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Verfahren zur Herstellung eines
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kugelförmigen Flüssigkeitsbehälters Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung eines kugelförmigen Flüssigkeitsbehälters aus mittels Wärme streckfähigem
Kunststoff.
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Für Bier sind bereits solche Flüssigkeitspackungen bekannt, bei denen
als Kunststoff ein festes, hochdichtes Polyäthylen verwendet wird. Aus diesem Material
werden kugelförmige Bierbehälter geformt, wobei die Kugelform durch Strecken gebildet
wird. Die bekannten kugelförmigen Bierflaschen werden in viereckigen Außenverpackungen
eingestellt und in den Handel gebracht. Es handelt sich um Einwegverpackungen, die
recht preiswert und haltbar sind, allerdings die von der Flaschenform abweichende
Kugelgestalt haben.
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Der Erfindung liegt ~die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
ähnlicher Flüssigkeitsbehälter in Kugelform zu schaffen, welches leicht durchführbar
und preiswert anwendbar ist und mit dem auch unterschiedliche Arten von Flüssigkeiten
über längere Zeit haltbar hergestellt werden können, möglichst auch beim Abfüller.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zuerst eine
flache und am Umfang runde oder vieleckige Scheibe aus Kunststoff am Rand mit einem
entsprechend geformten, im wesentlichen flachen Deckel verbunden wird und danach
der Raum zwischen Deckel und Scheibe unter Druck mit einem erwärmtenDruckmittel
in Kugelform aufgeblasen wird. Erfindungsgemäß geht man davon aus, daß an sich bekannte
Deckel für Limonaden, Bier oder Fruchtsaftdosen, die in der Regel aus Metall, vorzugsweise
Aluminium, bestehen, als erstes Teil und Halterung für die unter Dehnung aufzublasende
Kunststoffscheibe genommen wird. Es versteht sich, daß Deckel
und
Scheibe passenden Radius oder passende Randgestaltung haben müssen, damit man den
Umfang der Kunststoffscheibe an den Umfang des im wesentlichen flachen Deckels heranbringen
und mit diesem verbinden kann.
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Die Herstellung einer Scheibe aus Kunststoff gelingt vorzugsweise
durch Ausstanzen, wobei dieses Verfahren den Vorteil hat, daß aus bahnförmigem Material
ausgestanzt wird und diese Bahnen gut gelagert werden können. Außerdem ergibt sich
nach diesen Verfahren der Vorteil, daß ein Laminat aus mehreren Schichten in Gestalt
einer Bahn hergestellt und als Grundmaterial für die Ausformung der Kunststoffscheiben
verwendet werden kann. Beispielsweise kann nach dem Ausstanzen einer einstückigen
oder auch mehrschichtigen Bahn aus Kunststoff die am Umfang vieleckige oder runde,
ggf. auch ovale oder längliche Scheibe (ggf. auch Platte) in einer Preßform derart
behandelt werden, daß die Scheibe mit einem Rand versehen wird. Dieser Rand kann
je nach Bedarf hochstehend, hochstehend und seitlich herausstehend oder nur zur
Seite herausstehend oder ggf. auch im Querschnitt u-förmig ausgebildet werden. Diese
Rundformen werden je nach der Art der Verbindung mit dem Deckel gewählt.
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Eine andere Art der Herstellung der Scheibe aus Kunststoff ist die
an sich bekannte Hanilton-Methode, bei welcher aller#dings ein homogenes Material
zur Formung der Scheibe, ggf. mit angeformtem Rand in der vorstehend beschriebenen
Weise, verwendet werden muß. Nach der Hamilton-Methode wird die Scheibe also zusammen
mit dem Rand zugleich ausgeformt.
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Wenn eine derart mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen hergestellte
Scheibe mit dem entsprechenden Deckel verbunden ist, wird der Raum zwischen Deckel
und Scheibe mit dem erwähnten Druckmittel aufgeblasen.
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Als Druckmittel verwendet man vorzugsweise eine Flüssigkeit, die mit
einer Temperatur von 730 C - 850 C und einem Druck
von 6 - 8 kp/cm2
durch eine Öffnung im Deckel eingepreßt wird. Als Flüssigkeit läßt sich Wasser gut
einsetzen. Es steht preiswert überall zur Verfügung und läßt sich mit einfachen
Apparaten physikalisch problemlos behandeln. Bei der Verwendung einer Flüssigkeit
als Druckmittel ergibt sich der Vorteil, daß man einen definierten Druck in den
Raum zwischen Deckel und Scheibe bringen kann, da Flüssigkeiten bekanntlich inkompressibel
sind. Ein besonders bevorzugter Druck sind 7 kp/cm2. Eine besonders bevorzugte Temperatur
für die Flüssigkeit, vorzugsweise das Wasser, als Druckmittel ist 800 C.
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Durch das Aufbringen des Druckes verformt sich die beschriebene Kunststoffscheibe
bei der gegebenen Temperatur unter Dehnung und Volumenvergrößerung. Beim Dehnen
werden die Molekularketten orientiert, der Kunststoff wird kristallisiert, und man
erhält auf diese Weise einen festen, starken, widerstandsfähigen Kunststoff als
Hauptwandung des Flüssigkeitsbehälters. Das Verhältnis der Fläche aus Kunststoff
zur Fläche des Deckels ist groß, vorzugsweise das 5 - 20 fache, speziell das 10
- 15 fache, denn der Deckel braucht tatsächlich auch für die erfindungsgemäße kugelförmige
Verpackung lediglich das Teil mit der Öffnungsvorrichtung darzustellen, während
die Hauptwandung des Flüssigkeitsbehälters aus dem Kunststoff der Scheibe gebildet
wird. Diese Scheibe ist bei der Herstellung nach den beiden oben beschriebenen Verfahren
(Ausstanzen oder Hamilton-Methode) entsprechend dick auszuformen, um genügend Material
für die fertige Flüssigkeitspackung vorzugeben. Beim Einpressen des Druckmittels
in den Raum zwischen Deckel und Scheibe wird vorzugsweise solange Druck aufgegeben,
bis die Fläche des gestreckten Kunststoffe$ nicht mehr größer wird, Dann ist praktisch
eine extreme oder maximale Orientierung und damit auch Kristalli-sierung des Kunststoffes
gegeben. Durch die Kugelform hat man mit Vorteil in allen Teilen des Behälters ungefähr
die gleiche Molekülorientierung, Damit sind alle Moleküle in der Kunststoffwandung
und -damit der Haupt-
wandung des Behältnisses optimal orientiert,
so daß die gesamte Wandung stark und widerstandsfähig ist, wenngleich sie dünn gehalten
sein kann.
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Durch entsprechende Bemessung des Rohlings oder der ursprünglichen
Kunststoffscheibe sieht man Materialmengen vor, die nach dem Aufblasen ein Behältnis
von beispielsweise 35 cl oder 40 cl vor#ben.Eine solche Flasche #idersteht ohne
2 weiteres einem Druck von 5 kp/cm , wie Versuche gezeigt haben.
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Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig, wenn beim Einpressen des Druckmittels
in den Raum zwischen Deckel und Scheibe deren Randbereiche durch einen ringförmigen
Halter fest am Deckelrand gehalten werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
derErfindung kann man mit dem Halter einen Druck von 10 kp/cm2 ausüben, so daß ein
Aufblasen mit einem 2 Druck von 6 - 8 kp/cm2 problemlos ermöglicht ist.
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Vorteilhaft ist es ferner, wenn wfindungsgemäß der Deckel aus Metall,
vorzugsweise Aluminium, besteht und sein Rand durch kaltes Umbördeln umuntoder mit
dem Rand der Kunststoffscheibe verbunden wird. Auf diese Weise kann eine flüssigkeitsdichte
und druckfeste Verbindung der Ränder von Deckel und Scheibe für das Einpressen des
Druckmittels geschaffen werden. Außerdem können Randausbildungen verschiedenster
Gestaltung mit an sich bekannten und gut beherrschbaren Bördelungsmethoden gewährleistet
werden.
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Bei zweckmäßiger weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden Deckel,
Scheibe und Druckmittel vor dessen Einpressen in den Raum zwischen Deckel und Scheibe
auf 700 C vorgewärmt. Diese Vorwärmung kann in einem Ofen, in einem Wasserbad oder
auch durch Luft erfolgen. Man spart Energie durch Vorwärmen der gesamten Apparatur
und insbesondere der Kunststoffscheibe, die dann nach dem Enderhitzen auf 0 beispielsweise
80 C mit der auf die gleiche Temperatur ge-
brachten Flüssigkeit
gedehnt werden kann, um die optimale Molekülorientierung zu erreichen. Es ist zweckmäßig,
die Aufwärmung für das Strecken bei genau vorgewählter Temperatur auszuführen, vorzugsweise
nicht über 850 C und bei mindestens 730 C, wenn Wasser als Druckmittel und Polyäthylenterephtalat
als Kunststoff eingesetzt werden.
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Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn erfindungsgemäß als Kunststoff
für die aufblasbare Scheibe Polyester, vorzugsweise Polyäthylenterephtalat, oder
Polyvinylidenchlorid oder Polyvinylalkohol oder Acrylnitrilpolynerisat oder Kombinationen
von diesen verwendet werden. Unter Kombinationen werden vorzugsweise Laminate bzw.
schichtenförmige Aufbauten verstanden, wenngleich auch Gemische oder Verbindungen
möglich sind. Während der Einsatz von Polyestern, insbesondere von Polyäthylenterephtalat,
sehr zweckmäßig und praktisch ist, hat sich gezeigt; daß dieses Material nicht sauerstoffdicht
ist. Bei der Verpackung gewisser Flüssigkeiten, insbesondere Bier, hat man das Eindringen
von Sauerstoff in den Flüssigkeitsbehälter bei Verwendung von Polyestern festgestellt,
so daß eine Langzeitaufbewahrung in aus diesem Kunststoff hergestellten Flüssigkeitsbehältern
nicht anzuraten ist. Anders liegen die Bedingungen selbstverständlich für Säfte,
Wasser und dergleichen.
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Man kann Polyvinylidenchlorid stattdessen zweckmäßig einsetzen, denn
hier handelt es sich um einen gasdichten Stoff.
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Auch bei der Verwendung von Polyvinylalkohol kann man gasdichte Schichten
schaffen, diese sind aber wiederum feuchtigkeitsempfindlich und müssen daher mit
einer nicht auf Feuchtigkeit ansprechenden Schicht laminiert werden.
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Acrylnitrilpolynerisat hat sich als recht gut gasdichte Schicht herausgestellt.
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Der Vorteil der mit dieser Erfindung beschriebenen Herstellung kugelförmiger
Flüssigkeitsbehälter liegt inbesondere in dem geringen Bedarf an Lagerraum oder
Transportraum für den noch nicht aufgeblasenen Rohling des Behälters, d.h.
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des Rohstückes aus Deckel und mit diesem im Randbereich verbundener
Kunststoffscheibe Dieser Rohling wird mit Vorteil vom Verpackungshersteller an den
Verbraucher, die Füllstation, beispielsweise die Brauerei, geliefert, wo entsprechend
aufgestellte Maschinen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit großer Stückzahl
pro Zeiteinheit Kugelbehälter aufblasen, die gefüllt und verschlossen werden können.
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Die Flüssigkeitsbehälter gemäß der Erfindung eignen sich besonders
zur Füllung mit Bier, mit Säften, Mineralwasser oder allgemein kohlesäurenhaltigen
Getränken.
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Der fertige Flüssigkeitsbehälter wird auf einen Stellboden gesetzt,
der vorzugsweise beim Verkauf dem Verbraucher in einer Umverpackung mitgeliefert
wird. Während die kugelförmige Flüssigkeitsverpackung als Einwegartikel nach Gebrauch
weggeworfen werden kann, kann der Stellboden langzeitig immer wieder für nachgekaufte
Flüssigkeitsbehälter verwendet werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsnöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen: Figur 1 schematisch eine Querschnittsansicht
einer Kunststoffscheibe mit hochstehenden Rand, Figur 2 eine andere Aus führungs
form einer Kunststoffscheibe mit hoch- und nach außen abstehendem Rand, ebenfalls
in Querschnittsansicht, Figur 3 eine links abgebrochene Querschnittsansicht eines
Randbereiches beim Verbinden von Deckelrand mit Scheibentand, Figur 4 eine ähnliche
Ansieht wie Figur 3, wobei der End-
zustand nach dem Umbördeln
gemäß Figur 3 gezeigt ist als Vorbereitung für einen weiteren Bördelschritt, Figur
5 eine ähnliche Querschnittsansicht wie in den Figuren 3 und 4, wobei jedoch der
letzte Bördelungsschritt durchgeführt ist und seitliche Preßrollen die Endverarbeitnng
und/oder Halte rung des Rxiherbundes darstellen und Figur 6 perspektivisch den fertigen,
geschlossenen Flüssigkeitsbe hälter in Kugelform.
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Der in den Figuren 1 und 2 im Querschnitt dargestellte Formling 1
aus Polyester stellt die als Kunststoffscheibe beschriebene Grundform desjenigen
Materials (Kunststoff = Polyäthylenterephtalat) dar, aus welchem später die Hauptwandung
des Flüssigkeitsbehälters geformt wird. Um2+tr das vorgegebene Volumen von z.B.
35 cl oder 40 cl der fertigen Flüssigkeitsverpackung erforderliche Menge an Kunststoff
in dem Rohling oder der Scheibe 1 vorzugeben, muß die Dicke D entsprechend vorgesehen
werden, beispielsweise 5 - 20 mm, vorzugsweise 10 mm. Bei dieser Ausführungsform
erkennt man den tiefgezogenen Rand 2, der bei der Ausführungsform der Figur 1 hochstehend
ausgeformt ist und bei der Ausführungsform nach Figur 2 zusätzlich mit einem seitlich
herausstehenden oder horizontalen Randflansch 3 versehen ist. Nach Figur 1 kann
beispielsweise die Dicke des Randes 2 3# T betragen, während er bei der Ausführungsform
nach Figur 1 um 3 bis 5 mm (d) heraussteht.
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Ahnliche Maße können bei der Kunststoffscheibe 1 nach Figur 2 verwendet
werden, wobei zusätzlich der horizontale Randflansch 3 mit gleicher Dicke von z.B.
3 u und gleichem zusätzlichem Horizontalmaß von 4 mm versehen ist.
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Diese Polyesterscheibe 1 wird entweder nach der Hamilton-Methode in
die in den Figuren 1 und 2 dargestell#teForm mit Rand zugleich ausgeformt, vorzugsweise
dann, wenn man ein homogenes Material verwendet. Wie oben schon erwähnt, wird
bei
einem Laminat bzw. einem mehrschichtigen Aufbau das Ausstanzen aus einem bahnförmigen
Grundmaterial bevorzugt, wobei dann die Gestalt nach den Figuren 1 und 2 in einer
Preßform geschaffen wird, in welcher der Hauptkörper der Scheibe 1 mit dem angeformten
Rand 2 bzw. 2, 3 ausgestattet wird.
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Geht man von der Ausführungsform der Figur 2 als Scheibe 1 aus, so
kann die Verbindung von Deckel 4 (Figuren 3 bis 5) aus Aluminium durch Umbördeln
anhand der Figuren 3 bis 5 verfolgt werden.
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Nach Figur 3 wird der Aluminiumdeckel 4 mit seinem Randflansch 5 auf
den horizontalen Rand 3 der Scheibe 1 gelegt, während ein nach unten stehender Rand
6 des Deckels 4 sich noch parallel zum hochstehenden Rand 2 der Scheibe 1 erstreckt.
Beabsichtigt ist das Umbördeln dieses vertikalen Randteiles 6 in Richtung des Pfeiles
7 in Figur 3, um eine Verbindung gemäß der gestrichelten Linie zu erreichen.
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Figur 4 zeigt den Zustand der Randverbindung nach dem Umbiegen des
unteren freien Randes 6 des Deckels 4 um den horizontalen Randflansch 3 der Kunststoffscheibe
1. Zur weiteren Verbesserung der Randverbindung zwischen Deckel 4 und Scheibe 1
ist ein Umbördeln gemäß Pfeil 8 (Figur 4) vorgesehen.
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In Figur 5 ist der Zustand nach diesem Umbördeln gemäß Pfeil 8 gezeigt.
Manerkennt, wie der äußerste Rand 6 des Aluminiumdeckels 4 nun zwischen die zwei
Rander 2 und 3 der Scheibe 1 eingevickelt ist. Die beiden Preßrollen 9 können sich
in Pfeilrichtung gegen die schon umgebördelten Randbereiche bewegen oder können
im Verlaufe ihrer Bewegung das Umbördeln teilweise besorgen, wobei hierdurch eine
erhebliche Klemmkraft ausgeübt werden kann, so daß das Material des Aluminiumdeckels
4 und der Kunststoffscheibe 1 unter dichtem Verschließen ineinanderfließen kann.
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Die vorstehende Behandlung des Rohlinges oder Ausgangsstückes für
die Flüssigkeitsverpackung erfolgt sowohl vor dem Vorwärmen als auch vor dem letztgültigen
Aufwärmen und Strecken. Es wird der Raum 10 zwischen Deckel 4 und Scheibe 1 gebildet,
an den eine entsprechende Druckeinrichtung druckdicht über die nicht dargestellte
Öffnung im Deckel 4 angesetzt wird. Dann erst wird das Druckmittel in den Raum 10
zwischen Deckel 4 und Scheibe 1 eingepreßt und streckt das Material der Scheibe
1, so daß die Gesantwandung der letztlich kugelförmigen Flüssigkeitsverpackung dünn
aber durch die Kristallisierung fest, stark und widerstandsfähig wird.
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Durch das Verfahren gemäß der Erfindung ist einerseits eine Formung
des fertigen Flüssigkeitsbehälters geschaffen, und andererseits wird für ein Gleichgewicht
gesorgt zwischen dem Druckmittel im Raum 10 zwischen Aluminiumdeckel 4 und Scheibe
1 sowie dem Kunststoffmaterial der Scheibe 1, welches einen Widerstand entgegensetzt,
auch schon bei der Dehnung unter Orientierung der Moleküle. Bei der Verwendung von
Polyester als Kunststoff und Wasser als Druckmittel hat man festgestellt, daß über
einer Temperatur von 850 C nur eine Dehnung der Kunststoffscheibe 1 ohne Molekülorientierung
möglich ist. Außerdem ist eine Streckung des Materials bei einer Temperatur unter
730 C unmöglich.
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Der Aluminiumdeckel kann mit geeigneten Verschlüssen versehen sein,
beispielsweise eine Kapselungsöffnung (System Kronenkorken) oder auch Schraubverschluß,
um ein dichtes Verschließen, gutes Öffnen und angenehmes Gießen für den Verbraucher
zu gewährleisten.
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In Fig. 6 ist in schematischer perspektivischer Darstellung der fertige
kugelförmige Flüssigkeitsbehälter nach der Formung gezeigt. Aus dem Formling 1 nach
den Fig. 1 - 5 ist die Hauptwandung des Flüssigkeitsbehälters geformt, die mit der
Bezugszahl 1' versehen ist. Der Aluminiumdeckel
4 mit seinem Randflansch
5 ist obenliegend angeordnet, wobei man den unteren freien Rand 6 des Deckels 4
nicht sehen kann, weil er umgebördelt ist. Der Aluminiumdeckel 4 weist bei der hier
dargestellten Ausführungsforn einen Öffnungsgriff 11, auf, mit dessen Hilfe in an
sich bekannter Weise die Öffnung 12 geschaffen wird. Zwar kann auf der dem Deckel
4 gegenüberliegen Seite die Kugel mit einem Stellansatz versehen sein, bei der in
Fig. 6 gezeigten Ausführungsform ruht die kugelförmige Flüssigkeitsverpackung jedoch
auf einem Kartonsockel 13, der eine kreisförmige Öffnung 14 zur Aufnahme des unteren
Kugelteils aufweist.
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Der Sockel 13 kann auch Teil einer Umverpackung sein, die hier aber
zur Erläuterung des Erfindungsgegenstandes nicht dargestellt ist. Anstelle des Kartonsockels
13 kann auch eine ringförmige Stütze aus Kunststoff oder dergl. an die Unterseite
der Kugel angeklebt werden.