩时在外壳里成型 出平行于中轴线的筋条。
23.按权利要求16至22中之一所述的方法，其特征在于，在一个方法步骤中，与凸肩的 成型一起，外壳围绕底部的一部位卷边。
24.按权利要求16至23中之一所述的方法，其特征在于，在成型凸肩之后的一个方法 步骤中，使底部与外壳在形成边缘部位的情况下，基本上流体密封地连接。
25.按权利要求16至24中之一所述的方法，其特征在于，在形成边缘部位期间使外壳 和/或在边缘部位区域里的底部和/或边缘部位本身至少在一部位里沿着圆周向外扩展， 从而使扩展部分的下边缘形成杯子的支承面。
26.按权利要求16至25中之一所述的方法，其特征在于，使外壳的用于形成凸肩的高 度部位基本上柱形地变形。
27.按权利要求16至26中之一所述的方法，其特征在于，使外壳层推移并固定到限制 住内腔的锥形外壳上。
28.按权利要求27所述的方法，其特征在于，在成型出扩展的边缘部位之后，使套筒状 预成型的外壳层在轴向方向上推移到限制住内腔的锥形外壳上。
29.按权利要求28所述的方法，其特征在于，套筒状预成型的外壳层，在推移到限制住 内腔的锥形外壳上时，至少在一部位里具有小于在扩展部分下边缘处的边缘部位的外半径 的半径。
30.用于制造纸质材料杯子的装置，具有用于杯子的锥形外壳和底部的接收芯棒，其中 接收芯棒具有台阶用于成型在外壳里的凸肩，其特征在于，挨着接收芯棒(21)的台阶(22) 有一部位(J)，在这部位里接收芯棒(21)的半径(K)，向着接收芯棒(21)的中轴线看，小于 杯子底部⑶的外半径(E)。
31.按权利要求30所述的装置，其特征在于，接收芯棒(21)的高度部位(J)具有恒定 的半径⑷。
32.按权利要求30或31所述的装置，其特征在于，台阶(22)与接收芯棒(21)的中轴 线⑶的夹角㈧为40°至70°，尤其是从50°至60°。
33.按权利要求30至32中之一所述的装置，其特征在于，接收芯棒(21)的半径在台阶 (22)处变化大于0. 5mm，尤其是大于1mm。
34.按权利要求30至33中之一所述的装置，其特征在于，挨着台阶(22)有接收芯棒 (21)的柱形部位(J)，在这部位里接收芯棒(21)的半径⑷小于底部(3)的外半径(E)。
35.按权利要求30至34所述的装置，其特征在于，台阶(22)具有截锥的圆周面的形状。
36.按权利要求30至35所述的装置，其特征在于，装置具有与接收芯棒(21)共同作用 的模具(23)用于成型凸肩(9)，模具可以沿着接收芯棒(21)中轴线(8)运动。
37.按权利要求30至36所述的装置，其特征在于，模具(23)具有用于成型外壳(2)的 包围住底部(3)的卷边(30)的结构(29)。
38.按权利要求30至37所述的装置，其特征在于，模具(23)设计成包围住外壳(2)的环。
39.按权利要求38所述的装置，其特征在于，环(23)具有内半径(M)，它小于杯子底部 (3)的外半径(E)。
40.按权利要求30至39所述的装置，其特征在于，模具(23)具有平行于中轴线(8)延 伸的凹槽(26)用于成型筋条(27)。
全文摘要
提出了一种纸质材料杯子(1)以及制造杯子(1)的方法和装置。杯子(1)包含一个可盛装的内腔(6)，这内腔由锥形外壳(2)和一个底部(3)组成。底部(3)在内腔(6)的下端处与边缘部位(5)基本上流体密封地固定在外壳(2)上。在限制住内腔(6)的外壳(2)上设有凸肩(9)用于在堆叠多个杯子(1)时保持同样形式的杯子(1)。外壳(2)，向着杯子(1)的中心线看，在凸肩(9)之下的半径(B)最多与底部(3)高度处的外壳(2)半径(E)正好相同。杯子(1)可以具有一种隔热的外壳层(13)。
文档编号B31B43/00GK101970310SQ200980102691
公开日2011年2月9日 申请日期2009年1月20日 优先权日2008年1月21日
发明者U·梅瑟施米德, W·斯塔莱克 申请人:Ptm包装工具机器私人有限公司