БУМАЖНЫЙ СТАКАН И СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
PAPER CUP AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к стакану, изготовленному из бумажного материала и имеющему заполняемый внутренний объем, образованный корпусом в форме конической втулки и дном, образующим с корпусом, по существу, непроницаемое для жидкости соединение у нижнего конца внутреннего объема с формированием нижней зоны в виде юбки. На корпусе, ограничивающем внутренний объем, имеется плечо для поддерживания идентичного стакана при укладке нескольких стаканов в стопу.
Изобретение относится также к способу изготовления стакана из бумажного материала, содержащего конический корпус и дно, скрепленные непроницаемым для жидкости образом посредством юбки в зоне меньшего периметра корпуса, причем в корпусе сформировано плечо для поддерживания идентичного стакана при укладывании нескольких стаканов в стопу.
Изобретение относится также к устройству для изготовления стакана из бумажного материала. Устройство снабжено принимающим сердечником (мандрелом) для конического корпуса и дна стакана, имеющим уступ для формирования плеча в корпусе.
Термин "плечо" следует понимать как обозначающий элемент, отвечающий резкому изменению диаметра корпуса. Если смотреть от дна стакана в сторону заливочного отверстия, плечо отвечает резкому расширению поперечного сечения. Плечо можно охарактеризовать также термином "изгиб". Плечо (изгиб) представляет собой средство для удерживания стакана такого же типа. Для транспортировки большое количество одинаковых стаканов вкладывают друг в друга в виде стопы. Плечо выполняет в корпусе функцию средства для такой укладки, в которой стаканы внутри корпуса не слипаются друг с другом, и их можно снова легко разделить.
Уровень техники
Описанные выше стакан, способ и устройство известны из патентного документа DE 102004056932 А1. Известный стакан имеет плечо, придающее ему свойства, способствующие вполне удобной укладке в стопу. Во время изготовления такого стакана используют полученный заранее стакан-полуфабрикат, в котором дно уже прикреплено посредством юбки к корпусу непроницаемым для жидкости образом. Плечо формируют путем перемещения формующего инструмента вдоль оси, в направлении увеличения периметра конического корпуса. Внутренний диаметр формующего инструмента превышает наружный диаметр дна и юбки, т.е. указанный инструмент имеет возможность скользить над юбкой снизу вверх, не разрушая ее и не ослабляя ее герметичность. Однако при этом радиус корпуса ниже плеча неизбежно больше, чем на уровне дна. Таким образом, величина резкого изменения диаметра размера корпуса у плеча оказывается ограниченной.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в том, чтобы у стакана, тип которого описан выше, улучшить свойства, способствующие укладке в стопу.
Указанная задача решается путем создания стакана, у которого радиус корпуса, измеряемый от продольной оси стакана, ниже плеча не превышает радиус дна. В предпочтительном варианте радиус корпуса ниже плеча даже меньше, чем на уровне дна.
Указанная задача решена также созданием способа, согласно которому зоне корпуса, содержащей плечо, придают форму, радиус которой (измеряемый от продольной оси стакана) меньше радиуса корпуса на уровне дна в полностью завершенном стакане. Предпочтительно сформировать плечо до присоединения дна к корпусу, по существу, непроницаемым для жидкости образом. Указанная задача решена также созданием устройства, в котором к уступу принимающего мандрела примыкает зона, в которой радиус принимающего мандрела, измеряемый от продольной оси (8) принимающего мандрела, меньше наружного радиуса дна стакана.
Свойства стакана этого типа, способствующие укладке в стопу, улучшаются за счет того, что у плеча диаметр корпуса изменяется более резко. Стабильность плеча и его способность гасить усилия повышаются, в результате чего даже при большом количестве укладываемых стаканов они не слипаются друг с другом, и их можно снова разделить без всяких проблем.
Форма поперечного сечения корпуса стакана несущественна. Предпочтительно, чтобы указанный корпус в поперечном сечении был круглым, но, в качестве альтернативы, допускаются также овал или прямоугольник с закругленными углами. В случае круглого поперечного сечения стакан имеет форму, близкую к усеченному конусу. В вариантах с прямоугольным поперечным сечением корпуса форма стакана больше напоминает усеченную пирамиду. Для некруглого поперечного сечения корпуса радиусом корпуса считают расстояние от его соответствующего участка до продольной оси стакана. В случае круглого поперечного сечения корпуса радиус составляет половину диаметра.
Под термином "бумажный материал", составляющий дно и корпус, могут подразумеваться различные материалы, имеющие, по меньшей мере, один слой простой или плотной бумаги или картона. В добавление к этому, указанный материал может иметь один или более слоев пластика или алюминия. Возможен также вариант, в котором бумажный материал покрыт воском или лаком, чтобы обеспечить стойкость к жидкости, заливаемой во внутренний объем стакана. Предпочтительно покрыть бумажный материал тонким слоем пластика, желательно полиэтилена, по меньшей мере, с той стороны, которая ограничивает внутренний объем. В отличие от чистого пластика предлагаемый материал проявляет ограниченную способность к формованию и, в особенности, к растягиванию. При слишком большой деформации бумажный материал как сам по себе, так и в варианте с нанесенным на нем покрытием может порваться, т.е. плотность его будет ослаблена.
Поэтому в стакане, изготовленном из бумажного материала, наличие юбки является существенной и обязательной конструктивной особенностью. Юбка необходима для образования соединения между корпусом и дном. В юбке по ее толщине расположены, по меньшей мере, два слоя материала, находящиеся в контакте друг с другом, а именно материал дна и материал корпуса, ограничивающего внутренний объем. Для дна предпочтительна чашеобразная конструкция, у которой открытая сторона обращена от заливочного отверстия стакана. Поэтому предпочтительно иметь вдоль стенки указанной формы, по меньшей мере, два слоя материала. Дополнительно можно предусмотреть, чтобы, например, корпус был загнут на материал дна, т.е. чтобы юбка состояла из трех или более слоев. С целью обеспечить непроницаемость для жидкости в течение, по меньшей мере, определенного периода, материал дна в зоне юбки приклеивают или каким-то другим образом герметично присоединяют к материалу корпуса.
Желательно во время изготовления стакана сформировать плечо до присоединения дна к корпусу, по существу, непроницаемым для жидкости образом. Предпочтительно, чтобы дно во время формирования плеча было уже внутри корпуса, сформированного в виде трубки, но еще не присоединено к нему. Тогда во время формирования плеча радиус дна можно уменьшить в пределах упругой деформации посредством сжатия. Преимущество такого подхода заключается в том, что юбка не мешает формированию плеча, в результате чего появляется возможность изготовить плечо с более резким изменением диаметра. Формирование плеча не может уменьшить плотность юбки, поскольку дно присоединяют к корпусу, по существу, непроницаемым для жидкости образом на этапе способа, следующем за формированием плеча. Неожиданно оказалось, что сжатие дна вообще не влияет отрицательным образом на последующее изготовление юбки.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения плечо формируют, перемещая формующий инструмент вдоль оси, в направлении увеличения периметра конического корпуса. Указанный инструмент надвигается на юбку снизу вверх, т.е. от зоны с меньшим периметром конического корпуса. Материал корпуса сжимают, причем во время такого сжатия материал уплотняется в зоне плеча, увеличивая его стабильность. В предпочтительном варианте вертикальный участок принимающего мандрела, находящийся внутри конического корпуса и имеющий постоянный радиус, во время формирования плеча поддерживает корпус изнутри. Одновременно с формированием плеча формируют вертикальный участок корпуса с постоянным радиусом. В результате можно получить вертикальный участок корпуса, в предпочтительном варианте лежащий ниже плеча, причем на этом участке корпус, по существу, параллелен продольной оси стакана. При таком выполнении плечо может легко погасить и рассеять возникающие при укладывании нескольких стаканов в стопу усилия, направленные вдоль продольной оси стакана.
В зоне ниже плеча стенка корпуса не проходит строго параллельно продольной оси, причем в особенности, когда его радиус ниже плеча меньше, чем на уровне дна. В зависимости от разницы размеров указанных радиусов и от свойств использованного бумажного материала, в частности от его жесткости, в пределах вертикального участка ниже плеча обеспечиваются различные углы наклона стенки корпуса. Предпочтительно, чтобы у корпуса радиус ниже плеча был на 0,05-0,5 мм, желательно приблизительно на 0,1-0,3 мм, меньше радиуса на уровне дна. В результате можно получить очень стабильное плечо, в котором бумажный материал не растрескивается. Тогда ниже плеча образуется вертикальный участок корпуса с отрицательным углом наклона, т.е. с углом наклона меньше нуля. Согласно принятому в данном случае определению угла наклона стенки корпуса относительно продольной оси стакана положительный угол наклона (угол конуса) имеет место, когда периметр корпуса уменьшается от заливочного отверстия по направлению к дну. Участок корпуса, проходящий параллельно продольной оси, имеет угол конуса, равный нулю, а участок стакана, расширяющийся в сторону дна, имеет отрицательный угол конуса.
При указанном определении угла наклона (конуса) плечо можно задать так, чтобы ниже плеча был расположен вертикальный участок, для которого угол наклона стенки корпуса относительно продольной оси существенно меньше угла наклона стенки конического корпуса над плечом. Это условие соблюдается также за счет отрицательного угла конуса, причем даже в том случае, когда величина указанного угла превышает угол конуса над плечом. Предпочтительно, чтобы угол наклона стенки корпуса ниже плеча был меньше половины угла наклона над плечом. В результате появляется возможность сформировать плечо с существенным и резким изменением диаметра, а это обеспечивает хорошие свойства, связанные с укладкой в стопу. Преимущество данного варианта осуществления изобретения заключается в том, что вертикальный участок корпуса ниже плеча, имеющий угол наклона стенки корпуса, отличающийся от угла конуса над плечом, проходит от плеча к дну. Предпочтительное расстояние от плеча до дна составляет величину менее 10 мм. Поэтому усилия, возникающие при укладке в стопу, можно очень легко погасить юбкой.
Для дальнейшего повышения стабильности корпуса в зоне ниже плеча можно в указанной зоне расположить вертикальный участок корпуса, имеющий ребра, параллельные продольной оси. Такие ребра можно сформировать в корпусе во время формирования плеча. В данном варианте преимущество заключается в том, что формующий инструмент для формирования плеча имеет вырезы, параллельные продольной оси. Когда материал ниже плеча сжимается, вырезы, выполненные в формующем инструменте, способны принять в себя часть этого избытка материала, в результате чего во время формирования плеча не происходит неконтролируемого сминания.
Для получения стабильного плеча желательно, чтобы радиус корпуса ниже плеча был меньше радиуса корпуса выше плеча более чем на 0,5 мм, а предпочтительно на 1 мм. Предпочтительно, чтобы для формирования плеча радиус принимающего мандрела изменялся (желательно у уступа) более чем на 0,5 мм, желательно более чем на 1 мм. В предпочтительном варианте радиус принимающего мандрела изменяется у уступа приблизительно в интервале 1-1,5 мм. Для формирования плеча, обладающего высокой стабильностью, желательно, чтобы угол наклона уступа относительно продольной оси принимающего мандрела составлял 40°-70° (предпочтительно 50°-60°).
Преимущество другого варианта осуществления изобретения заключается в том, что корпус загибают вокруг зоны дна на том же этапе способа, на котором формируют плечо.
В данном случае формующий инструмент для формирования плеча снабжен средством, формирующим отгибку корпуса, охватывающую дно. В результате одновременно с формированием плеча нижний конец корпуса во время осевого надвигания формующего инструмента на корпус заворачивается внутрь и охватывает стенку дна по периметру. Тем самым существенно облегчается изготовление стакана согласно изобретению. Формующий инструмент желательно сконструировать в виде кольца.
Установку идентичного стакана на плечо можно осуществить различным образом. Преимущество заключается в том, что нижний ободок юбки, образующий опорную поверхность для стакана, при укладке в стопу ложится на плечо такого же стакана. Особо предпочтительным образом это происходит за счет того, что корпус и/или дно в зоне юбки, и/или сама юбка в зоне, проходящей по периметру, имеют, по меньшей мере, выступающий наружу расширяющийся участок, нижний ободок которого образует указанную опорную поверхность. В предпочтительном варианте наружный радиус расширяющегося участка больше наружного радиуса корпуса на уровне дна. Данный участок увеличивает опорную поверхность стакана, повышая тем самым его устойчивость. Улучшаются и свойства стакана, связанные с укладкой в стопу, поскольку юбка является весьма жестким элементом стакана и очень хорошо подходит для гашения усилий, возникающих при укладке. В предпочтительном варианте осуществления форма расширяющегося участка является постоянной и неразрывной по всему периметру. Изготовление стакана значительно упрощается, если во время формирования юбки корпус и/или дно в ее зоне, и/или юбка расширяются наружу, по меньшей мере, в области, проходящей по периметру, в результате чего опорную поверхность стакана формирует нижний ободок расширяющегося участка. Тогда для выполнения расширяющегося участка нет необходимости включать в способ дополнительные этапы. Точно так же, как и плечо, расширяющийся участок представляет собой средство для удерживания другого стакана такого же типа. Чтобы обеспечить оптимальный вариант укладки в стопу, размеры плеча и расширяющегося участка согласованы друг с другом.
Как вариант осуществления изобретения, предусмотрена возможность снабдить стакан теплоизолирующим наружным корпусом. При этом можно выбрать любой тип конструкции такого корпуса. Например, наружный корпус можно изготовить из пластикового, бумажного или ламинатного материала. Для повышения изолирующего эффекта наружный корпус можно выполнить гофрированным или тисненым, проточить в нем канавки или покрыть пенопластом. В частности, предусмотрена возможность выполнить гофрированный промежуточный слой и нанести поверх него гладкий наружный слой.
В зависимости от конструкции наружного корпуса может оказаться желательным прикрепить к нему средство для удерживания другого стакана такого же типа, который при укладке в стопу будет опираться на плечо. Преимущество такого варианта осуществления заключается в том, что установка на внутренний стакан не требует никакого второго средства. В этом случае можно обойтись без расширяющегося участка на юбке.
Однако вариант, в котором стакан можно надежно и устойчиво уложить в стопу даже при отсутствии наружного корпуса, является особенно предпочтительным. Это позволяет конструировать необязательный наружный корпус гораздо более независимым и свободным образом. Наружный корпус не подвергается усилиям, возникающим при укладке в стопу, т.е. к его стабильности не предъявляются особые требования. Один и тот же внутренний стакан можно комбинировать простым и фактически любым образом с широким ассортиментом наружных корпусов. Не меняя формы и размеров внутреннего стакана или компонентов, формирующих заполняемый внутренний объем, можно получить разнообразные стаканы с различными визуальными и осязательными свойствами наружной поверхности, поскольку воспринимаемый пользователем наружный вид определяется главным образом конструкцией наружного корпуса. Такая креативная свобода при конструировании может иметь в своей основе тот факт, что внешний контур наружного корпуса не выходит за пределы параллели (параллельной линии), проведенной относительно корпуса, ограничивающего внутренний объем, и отходящей от расширенного участка юбки. Такая конструкция обеспечивает преимущество в плане облегчения изготовления, заключающееся в том, что после формирования расширяющейся юбки наружный корпус, предварительно сформированный в виде трубки, надвигается в осевом направлении на конический корпус внутреннего стакана, ограничивающего внутренний объем. При изготовлении наружного корпуса его сначала накручивают на мандрел, использующий заготовку в форме сегмента круглого кольца, и соединяют концы с образованием трубки, подобной усеченному конусу. В зоне нижнего периметра наружного корпуса формируют отгибку, обращенную внутрь и имеющую участок, по существу, параллельный наружному корпусу. Указанной отгибке, находящейся у нижнего конца наружного корпуса, посредством давления можно придать плоскую форму. Далее, нижний конец можно немного отогнуть внутрь, увеличив тем самым конусность у нижнего конца наружного корпуса. Обращенная внутрь отгибка, расположенная у указанного конца, используется в качестве опоры наружного корпуса на внутренний стакан. Предпочтительно, чтобы отгибка находилась на юбке ниже дна. Для получения хорошего контакта отгибки с внутренним стаканом желательно, чтобы внутренний радиус наружного корпуса в зоне отгибки был меньше наружного радиуса юбки у нижнего конца расширяющегося участка.
Остальные преимущества и признаки изобретения раскрыты в формуле и в нижеследующем описании вариантов осуществления, которое следует рассматривать совместно с прилагаемыми чертежами. Приведенные в описании и представленные на чертежах индивидуальные признаки различных вариантов осуществления можно, не выходя из границ изобретения, комбинировать между собой.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 в продольном разрезе представлен стакан согласно изобретению.
На фиг.2 в таком же разрезе представлены два стакана, уложенные в стопу.
На фиг.3A-3D в увеличенном масштабе представлены различные варианты выполнения участка III стакана по фиг.1.
На фиг.4 и 5 в таком же разрезе, что и на фиг.1, представлены фрагменты стаканов различной конструкции, имеющих различные наружные корпуса.
На фиг.5А фрагмент варианта стакана по фиг.5 представлен в увеличенном масштабе.
На фиг.6 в продольном разрезе представлен фрагмент устройства для изготовления плеча на корпусе стакана по фиг.1.
На фиг.7А и 7В на виде в направлении стрелки VII по фиг.6 представлены принимающие мандрелы различной конструкции.
На фиг.8 на виде в направлении стрелки VIII по фиг.6 представлен формующий инструмент для формирования плеча.
На фиг.9 представлен вариант устройства по фиг.6.
На фиг.10 в продольном сечении представлен фрагмент устройства для сжатия юбки.
На фиг.11 и 12 в продольном разрезе представлен фрагмент наружного корпуса стакана по фиг.5 во время различных этапов изготовления.
Осуществление изобретения
Показанный на фиг.1 стакан 1, по существу, содержит конический корпус 2 и чашеобразное дно 3, открытая сторона которого расположена таким образом, чтобы она была обращена от заливочного отверстия стакана 1. Дно 3 своей стенкой 4 присоединено непроницаемым для жидкости образом к корпусу в зоне его меньшего периметра с образованием юбки 5. В зоне указанной юбки 5 материал корпуса 2 обернут вокруг стенки 4 дна 3 и загнут внутрь. Корпус 2 и дно 3 образуют заполняемый внутренний объем 6 стакана 1. У своего верхнего конца, т.е. в зоне большего периметра, корпус имеет верхнюю отгибку 7, сформированную снаружи и окружающую заливочное отверстие.
Для корпуса свойство "конусообразность" следует понимать в том смысле, что корпус 2, по меньшей мере, в некоторых своих секциях в продольном разрезе, показанном на фиг.1, суживается от верхней отгибки 7 по направлению к дну 3, т е., по меньшей мере, в некоторых секциях радиус корпуса (расстояние до продольной оси 8) уменьшается. В нижней зоне заполняемого внутреннего объема 6, предпочтительно в его нижней трети, корпус 2 имеет плечо (изгиб) 9. Относительно продольной оси 8 стенка корпуса 2 образует угол А наклона. Углы А наклона в разных зонах различаются между собой, хотя на большом участке внутреннего объема 6 угол А имеет постоянное значение. Для угла А наклона принято, что в корпусе 2 он имеет положительное значение между верхней отгибкой 7 и плечом 9 (см. фиг.1). Нулевой угол А наклона отвечает участку корпуса 2, проходящему параллельно продольной оси 8. Если корпус 2 расширяется в сторону опорной поверхности стакана, как это имеет место в зоне юбки 5, угол А наклона отрицателен.
По меньшей мере, в зоне, проходящей по ее периметру, юбка 5 имеет выступающий наружу расширенный участок 10. Нижний ободок 11 указанного участка 10 юбки 5 образует опорную поверхность для стакана 1, увеличенную за счет расширенного участка 10. Такое выполнение препятствует опрокидыванию стакана.
Плечо 9 сформировано фактически посредством резкого изменения диаметра корпуса 2. Радиус В корпуса 2 ниже плеча 9 (измеряемый от продольной оси 8) приблизительно на 1-1,5 мм меньше радиуса С корпуса 2 выше плеча 9. В предпочтительном варианте стакан 1 имеет круглое поперечное сечение, т.е. радиус корпуса соответствует половине его диаметра. В зоне плеча 9 угол А наклона стенки корпуса 2 очень велик: он составляет приблизительно 40°-70°, предпочтительно 50°-60°. Плечо 9 предназначено для поддерживания идентичного стакана 1' при укладке нескольких стаканов 1, 1' и т.д. в стопу, как это показано на фиг.2. Стакан 1', установленный в стакане 1, лежит своей юбкой 5' на плече 9 стакана 1. Радиус D расширенного участка 10 в данном случае подогнан к радиусу С над плечом 9. Тем самым гарантируется, что стакан 1' располагается на плече 9 стабильно и надежно, причем, однако, без прилипания внутри конического корпуса 2. Усилия, возникающие вдоль продольной оси 8 при укладке в стопу (например, под воздействием массы стакана 1', а также любых других стаканов, возможно уложенных в стопу над ним), надежно гасятся плечом 9, через корпус 2 переходят на нижний ободок 11 дна юбки 5 нижнего стакана 1 и далее передаются на общую несущую поверхность. С другой стороны, благодаря конструкции плеча 9 согласно изобретению можно погасить даже очень большие усилия, направленные к продольной оси 8, причем обеспечивается возможность легкого удаления стакана 1 или 1' во время разборки стопы.
В стакане 1 по изобретению плечо 9 сконструировано так, чтобы в корпусе 2 радиус В ниже плеча не превышал радиуса Е на уровне дна 3. Конечно, радиусы В' и Е', измеренные относительно наружной поверхности корпуса 2, находятся в таком же соотношении. Ниже плеча 9 корпус 2 имеет вертикальный участок F, у которого угол А наклона стенки корпуса 2 отличается от угла А наклона стенки конической части корпуса над плечом 9. Вертикальный участок F проходит от плеча 9 до дна 3. Было установлено, что для достижения хорошей устойчивости длину указанного участка F желательно выбрать не превышающей 10 мм.
Вертикальный участок F корпуса 2 проходит, по существу, параллельно продольной оси 8. Это является преимуществом, поскольку обеспечивает хороший перенос усилий, возникающих при укладке в стопу, от плеча 9 на юбку 5. На фиг.3А-3D в увеличенном масштабе представлены различные предпочтительные варианты конструкции вертикального участка F, лежащего ниже плеча 9. На фиг.3А данный участок F корпуса 2 проходит строго параллельно продольной оси 8. Таким образом, в корпусе ниже плеча радиус С имеет точно такой же размер, что и радиус Е на уровне дна 3. На фиг.3В, 3С и 3D радиус В ниже плеча 9 меньше радиуса Е на уровне дна 3 (в предпочтительном варианте примерно на 0,15-0,20 мм). Указанные несколько десятых миллиметра, на которые радиус В меньше радиуса Е, позволяют увеличить ширину плеча 9, когда радиус С выше плеча имеет постоянное значение. Расширение плеча 9 позволяет существенно увеличить его стабильность при укладке нескольких стаканов 1, 1' и т.д. в стопу.
В варианте выполнения, показанном на фиг.3В, вертикальный участок F разделен на две зоны. На вертикальном участке F' корпус 2 параллелен продольной оси 8. На вертикальном участке F" угол А наклона стенки корпуса отрицателен, т.е. здесь корпус 2 расширяется по направлению к дну 3.
В варианте выполнения по фиг.3С у корпуса 2 на вертикальном участке F" угол А наклона стенки корпуса 2 также отрицателен. На вертикальном участке F' угол А наклона положителен. Однако этот угол существенно меньше (предпочтительно меньше половины) угла А наклона стенки конического корпуса 2 выше плеча 9.
На фиг.3D показан вариант выполнения, согласно которому стенка корпуса 2 имеет отрицательный угол наклона по всему вертикальному участку F. Таким образом, по сравнению со своей частью выше плеча 9 корпус 2 на вертикальном участке F имеет обратную конусность.
Как следствие разделения значений угла А наклона на положительные и отрицательные, во всех вариантах выполнения по фиг.3A-3D угол А наклона стенки корпуса 2 на вертикальном участке F ниже плеча 9 существенно меньше угла А наклона стенки конического корпуса 2 над плечом 9.
Хотя это и не показано на фиг.1-3, может оказаться желательным снабдить стакан 1 наружным корпусом, который, в предпочтительном варианте образуя промежуточную полость, окружает корпус 2, ограничивающий внутренний объем 6. Для сохранения свойств стакана 1, связанных с укладкой в стопу, может оказаться выгодным, чтобы внешний контур наружного корпуса не выходил за линию 12 (параллель), параллельную корпусу 2, ограничивающему внутренний объем 6, причем указанная параллель 12 отходит по касательной от расширенного участка 10 юбки 5. Пока наружный корпус находится внутри пространства между параллелью 12 и корпусом 2, ограничивающим внутренний объем 6, свойства стакана, связанные с укладкой в стопу, не подвергаются какому-либо изменению. Таким образом, креативные возможности при конструировании наружного корпуса фактически ничем не ограничены. Более того, можно оснастить обычный (базовый) вариант стакана 1 различными наружными корпусами, причем для этого нет необходимости изменять плечо 9 и расширенный участок 10, важные для укладки в стопу. Далее со ссылками на фиг.4 и 5 описаны некоторые возможные варианты выполнения таких наружных корпусов.
Каждый из стаканов 1, представленных на фиг.4 и 5, имеет теплоизолирующий наружный корпус 13, который окружает корпус 2, ограничивающий внутренний объем 6, и участвует в образовании полости 14. Такие стаканы называют также двустенными теплоизолирующими стаканами, в которых корпус 2, помещенный вместе с дном 3 внутри наружного корпуса 13, можно рассматривать как "внутренний стакан". Любую модификацию внутренних стаканов (в особенности это относится к стаканам с плечом 9) конструируют подобно вариантам, представленным на фиг.1-3, что позволяет обойтись без их повторного описания.
Наружный корпус 13 стакана 1, показанный на фиг.4, расположен, по существу, параллельно корпусу 2, ограничивающему внутренний объем 6. У своих верхнего и нижнего концов корпус 13 имеет обращенные внутрь отгибки 15 и 16, которыми он опирается на корпус 2. Можно предусмотреть фиксирование, например приклеивание, корпуса 13 в зоне отгибок 15 и/или 16. Отгибка 16 опирается на внутренний корпус 2 в зоне юбки 5, т.е. ниже горизонтального дна 3, что придает наружному корпусу 13 особую устойчивость. При таком расположении внутренний радиус Р на уровне отгибки 16 меньше радиуса D расширенного участка 10. В то же время наружный корпус 13 закрывает также плечо 9, делая его невидимым снаружи. Отгибка 16 имеет участок 17, проходящий параллельно наружному корпусу 13 на небольшом расстоянии от его внутренней поверхности или, в возможном варианте, контактирующий с ней. Радиус G у верхней кромки 35 участка 17, проходящего параллельно наружному корпусу 13, больше радиуса D расширенного участка 10 у юбки 5. В результате надвигание наружного корпуса 13 на корпус 2 сильно упрощается, т.к. отгибка 16 наружного корпуса 13 в таком варианте не может зацепиться за юбку 5.
В варианте по фиг.5 корпус 2 на участке ниже верхней отгибки 7 имеет второе плечо 18, которое на виде по направлению от дна 3 в сторону данной отгибки 7 выглядит как резкое расширение поперечного сечения. На участке между верхней отгибкой 7 и плечом 18 наружный корпус 13, например посредством склеивания или какого-то другого герметичного сопряжения, присоединен к корпусу 2, ограничивающему внутренний объем 6. У своего нижнего конца наружный корпус 13 также снабжен обращенной внутрь отгибкой 16, участок 17 которой также проходит параллельно этому корпусу. Отгибка 16 опирается на юбку 5 ниже дна 3, причем, в отличие от конструкции по фиг.4, этой отгибке посредством давления придана плоская форма, причем она слегка отогнута внутрь в зоне нижнего ободка. Это приводит к увеличению конусности наружного корпуса 13 в этой зоне. Радиус Р меньше радиуса D, а радиус G превышает радиус D.
Зона верхнего плеча 18 предпочтительной модификации стакана 1 в значительно увеличенном масштабе показана на фиг.5А. Угол наклона стенки участка корпуса 2 между верхней отгибкой 7 и плечом 18 отличается от угла наклона стенки этого же корпуса 2 между плечами 18 и 9. На фиг.5А корпус 2 проходит между верхней отгибкой 7 и плечом 18 примерно параллельно продольной оси. Чтобы наружный корпус 13, когда его надвигают на внутренний стакан, имел возможность немного продвинуться под верхнюю отгибку 7, участок 20 на верхнем конце корпуса 13 слегка наклонен внутрь. Таким образом, указанный участок 20 не является простым продолжением конического корпуса 13, будучи расположенным под другим углом относительно продольной оси 8. Если, как показано на фиг.5А, участок 20 на верхнем конце наружного корпуса 13 немного продвинуть под верхнюю отгибку 7, это придаст стакану 1 особо благоприятный внешний вид, т.к. верхний ободок корпуса 13 становится невиден. Когда в варианте выполнения, не показанном на чертежах, наружный корпус 13 надвигается под верхнюю отгибку 7 еще дальше, он зажимается материалом отгибки 7, что само по себе обеспечивает фиксацию корпуса 13. Для определенных приложений зажим наружного корпуса 13 в верхней отгибке 7 может оказаться достаточным в качестве единственного средства закрепления указанного корпуса.
Во время изготовления стакана 1 по фиг.1 сначала формируют конический корпус 2 и приблизительно чашеобразное дно 3. Как можно видеть из фиг.6, корпус 2, далее формирующий внутренний объем 6, изначально имеет форму конической трубки. Дно 3 имеет форму усеченного конуса, сходящегося параллельно трубке для корпуса 2. В состоянии, показанном на фиг.6, дно 3 и корпус только вставлены друг в друга, но еще не соединены между собой. Корпус 2 на этой стадии надвигают на принимающий мандрел 21, имеющий первый вертикальный участок Н в форме усеченного конуса. Угол наклона периферийной поверхности на этом участке соответствует углу А наклона стенки корпуса 2 к продольной оси 8. К суженному концу участка Н, имеющего форму усеченного конуса, примыкает уступ 22, который предназначен для формирования плеча 9 в корпусе 2 и, по сравнению с участком Н, имеет больший угол А наклона. В предпочтительном варианте указанный угол А наклона лежит в интервале 50°-60° и выбирается из условия соответствия углу наклона плеча 9, заданному для стакана 1. К уступу 22 примыкает участок J, на котором радиус К принимающего мандрела 21, измеряемый от продольной оси 8 данного мандрела, меньше наружного радиуса Е дна 3 стакана и предпочтительно остается постоянным по высоте участка J. Радиус принимающего мандрела 21 у уступа изменяется более чем на 1 мм, предпочтительно на 1-1,5 мм. В результате появляется возможность выполнить плечо 9 выступающим относительно далеко во внутренний объем 6 и, тем самым, гарантировать надежность укладки нескольких стаканов в стопу, как это уже описывалось выше. В данном случае радиус К на несколько десятых миллиметра, (предпочтительно примерно на 0,15-0,2 мм) меньше радиуса Е. Размер радиуса К по сравнению с радиусами С и Е и жесткость бумажного материала, используемого для корпуса 2, в дальнейшем определяют внешний вид плеча 9 и вертикального участка F, расположенного на завершенном стакане 1 ниже плеча, как это показано, в частности, на фиг.3.
Для формирования плеча 9 используют, кроме принимающего мандрела 21, также формующий инструмент 23, показанный в нижней части фиг.6 и перемещаемый вдоль продольной оси 8 принимающего мандрела 21. Инструмент 23, который устанавливают на принимающий мандрел 21, смещая в направлении стрелки L, имеет поверхность 24, угол наклона которой к продольной оси 8, по существу, соответствует углу А наклона уступа 22, и, кроме того, поверхность 25, радиус М которой соответствует сумме радиуса К принимающего мандрела 21 и толщины бумажного материала корпуса 2. В данном случае радиус М может быть даже меньше радиуса Е дна 3. В результате трубка 2 оказывается зажатой между мандрелом 21 и формующим инструментом 23 таким образом, что между поверхностью 24 и уступом 22 формируется плечо 9. Поскольку дно 3 и корпус 2 еще не соединены друг с другом посредством склеивания или какого-то другого способа герметичного сопряжения, для формирования плеча 9 корпус 2 можно сжать более сильно, чем это было бы возможно при уже соединенных корпусе 2 и дне 3. Когда формующий инструмент 23 скользит в направлении стрелки L, радиус Е дна 3, находящегося фактически уже внутри корпуса 2, за счет сжатия уменьшается в пределах упругой деформации. Таким образом, радиус Е дна 3 уменьшается до размера радиуса К принимающего мандрела 21. Осевое перемещение формующего инструмента 23 в направлении L, т.е. к большему периметру конического корпуса 2, приводит к спрессовыванию бумажного материала указанного корпуса в зоне между поверхностью 24 и уступом 22, что позволяет сделать плечо 9 на завершенном стакане 1 очень стабильным.
На фиг.7А и 7В на виде сверху показаны два различных варианта принимающего мандрела 21. Принимающий мандрел 21, представленный на фиг.7А, применяют для формирования плеча 9, проходящего по всему периметру корпуса 2. Поэтому уступ 22 сконструирован в виде периферийной поверхности усеченного конуса. К уступу 22 примыкает цилиндрический участок J с радиусом К. Поверхность 24 формующего инструмента 23, взаимодействующая с уступом 22 во время формирования плеча 9, в данном случае выполнена также в виде поверхности усеченного конуса. Как можно видеть на фиг.8, поверхность 25 формующего инструмента, охватывающая участок J ниже уступа 22, выполнена в виде цилиндрической поверхности. Вариант осуществления устройства этого типа, которое предназначено для изготовления стакана 1, имеющего проходящее по всему периметру плечо 9, прост по конструкции и позволяет изготовить очень стабильное плечо 9.
На фиг.7В показан альтернативный вариант выполнения принимающего мандрела 21', с помощью которого можно сформировать три раздельных плеча, разнесенные по периметру стакана. Такая конструкция может оказаться предпочтительной также для специальных приложений, т.к. в зависимости от использованного бумажного материала корпуса 2 нагрузка на указанный материал во время формирования раздельных плеч приобретает более выгодный характер. В мандреле 21' по периметру равномерно распределены три уступа 22'. В зоне каждого из них расположен вертикальный участок J, имеющий радиус К, измеряемый от продольной оси 8. Каждый участок J служит для формирования одного плеча. Для варианта по фиг.7В справедливы соображения, уже приведенные выше в связи с фиг.6. Формующий инструмент, сопрягаемый с мандрелом 21', на чертеже не показан. В данном случае, чтобы учесть особенности конструкции уступов 22' принимающего мандрела 21', формующий инструмент 23, представленный на фиг.6, необходимо соответственно модифицировать в зонах поверхностей 24 и 25.
Как уже упоминалось, во время подведения со скольжением формующего инструмента 23 к участку J бумажный материал корпуса 2 сжимается с уменьшением радиуса. В зависимости от свойств бумажного материала и разницы размеров радиусов С и К может оказаться предпочтительным выполнить в формующем инструменте 23 вырезы 26, которые проходят параллельно продольной оси 8, предназначены для формирования ребер 27 и могут принимать в себя материал. На фиг.6 и 8 указанные вырезы 26 показаны штриховыми линиями. Сформированные вырезами 26 ребра 27 показаны штриховыми линиями на законченном стакане 1, представленном на фиг.1. Они придают дополнительную жесткость вертикальному участку F, расположенному ниже плеча 9, и могут дополнительно улучшить свойства стакана 1, связанные с укладкой в стопу.
Чтобы одновременно с формированием юбки 5 получить возможность присоединить корпус 2 к дну 3, нижний конец 28 указанного корпуса 2 загибают вверх с образованием отгибки 30, показанной пунктиром на фиг.6. Формующий инструмент 23 снабжен средством 29, предназначенным для того, чтобы сформировать отгибку 30 корпуса 2, охватывающую стенку дна 3. Данное средство 29 сконструировано в виде участка типа канала. На фиг.6 в сечение инструмента 23 попадает только некоторая часть данного канала, который на самом деле охватывает угол 360°. Одновременность загибания нижнего конца 28 корпуса 2 вверх и формирования плеча 9 существенно облегчает изготовление стакана по изобретению.
Для формирования корпуса 2 используют сегмент круглого кольца, который оборачивают поверх мандрела, а затем склеивают или каким-то другим образом герметично соединяют вдоль продольного шва. Чтобы облегчить загибание нижнего конца 28 корпуса 2 с помощью формующего инструмента 23, указанный продольный шов в зоне нижнего конца 28 можно оставить непроклеенным или негерметизированным. На фиг.6 эта зона обозначена буквой N. Если продольный шов в зоне N оставлен не обработанным, формирование корпуса 2, у которого нижний конец 28 загнут, можно провести более свободным образом, избежав при этом волнистости бумажного материала, который, в принципе, трудно поддается формованию. Зона N может проходить от нижнего конца 28 корпуса даже до нижней кромки дна 3, как это показано на фиг.6 с использованием обозначения N'. Таким образом, длина зоны N или N' является переменной величиной, и ее можно изменять в соответствии с предъявляемыми требованиями.
После формирования плеча 9 и загибания нижнего конца 28 корпуса 2 вверх на следующем этапе способа для завершения изготовления стакана 1 дно 3 присоединяют к корпусу 2, по существу, непроницаемым для жидкости образом, причем одновременно с этим формируют юбку 5. Указанную задачу решают с помощью наружного кольца и внутреннего инструмента. Во время указанного присоединения юбка 5 расширяется, приобретая форму, показанную на фиг.1 и отличающуюся расширением в сторону нижнего ободка 11. Дополнительно эта стадия будет разъяснена в связи с фиг.10. На фиг.9 представлен следующий вариант осуществления изобретения, в котором, в отличие от варианта по фиг.6, корпус 2' изначально имеет коническую форму, переходя затем у горизонтального дна 3' в цилиндр. При этом в данном варианте осуществления дно 3' имеет форму перевернутой чаши с цилиндрической стенкой 4' по всему периметру. Однако конструкции принимающего мандрела 21 и формующего инструмента 23 идентичны своим аналогам, описанным выше со ссылками на фиг.6. Благодаря предварительному формированию боковой стенки 4' дна 3' и нижней зоны корпуса 2' в виде соответствующих цилиндров уменьшается образование складок при загибании нижнего конца 28' корпуса 2', а также во время последующего расширения и формирования юбки.
Следующий за формированием плеча 9 этап способа, на котором формируют юбку 5, описан со ссылкой на фиг.10. Исходным элементом является показанная пунктиром на фиг.9 отгибка 30', образующаяся после загибания нижнего конца 28' корпуса 2' вверх. На фиг.10 показано, что угол А наклона плеча 9, по существу, соответствует углу наклона уступа 22. В зависимости от плотности и эластичности бумажного материала, использованного для корпуса 2, может оказаться, что радиус В ниже плеча 9 во время извлечения формующего инструмента 23 снова немного увеличивается по сравнению с радиусом К принимающего мандрела 21. Во время формирования плеча 9 корпус 2 сжимается поверхностью 25 формующего инструмента 23 настолько сильно, что оказывается в контакте с участком J принимающего мандрела 21. Как уже упоминалось, радиус Е дна 3 в данном случае также уменьшается за счет сжатия. Благодаря упругости бумажного материала конечным результатом после извлечения формующего инструмента 23 является показанное на фиг.10 состояние, в котором радиус В снова немного увеличен. Несмотря на способность эластично восстанавливать форму, реализуется особенность настоящего изобретения, заключающаяся в том, что, как уже упоминалось, радиус В имеет, самое большее, тот же размер, что и радиус Е.
Для формирования юбки 5 с расширенным участком 10 используют наружное кольцо 31 и внутренние разжимные кулачки 32 (см. фиг.10). Внутренняя сторона наружного кольца 31, обращенная к корпусу 2, расположена под углом, который юбка 5 приобретает в своем конечном состоянии.
Напротив наружного кольца помещены несколько внутренних разжимных кулачков 32 (на фиг.10 показан только один из них), установленных, как проиллюстрировано на фиг.10, с возможностью смещения наружу, в сторону наружного кольца 31. В результате они прижимают отгибку 30' к стенке 4 дна 3 и, в конечном счете, к внутренней поверхности наружного кольца 31.
Предусмотрена возможность нагревать разжимные кулачки 32 и наружное кольцо 31, например, в таких вариантах: только разжимные кулачки 32, только кольцо 31 или их комбинацию. Целью такого нагрева является связывание друг с другом трех слоев материала, находящихся в контакте, одновременно с расширением чашеобразной стенки 4, формирующим юбку 5. Поверхность внутреннего разжимного кулачка 32, обращенная радиально наружу, расположена параллельно внутренней поверхности наружного кольца 31, т.е. ориентирована под углом, который юбка 5 приобретает в своем конечном состоянии.
Разжимные кулачки 32 составляют, например, часть мандрела (не показан) и установлены с возможностью смещения от продольной оси за счет перемещения центральной части инструмента, также не показанной на фиг.10. Наружное кольцо 31 можно выполнить сплошным или, например, размыкающимся (такое размыкание облегчает соскальзывание кольца вниз с юбки 5, герметично прикрепленной к корпусу на заключительном этапе). Вместо разжимных кулачков 32 можно использовать, например, круговой ролик, который для формирования юбки 5 прикладывает к отгибке 30' усилие, ориентированное радиально наружу, в сторону внутренней поверхности наружного кольца 31. Во время формирования юбки 5 стакан остается на принимающем мандреле 21. По окончании указанной процедуры внутренний стакан 1 оказывается полностью сформированным, и его можно удалить с данного мандрела.
Затем (см. фиг.4 и 5) на внутренний стакан 1, завершая его изготовление, надвигают наружный корпус 13. Этот этап проводят следующим образом: внутрь кольцевого наружного инструмента вводят наружный корпус 13 и через его сужающийся конец проталкивают направляющий мандрел с присасывающейся головкой. В наружный корпус 13 вдвигают внутренний стакан 1. Присасывающаяся головка, контактирующая со стаканом 1 по нижней поверхности дна 3, фиксирует его и проталкивает в сужающийся наружный корпус 13 до тех пор, пока не будет достигнуто положение, показанное на фиг.4 и 5.
Чтобы изготовить наружный корпус 13, плоской заготовкой в форме части круглого кольца оборачивают принимающий мандрел и соединяют ее концы, получая трубку в виде усеченного конуса. После этого в зоне конца, суженного у дна, осуществляют предварительное формирование отгибки 33 (см. фиг.11). Отгибка 33 соответствует предварительной стадии формирования отгибки 16, показанной на фиг.4 и 5. Чтобы изготовить стакан 1, показанный на фиг.5, далее отгибке 33 посредством сжатия придают плоскую конфигурацию, получая в результате форму отгибки, показанную на фиг.12. Из фиг.12 можно видеть, что нижний конец 19 наружного корпуса 13 слегка отогнут внутрь, т.е., как уже отмечалось, имеет увеличенную конусность. В варианте по фиг.12 на внутренней стороне отгибки 16 показаны насечки или бороздки 34. Насечки или бороздки 34 такого типа, выполненные в указанном месте, могут обеспечить повышенную эластичность при надвигании наружного корпуса 13 на внутренний стакан 1. Кроме того, на фиг.12 можно рассмотреть участок 17 отгибки 16, проходящий параллельно наружному корпусу 13. Чтобы, исходя из предварительной стадии, показанной на фиг.11, получить отгибку 16 по фиг.4, остается только позиционировать участок 17 параллельно наружному корпусу 13, причем дополнительное сжатие до плоского состояния не требуется.
При формировании отгибки 16 по фиг.12 внутренний радиус Р наружного корпуса 13 получается меньшим, чем радиус D расширенного участка 10. Это можно видеть уже на фиг.4 и 5. Поэтому при надвигании наружного корпуса 13 его конец с отгибкой 16 необходимо немного расширить, чтобы он прошел вдоль юбки 5. Такое расширение концевого участка облегчается при наличии насечек или бороздок 34. В добавление к сказанному, в зоне отгибки 16 продольный шов наружного корпуса 13 можно оставить непроклеенным или негерметизированным. Это облегчает заданное раздвигание наружного корпуса 13 в зоне отгибки 16, а после надвигания на юбку 5 он снова сжимается, и отгибка 16 в положении, показанном на фиг.5, оказывается закрепленной в контакте с наружной стороной юбки 5 и упирается в нее.
Далее, можно отметить, что радиус G у верхней кромки 35 параллельного участка 17 больше наружного радиуса D юбки 5. Это можно видеть из фиг.5. Следовательно, внутренний диаметр наружного корпуса 13 у верхней кромки 35 отгибки 16 больше наружного диаметра расширенного участка 10. Поэтому во время надвигания на юбку 5 указанная кромка 35 не может зацепиться за участок 10. Вместо этого юбка 5 проходит на наклонную зону, образованную участком 17, и во время дальнейшего надвигания наружного корпуса 13 он расширяется, продвигаясь над участком с максимальным радиусом (D) юбки 5 и приходя затем в положение, показанное на фиг.5. На чертеже можно видеть, что наружный корпус 13 далее удерживается на внутреннем стакане 1 также за счет собственного внутреннего напряжения, и для удаления корпуса 13 требуется снова проводить его над юбкой 5, расширяющейся на конус.
Следует также особо подчеркнуть, что различные варианты выполнения наружного корпуса 13 и других конструктивных элементов стакана 1, таких как плечо 9 или плечо 18, сконструированы с возможностью комбинировать их друг с другом любым требуемым образом и не ограничены проиллюстрированными модификациями. Необходимо указать также, что чертежи выполнены в произвольном масштабе. В частности, для наглядности преувеличены угол А наклона стенки корпуса 2 и различия размеров радиусов указанного корпуса 2 и расширенного участка 10.