DE2717294A1

DE2717294A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln von behaeltern aus hart- kunststoff

Info

Publication number: DE2717294A1
Application number: DE19772717294
Authority: DE
Inventors: Erling Ingvar Nilsson
Original assignee: Tetra Pak Rausing and Co KG
Current assignee: Tetra Pak GmbH and Co
Priority date: 1976-04-20
Filing date: 1977-04-19
Publication date: 1977-11-03
Also published as: FR2348802B1; US4158692A; CA1101173A; NL7704328A; CH618626A5; AU2441277A; DE2717294C3; SE404669B; FR2348802A1; DE2717294B2; JPS52127976A; AU511918B2; SE7604510L; GB1573534A; IT1076702B

Description

TETRA PAK RAUSING & Co. KG

Hochheim/Main Postfach 1167

Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Behältern aus Hart-Kunststoff

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Behandeln von im wesentlichen flaschenförmigen Behältern aus Hart-Kunststoff, insbesondere PVC oder Kunststoff auf Acrylnitrilbasis, zwecks Erhöhung der mechanischen Spannungsfestigkeit der Behältermündung beim Verschließen des Behälters .

Es ist bekannt, daß flaschenartige Einwegbehälter, z. B. für flüssige Nahrungsmittel, aus verschiedenen Kunststoffen, z. B. Polyvinylchlorid (PVC) oder Kunststoffen auf Acryl-

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nitrilbasis, hergestellt werden. Diese und ähnliche Kunststoffe sind für Behälter geeignet, da sie in relativ einfacher Weise durch Tiefziehen einer Kunststoffbahn zur erwünschten Form warmformbar sind. Diese Hart-Kunststoffe ergeben fertige Behälter der erwünschten Härte und Festigkeit.

Ein bekannter Behälter bzw. eine Flasche dieser Art, die in großem Umfang für unter Druck stehende Flüssigkeiten, z. B. Bier, verwendet wird, wird aus einer Kunststoffbahn auf Acrylnitrilbasis gefertigt. Aus der auf Erweichungstemperatur erwärmten Kunststoffbahn werden zwei Hälften ausgestanzt und geformt, und zwar ein im wesentlichen konischer Oberteil, der eine Gießöffnung aufweist, und ein im wesentlichen zylindrischer unterer Behälterteil mit einem halbkugeligen Grund. Nach dem Formen werden die Hälften miteinander verbunden, und der im wesentlichen zylindrische Unterteil erhält einen ihn umgebenden Mantel aus Papier, der nicht nur die Flasche verstärkt, sondern auch als Schmuckoberfläche dient und eine Standfläche bildet, auf der die Flasche fest aufsteht.

Die Fertigung von derartigen Behältern oder Flaschen erfolgt an einem zentralen Ort, an dem Behälter in großen Stückzahlen gefertigt und später an Brauereien geliefert werden, wo sie mit Bier gefüllt und verschlossen werden. Das Verschließen erfolgt, indem ein aus relativ weichem Kunststoff gefertigter Deckel in die Mündungsöffnung gedrückt wird. Das Eindrücken des Deckels erfolgt mit hoher Geschwindigkeit, und es wurde festgestellt, daß die im Bereich der Mündungsöffnung einwirkenden starken Belastun-

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gen häufig Rißbildungen zur Folge haben. Diese Risse sind zwar sehr fein, da jedoch der Druck in einem mit Bier gefüllten Behälter ziemlich hoch ist, haben selbst kleine bzw. feine Risse Undichtigkeiten zur Folge. Die Rißbildung ist besonders häufig, wenn die Flaschen während des Füllens niedrige Temperatur haben; dies ist oft der Fall, da die Flaschen vor dem Füllen meist kühl oder im Freien gelagert werden und somit im wesentlichen Außentemperatur haben. Selbst wenn sie jedoch innerhalb eines Gebäudes gelagert sind, werden sie beim Füllen mit Bier stark abgekühlt, und das Füllen erfolgt unmittelbar vor dem Verschließen der Flaschen, da Bier bei niedriger Temperatur von ca. 4 ⁰C abgefüllt werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Behandeln von flaschenförmigen Behältern derart, daß Rißbildungen beim Verschließen nicht auftreten, wobei weder die Produktionsrate noch die Güte des Behälterinhalts vermindert werden sollen.

Das Verfahren zum Behandeln von im wesentlichen flaschenartigen Behältern aus Hart-Kunststoff, insbesondere PVC oder Kunststoff auf Acrylnitrilbasis, zwecks Erhöhung der mechanischen Spannungsfestigkeit der Behältermündung beim Verschließen ist dadurch gekennzeichnet, daß nach dem eigentlichen Formungsschritt der Mündungsbereich einer mechanischen Behandlung zum Ausrichten der Kunststoffmoleküle unterzogen wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß Elemente zum

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Festlegen eines Behälters mit der Mündungsöffnung einem Dorn unmittelbar gegenüberliegend vorgesehen sind und daß der Dorn in die Mündungsöffnung axial bewegbar ist, im wesentlichen zylindrische Form mit größerem Durchmesser als die Mündungsöffnung und ein sich verjüngendes Vorderende hat.

Weitere Merkmale des Verfahrens und der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen bekannten Behälter;

Fig. 2 einen Schnitt durch den oberen Teil des Behälters nach Fig. 1; und

Fig. 3 einen Schnitt durch den oberen Teil des

Behälters nach Fig. 1 vor dem Aufsetzen des Deckels in Verbindung mit der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Behälter bzw. eine Flasche bekannter Art. Der Behälter hat einen im wesentlichen konischen oberen Teil 1, der aus einem Hart-Kunststoff auf Acrylnitrilbasis gefertigt ist. Der obere Teil 1 ist dicht mit einem unteren, im wesentlichen zylindrischen Behälterteil 2 aus dem gleichen Werkstoff verbunden. Der untere Teil 2 ist an seinem Unterende mittels eines einstückigen halbkugeligen Bodenteils 3

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abgeschlossen. Der zylindrische Behälterteil 2 sowie der Eodenteil 3 sind von einem zylindrischen Mantel 4 aus Papier umschlossen, der sich gering unter den halbkugeligen Bodenteil 3 des zylindrischen Behälterteils 2 erstreckt und eine Standfläche für die Flasche bildet. Eine am oberen Ende der Flasche ausgebildete Mündung ist mittels eines Deckels 5 aus relativ weichem Kunststoff verschlossen.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der obere Teil 1 an seinem Oberende einen Mündungsbereich 6 aufweist, in dem ein nach innen geflanschter Hals 7 des oberen Flaschenteils eine Mündungsöffnung 8 (vgl. Fig. 3) umgrenzt. Der Deckel 5 ist auf die Mündungsöffnung 8 aufgesetzt. Der Deckel hat einen länglichen, im wesentlichen zylindrischen Abschnitt 9, der am unteren Ende des Deckels von einem Flansch 10 begrenzt ist, der eine konische Eintrittsfläche aufweist. Der Flansch 10 liegt am Unterende des nach innen geflanschten Halses 7 an und hält dadurch den Deckel in der Mündungsöffnung.

Wenn die Flasche nach dem Füllen mit dem erwünschten Inhalt, z. B. mit Bier, einen Deckel erhalten soll, wird sie in einer Flaschenverschließmaschine in solcher Stellung angeordnet, daß die Mündungsöffnung gerade unter einem Dorn liegt, der an seinem Unterende einen Deckel 5 trägt. Während des Verschließens wird der Dorn relativ schnell nach unten in Richtung der Mündungsöffnung bewegt, und der Flansch des Deckels 5 wird dabei nach unten in die Mündungsöffnung 8 gedrückt. Die Einführung des Deckels in die Mündungsöffnung wird durch die Abrundung der Ränder der Mündungs-

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öffnung sowie dadurch erleichtert, daß der Flansch 10 an seinem Unterende eine konische Eintrittsfläche hat. Da der Deckel aus relativ weichem Werkstoff besteht, ist er zusammendrückbar, so daß er unter einer gewissen Ausweitung des Halses 7 der Mündungsöffnung 8 in diese eintreten kann; wenn der Deckel 5 die Lage nach Fig. 2 erreicht hat, dehnt er sich wieder aus.

Aufgrund der hohen Geschwindigkeit und großen Kraft, mit der der Deckel 5 aufgesetzt wird, entstehen bisher häufig während des Verschließens im Hals 7 der Flasche feine Risse. Dies ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, daß der Hart-Kunststoff, aus dem der Behälter besteht, stark zum Reißen neigt, wenn er in kaltem Zustand eine Verformung erfährt. Diese Reißneigung wird noch durch den Umstand verstärkt, daß infolge des Formvorgangs während der Fertigung des oberen Behälterteils 1 der Werkstoff im Mündungsbereich 6 eine axiale Molekülausrichtung erfahren hat, die eine erhöhte Gefahr von Axialrißbildungen mit sich bringt. Dieses Risiko erhöht sich weiter, wenn der Behälter stark gekühlt wird; dies ist der Fall, denn durch das Abfüllen von Bier mit einer Temperatur von ca. 4 ⁰C, das unmittelbar vor dem Verschließen stattfindet, wird die Flasche jedenfalls auf eine entsprechende Temperatur abgekühlt. Wenn die Flasche vor dem Füllen außerdem aus einem kalten Lager entnommen wurde, kann sie im Winter häufig eine Temperatur bis zu einigen Grad unter dem Gefrierpunkt aufweisen.

Es wurde festgestellt, daß bei dem Verfahren nach der Erfindung eine Rißbildung vollständig ausgeschlossen wird.

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Dies wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert. Die Figur zeigt eine Mündungsöffnung 8 mit dem nach innen geflanschten Hals 7, wo bisher besonders häufig Risse aufgetreten sind. Durch das Verfahren nach der Erfindung wird der Bereich der Mündungsöffnung, der in bezug auf Rißbildung kritisch ist, speziell mechanisch bearbeitet. Dabei wird ein Dorn 11 mit einer im wesentlichen zylindrischen Fläche 12 und einem daran angrenzenden halbkugeligen Endabschnitt 13 abwärts in die Nündungsöffnung bewegt. Der zylindrische Teil 12 des Doms 11 hat einen Durchmesser, der um 4-12 % größer als der Innendurchmesser der Mündungsöffnung 8 ist, so daß durch das Einführen des Dorns 11 in die Kündungsöffnung diese vorübergehend leicht aufgeweitet und ihr Durchmesser vergrößert wird. Das Erweitern bewirkt ein Behandeln und Dehnen des Werkstoffs im einwärts geflanschten Hals 7, so daß die Moleküle in Umfangsrichtung ausgerichtet werden; in Verbindung mit der ursprünglichen axialen Ausrichtung der Moleküle hat dies zur Folge, daß der Werkstoff im Hals biaxial ausgerichtet wird, wodurch die Kapazität des Werkstoffs, mechanischen Spannungen ohne Rißbildung standzuhalten, erheblich gesteigert wird. Diese Behandlung der Mündungsöffnung ist ein Kaltbearbeiten oder -formgeben, d. h. es erfolgt, wenn die Temperatur des Kunststoffs der Mündungsöffnung niedriger als seine Erweichungstemperatur ist. Diese Behandlung erfolgt jedoch während eines Zeitraums nach dem Formen des oberen Teils 1 der Flasche, in dem die Temperatur des Kunststoffs etwas höher als die Umgebungstemperatur, bevorzugt zwischen 25 und 75 ⁰C, ist. Das Einführen des Dorns 11 erfolgt mit relativ geringer Geschwindigkeit, und der Dorn verweilt 2-3 s in der Mündungsöffnung. Eine typische Einführgeschwindigkeit des

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Doms ist 0,2 m/s, und z. B. hat die Mündungsöffnung vor dem Bearbeitungsvorgang durch den Dorn 11 einen Durchmesser von 20 mm, der zylindrische Teil 12 des Doms 11 einen Durchmesser von 21,3 nun und die Mündungs öffnung 8 nach Herausziehen des Dorns einen Durchmesser von ca. 20,2 mm. Daraus ist ersichtlich, daß die durch den Dorn bewirkte Erweiterung der Mündungsöffnung gering (0,5-3 %_t bevorzugt 1 %) ist; entscheidend für das Verhindern der Rißbildung beim nachfolgenden Verschließen der Flasche ist die Ausrichtung der Moleküle des Kunststoffs im Hals 7.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist sehr einfach aufgebaut und kann vorteilhafterweise in die Druckprüfstation integriert sein, in der derartige Behälter nach der Fertigung einem Dichtigkeitstest unterworfen werden. Die Vorrichtung umfaßt einen axial verschiebbaren Dorn 11, wodurch dieser in den Behälter, der durch Festlegeglieder (nicht gezeigt) in seiner Lage gehalten wird, einführbar ist. Der Dorn 11 hat einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt 12 und ein sich verjüngendes Vorderende 13, das zweckmäßigerweise halbkugelig ausgebildet ist.

Wenn der Behälter nach der Fertigung einem Drucklufttest unterworfen wird, was häufig der Fall ist, kann die Vorrichtung in die Druckprüfstation integriert sein. Der Dorn 11 weist in diesem Fall einen axial verlaufenden Druckluftkanal auf, der am unteren Ende des Dorns endet. Wenn ein Behälter die Druckprüfstation erreicht, wird er in seiner Lage unter einem Dorn 11 festgelegt. Der Dorn wird in die Mündungsöffnung des Behälters eingeführt und erweitert diese, während er mit der Innenfläche des Halses 7 in engem Kon-

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takt steht. Gleichzeitig erfolgt die Druckprüfung des Behälters , indem Druckluft durch den Kanal im Dorn 11 in
den Behälter eingeführt wird. Der Druck wird während einer bestimmten Periode aufrechterhalten, dann wird eine etwa
auftretende Druckdifferenz gemessen und der Dorn 11 aus der Mündungsöffnung 8 herausgezogen. So ist das Bearbeiten des Halses 7 gleichzeitig mit dem üblichen Herstellungsprozeß
und ohne zusätzlichen Zeitaufwand durchführbar.

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Claims

Patentansprüche

t 1.)Verfahren zum Behandeln von im wesentlichen flaschenartigen Behältern aus Hart-Kunststoff, insbesondere PVC oder Kunststoff auf Acrylnitrilbasis, zwecks Erhöhung der mechanischen Spannungsfestigkeit der Behältermündung beim Verschließen,

dadurch gekennzeichnet, daß nach dem eigentlichen Pormungsschritt der Mündungsbereich einer mechanischen Behandlung zum Ausrichten der Kunststoffmoleküle unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mündungsbereich ein Dorn mit größerem Durchmesser als die Mündungsöffnung eingeführt und diese dadurch während eines vorbestimmten Zeitintervalls vor dem Verschließen des Behälters erweitert wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß Elemente zum Pestlegen eines Behälters mit der Mündungsöffnung (8) einem Dorn (11) unmittelbar gegenüberliegend vorgesehen sind und daß der Dorn (M) in die Mündungsöffnung (8) axial bewegbar ist, im wesentlichen zylindrische Form mit größerem Durchmesser als die Mündungsöffnung (8) und ein sich verjüngendes Vorderende hat.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Doms (11) um 4-12 % größer als der Innendurchmesser der Mündungsöffnung (8) ist.

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