DE2352738A1

DE2352738A1 - Durch blasformen gebildeter kunststoffbehaelter

Info

Publication number: DE2352738A1
Application number: DE19732352738
Authority: DE
Inventors: Domas Adomaitis
Original assignee: Continental Can Co Inc
Current assignee: Continental Can Co Inc
Priority date: 1973-02-26
Filing date: 1973-10-20
Publication date: 1974-09-12
Also published as: JPS49117188A; AU6136773A; CA993814A; FR2219077B1; SE396931B; GB1406958A; US3871541A; FR2219077A1

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG .. MÜNCHEN

Continental Οεη Cor/p-an^, inc. ₃ 633 T.ird iivenuej Lev; Io rk ±7. V..'l'./HcIA

Durc?i blasformen, gebildeter V'ur.ntstoff ^ eileiter ■■

Die Erf indung betrifft einen clurcli Blas formen gebildeten löinststoffbehälter., insbesondere flasche für Kohlensäure enthaltende Getränke, mit in wesentlichen zylindrischer Rumpfwand und einer Bodenausbildung mit domfor-mig gevrölbtem Teil.

Durch Blasformen gebildete Kunststoffbehälter sind aus der US-PS 3 598 270 bekannt. Die darin gezeigte Ausbildung.ist vom Punktionellen her gesehen befriedigend. Es wurds jedoch festgestellt, daß diese Ausführung für die Herstellung zu teuer ist, da besonders teure Formen dafür notwendig sind. Außerdem steht bei dieser Ausführung der Boden lediglich unter Zugbelastung, was eine tiefe Rippenausbildung erfordert sowie die Anwendung von überschüssigem Material im erheblichen Umfange notwendig" macht. Dadurch erhält man im bekannten Falle eine starre Ausbildung mit tiefen Nuten in der Seitenwand im Bereich des Bodens.

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¥ie im Stand der Technik bekannt ist, ist die Nachbildung von Ciasflaschen in Kunststoff nicht ohne weiteres möglich, da Kunststoff, der aus ökonomischen Gründen für solche Flaschen geeignet ist, der Verformung sowie Kriechvorgängen unterliegt, insbesondere :ienn er Temperaturen bis zu etwa 49 bis 6o C unterworfen wird, welche Temperaturen z.B. beim Pasteurisieren oder an heißen Sommertagen in geschlossenen Fahrzeugen oder dgl. auftreten. Derartige Kunststoffflaschen müssen Drücken von 2,8 bis über 7 kg;/cm standhalten. Wie zuvor bemerkt, ist der Dodenbereich der Flasche normalerweise der schwächste Teil, und zwar als Folge der Herstellungstechnik. Lediglich eine Verdickung der Wände dieses Abschnittes führt zu keiner Lösung der aufgezählten Probleme, insbesondere da Kunststoffflaschen in der Regel ein Substitut bezüglich Form und Fassungsvermögen für häufig gebrauchte Glasflaschen sein muß. Es ist daher in den meisten Fällen notwendig, im wesentlichen die gleiche Größe vorzusehen, und zwar nicht nur, um die gleiche Menge an Füllgut darzubieten, sondern auch um eine Handhabung durch die üblichen Einrichtungen und Maschinen zu ermöglichen.

Darüber hinaus nuß eine solche Flasche auch vom ästhetischen Standpunkt aus gefällig für den Benutzer sein und außerdem auch vom funktionellen Zustand befriedigen.

Die Ausbeulung von unter. Druck stehenden Plastikbehältern ist damit ein sehr ernstes Problem. Derartige Behälter neigen

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zurr. VJaekeln oder' verlieren vollstä.ndif: i \r - Ctandverrö./en und kippen um. Aufgrund des Ausbeulens des r,oderJ:ereicbos niiaat auch das Volumen des Behälters zu, vrobei die Füllhöhe innerhalb des Behälters auf einen nicht■ n.-ehr tolerier!:aren Stand abfällt.

Es ist seit langem bekannt, daß der festeste Druckkessel ein solcher mit Kugelform ist. Sein ausgezeichnetes funktionelles Verhalten basiert im wesentlichen auf einer gleichförmigen Verteilung der Kräfte und Srannun^en. .hierbei handelt es sich im Falle von einen» Innendruck um _Zugspannungen W-& iw Falle von äußerem Überdruck um Druckspannungen. Da Kugelbehälter oder solche mit halbkugelförr:.if..eiu roden besondere St an Ct-. elemente oder Füße erfordern₃ sind sie für die Anwendung; für Getränkeflaschen nicht praktikabel.

Der Halbkugel form komnt am nächsten die domf crmige Ausbildung eines Bod.ens. Hierbei handelt es sich praktisch um eine umgekehrte Halbkugelschale, einen Konus oder eine zwischen diesen beiden BOrmen liegende Gestalt. Unter Druck neigen jedoch domförmig ausgebildete Böden ebenfalls zum Ausbeulen. Trotz der Starrheit der Böden verliert ein domförmiger Böden einen Teil seiner Tiefe, während der Grunddurchmesser abnimmt, rfach diesen Veränderungen wir el· die Flasche ebenfalls größer und verliert ihre· .Stabilität.

Der gewöhnliche Weg zur. Lösung dieses Problems besteht darin,

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den Bodenbereich mit dickeren Wenden auszubilden.

Es ist Aufg8.be der Erfindung, einen durch Blasformen gebildeten Kunststoffbehälter der in Frage stehenden Art, insbesondere e5.ne Flasche für Kohlensäure enthaltende Getränke so weiterzubilden, daß die Ivand.bereiche am Bodenende des Behälters nur an solchen Stellen verstärkt werden, die für eine höhere Festigkeit und Formhaltigkeit der Böden beitragen, ohne daß dadurch die Herstellung komplizierter und teurer wird und ohne daß der Behälter nennenswert von der üblichen Behälterform abweicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der domförniige Teil in einer kreisförmigen Bodenkante endet, daß ein halbtorusförmiger Randabschnitt den zentralen Bereich umgibt, vom Behälter aus konvex nach unten'gekrümmt ist und einen äußeren Randbereich, der in die zylindrische Rumpfwand mündet und einen inneren Randbereich aufweist, der in den zentralen Bereich an der kreisförmigen Bodenkante mündet, und daß mehrere flache Rippen mit in Querrichtung gekrümmter Gestalt mit dazwischenliegenden Fußabschnittten in dem Randbereich angeordnet sind, wobei jede Rippe relativ dicke innen^- liegende zentrale Bereiche soxtfie Seitenbereiche aufweist, deren Wanddicke fortschreitend nach außen dünner wird und in den zugehörigen Fußabschnitt einlaufen.

Bei Untersuchungen der Gründe dafür, daß ein domförmiger Boden

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ausbeult und der Boden instabil wird, wurden die Kräfte und Spannungen, die an dem Boden bei Gebrauch des Behälters auftreten, analysiert. Die äußeren Drücke auf einem Konus oder auf eine Halbkugel können die flöhe dieser Ausbildung nicht verändern, es sei denn, daß die Kompressionsfestigkeit der Wand vergrößert und die UäncLe unter Druckspannung gesetzt b zw, der Durehmes s er und der Unfang de s GrundteiIs vergröße rt werden.

An dem untersten ¥a.ndbereich des deinförmigen Bodens befindet sich ein Bereich, wo die Druckspannungen überziehen in Biege · oder Zugspannungen. Dieser kritische Bereich liegt für gewöhnlich an den; Bodenrand oder angrenzend an dem Bodenabschnitt. Da Plastikmaterial an schwächsten gegenüber Zugspannung ist, werden die kritischen Zugspannungen in diesem Bereich zuerst erreicht. Als nächstes werden die kritischen Biegespannungen erreicht, und zwar bevor die kritischen Druckspannungen erwartet werden können. Henn man sich dies vor Augen hält, kann der Mechanismus des Ausbiegens des Bodens, das sich für gewöhnlich durch eine verminderte Domhöhe und einen verminderten Basisdurchmesser auszeichnet, beschrieben werden.

Der domförmige Boden ist solange ausreichend fest und/oder an solchen Stellen, an denen nur Druckspannungen oder Kompressionsspannungen vorliegen. In den Bereichen jedoch, in denen der Dom übergeht in die Bodenkante treten die am meisten schäd-

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lichen Zugspannungen auf. Wenn diese Spannungen kritisch werden, gibt der in Frage stehende Bereich nach und dehnt sich. aus. Dadurch werden Biegespannungen wirksam mit der Folge einer teilweisen Rückformung oder Umkehrung der domföradgeη Gestalt. Die Tiefe des Konus oder des domförmigen Bereiches kann nur abnehmen, wenn der Grunddurchmesser und der Umfang des Domes an diesen Stellen sich dehnt, um ein Ausbiegen des unteren Bereiches des Domes nach außen zu ermöglichen.

Von den obigen Peststellungen konnte geschlossen werden, daß zur Verbesserung, des Verhaltens eines domförmigen Bodens eine Verstärkung des kritischen Basisbereiches notwendig ist. Eine solche Verstärkung wird mit der oben wiedergegebenen Lehre gemäß der Erfindung wirksam erzielt. Insbesondere wird mit dieser Lehre erreicht, daß ein Ausbeulen des domförmigen Bereiches ausgeschaltet wird., und zwar durch gezielte Verstärkung des Bodenrandes im Basisbereich, und zwar in der Weise, daß der domförmige Boden nur Kompressionsspannungen unterworfen wird, daß die Zug- und Biegespannungen im Basisbereich des domförmigen Teiles ausgeschaltet oder begrenzt werden und daß dabei überschüssiges Material am domförmigen Bereich vermieden wird, so daß der Kunststoffbehälter wesentlich ökonomischer hergestellt werden kann.

Aus diesen Gründen eignet sich die Erfindung insbesondere zur Herstellung einer Kunststoffflas ehe zur Verwendung von mit

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Kohlensäure versetzten Getränken.

Es wird noch einmal darauf hingewiesen, daß das Wesen der

Erfindung darin besteht, den Bodenbereich so auszubilden, daß bestimmte Abschnitte dieses Bereiches unter Kompressionsspannung und andere Bereiche in Biegespannung versetzt werden, und zwar in· einer einheitlichen' Konstruktion, bei der ein Minimum an Material notwendig-ist und dennoch ein stabiles Produkt erhalten wird, welches vom ästhetischen Standpunkt her akzeptabel und -gefällig; ist und welches auf einfache Weise durch Blasformen oder Injektionsblasformen hergestellt werden kann.

Dabei besteht der generelle Aufbau in einem domförmigen zentralen Bereich, einem diesen zentralen Bereich umgebenden Randbereich, der auf .der einen Seite in den domförmigen Bereich übergeht und auf der anderen Seite- in die Umfangswand einmündet, und der mit einer Mehrzahl von Rippen ausgebildet ist, die von der Verbindungsstelle des Randabschnittes mit dem Domabschnitt ausgehen und über die Verbindungsstelle des Randbereiches mit der Umfangswand hinausragen.

Vorteilhafterweise ist die Anordnung so getroffen, daß der domförmige Teil für Druckbelastungen oder Kompressionsbelastungen und die Rippen für Biegebeanspruchung ausgebildet und angeordnet sind.

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Die Rippen können eine maximale Breite in: Verbindungsbereich zwischen dem Randbereich und der Seitenwand aufweisen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Kunststoffflasche gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Bodenansicht der Flasche nach Fig. 1 im größeren Maßstab,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 3-3 der Fig.l,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Boden entlang der Schnittlinie h~h der Fig. 2 und

Fig. 5 einen Teilschnitt im größeren Maßstab entlang der Schnittlinie 5~5 der Fig. 1.

Die in den Figuren gezeigte Kunststoffflasche 2 ist geeignet für die Verpackung von mit Kohlensäure versetzten Getränken. Das verwendete Material kann ein auf dem Markt unter dem Warenzeichen DuPont NR-16 oder "Barex 210" bekanntes oder irgendein anderes hierfür geeignetes Material sein. Obwohl die Verwendung als Getränkeflasche das Hauptanwendungagebiet der Erfindung charakterisiert, kann diese auch für andere Behälter verwendet werden.

Die Flasche umfaßt einen oberen Hälsbereich 5, der in einen

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Rumpfbereich übergeht, der einen Seitenwandabschnittk umfaßt mit einem unteren Ende 5 von etwa zylindrischer Gestalt. Die untere Kante des zylindrischen Abschnittes geht in eine Bodenkonstruktion 7 über, die sich im wesentlichen quer zur Achse der Flasche erstreckt.

Der Bodenbereich umfaßt einen zentralen domförmigen Abschnitt 8, der durchs eine obere konvexe Seite 9 im Inneren des Behälters und eine konkave untere Seite 10 begrenzt xfi

Der Domabschnitt 8 läuft an seiner unteren Kante in den inneren Kantenbereich eines Randabschnittes 11 ein, der in Form eines Halbtorus vorliegt. Die äußere Kante dieses Randabschnittes 11 geht über in den unteren Abschnitt des zylindrischen Wandbereiches 5·

Der Randbereich ist allgemein U-förmig im Querschnitt und weist eine konkave innere Seite 12 und eine konvexe äußere oder Bodenseite 13 auf.

Eine Reihe von gleichförmig im Abstand angeordneten Rippen oder Verstärkungselementen 1*1,14 mit dazwischenlxegenden Fußabschnitten 15s15 sind in dem Randbereich vorgesehen.

Jede Rippe lH ist quer zu ihrem Verlauf im wesentlichen U-förmig ausgebildet und weist Flanken 16 auf, deren Wanddicke nach innen zu zunimmt. Die Flanken laufen in einen

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Rückenabschnitt 17 von relativ großer Dicke ein. Die Fußkanten l8,lO der Rippen divergieren geringfügig radial nach außen und bilden die Ränder einer durch die Rippe begrenzten Nut 19.

Die inneren und äußeren Enden 20' und 21 dieser Hüten konvergieren an ihren Enden und laufen flach aus und tauchen ein in die domförmige Wand bzw. die Umfangswand.

Es wird bemerkt, daß die Rippen ihre größte Weite, gemessen in Umfangsrichtung; des Behälters, bei 22, d.h. an der Ecke 23, aufweisen, die an der Verbindungsstelle zwischen Boden und Umfangsxvanö. des Behälters gebildet wird.

Auf diese Weise wird Festigkeit an den kritischen Bereichen vorgesehen, ^reiche Festigkeit Biegemomenten entgegenwirkt, die durch die Eoinpressionsbelastung des domförmigen Bereiches entstehen.

Die Rippen sind in Richtung auf das Innere des Behälters kon*- vex und haben konkave Bodenflächen, welche die Nuten 19 begrenzen.

Jeder Fußabschnitt 15 weist einen flachen Basisabschnitt 25 auf, der sich seitlich erstreckt, d.h. in Umfangs richtung, zu den Seitenrippen des Behälters und zu den benachbarten Rippenkonstruktionen. Sie tauchen in diese mit nach innen gewendeten

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abgerundeten Flächen ein. Im Längsschnitt, d.h. in radialer Richtung des Behälters, weisen-die Fußabschnitte U-förmige konvex nach außen gerichtete Gestalt auf und liefern bzw. bieten dar die flachen Abschnitte 25, Vielehe gemeinsam die Standfläche der Flasche bilden.

Die beschriebene Konstruktion .wurde bei einer Temperatur von etwa 60°C getestet, und zwar für die Dauer von 2 Stunden, ohne daß Verformungen oder dgl. Beeinträchtigungen festgestellt werden konnten.

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Claims

Patentansprüche

1.)Durch Blasformen gebildete Kunststoffbehälter, insbesondere Flasche für Kohlensäure enthaltende Getränke, mit im wesentlichen zylindrischer Rumpf;-;and und einer Bodenausbildung mit domförniif, gewölbter, zentralem Bereich, dadurch gekennzeichnet, daß der doraförmige Teil (8) in einem kreisförmigen Bodenkantenbereich endet, daß ein halbtorusförmiger Randabschnitt den zentralen Bereich (8) umgibt, vom Behälter aus konvex nach unten gekrümmt ist und einen äußeren Randbereich, der in die zylindrische . Rurnpfwand (5) mündet und einen inneren Randbereich aufweist, der in den zentralen Bereich (8) an der kreisförmigen Bodenkante mündet, und daß mehrere flache Rippen (1*0 mit in Querrichtung gekrümmter Gestalt zusammen mit dazwischenliegenden Fußabschnitten(15,15) in dem Randbereich angeordnet sind, wobei jede Rippe relativ dicke innenliegende zentrale Bereiche (17) und Seitenbereiche oder Flankenbereiche (16,16) aufweist, deren Wandstärke fortschreitend nach außen dünner wird und in den zugehörigen Pußabschnitten (15,15) einlaufen.

2. Kunststoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der domförmige Teil (8) für Druckbelastungen und die Rippen für Biegebeanspruchung ausgebildet und angeordnet sind.

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3. Kunststoffbehälter nach Anspruch 1 oder 2_S dadurch ge k e η η ζ e i chne t, daß die Rippen eine maximale Weite im Bereich ö.er Verbindungsstelle des Kantenbereiches mit der Seitenwand aufweisen und enger und flacher an den äußeren und inneren Enden herden.

4. Kunststoffbehälter nach Anspruchs oder 3, da durch gekennzei c h η e t, daß die Fußabschnitte (15) schmale innere Abschnitte aufgleisen und von den inneren Bereichen aus zu relativ xfeiten äußeren Bereichen in Höhe der Verbindungsstelle mit den Seitenwänden breiter werden.

5. Kunststoffbehälter nach Anspruch 1 bis 4₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenausbildung eine diametral verlaufende Kant aufweist , die in der Mitte von diametral angeordneten Rippenabschnitten verläuft.

6. Kunststoffbehälter aus Polyäthylen oder dgl. Kunststoffmaterial mit einem unteren zylindrischen Rumpfabschnitt und einem einstückig angeformt en Bodenabschnitt, vjelche einen nach innen konvex gekrümmten zentralen Abschnitt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein in entgegengesetzter Richtung gekrümmter Kantenbereich zxirischen dem konvexen zentralen Abschnitt und dem Rumpfabschnitt vorgesehen ist, der bereichsweise bis unter die tiefste Kante des zentralen Bereiches ragt und daß eine Mehrzahl von Verstärkungselementen integral in dem

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Randbereich ausgeformt ist, welche Verstarkungselemente sich radial erstrecken und innere Enden aufweisen, die in den zentralen Bereich einmünden und von dort nach außen auslaufen, und zwar über öle Verbindungsstelle der Bodenkonstruktion mit der unteren Rumpfwand hinaus, wobei sie sich in ümfangsrichtung; verengen und in die- Seitenwand flach auslaufen.

7- Kunststoffbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzei cn net, daß die Verstarkungselemente (I¹O eine Ilehrzahl von Fußabschnitten (15) zwischen sich begrenzen, welche x«reite Umfangsbereiche nahe der Rumpfxfand (5) und engere innere Eridabschnitte am zentralen Bereich (8) aufweisen.

8. Kunststoffbehälter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzei c Ii net, daß die Verstärkungselemente (14) seitliche Seitenabschnitte (16) aufweisen, die relativ dünne Wandstärke im Übergangsbereich zu den zugehörigen Fußabschnitten, deren Seitenbegrenzung sie bilden, besitzen, deren Wandstärke in axialer Richtung zum Inneren des Behälters fortschreitend zunimmt und die in einen relativ dickeren gekrümmten inneren Kammabschnitt (17) münden.

9. Kunststoffbehälter nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzei c h η e t, daß die Verstärkungselemente

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an ihren Enden in den Rumpf ab schnitt (5) bzw. den zentralen Bereich (8) eintauchen.

10. Kunststoffbehälter nach Anspruch 8 oder" "9, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die "»Fuß ab schnitte (15) in einem radialen Schnitt im we sent lichen". U-förmig, ausgebildet sind.

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