CH675225A5

CH675225A5 -

Info

Publication number: CH675225A5
Application number: CH3658/86A
Authority: CH
Inventors: Torsten Nilsson
Original assignee: Petainer Sa; Dardel Clerc Etude
Priority date: 1984-12-14
Filing date: 1985-12-09
Publication date: 1990-09-14
Also published as: IT1184020B; GB2207630A; JPH0669713B2; EP0204810B1; ATE107221T1; SE450630B; CA1317726C; IN168171B; GB2207630B; FI863260A; US5067888A; JPH0655617A; IE58167B1; DE3572455D1; JPH0560411B2; EP0204810A1; NO863238D0; SE8406373L; GB2168315B; ES549917A0

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Einrichtung.

Die Umformung eines Rohlings aus thermoplastischem Material in einen Behälter, wobei der Rohling Bereiche aus axial orientiertem Werkstoff aufweisen, ist bekannt. Die Umformung wird durch Anwendung eines Blasverfahrens durchgeführt, währenddem der Werkstoff des Rohlings gegen Formwände geblasen wird, deren Formen denjenigen des herzustellenden Produktes entsprechen. Ein Verfahren zur Herstellung eines flaschenförmigen Behälters ist in der GB-A 2. 076.731 beschrieben.

Die US-A 4 381 279 beschreibt ein Verfahren, bei welchem ein Rohling aus thermoplastischem Material durch Blasen in einen Behälter umgeformt wird.

Die US-A 4 372 908 offenbart ein Verfahren, nach dem ein gestreckter und orientierter Rohling aus thermoplastischem Werkstoff mittels einem oder mehreren mechanischen Formverfahren in einen Behälter umgeformt wird. Gemäss der in dieser Schrift offenbarten Technik wird der Umfang des Behälterkörpers während dem Umformen des Rohlings in den Behälter verkleinert.

Es besteht ein grosser Bedarf für Behälter aus Kunststoffmaterial, die hohen Temperaturen ausgesetzt werden können und/oder zur Lagerung unter Druck stehender Flüssigkeit, beispielsweise alkoholfreie Getränke, Bier usw., geeignet sind. Unter hohen Temperaturen bedeutet, dass der Inhalt des gefüllten und versiegelten Behälters bei 60-70°C pasteurisiert wird, oder dass zum Warmeinfüllen die siedende Flüssigkeit direkt in die Behälter abgefüllt wird oder dass der Inhalt gefüllter und verschlossener Behälter bei wenigstens 121°C sterilisiert wird.

Ein weiteres Erfordernis bezüglich Behälter aus Kunststoffmaterial besteht darin, dass es möglich sein sollte, Behälter herzustellen, bei welchen der Körper des Behälters und der Mündungsteil unterschiedliche Querschnitte aufweisen, so dass beispielsweise der Körper einen polygonalen und die Mündung einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Die kreisförmige Form der Mündung ist in der Regel im Hinblick auf die leichtere Verschliessbar-keit erwünscht.

Um die Stückpreise der Behälter zu reduzieren, ist es erforderlich, in jedem Behälter die Verteilung des Werkstoffs in seinen einzelnen Teilen (Mündung, Behälterkörper und Boden) den zu erwartenden Beanspruchungen anzupassen. Zudem ist es wichtig, dass in jedem Bereich bzw. Teil des Behälters die Werkstoffverteilung so gleichmässig wie möglich ist, da der dünnste und damit schwächste Abschnitt eines Bereichs die höchstmögliche Beanspruchbarkeit des Behälters bestimmt. Zusätzlich zur Werkstoffdicke bestimmen die Orientierung und/oder Kristallisation des Werkstoffes die mechanische Beanspruchbarkeit des Behälters. Die thermische Kristallisation ist vor allem bei thermoplastischem Werkstoff wichtig.

Eine weitere Anforderung an die Behälter der hier diskutierten Art und insbesondere an Behälter für Anwendungen bei hohen Temperaturen besteht darin, dass der Schwund, der beim Erwärmen von gestrecktem und orientiertem thermoplastischem Material auftritt, zu eliminieren oder auf einen vertretbaren Wert zu vermindern.

Beim Lagern von Flüssigkeiten unter Druck in einem Behälter in Flaschen- oder Dosenform ist nach rein physikalischen Prinzipien bekannt, dass bei einem inneren Druck im Behälter das Wandmaterial dieses Behälters einer Spannung ausgesetzt ist, die in Umfangsrichtung etwa zweimal so gross ist wie in axialer Richtung. Um die Festigkeit von orientierbarem thermoplastischem Werkstoff zu verbessern, wird der Behälter nach bekannter und allgemein angewandter Technik nach einem Blasverfahren geformt, wobei zum Zweck der Streckung des Werkstoffs und gleichzeitiger Orientierung desselben, gleichzeitig die Temperatur des Werkstoffs an die Eigenschaften des fraglichen Werkstoffs ange-passt wird.

Die Blastechnik weist den Nachteil auf, dass die Verteilung des Werkstoffs während des Formvorgangs nicht völlig kontrollierbar ist, da während der Streckung des Rohlings zum Behälter es nicht möglich ist, exakt zu bestimmen und zu kontrollieren, wo und wie die Streckung des Werkstoffs, und somit seine Orientierung, vor sich geht. Üblicherweise beginnt die Streckung an einer Anzahl von Startpunkten, deren Positionen ausser von den darin herrschenden Streckungskräften auch durch die im Werkstoff bestehende Temperaturverteilung bestimmt sind. Die Ausbreitung der Streckung und das erhaltene Streckungsverhältnis sind ebenfalls temperaturabhängig, was zu unterschiedlichen Werkstoffdicken am geformten Behälter führt, so dass beispielsweise selbst in einem senkrecht zur Achsrichtung verlaufenden Schnitt die Dicke der Behälterwand in Umfangsrichtung variiert. Das zusätzliche Erwärmen des Werkstoffs während der durch Streckung erfolgten Kristallisation erzeugt im Werkstoff eine zusätzliche ungleichmässige Temperaturverteilung, die eine weitere Erhöhung der Variation in den Dicken der Wand des geformten Behälters führt. Entsprechende Unterschiede bestehen auch in der axialen Richtung des Behälters, d.h., dass in axialen Schnitten durch Bereiche mit gleich grossem Umfang abwechselnd dünnere und dickere Werkstoffbereiche vorhanden sind. Die Wanddicke des Rohlings wird bei den bekannten Herstellungsverfahren im Hinblick auf die vorhin erwähnten Unsicherheiten beim Strecken und Verdünnen des Werkstoffs gewählt, was eine Überdimensionierung des Rohlings und damit einen zusätzlichen Werkstoffanteil im hergestellten Behälter bedeutet.

Um in Behältern aus orientierbarem thermoplastischem Werkstoff Temperaturstabilität zu erreichen, wird bekannterweise der Behälter bezüglich seiner Temperatur stabilisiert, indem er während dem Blasen heisse Formwände berühren kann, gegen die der Werkstoff während einem vergleichsweise langen Zeitintervall (in der Grössenordnung von etwa 1-2 Minuten) anliegt. Diese Anlage wird

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erreicht, indem nach dem Blasen ein innerer Überdruck innerhalb des geblasenen Behälters aufrecht erhalten wird, wobei der Wandwerkstoff gegen die Wände der Form gepresst wird. Lange Zykluszeiten machen dieses Verfahren jedoch teuer.

Die vorliegende Erfindung vermeidet die oben erwähnten Nachteile. Gemäss der Erfindung wird von einem Vorformling aus orientierbarem und/oder kristallisierbarem Werkstoff ausgegangen, aus dem ein Behälter hergestellt wird, der in völlig kontrollierbarer Weise eine höhere mechanische Festigkeit und Temperaturstabilität sowie, verglichen mit den vorbekannten Verfahren, eine wesentlich verbesserte Werkstoffverteilung aufweist. Verglichen mit dem bekannten Stand der Technik ist der Zeitaufwand für die Herstellung jedes einzelnen Behälters kleiner, wobei zusätzlich noch die Erfindung eine einfachere Bauweise zur Herstellung der benötigten Vorrichtung erlaubt. Durch die Erfindung können die für jeden Behälter benötigte Werkstoffmenge vermindert, die gewünschte Temperaturstabilität erreicht und die Kosten im Vergleich zu den bekannten und benutzten Verfahren vermindert werden.

Gemäss der Erfindung wird ein Rohling aus Kunststoffmaterial, der die Eigenschaft aufweist, dass er durch ein mechanisches Verfahren orientiert und/oder kristallisiert werden kann, umgeformt in einen Behälter in einer Anzahl aufeinanderfolgender Umformungsschritten, die in einer bevorzugten Ausführung in einzelnen getrennten Teilschritten stattfinden. In jedem Verfahren oder Schritt wird der Werkstoff entweder in axialer Richtung oder Umfangsrichtung des zukünftigen Behälters gestreckt (gedehnt). Indem der Werkstoff jeweils in kontrolliertem Ausmass gestreckt (gedehnt) wird, erfährt der Werkstoff eine Gesamtstreckung (Dehnung) und eine Dickenverminderung, die dem entspricht, was erforderlich ist, um dem Werkstoff die gewünschte und vorbestimmte Orientierung oder Kristallisation und damit die notwendige Festigkeit zu geben. Die kontrollierte Streckung (Dehnung) und die kontrollierte Verminderung der Werkstoffdicke bewirken, dass der geformte Behälter in Schnitten rechtwinklig zur Behälterachse die gleiche Dicke aufweist und zudem Dickenänderungen vermieden werden, welche die nach dem Stand der Technik hergestellten Behälter in Axialschnitten durch Gebiete mit etwa gleichem Umfang aufweisen.

Beim mechanischen Expandieren (Dehnen) des Rohlings in Umfangsrichtung treten ohne die Vorkehrung besonderer Massnahmen bestimmte Schwierigkeiten auf wenn es darum geht, bei jeder einzelnen Expansion ein gewünschtes Streckungs-mass (Dehnungsmass) zu erreichen. Gemäss der Erfindung wird ein im wesentlichen bandförmiger Bereich in der Nähe der Mündungskante des Rohlings zwischen mechanischen Vorrichtungen fixiert, welche den Rohling in seiner Axialrichtung bei gleichzeitiger Expansion über einen Dorn verschieben. Da der Werkstoff des Rohlings dadurch Streckungskräften unterworfen wird, werden die Neigungen des Werkstoffs zu Faltenbildung bei der Expansion des Rohlings in Umfangsrichtung vermieden. Gemäss der Erfindung ist es in vielen Anwendungen möglich, in einem einzigen Formungsvorgang eine geforderte Zunahme der Abmessungen in Umfangsrichtung zu erreichen.

In einer bevorzugten Ausführung werden die Zugkräfte durch Druckkräfte unterstützt, die an der Nähe des Bodenabschnitts des Rohlings angewendet werden und die gegen die Mündung des Rohlings gerichtet sind. Diese Massnahme wird ergriffen, wenn die Zunahme in der Umfangsdimension gross ist.

Gemäss einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Rohling in allen Teilschritten mittels mechanischer Umformungsvorrichtungen in den Behälter umgeformt. Die mechanische Streckung (Längsstreckung oder Dehnung, entsprechend) findet bei jedem Schritt mit dem Werkstoff bei einer bestimmten und kontrollierten Temperatur statt, die innerhalb eines breiten Bereichs gewählt werden kann. Die Wahl der Temperatur ist jedoch bestimmt durch die besondere Wirkung, die im fraglichen Formvorgang erzielt werden soll. Bei Werkstoffen mit einer bestimmten Glasumwandlungstemperatur (nachfolgend als TG bezeichnet), ist die Temperatur des Werkstoffs in gewissen Formungsschritten und im allgemeinen beim einleitenden Formungsschritt tiefer als die TG, während im abschliessenden Schritt bzw. in den abschliessenden Schritten diese Temperatur im allgemeinen überschritten wird. Ist der Werkstoff Polyaethylentherephthalat (nachfolgend als PET bezeichnet), so erfährt dieser in den abschliessenden Formungsstufen Temperaturen im Bereich von 70-160°C, während in den einleitenden Formungsstufen der Werkstoff im allgemeinen tiefere Temperaturen aufweist.

Bei gewissen Anwendungen, beispielsweise wo der Behälter eine Form aufweist, die mittels mechanischer Formvorrichtungen schwierig herzustellen ist, umfasst wenigstens einer der Formvorgänge und vorzugsweise der letzte einen Blasformvorgang. In Verbindung damit wird der Werkstoff auf eine Temperatur erwärmt, die nahe oder über der maximalen Temperatur liegt, bei welcher der Werkstoff vorher mechanisch geformt wurde.

Weitere vorteilhafte Ausführungungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 5 die Umformung eines Vorformlings in einen Zwischenvorformling unter Streckung des Vorformlings in seiner axialen Richtung, wobei der Vorformling durch einen Spalt hindurchgeführt wird, der die Werkstoffdicke vermindert.

Fig. 6 bis 9 die Expansion des Vorformlings in Umfangsrichtung, und

Fig. 10 bis 13 die Umformung des expandierten Vorformlings in einen Behälter.

Die Fig. 1 zeigt einen Vorformling 10 mit einem Bodenteil 11, einen bandförmigen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Mündungskantenbereich 13, eine Mündungskante 14 und eine in Umfangsrichtung verlaufende Wand 15, die zwischen der Mündung

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und dem Bodenteil angeordnet ist. Die Mittelachse des Vorformlings ist mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet. In Fig. 2 ist der Vorformling in eine Vorrichtung eingesetzt, die den Werkstoff des Vorformlings auf die gewünschte Temperatur bringt. Die Vorrichtung umfasst eine Hülse 91, einen Dorn 92 und einen Stützbogen 93. Alle diese Teile weisen Kanäle 97 für den Durchgang eines Fluids auf, wie beispielsweise eine Flüssigkeit, mit welcher jeder Teil auf eine bestimmte Arbeitstemperatur bringbar ist. Die Teile sind in eine Lage bringbar, in welcher zwischen ihnen ein Hohlraum gebildet wird, dessen Form im wesentlichen demjenigen des Vorformlings entspricht. Ein im Hohlraum befindlicher Vorformling ist deshalb durch die Teile sowohl im Innern als auch im Äussern umschlossen und nimmt eine Temperatur an, die in jedem Bereich des Vorformlings durch die Temperatur des anliegenden Teils und der Verweildauer des Vorformlings im Hohlraum.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine einfache Vorrichtung für die Verminderung der Materialdicke des Vorformlings während seiner gleichzeitigen Streckung in axialer Richtung. Die Vorrichtung umfasst eine Bodenstütze 94, einen Dorn 95 und eine Ziehvorrichtung 96, die den Dorn umfasst und die in axialer Richtung durch eine hier nicht dargestellte Verschiebevorrichtung verschiebbar ist. Zwischen dem Dorn und der Zugvorrichtung befindet sich ein Spalt 90, deren Breite kleiner ist als die Materialdicke der sich in axialer Richtung erstreckenden Wand des Vorformlings. Die Zugvorrichtung und/oder der Dorn und auch die Bodenstütze sind in der Regel mit Kanälen 98 versehen, durch welche ein Fluid, beispielsweise eine Flüssigkeit zur Regulierung der Temperatur der Teile fliesst. Je nach Anwendung führt die Flüssigkeit Wärme zu oder ab. In der Vorrichtung ist ein Vorformling 10a, b angeordnet, dessen Wand 15a, b erfährt, bzw. hat erfahren, eine axiale Streckung (Dehnung) und eine damit verbundene Kristallisation.

Die Fig. 5 zeigt einen Zwischenvorformling 10b, der durch axiale Streckung des Vorformlings 10 gebildet wurde. Der Zwischenvorformling hat einen Bodenteil 11b, einen Bandförmigen Mündungskantenbereich 13b, eine Mündungskante 14b, eine sich in axialer Richtung erstreckende Wand 15b und eine Mittelachse 16, wobei die Teile des Vorformlings mit Bezugszeichen versehen sind, die direkt äquivalent sind zu denjenigen, die in Fig. 1 für den Vorformling 10 benutzt wurden.

Die Fig. 6 bis 9 zeigen eine Grundausrüstung für eine Vorrichtung gemäss der Erfindung. Diese Figuren zeigen eine obere Hülse 30 und eine untere Hülse 40, die Kanäle 42 für die Einstellung der Temperatur der Hülse aufweist.

Die Hülse 40 ist beispielsweise an einem hier nicht dargestellten Rahmen befestigt und nimmt dadurch eine feste räumliche Position ein. Die obere Hülse 30 ist mit Kanälen 33 für den Durchfluss eines Fluids für die Einstellung der Temperatur der Hülse versehen. Zusätzlich ist innerhalb der Hülse ein Dorn 50 angeordnet, der mittels hier nicht dargestellter Antriebsmittel relativ zur oberen Hülse in Axialrichtung der Hülse bewegbar ist. Der Teil 55 des Doms, welcher der unteren Hülse gegenüberliegt und hier als Bodenteil bezeichnet wird, weist eine Form auf, die weitgehend der Form des Bodens 11b des Zwischenvorformlings 10b angepasst ist. Der Teil 55 ist in der in der Figur gezeigten Ausführung vom Rest des Dorns thermisch isoliert, welcher Rest nachfolgend als oberer Teil 151 des Dorns bezeichnet wird. Der Bodenteil weist einen mittigen Teil 56 auf, der zum äusseren Umfangsbereich 57 des Bodenteils thermisch isoliert ist. Im Bodenteil befinden sich Kanäle 58 und 59 zur Einstellung der Temperatur des mittigen Teils des Bodenteils und seines Umfangbereiches. Der obere Teil 151 des Dorns weist ebenfalls Kanäle 53 für die Einstellung der Temperatur auf. Der obere Teil des Dorns sowie der mittige Teil und der Bodenteil sowie sein Umfangsbereich sind also individuell auf die erforderlichen Temperaturen einstellbar. Im Dorn befindet sich ein Kanal 52 für ein Druckmedium, das im oberen Teil des Dorns mittels eines Verbindungsstücks 54 an eine Druckquelle 160 anschliessbar ist, wobei sich der Kanal bis in den unteren Teil des Bodenteils erstreckt, wo er in der unteren Grenzfläche 150 des Bodenteils sich öffnet. Innerhalb der unteren Hülse 40 befindet sich eine innere Hülse 60, die mittels hier nicht dargestellter Antriebsmittel in axialer Richtung der Hülse 40 verschiebbar ist, wobei die innere Fläche 64 dieser Hülse eine Form aufweist, die im wesentlichen der äusseren Fläche des Zwischenvorformlings entspricht. Auch diese Hülse weist Kanäle 61 zur Einstellung der Temperatur der inneren Hülse auf. Innerhalb der inneren Hülse 60 befindet sich eine Bodenstütze 75, die mittels hier nicht gezeigter Antriebsmittel in Achsrichtung verschiebbar ist. In gewissen Ausführungen ist die Bodenstütze in einen mittigen Teil 78 und einen äusseren Umfangsteil 79 unterteilt. Diese Teile sind entsprechend den Ausführungen zum Bodenteil 55 des Dorns thermisch voneinander isoliert. Die Bodenstütze weist ebenfalls Kanäle 76, 77 für die Einstellung der Temperatur der Bodenstütze auf. Deshalb sind der mittige Teil der Bodenstütze und sein Umfangsbereich ebenfalls individuell an die erforderliche Temperatur anpassbar.

Die obere Hülse 30 weist eine obere Stoppvorrichtung 32 auf, die mit einer oberen Kontroll (Stopp)-Vorrichtung 99 zusammenwirkt. Die Kontrollvorrichtung 99 ist beispielsweise einstellbar im vorhin genannten Rahmen befestigt und in eine Position gebracht, in welcher bei Anschlag der oberen Stoppvorrichtung 32 an der oberen Kontrolleinrichtung 99 sich zwischen der oberen Hülse 30 und der unteren Hülse 40 ein spaltenförmiger Raum 21 a befindet, dessen Breite (der Abstand zwischen der oberen und unteren Vorrichtung gemäss der Figur) grösser ist als die Wanddicke des umlaufenden Mündungskantenbereichs 13b, 10 des Zwischenvorformlings 10b, c. In der Nähe des äusseren Endbereiches des spaltenförmigen Raums ist in der Regel eine Vorrichtung 23 angeordnet, die den Raum 21a teilweise oder ganz begrenzt.

Die obere Kontrollvorrichtung 99 kann durch die hier nicht dargestellte Verschiebevorrichtung in eine Position gebracht werden, wo sie auf die Stoppvorrichtung 32 einwirkt. Sie kann aber auch in eine Position gebracht werden, wo die Stoppvor5

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richtung 32 wenigstens teilweise darüber hinwegbewegt werden kann, wobei die obere Hülse 30 näher an die untere Hülse 40 bewegt werden kann (siehe Pfeil A in Fig. 7). Die innere Hülse 60 weist eine Stoppvorrichtung 62 auf, die in der oberen Position an einer Kontroll (Stopp)-Vorrichtung 46 der unteren Hülse 40 anliegt. Die Stoppvorrichtung 62 und die Kontrollvorrichtung 46 legen fest, dass bei Anschlag die obere Grenzfläche 63 der inneren Hülse 60, welche Hülse eine Form aufweist, die im wesentlichen derjenigen des Bodenteils 55 des Dorns entspricht, mit dem genannten Bodenteil einen spaltför-migen Raum 22 bildet, der eine Breite aufweist, die etwas die Wanddicke im Mündungskantenbereich übertrifft. Der Raum 22 ist mit dem Raum 21 a verbunden, sodass die beiden Räume zusammen einen verbundenen Spalt 21 a, 22 bilden, dessen Breite etwas grösser ist als die Dicke des Mündungskantenbereichs. Der Bodenteil 55 des Dorns ist derart ausgebildet, dass seine untere Grenzfläche 150 in einem Bereich 51 nahe der unteren Grenzfläche 63 der inneren Hülse 60 eine nach unten und nach aussen gerichtete Position aufweist, derart, dass die Grenzfläche in diesem Bereich eine den spaltenför-migen Raum 22 begrenzende Führungsfläche aufweist. Im Fall eines geteilten Bodenteils ist die Führungsfläche am umlaufenden äusseren Teil 57 des Bodenteils angeordnet.

Die obere Hülse 30 weist eine weitere Stoppvorrichtung 31 auf, die mit einer Kontroll (Stopp)-Vor-richtung 41 zusammenwirkt, die an der unteren Hülse 40 angeordnet ist. Die Stoppvorrichtung 31 und die Kontrollvorrichtung 41 sind bezüglich einander so angeordnet, dass wenn die Stoppvorrichtung 31 an der Kontrollvorrichtung 41 anliegt, zwischen der oberen Hülse und der unteren Hülse ein Raum 21b gebildet wird, der eine spaltförmige Form aufweist und dessen Breite etwas geringer ist als die Wanddicke des Zwischenvorformlings. In den Fig. 6 bis 9 bildet die Stoppvorrichtung 31 ebenfalls die Vorrichtung 23, die den spaltförmigen Raum 21 b nach aussen begrenzt. Schlussendlich soll erwähnt werden, dass in den Figuren 6 bis 9 der Zwischenvorformling mit Bezugszeichen 10c bis 10f versehen ist, die den jeweiligen Formzustand der Vorformlings bezeichnen.

Die Fig. 10 bis 13 zeigen einen umgeformten Zwischenvorformling 10g, der verglichen mit dem Zwischenvorformling 10c in Fig. 6, einen grösseren Querschnitt aufweist. In der Fig. 4 ist der bandförmige Mündungskantenbereich 13g des umgeformten Zwischenvorformlings in eine spaltförmige Ausnehmung 111 einer Heizvorrichtung 110 eingeführt.

Die Fig. 12 und 13 zeigen eine äussere Hülse 120 mit einer inneren Fläche 127, die im oberen Teil 121 der Hülse gleichförmig in eine innere Mündungsfläche 122 mit einem verminderten Umfang übergeführt ist. Eine Bodenstütze 130 ist zur Verschiebung in axialer Richtung der Hülse innerhalb der Hülse auf einer in der Zeichnung nicht dargestellten Antriebsvorrichtung abgestützt. Die Fig. 12 und 13 zeigen überdies einen oberen Dorn 140, der einen unteren im wesentlichen zylindrischen Teil 141 sowie einen oberen Teil 142 mit einem grösseren Umfangsbe-reich als der zylindrische Teil aufweist. Der untere zylindrische Teil des Dorns ist derart an die Mündungsfläche 122 der äusseren Hülse angepasst, zwischen der äusseren Grenzfläche 125 des Dorns und einer inneren Mündungsfläche 122 ein Spalt 125 gebildet wird, dessen Breite etwas grösser ist als die Werkstoffdicke des Mündungskantenbereichs 13g des Vorformlings. Die äussere Fläche 145 des Dorns weist im Übergang zwischen dem unteren Teil 141 und dem oberen Teil 142 eine Form auf, die der Form der oberen Fläche 126 der äusseren Hülse 120 angepasst ist. Die äussere Oberfläche 145 bildet nach dem Übergang eine Oberfläche 146, die im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Hülse ist, derart, dass zwischen dem oberen Teil 142 des Dorns und dem unteren Teil 121 der Hülse 120 ein Raum oder ein Spalt 147 gebildet wird, wenn der Dorn in seiner unteren Position ist. Der Raum 147 bildet eine Fortsetzung des Spaltes 125 und ist so breit, dass der Kantenbereich 13g des umgeformten Zwischenvorformlings in diesen Raum eingeführt werden kann. Die äussere Hülse 120 und der Dorn 140 weisen Anschlagflächen 123 bzw. 143 auf. Diese gewährleisten den erforderlichen Axialabstand zwischen der Hülse und dem Dorn und somit die erforderliche Breite des Raumes oder des Spaltes 146. Der obere Dorn weist in bestimmten Ausführungen ebenfalls einen Kanal 144 auf, der bei gewissen Anwendungen benötigt wird, um dem Vorformling 10g während seiner Umformung ein Druckmedium zuzuführen.

In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung wird der Vorformling 10 in eine Einrichtung 91 bis 93 zur Einstellung des Werkstoffes des Vorformlings, wenigstens in seinem im wesentlichen zylindrischen Teil, auf eine geeignete Formungstemperatur, vorzugsweise auf eine Temperatur, die die Glasumwandlungstemperatur des Werkstoffs (siehe Fig. 2) überragt, eingeführt. Der ewärmte Vorformling wird dann der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung zugeführt, in welcher die Wanddicke des Vorformlings bei gleichzeitiger axialer Streckung der Wand und Orientierung und/oder Kristallisation seines Werkstoffes vermindert wird (siehe Fig. 3 und 4), so dass der Zwischenvorformling 10b gebildet wird, dessen vorzugsweise zylindrischer Teil aus gestrecktem und orientiertem und/oder kristallisiertem Material besteht. Die Fig. 3 zeigt den Vorformling während seiner Umformung in den Zwischenvorformling 10b. Zu seiner Orientierung/Kristallisation tritt der Werkstoff durch den Spalt 90 hindurch, wobei der Werkstoff in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung eine Orientierung erhält, die derjenigen entspricht, die beim Werkstofffluss auftritt. Der Werkstoff weist beim Eintritt in den Spalt im allgemeinen eine Temperatur auf, die höher ist als seine TG.

Der so gebildete Zwischenvorformling 10b wird nun in die in den Fig. 6 bis 9 dargestellte Umformvorrichtung 30, 40, 50, 60 und 75 gegeben. Der Zwischenvorformling wird in der Umformvorrichtung in einen erweiterten Zwischenvorformling 10f umgeformt. Damit die Umformung erfolgen kann, wird der Zwischenvorformling 10b zuerst in eine Position gebracht, wo er durch die innere Hülse 16 umschlossen ist und am Bodenträger 75 anliegt. In die-

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ser Position findet im allgemeinen eine Temperatur-konditionierung des Zwischenvorformlings 10b statt, wobei die innere Hülse eine Temperatur aufweist, die im allgemeinen etwas über der Glasumwandlungstemperatur des Werkstoffes (siehe Fig. 6) liegt. Wenn die Temperaturkonditionierung bei einer Temperatur durchgeführt wird, welche die Temperatur des Werkstoffes beim Durchtritt durch den Spalt 90 überragt, so schrumpft der Zwischenvorformling in axialer Richtung. In Fig. 6 sind diese beiden Alternativen mit den Bezugszeichen 10b bzw. 10c bezeichnet worden, wobei 10c angibt, dass der Zwischenvorformling während der Temperaturkonditionierung geschrumpft ist.

Der Bodenträger 75 wird nun nach oben verschoben (Fig. 7) während gleichzeitig das Innere des Zwischenvorformlings mittels eines durch den Kanal 52 aus einer Druckwelle 160 eingeführten Druckmediums unter Druck gesetzt wird. Bei gewissen Anwendungen wird das Druckmedium erhitzt, um den Werkstoff des Zwischenvorformlings bei der erforderlichen Temperatur zu halten oder zumindest dies zu unterstützen. Die innere Hülse 16 und die untere Hülse 40 haben bezüglich des Dorns 50 und der oberen Hülse 60 solche Positionen, dass der oben beschriebene Spalt 21 a, 22 gebildet wird. Die Fig. 7 zeigt eine Ausführung der Erfindung, wo diese Positionseinstellung erreicht wird durch die obere Stoppvorrichtung 32, die an der oberen Kontrollvorrichtung 99 anliegt und durch die untere Stoppvorrichtung 62, die an der unteren Kontrollvorrichtung 46 anliegt. Die Blockierung zwischen den Vorrichtungen bewirkt, dass während der Aufwärtsbewegung des Bodenträgers die Mündungskante 14b, 14c des Zwischenvorformlings und der anschliessende Mündungskantenbereich 13b, 13c bei gleichzeitiger Zunahme des Umfanges des Zwischenvorformlings im Bereich der Mündung 12b, 12c in den Spalt eingeführt wird. Die Verschiebung des Bodenträgers 75 und entsprechend des Zwischenvorformlings wird soweit geführt, bis die Mündungskante 14d die Stoppvorrichtung 31 der oberen Hülse 30 erreicht. Bei gewissen Ausführungen weist der umlaufende äussere Teil 57 des Bodenteils eine erhöhte Temperatur (eine über der TG liegende Temperatur) auf, damit der Werkstoff für eine Dehnung in Umfangsrichtung besser abgestimmt ist.

Die obere Kontrollvorrichtung wird nun in eine Position gebracht, wo sie von der Stoppvorrichtung 32 (Fig. 8) überholt werden kann, worauf die obere Hülse 30 gegen die untere Hülse 40 geschoben wird, bis die Stoppvorrichtung 31 der oberen Hülse an der Kontrollvorrichtung 41 der unteren Hülse anliegt. In dieser Lage werden die Bereiche 13d in der Nähe der gestreckten Mündungskante des Zwischenvorformlings (welche der bandförmigen in Umkreisrichtung verlaufenden Mündungskantenregion 13d entsprechen), zwischen der oberen Hülse und der unteren Hülse festgeklemmt. In dem an den Werkstoffteilen anliegenden Bereichen weisen die Hülsen Temperaturen auf, die über der TG liegen.

Die innere Hülse 60 wird nachfolgend gemäss den Fig. nach unten bewegt während gleichzeitig der Dorn 50 nachfolgend den Zwischenvorformling in Umfangsrichtung expandiert. Der Dorn weist mindestens im Bereich 51, wo er am Werkstoff des Zwischenvorformlings anliegt, eine Temperatur auf, die über der TG des Werkstoffes liegt. In der Regel sind die nach unten gerichteten Bewegungen des Dorns 50 und der inneren Hülse 60 synchronisiert, so dass der oben erwähnte Schlitz 22 zwischen dem Bodenteil des Dorns und den oberen Teilen der Hülse aufrechterhalten bleibt. Durch das ortsfeste Festhalten des Werkstoffes im Mündungsbereich des Zwischenvorformlings wird der Zwischenvorformling zwischen der oberen Hülse 30 und der unteren Hülse 40 fixiert, wobei während der Expansion der Werkstoff im Zwischenvorformling durch die Bewegung des Dorns ebenfalls axialen Streckungskräften unterworfen ist. In der Regei wird durch den Bodenträger 75 gleichzeitig eine nach oben gerichtete Kraft auf den Zwischenvorformling ausgeübt. Dadurch werden die Streckungskräfte im Werkstoff des Zwischenvorformlings vermindert, wenn der Werkstoff nach oben über den Dorn ge-presst und durch diesen expandiert wird. In der Praxis hat es sich gezeigt, dass durch das Festhalten der Eckenteile des Zwischenvorformlings ein gutes Produktionsergebnis und eine hohe Produktionskapazität erreicht werden. In denjenigen Anwendungen, wo die Klemmwirkung durch eine nach oben gerichtete Druckkraft des Bodenteils 75 unterstützt wird, wird ganz allgemein eine weitere Verbesserung des Resultats und eine kürzere Wechseldauer erreicht. Die Fig. 9 zeigt die Formvorrichtungen nach beendeter Bewegung und den gestreckten Zwischenvorformling 10f.

Unmittelbar nach der Expansion liegt der gestreckte Werkstoff des Zwischenvorformlings an der äusseren Oberfläche des Dorns 50 und in der Regel auch an der inneren Oberfläche der unteren Hülse 40 an. Diese beiden Oberflächen haben vorzugsweise eine Temperatur, welche über der TG des Werkstoffes liegt. In der Regel liegt diese Temperatur wesentlich über der TG. Der Werkstoff ist somit temperaturstabilisiert während die durch die untere Hülse 40 und dem Dorn 50 bestimmte Form erhalten bleibt. Die gewählte Temperatur der Hülse und des Dorns und demnach die Temperatur, bis zu der die Temperaturstabilität erreicht ist, wird bestimmt durch die maximale Temperatur, bei welcher das zu formende Produkt gebraucht werden soll. So wurden Behälter aus Polyäthylenterephthalat (PET) hergestellt, die bis zu einer Temperatur von etwa 160°C stabil sind, indem die innere Oberfläche eine Temperatur über 160° aufwies. Bei gewissen Anwendungen weist der Dorn 50 ebenfalls eine entsprechend höhere Temperatur auf. Wie aus der Fig. 9 hervorgeht, weist der expandierte Zwischenvorformling 10f in seinem Mündungsabschnitt einen nach aussen gerichteten Flansch 17 auf. Bei gewissen Anwendungen wird dieser während der Bildung des expandierte Zwischenvorformling 10g (Fig. 10) weggeschnitten.

Wie aus den obigen Ausführungen hervorgeht, weist der Bodenteil 55 des Dorn 50 sowohl den mittleren Bodenteil 56 als auch den umlaufenden äusseren Teil 57 auf, die jeder für sich und unabhängig auf eigene Temperaturen einstellbar sind. Der Bo5

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denträger 75 weist in ähnlicher Weise ebenfalls getrennte Teile 78 und 79 auf. Bei gewissen Anwendungen ermöglicht dies eine getrennte Wärmebehandlung des Werkstoffes in den Bodenbereichen 11f und 11g des expandierten Zwischenvorformlings, so dass dann, wenn der Werkstoff eine tiefe Kristallisation aufweist, es möglich ist, diesen zu erwärmen, um Temperatur und formstabile Werkstoffteile zu erhalten. Gemäss der Erfindung ist es somit möglich, im Bodenteil des Zwischenvorformlings ringförmige opake Materialteile oder scheibenförmige zu erhalten.

Die Fig. 10 bis 13 zeigen eine erfindungsgemässe Ausführung bei welcher der expandierte Zwischenvorformling 10g mit seinem geschnittenen Mündungsflansch im Mündungsbereich umgeformt wird. Zu diesem Bereich wird der bandförmige umlaufende Mündungskantenbereich 13g des Zwischenvorformlings in die spaltförmige Ausnehmung 111 der Heizvorrichtung 110 eingeführt. Der Werkstoff wird hier auf eine Temperatur erwärmt, die etwas über der oben erwähnten maximalen Temperatur, bei welcher der herzustellende Behälter benutzt werden soll, liegt.

Der auf diese Weise getreckte Vorformling wird zur Umformung der Mündung 12g des Zwischenvorformlings in die Hülse 120 eingeführt. Mittels einer relativen Bewegung zwischen dem Bodenträger 130 und der Hülse 120 wird der erwärmte Werkstoff in den Spalt 125 zwischen dem Dorn 140 und dem oberen Bereich 121 der Hülse 120, welcher Bereich einen kleineren Durchmesser aufweist, gepresst. Dadurch wird der Umfang des expandierten Zwischenvorformlings im Mündungsbereich vermindert. Mittels einer nachfolgenden relativen Bewegung zwischen dem Dorn 140 und der Hülse 120 wird bei gleichzeitiger Unterstützung des Zwischenvorformlings durch den Bodenträger 130 (wobei das Innere des Zwischenvorformlings falls nötig oder erforderlich unter Druck gesetzt ist) die oberen Kantenteile des Zwischenvorformlings nach aussen gefaltet und zur Bildung des nach aussen gerichteten Flansches 18 in den Spalt 147 zwischen dem oberen Bereich 142 des Dorns und dem unteren Bereich 121 der Hülse bewegt. Damit ist eine Ausführung eines hohlen Körpers (Behälter) 19 gemäss der Erfindung fertiggestellt.

In der obigen Beschreibung wurden die Ausdrücke obere, untere, vertikal usw. benutzt, was jedoch lediglich als Mittel zur Erleichterung der Beschreibung verstanden werden soll. Es ist klar, dass im Zusammenhang mit der Erfindung die Vorrichtung eine beliebige Orientierung einnehmen kann. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, den Vorformling, zwischen Vorformling und den fertiggestellten Behälter mit beliebigen Querschnitt zu versehen, wobei auch unterschiedliche Formen in unterschiedlichen Teilen des Vorformlings, Zwischenvorformlings und des fertiggestellten Behälters möglich sind. Die im vorhergehenden Abschnitt beschriebene Umformung des Mündungsbereiches ist auch bei Zwischenvorformlingen mit nicht kreisrundem Querschnitt möglich. Das Verfahren ist auch möglich, um nicht kreisrunde Mündungsteile in kreisrunde Mündungsteile umzuformen.

Die obige Beschreibung konnte nur eine begrenzte Anzahl erfindungsgemässer Ausführungen berücksichtigen. Für den Fachmann ist jedoch klar, dass die Erfindung im Rahmen der Ansprüche jedoch eine weit grössere Anzahl von Ausführungen umfasst.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Umformung eines im wesentlichen rohrförmigen Vorformlings (10) in einen Hohlkörper (9), welcher Vorformling (10) einen geschlossenen Boden, (11), eine offene Mündung (12) mit einer Mündungskante (14) und eine Wand (15) zwischen dem Boden und der Mündung aufweist, wobei der Vorformling (10) aus orientierbarem und/oder kristallisierbarem Kunststoffmaterial besteht, dadurch gekennzeichnet, dass während der Umformung der Vorformling in einem Umfangsbe-reich (13) angrenzend an die Mündungskante (14) des Vorformlings zwischen mechanischen Vorrichtungen (30, 40) fixiert wird und dass während andauerndem Festhalten des Vorformlings (10) im genannten Umfangsbereich (13) ein Dorn (50) und die Vorrichtungen (30, 40) relativ zueinander in axialer Richtung des Dorns verschoben werden, wodurch der Dorn (50) die Wand (15) allmählich in Umfangsrichtung während andauerndem Festhalten des Vorformlings im genannten Umfangbereich expandiert und der Dorn (50) sich durch die Mündung gegen den Boden (11) des im wesentlichen rohrförmigen Vorformlings (10) bewegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Orientierung und/oder Kristallisation des Werkstoffs im Vorformling, der Werkstoff in einem ersten zylindrischen Bereich des Vorformlings vor der Expansion des Vorformlings während gleichzeitiger Verminderung der Werkstoffdicke in axialer Richtung des Vorformlings gestreckt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff während dem Strecken orientiert und/oder kristallisiert wird entsprechend der Orientierung und/oder Kristallisation, die der Werkstoff durch Streckung bis zum Fliessen des Werkstoffs erhalten würde.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem umlaufenden Bereich (13) zum Fixieren des Vorformlings mittels der mechanischen Klemmvorrichtung (30, 40) die Form eines Eckflansches aus dickerem Werkstoff gegeben wird und/oder als von der Mündung (12) des Vorformlings sich nach aussen erstreckender Eckflansch (13d) ausgebildet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der relativen Bewegung des Dorns (50) und der mechanischen Klemmvorrichtungen (30, 40) auf den Bodenteil des Vorformlings eine zur Mündung (12) hin gerichtete Kraft ausgeübt wird oder dass die Expansion des Vorformlings schrittweise erfolgt indem der Dorn (50) mit einer Anzahl aufeinanderfolgender Teile mit zunehmendem Umfang versehen ist und/oder dass die Expansion des Vorformlings schrittweise erfolgt indem aufeinanderfolgend Dor-

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ne (50) mit zunehmend grösserem Umfang in den Vorformling eingeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Vorrichtungen (30, 40) zum Festhalten des Vorformlings im umlaufenden Bereich (13) Flächen aufweisen, die am umlaufenden Bereich anliegen, wobei die Temperatur dieser Flächen über die Glasumwandlungstemperatur (TG) des Werkstoffs erhöht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (50) zur Expansion des Vorformlings wenigstens im Bereich (51) wo er mit dem Werkstoff des Vorformlings in Kontakt gebracht wird, auf eine über der Glasumwandlungstemperatur (TG) liegende Temperatur erwärmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Expansion des Vorformlings sein Werkstoff mittels einer Hülse (60) umschlossen wird, deren dem Vorformling zugekehrten Seiten eine Temperatur nicht weniger als etwa 30°C unterhalb der TG oder etwa 70°C über der TG aufweisen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Vorformlings nach der Expansion des Vorformlings durch eine Hülse (40) umschlossen wird, deren Temperatur zur Temperaturstabilisierung des während der Expansion umgeformten Werkstoffs über der Glasumwandlungstemperatur (TG) liegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff in einem umlaufenden Bereich (13g) in der Nähe und einschliesslich einer Mündungskante (14g) des Vorformlings auf eine Temperatur über der Glasumwandlungstemperatur (TG) des Werkstoffs, und vorzugsweise auf eine Temperatur über derjenigen, bei welcher die Thermostabilisierung des Vorformlings durchgeführt wurde, erwärmt wird, und dass der Werkstoff im umlaufenden Bereich durch mechanische Formvorrichtungen (120, 140) abschliessend geformt wird.

11. Verfahren zur Formung eines Hohlkörpers gemäss Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang des umlaufenden Bereichs (13, 13g) durch eine axiale Verschiebung dieses Bereichs relativ zu einer hülsenförmigen Vorrichtung (120) vermindert wird, worauf dieser Bereich in einem die Mündung (14g) umfassenden Endbereich abgebogen wird, um einen Mündungsflansch (18) zu bilden, der sich von der zentralen Achse (16) des Vorformlings nach aussen erstreckt.

12. Einrichtung zur Umformung eines im wesentlichen rohrförmigen Vorformlings in einen Hohlkörper (19), wobei der Vorformling einen geschlossenen Boden (11), eine offene Mündung (12) und eine Wand (15) zwischen Boden und Mündung aufweist, wobei die Einrichtung einen Dorn (50) und mechanische Vorrichtungen (30, 40) aufweist, die relativ zueinander bewegbar sind und die Vorrichtungen zur Fixierung des Vorformlings (10) in einem Umfangsbereich (12) angeordnet und dass die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (50) im Abstand zum geschlossenen Boden (11) des Vorformlings angeordnet werden kann, so dass das Innere des Vorformlings hohl und unbesetzt ist, dass der Dorn (50) einen Umfang aufweist, der grösser ist als die innere Weite des Vorformlings und dass Mittel vorgesehen sind um den Dorn (50) und die mechanischen Vorrichtungen (30, 40) in axialer Richtung des Dorns (50) zu verschieben um diesen in das hohle Innere des Vorformlings zu bewegen und die Wand (15) des Vorformlings in Umfangsrichtung allmählich zu erweitern, während die offene Mündung durch die Vorrichtungen (30,40) festgeklemmt bleibt.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Hülse (60) aufweist, die den Vorformling (10) umgibt und stützt und dass diese Hülse bezüglich des Dorns (50) im wesentlichen unbeweglich ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (60) und der Dorn (50) einen Zwischenraum (22) bilden, durch welchen der Vorformling (10) bei der Bildung eines aufgeweiteten Kantenbereichs der offener Mündung (12) hindurchgeht.

15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet dass die Hülse (60) und der Dorn (50) einen Zwischenraum (22) bilden, durch welchen der Vorformling (10) bei der Expansion , in Umfangsrichtung hindurchgeht.

16. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine verschiebbare Bodenstütze (75) zur Stützung des geschlossenen Bodens (11) des Vorformlings (10) angeordnet ist und dass die Bodenstütze (75) zum Zwischenraum (22) hin verschiebbar ist um die Mündung (12) durch den Zwischenraum (22) zur Bildung der aufgeweiteten Kante zu stossen.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (52) vorgesehen sind um das Innere des Vorformlings (10) während der Expansion in Umfangsrichtung unter Druck zu setzen.

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