DE3020912C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Artikels aus thermoplastischem Kunststoff, insbesondere eines Behälters oder eines Teiles eines Behälters, bei dem ein im wesentlichen ebener Rohling aus Kunststoff zur Bildung eines oder mehrerer von geschlossenen, bandförmigen, eingespannten Kunststoffabschnitten völlig umgebener Bereiche eingespannt wird, bei dem gegen jeden Bereich ein Preßstempel gedrückt wird, dessen Anlagefläche am Bereich kleiner ist als der gesamte Bereich, wodurch sich ein geschlossenes, streifenför­ miges Kunststoffgebiet zwischen den eingespannten Kunststoff­ abschnitten und dem gegen den Preßstempel anliegenden Teil des Bereiches bildet, dessen Kunststoff, der anfänglich eine Temperatur aufweist, die unterhalb der Glasumwandlungstempe­ ratur liegt, durch Ziehen gereckt wird, wobei ein Fließen im Kunststoff und eine dadurch bedingte Orientierung des Kunst­ stoffs in diesem Gebiet erfolgt.

Bei der Herstellung von Produkten aus thermoplastischen Kunststoffen geht man meistens von einem in der Hauptsache ebenen Rohling aus. Hierbei wird entweder ein Endprodukt im großen ganzen in einem Verformungsschritt ge­ formt, oder es wird ein Vorformling für späteres Umformen zum Endprodukt gebildet. Die Verformung des Rohlings erfolgt gem. gegenwärtig bekannten Methoden entweder nach dem Blasformverfahren oder nach dem Thermoformverfah­ ren. Beim Blasformverfahren erhält man in der Regel dicke Abschnitte im Bo­ den. Beim Thermoformverfahren arbeitet man entweder mit sog. negativem oder sog. positivem Thermoformen. Beim negativen Thermoformverfahren erhält man einen dünnen Boden, während man beim positiven Thermoformverfahren einen dicken Boden erhält.

Beim negativen Thermoformen wird eine warme Folie oder ein warmer Film über Hohlräume gelegt, wonach der Werkstoff des Films bzw. der Folie durch äuße­ ren Druck und inneren Unterdruck in die Hohlräume gedrückt und gesaugt wird. Dies führt mit sich, daß der Werkstoff gestreckt und dünn wird, wenn er in die jeweiligen Hohlräume eingesaugt wird. Wenn es sich bei dem Hohlraum um einen Becher handelt, erhält man einen dünngestreckten Boden und eine zuneh­ mende Wanddicke in Richtung zur Becherkante.

Beim positiven Thermoformen bildet die Becherform einen vorstehenden Körper, und der Werkstoff des Films oder der Folie wird über diesen vorstehenden Kör­ per gedrückt und gesaugt. Dies führt mit sich, daß der Werkstoff am Oberteil des vorstehenden Körpers, d. h. Boden des Bechers, dick und im großen ganzen ungestreckt verbleibt, während der Werkstoff zum Rand des Bechers hin an Dic­ ke abnimmt.

Um beim negativen Thermoformen eine ausreichende Werkstoffdicke im Bodenteil des Bechers zu erzielen, muß beim Ausgangswerkstoff eine ausreichende Dicke gewählt werden. Um beim positiven Thermoformen eine ausreichende Dicke im Randbereich des Bechers zu erzielen, was für die Stabilität des Bechers er­ forderlich ist, muß ebenfalls ein Ausgangswerkstoff in ausreichender Dicke gewählt werden. Beim negativen Thermoformen verbleiben die Werkstoffberei­ che zwischen den geformten Bechern unbeeinflußt und werden anschließend, nach Herstellung der eigentlichen Becher, abgetrennt. Beim positiven Thermo­ formen wird der Werkstoff zwischen den Bechern in Vertiefungen eingezogen und von den geformten Bechern abgetrennt. Beim positiven Thermoformen erhält man somit Becherböden von im großen ganzen gleicher Dicke wie beim Ausgangswerkstoff. Beide Formverfahren bedingen unnötig hohen Werkstoffverbrauch, was bei der Massenherstellung von Artikeln von wirtschaftlicher Bedeutung ist.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art (DE-OS 26 43 489) findet im wesentlichen ein einziger Verformungs­ schritt statt. Aus den gesamten Unterlagen der Entgegenhaltung ergibt sich auch, daß die Verformung offenbar einen nur verhältnismäßig geringen Umfang hat, das Verformen also nicht bis zur Streckgrenze erfolgt. Aus diesem Grund haben die nach dem vorbekannten Verfahren hergestellten Artikel nur eine begrenzte Formstabilität.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem Artikel mit insgesamt größerer Formstabilität hergestellt werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß ein Kunststoff mit einer Kristallinität von weniger als 10% als Ausgangsma­ terial verwendet wird, daß beim Ziehen so weit gereckt wird, daß im Kunststoff eine Kristallinität zwischen 10% und 25% erreicht wird, und daß der so gebildete Hohlkörper oder Teile desselben durch eine Anzahl wiederholter Ziehvorgänge in Axialrichtung unter gleichzeitiger Verringerung der Ausdehnung in dazu senkrechter Richtung so verlängert wird, daß die Wandstärke des gezogenen Kunststoffes im wesentlichen unver­ ändert bleibt.

Es wird also einerseits im Gegensatz zum Stand der Technik so weit gereckt, bis eine genau definierte Kristallinität er­ reicht wird. Hierin erschöpft sich aber die Erfindung nicht. Vielmehr erfolgt anschließend noch eine Anzahl wiederholter Umformungsvorgänge, bei der die Außenabmessungen des Artikels verändert werden, wobei allerdings die Wandstärke im wesentlichen unverändert bleibt. Durch dieses zunächst unnötig kompliziert erscheinende Verfahren wird in unvorhersehbarer und überraschender Weise eine größere Formstabilität als beim vorbekannten Verfahren erreicht.

Die Erfindung eignet sich vorzugsweise für die Herstellung von Artikeln aus thermoplastischen Kunststoffen, vom Typ Polyester oder Polyamid. Beispiele solcher Werkstoffe sind Polyäthylenterephthalat, Polyhexamethylen-Adipamid, Polycaprolactam, Polyhexamethylen-Sebacamid, Polyäthylen-2,6- und 1,5-Naph­ thalat, Polytetramethylen-1,2-Dioxybensoat und Copolymere von Äthylentereph­ thalat, Äthylenisophthalat und ähnlichen Polymeren. Die Beschreibung der nachstehenden Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf Polyäthylentereph­ thalat, im weiteren mit PET bezeichnet, aber die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht ausschließlich auf die Anwendung weder dieses Werkstoffes noch anderer, bereits genannter Werkstoffe, sondern sie eignet sich auch für vie­ le andere thermoplastische Kunststoffe.

Zum besseren Verständnis der Problemstellung und der Erfindung werden nach­ stehend einige charakteristische Eigenschaften des Polyesters Polyähtylen­ terephthalat beschrieben. Aus dem Schrifttum, z. B. Properties of Polymers, von D. W. van Krevelen, Elsevier Scientific Publishing Company, 1976, ist be­ kannt, daß sich die Eigenschaften des Werkstoffes bei einer Orientierung amorphen Polyäthylenterephthalats verändern. Einige dieser Veränderungen sind in den Diagrammen, Abb. 14.3 und 14.4 auf den Seiten 317 und 319 im Buch "Properties of Polymers" dargestellt. Die in nachstehender Diskussion verwendeten Bezeichnungen entsprechen den Bezeichnungen im genannten Buch.

PET, ebenso wie viele andere thermoplastische Kunststoffe, läßt sich durch Recken des Werkstoffes orientieren. Normalerweise erfolgt dieses Recken bei einer Temperatur oberhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg des Werkstoffes. Durch die Orientierung verbessern sich die Festigkeitseigenschaften des Werk­ stoffes. Aus dem Schrifttum geht hervor, daß beim Thermoplast PET eine Er­ höhung des Reckverhältnisses Λ, d. h. Quotient zwischen Länge des gereckten Werkstoffes und Länge des ungereckten Werkstoffes, auch eine Erhöhung der Verbesserung der Werkstoffeigenschaften mit sich führt. Bei einer Erhöhung des Reckverhältnisses Λ von ca. 2- bis etwas über 3mal liegen besonders gro­ ße Veränderungen der Werkstoffeigenschaften vor. Hierbei verbessert sich die Festigkeit in Orientierungsrichtung markant, während gleichzeitig die Dichte δ ebenso wie die Kristallinität Xz ansteigt und die Glasumwandlungstempe­ ratur Tg erhöht wird. Aus dem Diagramm auf S. 317 geht hervor, daß der Werk­ stoff nach dem Recken, wobei Λ den Wert 3,1 annimmt, einer Kraft pro Flä­ cheneinheit widersteht, die σ = 10 entspricht, und dies bei sehr geringer Dehnung, während die Dehnung bei Λ = 2,8 wesentlich größer ist. Im weite­ ren wird manchmal der Begriff "Schritt" verwendet, um einen Orientierungsver­ lauf zu bezeichnen, der durch ein Recken bzw. eine Dickenverminderung von ca. 3mal erzielt wird, und bei dem oben angegebene, markante Verbesserungen der Werkstoffeigenschaften eintreten.

Die oben angegebenen Diagramme zeigen Veränderungen, die man bei monaxialer Orientierung des Werkstoffes erhält. Bei biaxialer Orientierung erhält man ähnliche Effekte in beiden Orientierungsrichtungen. Die Orientierung erfolgt in der Regel durch aufeinanderfolgende Reckungen.

Verbesserte Werkstoffeigenschaften, entsprechend denen, die man bei dem nach dem oben definierten "Schritt" erhält, erhält man auch dann, wenn ein amor­ pher Werkstoff bis zum Fließen gereckt wird und der Werkstoff vor dem Fließen eine Temperatur hat, die unter der Glasumwandlungstemperatur Tg liegt. Bei einem Zugstab ergibt sich in der Fließzone eine Durchmesserverminderung um das ca. 3fache. Beim Ziehen wird die Fließzone kontinuierlich in den amor­ phen Werkstoff hineinversetzt, während gleichzeitig der Werkstoff, der bereits den Fließzustand durchgemacht hat, die Zugkräfte des Prüfstabs ohne hinzukom­ mende, verbleibende Reckung aufnimmt.

Gemäß der Erfindung werden, ausgehend von einem in der Hauptsache ebenen Roh­ ling aus amorphem Werkstoff oder mit einer Kristallinität von weniger als 10%, Elemente hergestellt, die aus einem Randteil und einem Becherteil bestehen. Durch einen Ziehvorgang wird der Werkstoff in ringförmigen Abschnitten des Rohlings in den Fließzustand versetzt. Hierbei entsteht der Becherteil. Bei gewissen Anwendungen steht die radiale Ausbreitung des Bechers in solchem Ver­ hältnis zur axialen Ausbreitung, daß eine Herstellung des Bechers in einem ein­ zigen Ziehschritt nicht möglich ist. Gemäß der Erfindung erhält man die ge­ wünschten Verhältnisse durch eine Anzahl Umziehvorgänge des Bechers, wobei der Durchmesser des Bechers bei jedem Umziehvorgang vermindert wird, während die Werkstoffdicke im großen ganzen beibehalten bleibt.

Gemäß der Erfindung erhält man ein Element, das aus einem Randteil und einem Becherteil besteht, wobei der Werkstoff vorzugsweise im gesamten Boden des Becherteils (Bechers) im großen ganzen gleichmäßig dick und orientiert ist. In einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung besteht außerdem der Werk­ stoff im Bodenteil des Bechers völlig oder teilweise aus Werkstoff von glei­ cher Dicke wie der Werkstoff der Wand. Obrige Werkstoffabschnitte besitzen Dicke und Werkstoffeigenschaften des Ausgangswerkstoffes. Bei bestimmten Anwendungsfällen ist der Boden im großen ganzen völlig eben, während bei an­ deren Anwendungsfällen der Boden aus Teilen besteht, die im Verhältnis zur Becherachse axial versetzt sind. Hierbei werden bei bestimmten Ausführungs­ formen ringförmige Randabschnitte im Anschluß an den unteren Rand der Wand gebildet, während bei anderen Ausführungsformen mittige Bodenabschnitte wei­ ter vom oberen Öffnungsrand des Elements versetzt sind.

Das Element besteht aus einem Randteile, der einen im Verhältnis zum Randteil versenkten Körper umgibt. Der Werkstoff im Randteil ist hauptsächlich amorph oder hat eine Kristallinität von weniger als 10%. Der Körper hat einen Wand­ teil und einen Bodenteil. Der Wandteil besteht aus Werkstoff, der bei einer Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg bis zum Fließen gezogen worden ist, und bei dem die Kristallinität zwischen 10 und 25% beträgt. In der Grundausführung des Elements besteht der Boden aus hauptsächlich amor­ phem Werkstoff oder aus Werkstoff mit einer Kristallinität unter 10%. In Aus­ führungsformen der Erfindung besteht der Boden wahlweise aus Werkstoff, der bei einer Temperatur unter der Glasumwandlungstemperatur Tg und bei einer Kristallinität zwischen 10 und 25% bis zum Fließen gezogen worden ist, d. h. aus Werkstoff mit Eigenschaften, die in der Hauptsache mit den Werkstoffei­ genschaften des Wandteils des Elements übereinstimmen oder aus Werkstoffab­ schnitten, die bis zum Fließen gezogen worden sind, abwechselnd mit Werkstoff­ abschnitten mit in der Hauptsache amorphem Werkstoff oder Werkstoff mit einer Kristallinität von weniger als 10%. In bestimmten Ausführungsformen sind die bereits genannten Werkstoffgebiete in axialer Richtung im Verhältnis zum un­ teren Rand des Wandteils verschoben.

Bei der Herstellung eines Elements wird ein in der Hauptsache flacher Rohling aus thermoplastischem Kunststoff und mit einer Kristallinität von weniger als 10% und mit einer Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg zwischen Gegenhaltern eingespannt, so daß sich ein Gebiet bildet, das völlig von den eingespannten Werkstoffabschnitten umschlossen ist. Gegen dieses Ge­ biet wird ein Preßwerkzeug angesetzt, dessen Anliegefläche kleiner ist als die Fläche des Gebietes. Hierbei entsteht zwischen den eingespannten Werk­ stoffabschnitten des Rohlings und dem Teil des Gebietes, der gegen die Preß­ vorrichtung anliegt, ein geschlossenes, streifenähnliches Werkstoffgebiet. Eine Antriebsvorrichtung verschiebt danach die Preßvorrichtung im Verhältnis zum Gegenhalter bei weiterem Anliegen der Preßvorrichtung gegen das Gebiet. Hierbei wird der Werkstoff in dem streifenähnlichen Gebiet so gestreckt, daß ein Fließen des Werkstoffes auftritt, wobei der Werkstoff orientiert wird, während gleichzeitig die Dicke des Werkstoffes bei PET um das ca. 3fache ver­ mindert wird. Beim Streckvorgang wird der Wandteil des Elements geformt.

Bedingt dadurch, daß der Umkreis der Anliegefläche der Preßvorrichtung klei­ ner ist als der innere Umkreis der Einspannvorrichtungen, wird der Werkstoff im Anschluß an den Rand der Preßvorrichtung der größten Beanspruchung ausge­ setzt, weshalb das Fließen des Werkstoffes normalerweise hier beginnt. Die sich hieraus ergebende Wirkung wird dadurch noch verstärkt, daß der Übergang zwischen Anliegefläche der Preßvorrichtung und Seitenwänden der Preßvorrich­ tung verhältnismäßig scharfkantig ausgeführt wird. Wenn das Fließen eingetre­ ten ist, wird das Gebiet für das Fließen des Werkstoffes nach und nach in Rich­ tung zu den Einspannvorrichtungen verschoben. Bei bestimmten Anwendungsbei­ spielen wird der Preßvorgang unterbrochen, wenn die Fließzone bei den Preß­ vorrichtungen angelangt ist. Bei anderen Anwendungsbeispielen setzt der Preß­ vorgang fort, wobei ein erneutes Fließen des Werkstoffes im Anschluß an die Kanten der Preßvorrichtung stattfindet und von diesen Gebieten zur Mitte des Werkstoffes hin versetzt wird. Wenn der gesamte Werkstoff, der gegen die An­ liegefläche der Preßvorrichtung anliegt, ein Fließen durchgemacht hat, wird bei bestimmten Anwendungsbeispielen der zwischen den Einspannvorrichtungen liegende Werkstoff, der sich am nächsten am inneren Umkreis der Einspannvor­ richtungen befindet, für einen weiteren Ziehvorgang ausgenutzt. Um dies zu ermöglichen, ist normalerweise eine etwas erhöhte Temperatur bei diesem Werk­ stoff erforderlich. Die Ausgangstemperatur liegt jedoch noch immer unter der Glasumwandlungstemperatur Tg.

Bei einigen Anwendungsbeispielen ist eine beschleunigte Abkühlung des gezoge­ nen Werkstoffes erforderlich. Hierbei ist das Preßwerkzeug vorzugsweise mit einer Kühlvorrichtung versehen, die so angeordnet ist, daß die Gebiete des Werkstoffes, die während des Ziehens des Werkstoffes fließen, gegen die Kühl­ vorrichtung anliegen.

Bei bestimmten Anwendungen läßt man das Fließen des Werkstoffes im Anschluß an die Einspannvorrichtungen beginnen. Dies wird dadurch erzielt, daß die Einspannvorrichtungen mit Erwärmungsvorrichtungen versehen werden, die die Temperatur der Werkstoffabschnitte erhöhen, wo das Fließen beginnen soll. Die Temperatur beim Werkstoff liegt jedoch noch immer unterhalb der Glasum­ wandlungstemperatur Tg des Werkstoffes. Wenn der Fließzustand eingetreten ist, verläuft dieser weiter in Richtung zur Anliegefläche der Preßvorrich­ tung und in vorkommenden Fällen am Übergang zwischen den Seitenwänden und der Anliegefläche der Preßvorrichtung vorbei. Zur Sicherstellung, daß die Einspannvorrichtungen den Rohling in den zukünftigen Randabschnitten des Ele­ ments festhalten, werden die Einspannvorrichtungen in der Regel mit Kühlvor­ richtungen versehen.

Der Gedanke der Erfindung umfaßt auch die Möglichkeit, durch eine Reihe von hintereinander angeordneten Ziehvorgängen sowohl im Wandteil als auch im Bo­ denteil des Körpers Werkstoffabschnitte zu erzielen, die abwechselnd aus Werk­ stoffabschnitten bestehen, die bis zum Fließen gezogen sind und auf diese Wei­ se eine verminderte Wanddicke erhalten haben, und ungezogenen Werkstoffab­ schnitten, die ihre Wanddicke beibehalten haben. Bei im Bodenteil des Körpers gelegenen Werkstoffabschnitten erfolgt bei bestimmten Anwendungsbeispielen im Zusammenhang mit dem Ziehvorgang eine Verschiebung des Werkstoffes auch in der Axialrichtung des Körpers.

Von dem geformten Element wird der Randteil entfernt; und das Element wird durch eine Anzahl von Ziehvorgängen umgeformt. Diese Ziehvorgänge erfolgen bei einer Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg und bewirken eine Verminderung des Durchmessers des Bechers, während sich der Körper gleich­ zeitig in Axialrichtung verlängert. Der Ziehvorgang bewirkt eine ausschließ­ liche Umverteilung des Werkstoffes, ohne daß ein Fließen eintritt.

Der nach Abschluß des Ziehvorgangs gebildete Becher hat am einen Ende eine Öff­ nung, während er am anderen Ende einen Bodenteil aufweist. In Abhängigkeit von der Formung des Elements besteht der Bodenteil völlig oder teilweise aus amorphem Werkstoff oder aus unorientiertem Werkstoff. Im erstgenannten Fall behält somit der Bodenteil die Dicke des Ausgangsstoffes im amorphen Gebiet bzw. in den amorphen Gebieten bei. Der amorphe Werkstoff ist dazu geeignet, als Befestigungswerkstoff zum Anschweißen hinzukommender Teile am Becher zu dienen. Dieser Bedarf wird z. B. dann vorliegen, wenn der Becher als Behäl­ ter verwendet wird und der Bodenteil des Bechers gleichzeitig den Bodenteil des Behälters darstellt. Hierbei ist es zweckmäßig, einen äußeren Fuß am Be­ hälter anzuschweißen. Der auf beschriebene Weise geformte Becher besitzt einen Öffnungsteil, der nach eventuellem Nacharbeiten vorzugsweise so bear­ beitet wird, daß sich eine umgebördelte Kante ergibt, wobei die Stabilität der umgebördelten Kante durch Erhitzen bis zur maximalen Kristallisations­ temperatur des Werkstoffes erhöht wird. Die umgebördelte Kante eignet sich hierdurch vorzüglich zum Zusammenfalzen z. B. mit einem losen Deckel aus ge­ eignetem Werkstoff, z. B. Metall.

In einem anderen Anwendungsbeispiel wird der Ziehvorgang am Becher unterbro­ chen, so daß Teile des Bechers verglichen mit dem Ausgangsdurchmesser einen verringerten Durchmesser aufweisen. Durch Entfernen des Bodens in diesem Teil mit kleinerem Durchmesser, Aufweiten der gebildeten Kante und Stabili­ sierung der Mündung, die auf in vorherigem Abschnitt beschriebene Weise ent­ standen ist, erhält man einen Mündungsteil, der sich zum Anbringen z. B. eines Verschlusses oder eines Kronenkorkens eignet. Der andere, noch geöffnete Teil des Bechers wird beispielsweise, auf ähnliche Weise wie bereits beschrie­ ben, mit einem Deckelspiegel verschlossen.

Aus dem Gesagten geht hervor, daß die Kombination eines Ziehens bis zum Fließen zwecks Erhalten eines Elements und Umziehen des Bechers des gebilde­ ten Elements viele wahlweise Möglichkeiten zur Formung verschiedener Arten von Artikeln bietet. Ein auf oben beschriebene Weise hergestellter Artikel ist somit nicht ausschließlich zur Anwendung als Behälter geeignet, sondern viele andere Anwendungen sind möglich.

Eine nähere Beschreibung der Erfindung erfolgt im Anschluß an eine Anzahl von Abbildungen, wobei

Abb. 1-2 wahlweise Ausführungsformen von für Umformen geeigneten Bändern zeigen,

Abb. 3 ein Element mit einem Bodenteil des Körpers aus hauptsächlich amorphem Werkstoff bestehend zeigt,

Abb. 4-10 im Prinzip Vorrichtungen zum Ziehen des Elements zeigen,

Abb. 11 einen Teil einer Vorrichtung zum Umziehen des Bechers des Ele­ ments zeigt,

Abb. 12 den Becher des Elements vor dem Umziehen zeigt,

Abb. 13 den Becher des Elements teilweise umgezogen zeigt,

Abb. 14 den Becher des Elements völlig umgezogen zeigt,

Abb. 15 den Becher des Elements mit dem teilweise umgezogenen Teil des Bechers gem. Abb. 15 erneut umgezogen zeigt,

Abb. 16 einen aus einem Becher gem. Abb. 15 hergestellten Behälter zeigt,

Abb. 17-19 die Gegenstücke zu den Abbildungen 12-14 zeigen, wobei der Boden­ teil des Bechers Abschnitte aus amorphem Werkstoff aufweist.

In Abb. 1-2 erkennt man ein Band oder einen Rohling 14′, 14″ aus thermopla­ stischem Kunststoff, wobei man die Bänder oder Rohlinge von oben sieht. In den Abbildungen sind ringförmige Werkstoffgebiete 16′, 16″ bzw. 17′, 17″ dar­ gestellt. Weiterhin ist ein Werkstoffgebiet 15′, 15″ angegeben, das von dem früheren ringförmigen Werkstoffgebiet 17′, 17″ umgeben ist. Das Werkstoffge­ biet 16 bezeichnet das Gebiet, das beim Ziehen des Rohlings zwischen den Ein­ spannvorrichtungen 30 a-b (siehe Abb. 4) eingespannt wird. Das Werkstoffge­ biet 15 bezeichnet das Gebiet, das beim Ziehen des Rohlings gegen die Preß­ fläche 21 der Preßvorrichtung 20 (s. Abb. 4) anliegt. Das Werkstoffgebiet 17 bezeichnet das Gebiet, das beim Ziehen des Rohlings in den Fließzustand ge­ bracht wird.

In Abb. 3 erkennt man ein Element 10, bestehend aus einem Randteil und einem Körper 13. Der Körper wiederum besteht aus einem Wandteil 18 und einem Bo­ denteil 11. In der Abbildung besteht der Wandteil aus gezogenem Werkstoff von verminderter Dicke im Verhältnis zur Dicke des Ausgangswerkstoffes. Der Bodenteil 11 besteht aus Werkstoff, der bei Beibehaltung seiner Werkstoffei­ genschaften in Axialrichtung des Körpers verschoben ist. Weiterhin ist ein Gebiet 19 angegeben, in dem zum Randteil 12 gehörender Werkstoff in den Fließ­ zustand versetzt worden war.

In Abb. 4-8 erkennt man eine Reihe von Einspannvorrichtungen 30, die den Roh­ ling 14 fixieren. Zwischen den Einspannvorrichtungen 30 befindet sich eine Preßvorrichtung 20 mit einer Preßfläche 21. In Abb. 4 befindet sich die Preß­ vorrichtung 20 in einer Stellung, wo sich die Preßfläche 21 unmittelbar an der oberen Oberfläche des Rohlings 14 befindet. Abb. 5 zeigt die Preßvorrichtung nach unten verschoben, wobei das Fließen des Werkstoffs begonnen hat. In Abb. 6 erfolgte das Verschieben der Preßvorrichtung so weit, daß sich ein Element gem. Abb. 3 gebildet hat. In Abb. 7 wurde die Preßvorrichtung noch weiter ver­ schoben, wobei ein weiteres Fließen des Werkstoffes stattgefunden hat. Hier­ bei ist ein Element 10′ entstanden, dessen Körper 13′ einen Bodenteil 11′ auf­ weist, der in seinen mittigen Abschnitten aus amorphem, ungezogenem Werkstoff besteht, der von gezogenem, orientiertem Werkstoff umgeben ist, bei dem ein Fließen stattgefunden hat. In Abb. 8 schließlich wurde die Preßvorrichtung 20 so weit verschoben, daß praktisch der gesamte Werkstoff im Bodenteil 11″ des Körpers 13″ ein Fließen durchgemacht hat. Hierbei hat sich ein Element 10″ gebildet, bei dem sowohl der Wandteil als auch der Bodenteil des Körpers da­ durch eine verminderte Wanddicke aufweist, daß der Werkstoff im Fließzustand gewesen ist und gleichzeitig eine Orientierung erhalten hat.

In Abb. 9-10 ist eine wahlweise Ausführungsform der Einspannvorrichtungen 33 a-b dargestellt, die mit Kühlkanälen 31 und Erwärmungskanälen 34 versehen sind. In den Abbildungen ist nur die Zulaufleitung für die Erwärmungskanäle dargestellt, während die Ablaufleitung für die Erwärmungskanäle in den Abbil­ dungen hinter der Zulaufleitung liegt und durch den nach oben gerichteten Pfeil angedeutet ist. Sowohl die Kühlkanäle als auch die Erwärmungskanäle sind durch plattenähnliche Abdeckungen 35 abgedeckt, deren andere Oberfläche gleichzeitig die Anliegefläche der Einspannvorrichtungen für das Einspannen des Rohlings darstellt. Eine Isolierung 32 trennt den gekühlten Bereich der Einspannvor­ richtungen vom erwärmten Bereich. Bei bestimmten Anwendungen dienen auch die Erwärmungskanäle als Kühlkanäle.

Die Abbildungen zeigen weiterhin eine wahlweise Ausführungsform einer Preßvor­ richtung 20 a, auch diese mit Kühlkanälen 22 versehen. Die Kühlkanäle sind durch einen Kühlmantel 23 abgedeckt, der gleichzeitig die äußere Anliegeflä­ che der Preßvorrichtung zum Werkstoff während dessen Ziehvorgang darstellen.

Abb. 9 zeigt eine Stellung der Preßvorrichtung, die der Stellung in Abb. 5 entspricht, und Abb. 10 zeigt eine Stellung der Preßvorrichtung, die der Stel­ lung in Abb. 8 entspricht. Die Preßvorrichtung hat eine rotationssymmetrisch gewölbte Fläche, die so geformt ist, daß der Werkstoff beim Ziehen im Fließ­ bereich immer gegen den Kühlmantel anliegt, während der Werkstoff, der noch nicht im Fließzustand war, völlig ohne Anliegen gegen irgendeine Vorrichtung im Bereich zwischen Preßvorrichtung und Einspannvorrichtung ist.

Die Erwärmung des Werkstoffes mit Hilfe der Erwärmungskanäle 34 dient dem Zweck, die Fließwilligkeit des Werkstoffes zu erhöhen. Die Erwärmung wird jedoch insofern begrenzt, daß die Temperatur des Werkstoffes immer die Glas­ umwandlungstemperatur Tg unterschreitet. Durch die Erwärmung ist es möglich, den Ziehvorgang des Werkstoffes ein Stück in das Gebiet zwischen den Backen der Einspannvorrichtungen fortsetzen zu lassen, die in Abb. 10 dargestellt sind. Eine andere, wahlweise Anwendung, wobei die erhöhte Fließwilligkeit des Werkstoffes ausgenutzt wird, ergibt sich dadurch, daß man beim Ziehvor­ gang den Anfangsbereich für das Fließen des Werkstoffes zum Gebiet neben den inneren Kanten der Einspannvorrichtungen lenkt. Wenn das Fließen stattgefun­ den hat, verschiebt sich die Fließzone nach und nach in Richtung von den Ein­ spannvorrichtungen weg zum Boden der Preßvorrichtung, nach und nach wie die Preßvorrichtung in den Abbildungen nach unten verschoben wird. Hierdurch wird erzielt, daß sich das Fließen immer in der gleichen Richtung fortpflanzt, wo­ bei der Neubeginn des Fließens vermieden wird, der bei Anwendung der Ausfüh­ rungsform der Erfindung stattfindet, die in den Abb. 4-8 dargestellt ist.

Abb. 11 zeigt eine Vorrichtung zum wiederholten Ziehen des früher gebildeten Elements. In der Abbildung, die nur einen Teil der Vorrichtung erkennen läßt, findet man einen Preßdorn 40, einen Gegenhaltering 41, einen Ziehring 42 und einen Wandteil 18 beim Element, wobei sich der Wandteil im Umformen befindet. Weiterhin erkennt man den Boden 11″ beim Körper 13 des Elements. Der Zieh­ ring 42 ist mit einer Kalibriervorrichtung 43 ausgeführt, die die Dicke des erneut gezogenen Werkstoffes in Wandteil 18 bestimmt.

In Abb. 12 erkennt man einen mit der Preßvorrichtung 20 a gem. Abb. 9 geformten Elementkörper 50, bei dem der Randteil des Elements aus dem Körper hergestellt ist. In Abb. 13 wurde der Umformvorgang des Körpers 50 mit Hilfe einer Vor­ richtung gem. Abb. 11 eingeleitet. Der Umformvorgang ist so weit fortgeschrit­ ten, daß ein aus einem in der Hauptsache zylindrischen größeren Teil mit einem dem Durchmesser des Körpers 50 übereinstimmenden Durchmesser und einem kürze­ ren Teil 59 von geringerem Durchmesser bestehender Körper 51 entstanden ist. In Abb. 14 ist der Umformvorgang abgeschlossen, wobei ein in der Hauptsache zylindrischer Körper 52 mit gleichem Durchmesser wie beim kürzeren Teil in Abb. 13 entstanden ist.

Abb. 15 zeigt einen Körper 53, dessen kürzerer Teil 59 zwecks weiterer Vermin­ derung des Durchmessers beim kürzeren Teil 59′ mit Hilfe einer Vorrichtung gem. Abb. 11 umgeformt worden ist. Zwischen dem kürzeren zylindrischen Teil 59′ und dem größeren Teil des Körpers 53 findet man einen Übergang 58.

In Abb. 16 erkennt man einen aus einem Körper 53 gem. Abb. 15 hergestellten flaschenähnlichen Behälter 70. Der Bodenteil des kürzeren Teiles 59′ wurde abgetrennt und durch einen Verschluß 55, z. B. eine Kapsel, ersetzt. Die beim Abtrennen des Bodenteils entstandenen Mündungskanten wurden ausgeweitet und umgebördelt, wonach der Werkstoff in den umgebördelten Werkstoffgebieten durch die Erwärmung des Werkstoffes bis zur Kristallisationstemperatur vorzugsweise eine erhöhte Kristallinität angenommen hat. Auf diese Weise erhält die Mün­ dungskante eine erhöhte Festigkeit, so daß sie sich gut für ein Verschließen des Behälters, z. B. durch eine Kapsel oder einen Kronenkorken, eignet. Der bereits genannte Übergang zwischen dem kürzeren Teil und dem größeren Teil des Körpers bildet nun eine Flaschenbrust 58′. Die Abbildung läßt auch erken­ nen, wie ein Deckelspiegel 56 nach Befüllen des Behälters am anderen Ende des Behälters 70 fixiert wird. Durch das Ausweiten, Um­ bördeln und Erwärmen des Werkstoffes erhält man auch hier Werkstoffabschnitte, die z. B. zum Zusammenfalzen mit dem Deckelspiegel zwecks Verschließen des Be­ hälters geeignet sind.

Abb. 17-19 zeigt Gegenstücke zu Abb. 12-14. Die Abbildungen lassen erken­ nen, wie ein aus dem Körper 11′ gem. Abb. 7 geformter Elementkörper bei gleich­ zeitiger Verminderung des Durchmessers des Körpers eine axiale Verlängerung erhält und einen in der Hauptsache völlig zylindrischen Körper 61 bildet, des­ sen Bodenteil aus einem Werkstoffabschnitt 62 aus hauptsächlich amorphem Werk­ stoff besteht. Während des Umformvorgangs ergibt sich eine Zwischenform des Körpers, die in Abb. 18 mit 60 bezeichnet ist.

In der Ausführungsform, bei der ein Körper gebildet wird, der ein amorphes Bodengebiet umfaßt, erhält man ein Werkstoffgebiet, das sich als Befestigungswerkstoff zum Anschweißen hinzukommender Teile für den Körper eignet. Durch eine Kristallinisierung des Werkstoffes erhält man ein äußerst formbeständiges Gebiet, wodurch sich die Möglichkeit bietet, den Behälter zur Aufbewahrung von Flüssigkeiten unter Druck, z. B. kohlsäureversetzten Geträn­ ken, zu verwenden, ohne daß die Gefahr einer Verformung des Bodenteils vor­ liegt. Auch das Ersetzen der dargestellten, ebenen Ausführungsform des Bodenteils durch eine konvexe oder konkave Fläche, je nach den besonderen Wünschen, die entsprechend den einzelnen Anwendungs­ fällen vorliegen, ist möglich.

Eine Anzahl von Kombinationen von Ziehvorgängen kann stattfinden, wobei sich auch abwechselnd Gebiete mit gezogenem und ungezogenem Werkstoff bilden. Der Körper besteht beispielsweise aus Wand­ teilen mit Absätzen, die ungezogenen Werkstoff enthalten, während der Bodenteil aus Abschnitten besteht, z. B. ringförmigen, die ungezogenen Werkstoff enthal­ ten, und die im Verhältnis zur unteren Kante des Wandteils in Axialrichtung des Körpers versetzt sind.

Gemäß weiterer Ausführungsformen erfolgt das Ziehen des Körpers des Elements durch eine Anzahl aufeinanderfolgender Ziehvorgänge, wobei für jeden Ziehvorgang die Anliegeflä­ che der Preßvorrichtung abnimmt. Hierdurch wird erreicht, daß, insbesondere wenn sich die Preßvorrichtung in Richtung zur Anliegefläche hin verjüngert, die Breite des Werkstoffgebietes 15 darauf abgestimmt wird, wie weit der Zieh­ vorgang fortgeschritten ist.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen eines Artikels aus thermoplasti­ schem Kunststoff, insbesondere eines Behälters oder eines Teiles eines Behälters, bei dem ein im wesentlichen ebener Rohling aus Kunststoff zur Bildung eines oder mehrerer von geschlossenen, bandförmigen, eingespannten Kunststoffab­ schnitten völlig umgebener Bereiche eingespannt wird, bei dem gegen jeden Bereich ein Preßstempel gedrückt wird, dessen Anlagefläche am Bereich kleiner ist als der gesamte Bereich, wodurch sich ein geschlossenes, streifenförmiges Kunststoffgebiet zwischen den eingespannten Kunststoffab­ schnitten und dem gegen den Preßstempel anliegenden Teil des Bereiches bildet, dessen Kunststoff, der anfänglich eine Temperatur aufweist, die unterhalb der Glasumwand­ lungstemperatur liegt, durch Ziehen gereckt wird, wobei ein Fließen im Kunststoff und eine dadurch bedingte Orientierung des Kunststoffs in diesem Gebiet erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kunststoff mit einer Kristallinität von weniger als 10% als Ausgangsmaterial verwendet wird, daß beim Ziehen so weit gereckt wird, daß im Kunststoff eine Kristallinität zwischen 10% und 25% erreicht wird, und daß der so gebildete Hohlkörper oder Teile desselben durch eine Anzahl wiederholter Ziehvor­ gänge in Axialrichtung unter gleichzeitiger Verringerung der Ausdehnung in dazu senkrechter Richtung so verlängert wird, daß die Wandstärke des gezogenen Kunststoffes im wesentlichen unverändert bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehvorgang für das Fließen so weit fortgesetzt wird, bis im wesentlichen das gesamte Kunststoffgebiet einem Fließen ausgesetzt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der eingespannten Kunststoffabschnitte so gewählt wird, daß das Fließen des Kunststoffes beim Ziehen bis in die eingespannten Abschnitte hineinreicht.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff unmittelbar vor dem Ziehvorgang Raum­ temperatur hat.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff im Gebiet des Fließens zumindest während des Ziehvorganges zusätzlich gekühlt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehvorgang bis zu einer Kristallinität im gestreckten Material von 12 bis 20% durchgeführt wird.