DE10321339A1

DE10321339A1 - Neue Verpackung aus Metallhohlkörper mit eingeblasener Kunststoff-Preform

Info

Publication number: DE10321339A1
Application number: DE2003121339
Authority: DE
Inventors: Elmar Veeser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2004-12-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine neue Verpackung, deren Rumpf und Boden aus einem Hohlkörper aus Aluminium oder Weißblech (Schwarzblech oder verzinnt oder verchromt) besteht, in den eine Preform aus Kunststoff eingeblasen wird, wie sie z. Beispiel zur Herstellung von ART-Flaschen benutzt wird (Streckblasverfahren). Die Verpackung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die „Kunststoffblase" durch den Streckblasvorgang eng an die Innenwand des Metallhohlkörpers schmiegt (1). Da die hier zu verwendende Preform im Prinzip einer herkömmlichen Preform, die zur Herstellung von PET-Flaschen benutzt wird, entspricht und damit neben der Röhre, die in der Blasformmaschine gestreckt und aufgeblasen wird, aus einem fertigen, vorgeformten Flaschenhals mit Drehgewinde besteht, ist die neue Verpackung dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Metallhohlkörper aufgesetzte Preform nach dem Streck- und Blasvorgang als dünnwandige „PET-Blase" durch mechanischen Halt im Metallhohlkörper fest sitzt und/oder durch thermische Haftung mit dem Metallhohlkörper fest verbunden ist. Da die Preform neben der Röhre, die erwärmt, gereckt und...

Description

Anwendungsgebiet:
Die Erfindung betrifft eine wiederverschließbare Metallverpackung, die zudem ohne Innenausspritzung des Metallkörpers auskommt. Anwendungsgebiete sind Verpackungslösungen für den Getränke- und den Nahrungsmittelsektor. Auch ist der Einsatz im Non Food-Bereich denkbar.
Stand der Technik:
Wiederverschließbarleit
Metallverpackungen (Dosen) aus Weißblech und Aluminium im Nahrungsmittel- und Getränkebereich sind – von ganz wenigen Ausnahmen abgesehen – als Einwegverpackungen konzipiert, die nicht wiederverschließbar sind.
Nach Befüllung der Metallverpackung wird der metallische Deckel fest mit dem Dosenkörper verbunden, der das Füllgut luftdicht einschließt. Um das Füllgut zu verzehren, muss entweder ein Dosenöffner benutzt oder wie bei der Getränkedose eine vorgeritzte Sollbruchstelle aufgerissen werden. Weitere Sollbruchvarianten stellen Klebe- und Kunststoffnahtlösungen dar.
Innenausspritzung
Einer der Produktionsschritte zur Herstellung einer Dose aus Weißblech besteht in der Innenausspritzung oder Beschichtung des Dosenkörpers mit Lack oder ähnlichen Substanzen, um die Migration von Metallmolekülen in das Füllgut zu verhindern.
Nachteile des Standes der Technik:
Der Hauptnachteil der metallischen Verpackungslösungen besteht in der nicht vorhandenen Wiederverschließbarkeit und damit unmöglichen Wiederbefüllbarkeit. Somit weisen Metallverpackungen einen großen Convenience-Nachteil (verbraucherfreundliche Handhabung) gegen Kunststoff und Glasverpackungen auf, die z. B. als Flaschen wiederverschließbar sind.
Ein weiterer Nachteil stellt die bei vielen Füllgütern notwendige Innenausspritzung mit Lack oder anderen Substanzen dar, um die Migration, wie im Abschnitt „Stand der Technik" beschrieben, zu verhindern oder zumindest einzudämmen. Trotz der Innenausspritzung nehmen einige geschmacksempfindliche Füllgüter, wie z. B. Mineralwasser, Metallmoleküle auf, sodass der ursprüngliche Geschmack eine Veränderung erfährt. Deshalb haben es Weißblechdosen schwer, z. B. als Verpackungslösung für Mineralwasser in Betracht gezogen zu werden. Zudem gilt der Produktionsschritt der Innenausspritzung bzw. der Lackierung nicht als „sauber", da er unvermeidlich mit Emmissionen und Geruchsbelästigung verbunden ist. Zudem ist die Lackierung teuer, da u.a. Trockenöfen notwendig sind, die hohe Energiekosten verursachen.
Ein drittes Problemfeld stellt die unzureichende Restentleerung von Getränkedosen dar. Die neue Pfandregelung und der damit verbundene Rückgabedruck für den Verbraucher machen unzureichend restentleerte Dosen zu einem Geruchs-, Sauberkeits- und Gesundheitsproblem (Bildung von Schimmelpilzen etc.).
Ferner muss der Getränkeabfüller für jede Verpackungsalternative in eine separate Abfüllanlage investieren (Getränkedosenabfüllanlagen, Flaschenabfüllanlagen). Dies hängt mit den verschiedenen Getränkeverpackungsdesigns, den unterschiedlichen eingesetzten Werkstoffen und deren Materialeigenschaften zusammen. Diese Unterschiede bedingen auch andere Verschlusssysteme.
Lösung:
Um die Wiederverschließbarkeit der Dose zu ermöglichen und gleichzeitig die Innenausspritzung zu sparen, bietet sich die nachfolgende Erfindung an:
In einen fertigen Dosenkörper (Metallhohlkörper), z. B. den einer Getränkedose, wird eine Preform hineingeblasen, ähnlich der, wie sie z. B. zur Herstellung von PET-Flaschen benutzt wird. Diese ersetzt die Innenausspritzung. Allerdings wird für die Preform wesentlich weniger Kunststoff benötigt, als für die herkömmlichen rigiden Flaschen, da bei dieser Erfindung nicht die Stabilität der Kunststoffs gefragt ist, sondern lediglich dessen Barriereeigenschaften. Da die Preform neben der Röhre, die erwärmt, gereckt und in den Dosenkörper eingeblasen wird, mit einem vorgeferigten Gewinde versehen ist, wird dieses – in Verbindung mit dem Einblasvorgang – zeitgleich mechanisch oder thermisch auf dem Hals des Dosenkörpers befestigt bzw. verbunden. Somit ist diese Verpackungslösung mit einem Drehgewinde versehen und damit wiederverschließbar.
Vorteile der Erfindung:
Einsparung Innenausspritzung
Durch das Einblasen der Preform in den Dosenkörper wird die Innenlackierung gespart, da sich die aufgeblasene Preform luftdicht an den Doseninnenkörper schmiegt. Zudem verbessern sich die Barriereeigenschaften (der Migrationsschutz) immens. Somit erschließen sich für diese Verpackungslösung neue Füllgutbereiche, wie z.B. Mineralwasser für Weißblechdosen. Technische Detaillösungen, wie z. B. die Abführung der Luft während des Einblasvorgangs, sollen hier nicht Gegenstand der Erleuterung sein. Zudem liegen hierzu Patente vor ( EP 01 89 750 A2 ; US 43 42 399 ).
PET-Materialersparnis durch dünnwandige Preform
Im Gegensatz zur herkömmlichen PET-Flasche kann die Preform wesentlich dünnwandiger und damit materialsparender ausfallen, da keinerlei Innendruckstabilität oder auch nur Standfestigkeit des aufgeblasenen PET-Körpers verlangt wird. Die Stabilität übernimmt der Dosenkörper (mehr als 50% Kunststoffersparnis möglich). Somit wird die Preform nicht zu einer rigiden Flasche in der Dose aufgeblasen, sondern ist – bedingt durch die maximale Dünnwandigkeit – eher mit einem Ballon bzw. einer Blase zu vergleichen (1).
Eingeblasene Preform macht Dosenkörper zur wiederverschließbaren Verpackung
Jede Preform besteht zum einen aus der Röhre, die in der Blasformmaschine gestreckt und aufgeblasen wird und zum anderen aus einem fertigen, vorgeformten Flaschenhals mit Drehgewinde (2; 1). Wird die Preform (1; 1) in die Dose (1 ;2) eingeblasen, wird damit fast „automatisch" der Dosenkörper mit einem Flaschenhals mit Drehgewinde versehen (1; C).
Die in den Dosenkörper eingebrachte „Kunststoffblase" kann aller Voraussicht nach thermisch, ohne Haftvermittler, eine feste Bindung mit dem Dosenkörper eingehen.
Die Preform lässt sich recht einfach dem entsprechenden Verpackungsdesign anpassen. Dies bedeutet, dass der Öffnungshals der Preform einmal weiter oder enger im Durchmesser sein kann. Auch der Drehverschluss lässt sich den unterschiedlichen Anforderungen (Innendruck, Dichtigkeit etc.) recht einfach anpassen.
Die neue Verpackung, z. B. in Form einer Getränkedose, kann nun wie eine Flasche mit einer Drehkappe verschlossen und wiederbefüllt werden. Wird die wiederverschließbare Verpackung dem Design der Dose angepasst (2), d. h. mit kurzem, flachen Hals und großem Durchmesser versehen, wird eine hohe Druckstabilität erreicht. Somit kann die Verpackung ohne aufwändige Kisten, wie bei Flaschen üblich, gestapelt werden.
Die auftretenden Drehkräfte beim Öffnen und Wiederverschließen der Verpackung können mit Hilfe eines Gratschnitts am Hals des Dosenkörpers, der den produktionstechnisch üblichen glatten Schnitt ersetzt, beherrscht werden ( 2; 3). Das Drehgewinde der Preform kann durch mechanischen Halt, z. B. durch einen Klemm-Mechanismus, der durch eine rundlaufende Rille, die auf dem gegrateten Dosenhals einrastet, fest mit dem Dosenkörper verbunden werden. (2; 4) Alternativ bietet sich auch eine thermische Verbindung zwischen Dosenhals und Preformgewinde an.
Lösung des Restentleerungsproblems der Getränkedosen
Das Restentleerungsproblem, das durch herkömmliche Getränkedosenverschlüsse verursacht ist, wird durch das den Flaschen nun angeglichene Öffnungs- und Verschlusssystem gegenstandslos.
Nutzung vorhandener Streckblas- und Abfüllanlagen
Ein interessanter Vorteil der Erfindung stellt die Nutzungsmöglichkeiten vorhandener Produktions- und Abfüllanlagen ohne größere Zusatzinvestitionen dar.
Beim Abfüllprozess können bestehende Dosenabfüllanlagen genutzt und – entspricht die Preform plus Dose den herkömmlichen Flaschenabmessungen – eventuell Dosen auf Flaschenfüllanlagen gefahren werden.
Die Dose mit eingeblasener PET-Blase kann auch zur Wiederbefüllung genutzt werden.
Ausführungsbeispiel
Das nachfolgende Beispiel bezieht sich auf den Getränkesektor ohne Heißabfüllung.
Da PET bekanntlich für Heißabfüllung und Pasteurisation nicht geeignet ist, müssten für diese Füllgutbereiche andere Kunststoffe, die für das Blowmoldingverfahren taugen, eingesetzt werden. Somit gilt für den Nahrungsmittelsektor nachfolgende Beschreibung – auf den jeweiligen Abfüllprozess zugeschnitten – entsprechend.
Der Streckblasprozess
Bisher ist es so, dass die Preform im ersten Schritt vorgewärmt und bei 90° bis 120° Grad Celsius gestreckt und zur Flasche in der Blasform geblasen wird. Im Vergleich zum bisherigen Streckblasprozess wird der Blasform zusätzlich vor dem Ausblasen ein Dosenkörper (ev. vorgewärmt) zugeführt und die Preform auf die Dosenöffnung (Dosenhals) aufgesetzt. Wie bisher schon üblich, wird die Blasform darauf geschlossen und anschließend verriegelt. Dass die Blasform der Dosenform angepasst sein muss, ist selbstverständlich. Nun wird, wie im bisherigen Verfahren auch, die Preform mit der Reckstange gestreckt, mit einem Vorblasdruck von mehr als 10 bar beaufschlagt und anschließend mit dem höheren Fertigblasdruck entsprechend der Dosenform auskonturiert. Die sich im leeren Dosenkörper befindende Luft wird per Schlauch oder Röhre mit Ventil abgeführt (versch. Lösungsvarianten möglich – siehe oben: Vorteile der Erfindung-Innenausspritzung). Anschließend wird die Form abgekühlt und nach der Druckentlastung entriegelt. Die Dose mit dem eingeblasenen PET (ev. auch anderer Kunststoff möglich) und dem PET-Schraubgewinde ist fertig und kann den Transportsystemen zugeführt werden (3 – Beispiel hier mit schmaler Preform-Flaschenhalsdurchmesser).
Produktionstests muss es vorbehalten bleiben, wie hoch der Vorblas- und der Fertigblasdruck sein muss, um die für die Dose wesentlich dünnere Preform aufzublasen. Es liegt die Vermutung nahe, dass in nicht unerheblichem Maße Energiekosten gespart werden können. Ebenso bedarf es praktischer Versuche, um zu klären, wie die stark die Haftung zwischen Doseninnenwand und eingeblasenem „PET-Ballon" bei unterschiedlichen Vorwärmstufen sein wird. Aus Recyclingaspekten heraus kann es sogar gewünscht sein, eine Haftung zwischen „PET-Blase" und Dosenwand komplett zu vermeiden, um das werkstoffliche Recycling zu ermöglichen.
Naheliegend ist zudem, die Metallverpackung nur im Boden- und Rumpfbereich als Außenhaut zu benutzen, während im Dosenöffnungs- bzw. Flaschenhalsbereich die Preform in der Blasform – wie im herkömmlichen Streckblasprozess – als Außenhaut auszukonturieren. Folglich wird beim Streckblasprozess die Preform nur im Boden- und Rumpfbereich in die Dose eingeblasen und im Hals- und Verschlussbereich entspricht die Verpackung einer herkömmlichen PET-Flasche (4).
Natürlich sind weitere Aussparungsvarianten mit beiden Werkstoffen (Kunststoff bzw. PET und Weißblech) denkbar, wobei die optische Anmutung, d. h. Marketinggesichtspunkte im Vordergrund stehen (5).
Die Beurteilung der Realisierungsmöglichkeiten der „Halb-und Halb-Lösung" (Halb Dosehalb geblasene PET-Flasche), wie oben beschrieben, bleibt Produktionstests vorbehalten, wobei hier nicht der Kostenaspekt eines möglichst dünnen PET-Ballons im Vordergrund steht, sondern Marketingargumente die wesentliche Rolle spielen. Selbstverständlich ist bei diesen Alternativen (4 und 5) die Rigidität (Stabilität) und damit eine gewisse Dicke der Wandstärke des Kunststoffs notwendig.
Aller Voraussicht nach sind die bestehenden Anlagen, die bisher zur Herstellung von streckgeblasenen PET-Flaschen genutzt werden, mit überschaubaren Zusatzkosten auf die neuen Verpackungsvarianten aufzurüsten.
Abfüllprozess
Ein wesentlicher Vorteil der neuen Erfindung besteht darin, dass das bisher durch den Umformungsprozess (DWI-Verfahren) und den Werkstoff Weißblech eingeschränkte Getränkedosenverpackungsdesign aufgebrochen wird. Die Preform aus Kunststoff ermöglicht es, je nach Ausführung, das klassische Dosendesign beizubehalten und „nur" den bisherigen Aluminiumdeckel mit „Stay-on-Tab" (Öffnungslasche) durch einen Drehverschlusssystem zu ersetzten oder sich dem Glas- oder PET-Flaschendesign anzupassen, sodass die Metallverpackung mit PET-Blase auch auf Flaschenabfüllanlagen laufen kann. Da der Abfüllprozess der Dose mit „PET-Blase" dem der Getränkedosen bzw. mit entsprechendem Design dem der Flaschen entspricht, erübrigt sich eine Beschreibung. Interessant aus Kostensicht ist, dass mit der neuen Getränkedosenlösung der recht teure Aludeckel eingespart und durch einen Schraubverschluss ersetzt wird.
Anmerkung: Alle Ausführungen sind aus Dosensicht beschrieben und damit konzentriert sich die Schrift auf die Vorteile für Metallverpackungen durch die neue Idee. Umgekehrt, das heißt aus der Kunststoff-(PET-Blowmoulding)Sicht, kann ähnlich argumentiert werden: Auch diese Technologie kann mit. Hilfe der Dose erfolgreicher in bestimmten Füllgutbereichen agieren, wie z. B. im Biersektor. Das Problemfeld der Permeabilität (Durchlässigkeit von Sauerstoff und CO2) wird durch den äußeren Dosenkörper gelöst, die Innendruckstabilität, die Optik u. ä. Fragen werden für PET und andere für dieses Verfahren geeignete Kunststoffe gegenstandslos, wenn sie in die Metallverpackung eingeblasen werden. Ferner können Kaltstabilisatoren zur besseren Haltbarmachung der verderblichen Füllgüter, wie bei PET-Flaschen üblich, entfallen.

Claims

Die Erfindung betrifft eine neue Verpackung, deren Rumpf und Boden aus einem Hohlkörper aus Aluminium oder Weißblech (Schwarzblech oder verzinnt oder verchromt) besteht, in den eine Preform aus Kunststoff eingeblasen wird, wie sie z. Beispiel zur Herstellung von ART-Flaschen benutzt wird (Streckblasverfahren). Die Verpackung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die „Kunststoffblase" durch den Streckblasvorgang eng an die Innenwand des Metallhohlkörpers schmiegt (1). Da die hier zu verwendende Preform im Prinzip einer herkömmlichen Preform, die zur Herstellung von PET-Flaschen benutzt wird, entspricht und damit neben der Röhre, die in der Blasformmaschine gestreckt und aufgeblasen wird, aus einem fertigen, vorgeformten Flaschenhals mit Drehgewinde besteht, ist die neue Verpackung dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Metallhohlkörper aufgesetzte Preform nach dem Streck- und Blasvorgang als dünnwandige „PET-Blase" durch mechanischen Halt im Metallhohlkörper fest sitzt und/oder durch thermische Haftung mit dem Metallhohlkörper fest verbunden ist. Da die Preform neben der Röhre, die erwärmt, gereckt und in den Dosenkörper eingeblasen wird, mit einem vorgeferigten Gewinde versehen ist, wird dieses – in Verbindung mit dem Einblasvorgang – zeitgleich mechanisch oder thermisch auf dem Hals des Dosenkörpers befestigt bzw. verbunden. Somit ist diese Verpackungslösung mit einem Drehgewinde versehen und damit wiederverschließbar. (2 und 3).
Neue Verpackung nach Anspruch 1), die dadurch gekennzeichnet ist, dass der herkömmlichen Blasform, wie sie zur Herstellung von PET-Flaschen genutzt wird, ein Metallhohlkörper zugeführt wird und danach die aufgeheizte Preform, die so in der Blasform positioniert wird, dass sie in den Metallhohlkörper geblasen werden kann (1). Nachdem die Preform in der Blasform auf dem Metallhohlkörper fixiert und die Blasform, die den Konturen des Metallhohlkörpers angepasst ist, wieder verschlossen ist, wird, im Unterschied zum herkömmlichen Verfahren, das PET in den Metallhohlkörper geblasen. Nach der Abkühlung wird die Blasform entriegelt, geöffnet und die fertige neue Verpackung den Transportsystemen übergeben (3).
Neue Verpackung nach Anspruch 1), die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verschlusssystem auch einen Kronenkorkverschluss oder ein anderes für Preforms bekanntes Verschlusssystem aufweisen kann und sieht nicht nur auf Drehverschlußsysteme beschränkt.
Neue Verpackung nach Anspruch 1) oder 3), die dadurch gekennzeichnet ist, dass die eingeblasene Preform, die „PET-Blase" durch thermische Haftung einen festen Verbund mit der Innenwand der Metallhohlkörpers eingeht oder mittels eines Klebers oder Haftvermittlers im Metallhohlkörper fixiert wird.
Neue Verpackung nach Anspruch 1) oder 3), die dadurch gekennzeichnet ist, dass die „PET-Blase" keine Verbindung mit der Innenwand des Metallhohlkörpers eingeht, sondern nur mechanisch durch Sicken, Rillen oder andere Formgebungen im Metallhohlkörper festgeklemmt ist. Da die Preform neben der Röhre, die erwärmt, gereckt und in den Dosenkörper eingeblasen wird, mit einem vorgeferigten Gewinde versehen ist, wird dieses – in Verbindung mit dem Einblasvorgang – zeitgleich mechanisch oder thermisch auf dem Hals des Dosenkörpers befestigt bzw. verbunden. Somit ist diese Verpackungslösung mit einem Drehgewinde versehen und damit wiederverschließbar.
Neue Verpackung nach den Ansprüchen 1) bis 6), die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Metallhohlkörper nur im Rumpf- und/oder Bodenbereich als Verpackungsaußenwand dient, hingegen der Verpackungshals der neuen Verpackung einer herkömmlichen geblasenen Kunststoffflasche entspricht. Dies kann dadurch im Produktionsprozesses erreicht werden, indem zwar der Metallhohlkörper in die Blasform eingebracht wird, jedoch der Hals- und Verschlussbereich entsprechend des herkömmlichen Verfahrens der PET-Flaschenherstellung in der Blasform auskonturiert bleibt. Die daraus entstandene Verpackung besteht aus einem Metallhohlkörper und aus einem herkömmlichen Kunststoffhals. Der Anspruch gilt auch für andere Aussparungsvarianten mit beiden Werkstoffen (Weißblech und PET) entsprechend (4 und 5).
Neue Verpackung nach den Ansprüchen 1) bis 6), die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Dosenkörper am Hals zum festen Halt der Kunststoff Preform derart vorgeformt sein muss, dass er zum festen Halt der Preform auf dem Metallhohlkörper keinen glatten Schnitt, wie bisher üblich erhält, sondern einen Gratschnitt mit rundlaufende Kerben entsprechend 2; 3 erhält.
Neue Verpackung nach den Ansprüchen 1) bis 7), die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Preform, um mit dem Dosenhals eine mechanische Verbindung eingehen zu können, eine rundlaufende Kerbe erhält, die auf dem gegrateten Dosenhals festgeklemmt bzw. befestigt wird (2; 3).