DE2314662B2

DE2314662B2 - Verfahren zum Bedeckein dünnwandiger Flaschen aus flexiblem Kunststoff

Info

Publication number: DE2314662B2
Application number: DE2314662A
Authority: DE
Inventors: Eugene Paul Springfield Mass. Baldyga; John Edward East Granby Conn. Griesing
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1972-03-24
Filing date: 1973-03-23
Publication date: 1979-09-27
Also published as: FR2177940B1; JPS5513997B2; JPS497080A; FR2177940A1; DE2314662C3; CA973134A; BE797266A; GB1412072A; IT981571B; US3812646A; NL7303949A; DE2314662A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bedeckein von Flaschen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I bzw. des Anspruches 2. Diese Flaschen können unter vor dem Verbrauch gegebenenfalls auftretenden extremen Temperaturbedingungen Kohlensäuredrücke von etwa 1,06 bis 10,6 Bar entwickeln.

In Flaschen abgefüllte kohlensäurehaltige Getränke kommen gewöhnlich in Glasflaschen mit relativ großen Wandstärken zum Verkauf, damit die Flaschen die etwa beim Transport, beim Füllen und beim Bedeckein auftretenden Belastungen und Stöße ohne Bruch überstehen können.

Beim Bedeckein der Flaschen hat das Getränk gewöhnlich eine sehr niedrige Temperatur von etwa 273 bis 278 K, so daß der Kohlensäuredruck im Inneren der Flasche unmittelbar nach dem Bedeckein ziemlich niedrig ist. Der Druck kann jedoch vor dem öffnen der Flasche für den Verbrauch bis auf 10,6 Bar ansteigen. Die Flaschen erfordern daher besondere druckdichte Verschlüsse.

Die Einrichtungen zum Bedeckein solcher Flaschen weisen gewöhnlich einen Druckstempel auf, welcher mit einer beträchtlichen Kraft, je nach Ausbildung der Vorrichtung, im Bereich zwischen 745 und 3730 N, in Axialrichtung auf die Bedeckelungsfläche der Flasche aufgesetzt wird, um eine sichere Abdichtung zwischen dem Deckel und dem oberen Rand des Flaschenhalses zu erzielen.

In jüngster Zeit entwickelte thermoplastische Werkstoffe erwiesen sich insbesondere aufgrund ihrer günstigen Sperreigenschaften in Bezug auf Kohlendioxyd und Sauerstoff als besonders geeignet für die Herstellung von nriifkverpaokiingen. Typische WerkStoffe dieser Art sind Polymere auf der Basis von Acrylnitril oder Methacrylnitril sowie Vinylchlorid und bestimmte Polyester. In Anlehnung an die bekannten Glasflaschen wurden daher ICunststoffflaschen für ί Kohlensäure enthaltende Flüssigkeiten auch ziemlich dickwandig ausgeführt Beim Durchgang solcher Behälter durch die Füll- und Bedeckelungseinrichtungen vermochte das Fußteil der Behälter, auf welches die relativ hohen Axialbelastungen übertragen werden,

ι» diesen Kräften ohne Schwierigkeiten zu widerstehen.

Eine Anlage zum Bedeckein von Kunststoffflaschen bei welchen die Flaschen zum Bedeckein axial bewegt und dabei in »Bechern« geführt sind, ist in der DD-PS 60 235 beschrieben.

ι > Wirtschaftlich konkurrenzfähige Flaschen für kohlensäurehaltige Getränke aus thermoplastischen Kunststoffen müssen mit ungefähr dem gleichen technischen Aufwand wie Glasflaschen (also mit gleichen Kosten) herstellbar sein. Verringert man die Wandstärke, um die Menge des benötigten thermoplastischen Werkstoffs möglichst klein zu halten, muß der die höchste Beanspruchung durch den Innendruck aufnehmende Übergangsbereich zwischen der Seitenwand und dem Boden besonders sorgfältig gestaltet werden, wenn man

r> dort die Wandstärke nicht vergrößern will.

In dieser Hinsicht muß ein ziemlich kritischer Kompromiß zw-schen einer größtmöglichen Wölbung einerseits und einer größtmöglichen Standfläche der Flasche andererseits gefunden werden. Dennoch be-

»> steht bei derartigen Flaschen die Gefahr eines unzulässig hohen Ausschusses infolge des beim herkömmlichen Bedeckein auftretenden Axialdruckes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zum Bedeckein von Kunststofffla-

i") sehen unter Axialdruck dahingehend weiterzubilden, daß auch dünnwandige, flexible Kunststoffflaschen ohne die Gefahr eines unzulässig starken axialen Zusammendrückens mit dem erforderlichen Druck bedeckelt werden können.

4(i Diese Aufgabe wird durch die Maßnahme gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Ohne diese Maßnahme würden dünnwandige Kunststoffflaschen mit einem belastungsvermindernd weit ausgerundeten Wandungsteil zwischen der Seitenwand und dem Boden

•i") vielfach unter den durch herkömmliche Vorrichtungen zum Einfüllen kohlensäurehaltiger Getränke und durch den Druckstempel der Bedeckelungsvorrichtung ausgeübten Axialkräften zusammenbrechen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Bedeckelung der

>o Flaschen, ohne irgendwelche Änderungen an den Druckstempeln vorhandener Bedeckelungsvorrichtungen selbst bei Anwendung von Axialkräften im Bereich von 745 bis 3730 N ohne Bruch oder bleibende Verformung der Flaschen.

v> Gemäß der Erfindung ist bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ein die Flasche tragender Teller mit einem nach oben gezogenen, am Übergang der Flaschenwand in den Flaschenboden anliegenden Rand vorgesehen. Ein derartiger Teller ist aus der

bi) US-PS 12 78 829 zum Verschließen von Glasflaschen an sich bekannt, bei denen die durch die Erfindung gelöste Problematik nicht vorliegt.

Vorzugsweise ist der Rand komplementär zur Außenfläche des Übergangsbereiches geformt.

b5 Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielhaft erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer durch das erfindungsgemäße Verfahren zu verschließenden Flasche mit

dazugehörigem Verschluß,

Γ i g. 2 eine gemäß der Erfindung gehalterte Flasche nach F i g. 1 in senkrechtem Schnitt, unmittelbar vor dem Aufbringen einer Axialbelastung.

Fig.3 eine schematisierte Teilansicht des unteren Endes einer während der Anwendung der Axialbelastung nicht gemäß der Erfindung gehalterten Flasche nach F i g. 1 und 2,

Fig.4 eine Fig.3 entsprechende Ansicht nach Aufhebung der A^ialbelastung,

F i g. 5 und 6 schematisierte Ansichten von anderen Ausführungsformen eines Stützteils für das erfindungsgemäße Verfahren in senkrechtem Schnitt, und

Fig.7 eine schematisierte, vergrößerte Schnittansicht des oberen Endes der Flasche nach F i g. 1 und 2 während des Bedeckeins.

Die in Fig. 1 gezeigte einstückige Flasche 10 für kohlensäurehaltige Getränke ist aus einem hochdichten, flexiblen thermoplastischen Werkstoff gefertigt.

Die Ftasche IO hat eine Seitenwand f2, weiche sich aufwärts zu einer Mittelöffnung 14 zum Einfüllen und Entleeren des Inhalts verjüngt. Das die öffnung 14 umgebende Endstück 16 ist als Bund mit an der Außenseite gebildeten Gewindegängen 18 ausgeführt. Der Bund 16 der Flasche 10 kann jedoch auch für die Aufnahme verschiedenartiger Verschlüsse wie Kronenkorken, Aufreißverschlüsse oder Gewindesegmentv rschlüsse ausgebildet sein. Am unteren Ende der Flasche 10 ist die Seitenwand 12 über einen abgerundeten Übergangsbereich 20 glatt mit einem Boden 22 verbunden. Dieser weist in der Mitte einen aufwärts gewölbten Bereich 24 auf, sowie einen im wesentlichen ebenen Standring 26 zum aufrechten, ungestützten Stellen der Flasche 10 auf eine ebene Unterlage. Der Übergangsbereich 20 ist bei der Ausbildung der Flasche 10 insofern besonders kritisch, als an ihm die höchsten Belastungen beim Bedeckein der Flasche und durch den vom Inhalt 28 entwickelten Druck auftreten. Bei Erwärmung des Flascheninhalts auf Temperaturen, denen die gefüllte Flasche nach dem Verschließen etwa bei Transport und Lagerung ausgesetzt sein kann, im allgemeinen also Temperaturen im Bereich zwischen 280 und 366 K, können je nach dem Kohlensäuregehalt Drücke von 1,06 bis 10,6 Bar auftreten. Zum Verbrauch wird das Getränk jedoch gewöhnlich gemäß dem Geschmack des Verbrauchers wieder auf etwa 273 K abgekühlt.

Im Bereich des Übergangs 20 hai die Flasche 10 eine relativ geringe Wandstärke 78 von etwa 0,25 bis 0,89 mm. Das Material des Übergangsbereichs 20 ist durch Strecken in Richtung der Achse 62 während der Formung und gleichzeitig oder anschließend vorgenommenes Strecken in Radialrichtung senkrecht zur Achse 62 molekular orientiert. Die mit dem Deckel 32 dicht verschlossene Flasche 10 vermag zwar auch ohne molekulare Orientierung den Inhalt 28 sicher aufzunehmen, die Widerstandsfähigkeit der Flasche gegen Stoß und Schlag ist jedoch durch die Orientierung des Materials im Übergangsbereich 20 beträchtlich erhöht. Der molekular orientierte Werkstoff vermag unter Einwirkung kritischer Belastungen etwa in Form von Schlagen nachzugeben, während bei einem nicht orientierten Werkstoff unter den gleichen Bedingungen im Übergangsbereich 20 Bruchgefahr besteht.

Der Deckel 32 für die Flasche 10 hat einen ebenen Boden 34 mit einem von dessen Umfangsrand abwärts verlaufenden Mantel 36. In der dargestellten Ausführune ist der Deckel 32 aus dünnem, verformbarem Aluminiumblech und hat an der Innenseite eine Dichtung 56 aus einem gegenüber dem Flascheninhalt 28 neutralen Werkstoff (F i g. 7). In anderen Ausführungen kann der Deckel 32 auch aus anderen Werkstoffen, etwa Kunststoff, sein.

Das Füllen der Flaschen mit Getränken geschieht zwar vorzugsweise bei niedrigen Temperaturen, da dann die vorhandenen Drücke niedriger sind, zur Einsparung des Kühlaufwands kann die Temperatur des

ίο Getränks beim Abfüllen jedoch auch höher, etwa bei 295 K liegen. Zum Füllen der Flasche 10 mit dem Inhalt 28 mittels herkömmlicher Fülleinrichtungen ist die Flasche vorzugsweise in einem nachstehend beschriebenen Stützteil 30 gehalten.

Zum Verschließen oder Bedeckein der Flasche 10 wird der zylindrische Deckel 32 automatisch oder von Hand lose auf den Flaschenhals aufgesetzt, so daß der Boden 34 die Öffnung 14 überdeckt und sich der Mantel 36 über die Gewindegänge 18 am Bund 16 hinweg erstreckt. Gemäß der Erfindung wird die Flasche vor dem in F i g. 2 dargestellten Aufbringen der Axialkraft durch die Bedeckelungsvorrichtung 48 in ein flaches Stützteil 30 eingesetzt. Anderenfalls kann das Stützteil 30 auch von unten her in eine das untere Teil der Flasche

2) 10 umgebende Stellung gebracht werden, während die Flasche 10 mitte's (nicht gezeigter) Halteeinrichtungen festgehalten wird. Dieses In-Stellung-Bringen geschieht beispielsweise gemäß der Darstellung in F i g. 6 mittels einer in einem herkömmlichen sirömungsmittelgespei-

'(I sten Zylinder 40 gleitenden Kolbenstange 38, welche an ihrem freien Ende einen Teller 42 mit einem entlang dem Umfang verlaufenden, aufrechtstehenden Rand 43 trägt. In der bevorzugten Ausführungsform nach F i g. 2 hat das Stützteil 30 eine nach oben offene Ausnehmung

j> 44. deren seitliche Wand 46 in einem oder mehreren dem Radius bzw. den Radien R des Übergangsbereichs 20 der Flasche 10 entsprechenden Radius bzw. Radien gekrümmt verläuft und somit der Form der Außenfläche im Übergangsbereich genau angepaßt ist. Bei zweckmä-

■»0 ßigen Ausführungen von dünnwandigen Flaschen aus flexiblen thermoplastischen Werkstoffen beträgt R vorzugsweise zwischen 0,32 und 1,78 cm (F ig. 1).

Die oberhalb der Flasche 10 mit dem aufgesetzten Deckel 32 angeordnete Bedeckelungsvorrichtung 48

η weist einen Druckstempel 52 auf. Dieser hat in der Unterseite eine der Flasche zugewandte Ausnehmung, deren Seitenwand 54 gleich dem Außendurchmesser des Bundes 16 zuzüglich des Mantels 36 des Deckels 32 und, sofern sich die Dichtung 56 abwärts über einen Teil des Mantels 36 erstreckt, zuzüglich der Dichtung 56 ist. Unterhalb des Druckstempels 52 ist seitlich des Deckels 32 und des Bundes 16 eine Rolle 58 elastisch an einer Feder 60 od. dgl. aufgehängt.

Die Bedeckelungsvorrichtung 48 wird nun unter einem Axialdruck von etwa 745 bis 3730 N auf die den Deckel lose tragende Flasche aufgesetzt, um das Metall des Deckels und gegebenenfalls die Dichtung um den die Öffnung 14 umgebenden oberen Außenrand der Flaschenwandung herum zu verformen und in reibungs-

M) schlüssige, abdichtende Anlage daran zu bringen. Diese ziemlich hohe Axialbelastung ist für die Verformung notwendig. Auf diese Weise befindet sich nun ein ringförmiger Streifen 64 des Bodens 34 des Deckels 32 in dichtender Anlage an der Stirnfläche 50 der Flasche

to und an dem mit der Stirnfläche 50 in einem Winkel zusammenstoßenden oberen Ende der Seitenwand, sofern nicht, wie in der dargestellten Ausführungsform, die Abdichtung zwischen der Stirnfläche 50 und einem

ringförmigen Streifen der im Deckel 32 vorhandenen Dichtung 56 hergestellt ist. Die belastete Stellung ist durch die gestrichelt gezeichnete Bedeckelungsvorrichtung 48 in F i g. 2 und im einzelnen in F i g. 7 dargestellt. Solange die Axialbelastung mittels das Stützteil 30 von unten her oder den Druckstempel 52 von oben her belastender Einrichtungen aufrechterhalten wird, werden federnd aufgehängte Rollen wie die in Fig. 7 gezeigte Rolle 58 radial einwärts gegen den dünnwandigen Mantel 36 des Deckels 32 bewegt, um diesen einwärts in Anlage bzw. in Eingriff mit den Gewindegängen 18 am Bund 16 zu verformen. Der dichte und reibungsschlüssige Eingriff zwischen den Gewindegängen 18 und den gegenüberliegenden Flächenteilen des Mantels sichert den Deckel gegen den nach Aufhebung der axialen Belastung und nachfolgendem Temperaturanstieg des Getränks durch Freiwerden der Kohlensäure entstehenden Innendruck. Zur Verformung des Mantels 36 wird die Flasche 10 gedreht oder die Rollen 58 werden um sie herumbewegt, so daß die Mantelwand überall in Eingriff mit den Gewindegängen am Flaschenhals gebracht wird. Vorzugsweise wird mittels der Rolle(n) 58 auch der freie Rand 65 des Mantels 36 unter einer Stufe 66 am unteren Ende des Bundes 16 umgebördelt, um damit die Flasche fälschungssicher zu verschließen. Zu diesem Zweck kann auch eine besondere Rolle vorgesehen sein.

In der in Fig. 1 gezeigten Stellung ist die relativ dünne, molekular orientierte, verformbare Wand 78 des Übergangsbereichs 20 in Umfangsrichtung vom Stützteil 30 umgeben und dadurch an einer Auswärtsverformung während der Anwendung des axialen Druckes zu Bcdcckcln gehindert. Nach der Verformung des Deckelmantels in Eingriff mit dem Halsbund der Flasche werden der Driickstempel und die Flasche voneinander getrennt, worauf die dicht verschlossene Flasche vom Stützteil 30 abgenommen werden kann.

F i g. 3 zeigt die Verformung des Übergangsbereichs gegenüber dem Rest des unteren Teils einer Flasche 10 unter der zum Bedeckein angewendeten axialen Belastung, wenn der Übergangsbereich nicht von einem Stützteil an Auswärtsverl'ormung gehindert ist, sondern die Flasche einfach auf einer ebenen Unterlage 74 steht Man erkennt, daß der Eiereich 68 im wesentlicher aufgrund der weit ausholenden Krümmung des Übergangsbereichs 20 sehr beträchtlich auswärts verformi ist. In der Darstellung ist diese Verformung durch der Unterschied der Durchmesser am zylindrischen Teil der Flssche und em Ubcr^engsbcreich besonders hervorgehoben. Die Zunahme des: Durchmessers bewirkt ar einem Punkt 72 eine Art Scharniereffekt, unter welchem die Wand bei Belastung in sich zusammensinkt. Sofern die in F i g. 3 gezeigte Flasche nicht unter den zum Bedeckein angewendeten Kräften zerreißt, wie dies jedoch zumeist der Fall ist, behält sie nach Aufhebung dieser Kraft wahrscheinlich eine der Verformung unter Belastung ähnliche bleibende Verformung, wie durch den WuIt 76 in Fig.4 dargestellt. Der Wulst 76 bildei einen Bereich hoher Spannungskonzentration und beeinträchtigt außerdem das Aussehen der Flasche in ihrem unteren Teil. In einer anderen, in Fig. ί dargestellten Ausführungsform kann das Stützteil 3C gemäß der Erfindung aus zwei oder mehr einander ergänzenden Teilen 78a, 78b gebildet sein, welche in Richtung der Pfeile 82 aufeinander zu bewegt werden bis sie an den Außenflächen des unteren Teils dei Flasche in Anlage kommen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Bedeckein einer dünnwandigen, flexiblen Flasche aus thermoplastischem Kunststoff für unter Druck stehende Getränke, wobei die Flasche einen nach außen gewölbten Übergang zwischen Flaschenwand und Flaschenboden mit einer Wandstärke zwischen 0,25 und 0,9 mm autweist und gegen die auf die Flasche ausgeübte Axialkraft an ihrer Unterseite abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flasche zum Verhindern von unzulässigen Verformungen beim Aufbringen der Axialkraft im Bereich des Überganges zusätzlich radial abgestützt wird.

2. Vorrichtung zum Bedeckein einer dünnwandigen, flexiblen Flasche aus thermoplastischem Kunststoff für unter Druck stehende Getränke, wobei die Flasche einen nach außen gewölbten Übergang zwischen Flaschenwand und Flaschenboden mit einer Wandstärke zwischen 0,25 und 0,9 mm aufweist, mit einem die Flasche an ihrer Unterseite axial abstützenden Tellers zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teller (42) mit einem nach oben gezogenen, am Übergang der Flaschenwand in den Flaschenboden anliegenden Rand (46) versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (30; 78A 78tydes Tellers (42) komplementär zur Außenseite des Übergangsbereichs (20) geformt ist.