CH641089A5 - Verfahren zur herstellung eines packungsbehaelters. - Google Patents

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CH641089A5
CH641089A5 CH946679A CH946679A CH641089A5 CH 641089 A5 CH641089 A5 CH 641089A5 CH 946679 A CH946679 A CH 946679A CH 946679 A CH946679 A CH 946679A CH 641089 A5 CH641089 A5 CH 641089A5
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sleeve
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polyester
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CH946679A
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Erling Ingvar Nilsson
Anders Ruben Rausing
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Tetra Pak Dev
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Packungsbehälters aus einer monoaxial molekulargereckten streifenförmigen Polyesterfolie und auf einen nach dem Verfahren hergestellten Behälter.
In der Packungstechnologie ist es bekannt, die Behälterkörper herzustellen, indem ein oder mehrere Streifen eines flachen Materials auf einen Dorn gewickelt und diese Streifen durch Leimen oder Versiegeln miteinander verbunden werden. Ein Vorteil einer solchen Herstellung besteht darin, dass ein fortlaufender Schlauch gebildet werden kann, welcher sich dann in entsprechende Behälterkörperlängen zuschneiden lässt.
Auch ist es bekannt, gerecktes Kunststoffmaterial und insbesondere gerecktes Polyestermaterial bei Packungsbehältern für unter Druck stehenden Inhalt zu verwenden, da gerecktes Polyestermaterial eine sehr grosse Zerreissfestigkeit bei geringer Verformung in der Reckrichtung besitzt. Bislang wurde gerecktes Polyestermaterial ausschliesslich für die Herstellung von flaschenförmigen Behältern verwendet, wobei das Material beim Blasformen der Flaschen richtungsge-reckt wurde. Es hat sich herausgesstellt, dass die aus gerecktem Polyestermaterial gefertigten Flaschen inneren Druckbeanspruchungen von 7 bis 10 bar standhalten können.
Da das Blasformen von Flaschen relativ teuer ist und langsam vonstatten geht, besteht die dringende Notwendigkeit, ein mit höherer Geschwindigkeit und wirtschaftlicher arbeitendes Verfahren zu schaffen, mit der sich Behälter herstellen lassen, die einen grösseren Innendruck aufnehmen können, ohne dabei über ein akzeptables Mass hinaus deformiert zu werden.
Die erfindungsgemässe Lösung ist in den Ansprüchen 1 und 12 gekennzeichnet.
Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine auf einen Dorn gewickelte Materialbahn, die entlang des Überlappungsbereiches versiegelt ist,
Fig. 2 eine Schnittansicht bei einer Schnittführung längs der Linie A-A in Fig. 1,
Fig. 3 eine stark vergrösserte Querschnittsabbildung durch ein bahnförmiges Schichtmaterial, aus dem der Streifen besteht und
Fig. 4 einen Packungsbehälter, dessen Behälterkörper aus einer spiralenförmigen Windung hergestellt ist.
Bei der Gestaltung von zylindrischen Gefässen oder Behältern, die einem Innendruck ausgesetzt werden sollen, ist es bekannt, dass die Belastungen in Längsrichtung des zylindrischen Teils nur halb so gross sind wie in Querrichtung.
Dies würde bei einer ökonomischen Materialdimensionierung für den Behälterkörper bedeuten, dass er in Querrichtung eine doppelt so grosse Zerreissfestigkeit besitzen sollte wie in Längsrichtung.
Wie eingangs erläutert ist es bekannt, dass eine gereckte Polyesterfolie eine sehr hohe Zerreissfestigkeit in ihrer Reckrichtung besitzt. Da ferner die Herstellung eines monoaxial gereckten Polyesterstreifens, bei dem die Reckrichtung mit der Längsrichtung des Streifens zusammenfällt, relativ einfach ist, kann ein derart gereckter Polyesterstreifen mit Vorteil für die Herstellung des Körpers eines Behälters verwendet werden, der einem Innendruck ausgesetzt werden soll. Weil ausserdem die Zerreissfestigkeit des Polyesterstreifens und mithin seine Verformung unter Spannung in Reckrichtung merklich kleiner ist als in Querrichtung, lässt sich durch die Wahl eines geeigneten Wicklungswinkels beim Wickeln des Streifens auf den Dorn eine solche Steigung und Lage des Streifens erreichen, dass seine Festigkeitseigenschaften im wesentlichen zur Aufnahme von quer auf den spiralenförmig gewickelten Behälterkörper einwirkenden Span5
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nungen nutzbar gemacht werden können. Dies bedeutet, dass der Streifen unter einem relativ kleinen Steigungswinkel gewickelt werden muss, was wiederum einen relativ schmalen Streifen verlangt. Die Streifenbreite lässt sich auf den Durchmesser der geformten Hülse beziehen und muss zwischen 75 und 150% des Durchmessers der fertiggestellten Hülse betragen, damit ein zufriedenstellendes Verhältnis zwischen der Zerreissfestigkeit in der Quer- und der Längsrichtung der Hülse erzielt wird.
In Fig. 1 ist gezeigt, wie ein Streifens 2 auf einen Dom 1 bei dessen gleichzeitiger Drehung gewickelt wird. Der Streifen 2, der eine Lage von in Streifenlängsrichtung gerecktem Polyester umfasst, ist unter einem Wicklungswinkel a gewickelt, der etwa 60° betragen sollte, um von der Zerreissfestigkeit des Polyestermaterials optimal Gebrauch machen zu können. Bei einem Wicklungswinkel a von 60° wird eine den Dorn abdeckende Windung bei einer Streifenbreite erhalten, die etwa das 0,85fache des Dorndurchmessers beträgt. Da ein Überlappungsbereich 3 erwünscht ist, muss die Streifenbreite grösser sein als das 0,85fache des Dorndurchmessers bei einem Winkel a = 60°, und in den meisten Fällen wird eine ausreichend breite Überlappung erhalten, wenn die Streifenbreite etwa dem Dorndurchmesser entspricht oder etwas grösser als dieser ist. Die Breite des Überlappungsbereichs 3 muss unter Berücksichtigung des Druckes für den der Behälter ausgelegt werden soll und der Versiegelungshaltbarkeit der Verbindungsnaht ausgelegt werden.
Für das Versiegeln des Streifens 2 entlang seiner Ränder im Überlappungsbereich 3 werden Versiegelungselemente 4 verwendet, die stationär und derart zueinander versetzt angeordnet sein können, dass sie dem spiralenförmigen Überlappungsbereich 3 nachfolgen, wenn die geformte Hülse auf dem Dorn 1 verlagert wird. Die Hülse haftet bei ihrer Herstellung nicht fest auf dem Dorn 1 sondern bewegt sich auf ihm entlang. Der spiralenförmig gewickelte Überlappungsbereich 3 bewegt sich somit an den stationären Versiegelungselementen 4 vorbei, so dass diese die überlappenden Teile des Streifens 2 im Überlappungsbereich 3 in einer kontinuierlichen Verbindungsnaht miteinander versiegeln.
Das Versiegeln kann auch mittels Ultraschall durchgeführt werden, welcher unter Zuhilfenahme eines oder meh-reres stationärer Elemente 4 übertragen wird. Auch kann ein herkömmliches Wärmeversiegeln stattfinden, bei dem die Wärme auf ähnliche Weise zu der Versiegelungszone unter gleichzeitiger Druckausübung durch die Versiegelungselemente 4, die als Räder oder Rollen ausgeführt sein können, zugeführt wird.
Es hat sich gezeigt, dass es schwierig ist, ein gerecktes Polyestermaterial mit Wärme zu versiegeln, wenn es nach dem Recken eine im wesentlichen kristalline Struktur annimmt. Deshalb ist es angebracht, das in Fig. 3 gezeigte gereckte Polyestermaterial 5 mit dünnen Lagen 6, 7 von siegelfähigem Material, z.B. Polyäthylen, zu beschichten. In gewissen Fällen besitzt das Polyäthylenmaterial keine genügend grosse Versiegelungshaltbarkeit oder die erforderliche Überlappungsverbindung wird zu breit. Für diese Fälle kann das Beschichtungsmaterial für die Lagen 6 und 7 aus einem modifizierten Polyester bestehen, welches unter dem Markennamen PETG im Handel ist. Dieses Polyester, welches als Glykol-veredeltes Polyester bezeichnet wird, besitzt sicherlich nicht dieselbe hohe Spannungsfestigkeit wie gerecktes Polyestermaterial, jedoch ist seine Spannungsfestigkeit wesentlich höher als die des Polyäthylenmaterials. Auch hat das PETG-Material den Vorteil, dass es bei einer Be-schichtung auf Polyestermaterial sehr gut haftet und bei Dehnung nicht gereckt wird, sondern eine im wesentlichen amorphe Struktur beibehält, so dass dieses Material mit 5 Wärme versiegelt werden kann.
Die auf die beschriebene Art geformte Hülse, die im Querschnitt in Fig. 2 gezeigt ist, wird in geeigneten Längen abgeschnitten, was mittels herkömmlich aufgebauter Schneidräder geschieht, woraufhin der spiralenförmig gewickelte io Behälterkörper in der in Fig. 4 gezeigten Weise mit Stirnwänden 8 versehen werden kann. Diese besitzen an ihrem Aussenrand eine U-förmige, in die endseitige Öffnung der Hülse passende Nut und können vorteilhafterweise aus Polyestermaterial gefertigt und mit dem spiralenförmig gewik-ls kelten Behälterkörper entlang ihrer U-förmigen Nut wärmeversiegelt werden. Auch ist es möglich, für die Stirnwände 8 anstelle des Kunststoffmaterials Metall zu verwenden, welches auf den spiralenförmig gewickelten Behälterkörper in bekannter Weise aufgefalzt werden kann. Die Stirnwände 8 20 können mit einer Aufreiss-Aufgussöffnung oder mit einem Ausgussloch versehen sein, das durch einen Abdeckteil verschliessbar ist. Die aus Kunststoffmaterial gefertigten Stirnwände 8 können vorteilhafterweise konkav gewölbt sein, wodurch sie die Spannungsbelastungen im Material besser 25 aufnehmen können, ohne nennenswert verformt zu werden.
Es hat sich gezeigt, dass ein in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellter Behälter, die derzeit für Bier und andere kohlensäurehaltige Getränke Verwendung findenden Metallbüchsen ersetzten kann. Auch besitzt der aus gereck-30 tem Polyestermaterial durch spiralenförmiges Wickeln hergestellte Behälter einen im wesentlichen gleichmässig festen Behälterkörper, was beispielsweise bei Metalldosen nicht der Fall ist, da bei diesen die in Tangentialrichtung wirkende Belastung doppelt so gross ist wie in Längsrichtung, solange 35 das Material eine gleich grosse Zerreissfestigkeit in beiden Richtungen besitzt. Durch die spiralenförmige Wicklungsart kann die grosse Zerreissfestigkeit in Längsrichtung des Streifens optimal ausgenutzt werden, und es lässt sich ein Behälterkörper fertigen, der eine grössere Zerreissfestigkeit 40 in Tangentialrichtung besitzt als in Längsrichtung. Dadurch wird die Zerreissfestigkeit des Behälterkörpers an die Belastungen angepasst, welche auftreten, wenn er als Aufnahme-gefäss für Bier und andere kohlensäurehaltigen Getränke verwendet wird.
45 Neben den rein ökonomischen Vorteilen besitzt der beschriebene Packungsbehälter aber noch weitere vorteilhafte Merkmale. Beispielsweise besitzt er ein merklich geringeres Gewicht als eine übliche Metalldose und der Behälter kann gewünschtenfalls glasklar hergestellt werden, so dass sich so sein Inhalt beobachten lässt. Ferner ist unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes Polyestermaterial den Metalldosen überlegen, da es sich einfach verbrennen lässt und bei dieser Verbrennung entstehen keine toxischen Gase.
Innerhalb des Erfindungsrahmens lassen sich Modifizie-55 rangen bei der Herstellung der Packungen vornehmen, indem z.B. mehrere Lagen eines Polyesterstreifens verwendet werden, obwohl dies zu Kostensteigerungen führt und im Prinzip nicht nötig ist. Auch wäre es möglich, für das Wik-keln der Hülse einen bewegten Dorn einzusetzen, auf den 60 der Streifen aufgebracht wird, ohne dass die geformte Hülse entlang der Oberfläche des Dorns gleitet. In einem solchen Fall muss der Dorn bewegbar sein und die Herstellung der Hülse findet schrittweise statt.
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1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

  1. 641089
    2
    PATENTANSPRÜCHE
    1. Verfahren zur Herstellung eines Packungsbehälters aus einer monoaxial molekular-gereckten streifenförmigen Polyesterfolie, dadurch gekennzeichnet, dass ein in Streifenrichtung monoaxial molekular-gereckter Polyesterstreifen (2) spiralenförmig auf einen Dorn (1) zur Formung einer Hülse gewickelt wird, dass die Randbereiche aufeinanderfolgender Windungen des Streifens in gegenseitige Überlappung gebracht und in einer kontinuierlichen Verbindungsnaht miteinander versiegelt werden, indem im Überlappungsbereich (3) ein Klebstoff aufgetragen oder eine Flächenverschmelzung vorgenommen wird und dass die Breite des Streifens 75-150% des Hülsendurchmessers beträgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Überlappungsbereichs (3) höchstens 15 % der Streifenbreite beträgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlappungsränder des Streifens mittels Ultra-schall-Versiegeln verbunden werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Versiegeln von einigen stationären, zueinander versetzt vorgesehenen Versiegelungselementen (4) ausgeführt wird und dass die Lage dieser Elemente so gewählt wird, dass sie sich in unmittelbarer Nähe des Überlappungsbereichs (3) befinden, wobei dieser kontinuierlich an den Versiegelungselementen entlanggeführt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse in rohrförmige Behälterkörper gewünschter Länge geschnitten wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die hülsenförmigen Behälterkörper mit die Hülsenöffnung abdeckenden Stirnwänden (8) versehen werden und dass die Stirnwände entlang der Randbereiche der Hülsen mit diesen verbunden werden.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide Stirnwände (8) konkav gewölbt sind.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Stirnwände (8) eine Ausgussöffnung aufweist, die mit einem Abdeckteil oder einem Deckel verschliessbar ist.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnwände einen kurzen rohrförmigen Flansch aufweisen, der auf die Öffnung der Hülse passt, so dass ein Oberflächenkontakt zwischen der Aussenseite dieses Flansches und der Innenseite der Hülsenöffnung gebildet wird, und dass der rohrförmige Flansch und die Hülsenöffnung mittels eines Klebers oder einer Oberflächenverschmelzung nach einem Erwärmen miteinander verbunden werden.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnwände (8) aus Polyestermaterial gefertigt werden.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der molekular-gereckte Polyesterstreifen mit einem nicht molekular-gereckten amorphen Polyestermaterial beschichtet ist und dass die Verbindung zwischen den Be-schichtungslagen in den Überlappungsbereichen (3) durch Erwärmen erfolgt, derart, dass die nicht molekular-gereckten Polyesterlagen flüssig werden und miteinander verschmelzen.
  12. 12. Packungsbehälter, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälterkörper aus einer spiralförmig gewickelten Hülse gereckten Polyestermaterials besteht und dass die Enden des Behälterkörpers mittels an ihm befestigter Stirnwände (8) verschlossen sind.
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