DE69004033T2

DE69004033T2 - Eigenstabiler Boden für Druckflaschen.

Info

Publication number: DE69004033T2
Application number: DE90111925T
Authority: DE
Inventors: Herbert Strassheimer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-08-24
Filing date: 1990-06-23
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2010-06-24
Also published as: BR9004163A; EP0413924B1; EP0413924A1; DE69004033D1; JPH0472131A; CA2019864A1; ES2047208T3; US5038947A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen blasgeformten, biaxial orientierten Kunststoffbehälter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Solche thermoplastischen Behälter, wie z.B. aus US-A-4 334 627 bekannt, werden zum Speichern von unter Druck stehenden Flüssigkeiten, beispielsweise kohlensäurehaltiger Getränke und dergl., verwendet. Diese Behälter können aus einer Vorform oder einem Rohling gefertigt werden, der spritzgegossen und anschließend zu einem geeignet geformten Behälter blasgeformt wird. Ein typisches thermoplastisches Material ist Poly(ethylen- Terephtalat) oder PET, obwohl auch andere verwendet werden können.
Bei solchen Behältern weist die Bodenwand eine Champagnerflaschenform auf, mit einem inneren, axial nach innen gerichteten, im allgemeinen konischen Teil.
Die Bodenwand dieser Behälter bildet eine Schwachstelle des Behälters. Es ist wünschenswert, eine Bodenforrn zu schaffen, die als stabile untere Lagerung dienen kann.
So weist ein unter Druck stehendes, in dem Behälter befindliches Getränk eine Tendenz auf, die Bodenwand zu deformieren, zum Beispiel den nach innen gerichteten konischen Teil nach außen zu stülpen und dadurch die Bodenwand instabil zu machen.
Es wurden viele Versuche unternommen, diese Probleme zu beseitigen und gleichzeitig eine Konstruktion zu schaffen, die nicht teuer und wirtschaftlich auszuführen ist. Zum Beispiel sieht US-PS 3 881 621 eine gerippte Verstärkung am Boden vor; dies bewirkt jedoch immer noch nur eine unzureichende Verstärkung. US-PS 4 134 510 sieht eine Mehrzahl von konzentrischen ringförmigen Verstärkungsrippen und eine Mehrzahl von zusätzlichen sie schneidenden Radialrippen in einem komplexen und teuren Verfahren vor. Die US-PSen 4 620 639, 4 261 948, 4 603 831 und 4 334 627 verwenden eine Mehrzahl von nach innen vorspringenden steifen Rippen, so daß der Boden am gerippten Abschnitt dicker ist als der Rest des Bodens; dies ergibt jedoch einen Behälter mit bedeutenden und scharf abgegrenzten Unterschieden in der Wandstärke mit daraus resultierenden starken Temperaturunterschieden bei der Verarbeitung, die schwierige Probleme für die Verarbeitungssteuerung schaffen. US-PS 4 865 206 verwendet eine Mehrzahl von Wandabschnitten, die sich vom Boden nach unten erstrecken und hohle Beine bilden, die sich nach unterhalb des Bodens erstrecken und ebene Füße haben, die von den äußeren Rändern der Füße nach innen und oben geneigt sind. Während die meisten der oben genannten Vorschläge den Widerstand gegen Ausstülpen erhöhen, sind sie auf Formen beschränkt die zu unzureichender Stabilität und unzureichender Druckfestigkeit der Flasche führen.
US-PS 4 785 948 lehrt den Gebrauch einer verbesserten Kunststoff-Vorform zum Formen von blasgeformten Kunststoffbehältem und sich daraus ergebenden verbesserten Kunststoffbehältern, wobei der Behälter einen röhrenförmigen Körperabschnitt aufweist, der in einen Bodenabschnitt anschließt und sich in den Bodenabschnitt hinein erstreckt, der in Umfangsrichtung beabstandete, sich radial erstreckende fortlaufende Änderungen der Wandstärke aufweist. Die Vorform ist dadurch gekennzeichnet, daß ihre Bodenstruktur eine Mehrzahl von Flächen aufweist, die in der Lage sind, eine blasgeformte Kunststoffflasche mit einem Bodenabschnitt zu bilden, der die in Umfangsrichtung beabstandeten, sich radial erstreckenden fortlaufenden Änderungen der Wandstärke mit einem entlang des Umfangs regelmäßig gewellten Querschnitt aufweist, wobei die Änderungen der Wandstärke fortlaufend und allmählich sind. Während die Lehre aus US-PS 4 785 948 eine Konfiguration mit einem stabilen und verstärkten Boden, die einfach konstruiert und billig herzustellen ist, sowie eine Vorform, die ähnlich praktisch und schnell herzustellen ist, schafft, reichen solche Verbesserungen im Fall großer Flaschen manchmal nicht aus. Deshalb ist es wünschenswert, die Eigenschaften der sich ergebenden Behälter weiter zu verbessern, besonders die sich ergebenden Bodengebiete, die den Schnittstellen zwischen den Flächen der Vorform entsprechen. Es ist höchst wünschenswert, die Eigenschaften in diesem Gebiet zu verbessern und die Stabilität des gefüllten und unter Druck stehenden Behälters zu erhöhen.
Deshalb ist es ein Hauptziel der Erfindung, einen verbesserten Kunststoffbehälter zu schaffen, der eine verstärkte Bodengestaltung aufweist, und stabil ist, wenn er mit einem unter Druck stehenden Getränk gefüllt ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, einen verbesserten Behälter wie oben erwähnt zu schaffen, der einfach gestaltet und billig herzustellen ist und der eine stabile Bodengestaltung aufweist.
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden hierin weiter unten ersichtlich.
Gemäß der Erfindung wurde herausgefunden, daß die oben erwähnten Ziele und Vorteile auf einfache Weise durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 erreicht werden können. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In Übereinstimmung mit den Maßnahmen der Erfindung weist der erwähnte Behälter eine erhöhte Stabilität und gute Festigkeitseigenschaften auf und ist einfach, praktisch und schnell herzustellen.
Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden weiter unten erörtert.
Das oben Gesagte wird klarer, wenn man es in Verbindung mit den folgenden anschaulichen Beispielen betrachtet, wobei zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt einer Vorform zum Herstellen des erfindungsgemäßen Behälters;
Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt entlang der Linien 2-2 in Figur 1;
Fig. 3 einen Teilschnitt durch eine Form zum Formen des erfindungsgemäßen Behälters, in Verbindung mit welcher eine Vorform ähnlich der Vorform in Figur 1 gezeigt ist, die darin gestreckt und aufgeblasen wird, um einen erfindungsgemäßen Behälter zu formen;
Fig. 4 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen, gemäß Figur 3 geformten Behälters;
Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt entlang der Linien 5-5 in Figur 4, dem der entsprechende Schnitt aus Figur 2 gestrichelt überlagert ist;
Fig. 6A einen teilweise schematischen, vergrößerten Schnitt des Bodenabschnitts und des anschließenden röhrenförmigen Körperabschnitts des Behälters aus Figur 4 in leerem Zustand;
Fig. 6B eine Ansicht ähnlich der in Figur 6A, mit dem Behälter in unter Druck stehendem Zustand; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung des Bodenabschnitts und des anschließenden röhrenförmigen Körperabschnitts des Behälters aus Figur 4 in leerem Zustand, die den Krümmungsradius des Fersenabschnitts und den Krümmungsradius des konischen Abschnitts illustriert.
Wie sich aus den Zeichnungen im Einzelnen ergibt, wird ein Rohling oder eine Vorform 10 durch Spritzguß aus einem Kunstharz geformt, das biaxial orientiert sein kann, wie z.B. Poly(ethylen-Terepthalat). Die Vorform 10 weist einen Halsabschnitt 11 auf, der eine Öffnung 12 definiert, und kann mit äußeren Gewindegängen 13 versehen sein, um als Anbringungsort für eine Kappe auf dem fertigen, blasgeformten Kunststoffbehälter zu dienen. Die Vorform 10 weist einen röhrenförmigen Körperabschnitt 14 auf, der von dem Halsabschnitt 11 herabhängt, und eine integrierte Bodenstruktur 15, die von dem röhrenförmigen Körperabschnill herabhängt. Die Vorform 10 weist eine äußere Wandfläche 16 und eine innere Wandfläche 17 auf. Die innere Wandfläche 17 des röhrenförmigen Körperabschnitts 14 ist mit einem verdickten Abschnitt 18 versehen, der sich in die Bodenstruktur 15 hinein erstreckt und durch eine Mehrzahl von Flächen 19 gekennzeichnet ist, die flach sein können, wie gezeigt, oder gekrümmt, mit Endabschnitten 19a. Muschelförmige Segmente 20 verbinden die Endabschnitte jeder Fläche 19. Drei oder mehr dieser flachen oder gekrümmten Flächen 19 können verwendet werden, obwohl die sechseckige Anordnung gemäß Fig. 2 bevorzugt wird. Wahlweise kann beispielsweise leicht eine achteckige Anordnung eingesetzt werden. Die Bodenstruktur 15, wie in Figur 1 gezeigt, kann flach oder mit einem axial nach innen gerichteten, konischen Teil 21, wie in Figur 3 gezeigt versehen sein.
Im Vergleich zu der typischerweise nach dem Stand der Technik, z.B. US-PS 4 785 948, verwendeten Vorform ist die Länge "L" des verdickten Abschnitts 18 verkürzt, und ebenso kann die Tiefe der muschelförmigen Segmente 20 verringert werden. Je größer die Länge "L" ist, desto weiter nach außen erstreckt sich der verdickte Abschnitt des Bodens der aus der Vorform geblasenen Flasche nach außen, zur Seitenwand, und desto weniger wird der gleiche Abschnitt orientiert sein, was übermäßige Sprödigkeit bedeutet. Änlich wird, je tiefer die Muschel 20 ist, d.h., je dünner die Wand an den Muscheln ist, an den den Muscheln entsprechenden Bereichen der Flasche umso mehr Orientierung erzielt.
Also wird, um einen hohen Grad von Orientierung an der Ferse 50 der Flasche zu erreichen, die Länge "L" reduziert, um so die entsprechenden dicken Abschnitte des Bodens auf einen weit innerhalb der Ferse liegenden Bereich zu beschränken (siehe Figur 6 und die nachfolgende Diskussion).
Wie in Figur 1 gezeigt, umfaßt der verdickte Abschnitt 18 einen unteren, an die Bodenstruktur anschließenden, Abschnitt 18a, der eine Wandstärke aufweist, die geringer ist als die Wandstärke des angrenzenden verdickten Abschnitts 18. Man hat herausgefunden, daß dies benutzt werden kann, um Materialkosten zu sparen, ohne in Anbetracht der bedeutenden Vorteile, die gemäß der Erfindung erreicht werden, nötige Eigenschaften zu verlieren. Wahlweise können, wenn gewünscht, äußere Rippen auf der Vorform ausgebildet werden, wie in der oben erwähnten US-PS 4 785 948 offenbart.
Die so geformte Vorform wird auf eine Temperatur gebracht, bei der Blasformen durchgeführt werden kann, was durch Erhitzen eines vorher geformten Rohlings oder Formen des heißen Rohlings in Reihe mit dem Blasformvorgang und geeignetes Anpassen seiner Temperatur geschehen kann. Die erhitzte Vorform wird dann in eine Blasform plaziert, die die Form des gewünschten Behälters aufweist, der weiter unten detaillierter beschrieben wird, wie die in Figur 3 gezeigte Blasform 30, und während Druckluft in sie geblasen wird, wird die innere Seite des Bodenabschnitts 15 durch bewegliche Mittel 31 nach unten gedrückt, um biaxiale Orientierung zu bewirken. Die in Figur 3 gezeigte Blasform 30 weist eine innere Gestaltung auf, die das Formen eines erfindungsgemäßem Kunststoffbehälters 40 (siehe Figur 4) erlaubt, der eine gewünschte, nachstehend beschriebene Form aufweist.
Demnach wird der blasgeformte Kunststoffbehälter 40 so geformt, daß er einen Halsabschnitt 41, der eine Öffnung 42 definiert, einen Bodenabschnitt 43, und einen röhrenförmigen Körperabschnitt 44 aufweist, der den Halsabschnitt 41 und den Bodenabschnitt 43 miteinander verbindet. Der Halsabschnitt 41 ist mit äußeren Gewindegängen 45 versehen, um als Anbringungsort für eine Kappe auf dem Behälter zu dienen, wie bei der Vorform 10. Der Bodenabschnitt 43 weist einen inneren, axial nach innen gerichteten, im allgemeinen konischen Teil 46 auf.
Figur 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der die flachen oder gekrümmten Flächen eine sechseckige Anordnung bilden. Muschelförmige Segmente 20 bilden die dünneren Abschnitte 49a der regelmäßig gewellten Querschnittsanordnung des Bodenabschnitts des Behälters, wobei 49 die dickeren Abschnitte bezeichnet. Die Segmente können Teile von Kreisen bilden, um die Fertigung zu vereinfachen.
Die Figuren 6A und 6B zeigen teilweise schematische, vergrößerte Schnitte des Bodenabschnitts 43 und des angrenzenden röhrenförmigen Körperabschnitts 44 des Behälters 40, wobei Figur 6A den leeren und Figur 6B den unter Druck stehenden Behälter zeigt. Der Fersenabschnitt 50 des Bodenabschnitts 43 verbindet den Bodenabschnitt mit dem Körperabschnitt 44. Der Bodenabschnitt umfaßt außerdem einen Abstellbereich 51, auf dem der Behälter im aufrechten Zustand ruht, und einen Gelenkabschnitt 52, der den konischen Abschnitt 46 mit dem Abstellbereich verbindet.
Gemäß der Erfindung ist die Wandstärke des Gelenkabschnitts 52 größer als die Wandstärke des Fersenabschnitts 50. Außerdem ist die Wandstärke des Fersenabschnitts 50 größer als die Wandstärke des Körperabschnitts 44. Der konische Abschnitt 46 umfaßt einen oberen Bereich 53, wobei die Wandstärke des Gelenkabschnitts 52 größer ist als die Wandstärke des oberen Abschnitts 53. Die Wandstärke der Ferse 50 kann geringer sein als die Wandstärke des oberen Bereichs. Diese Verhältnisse sind schematisch in Figur 6A dargestellt und werden bei dem unter Druck stehenden Behälter von Figur 6B beibehalten. Beispielsweise sind Wandstärken bei dem Behälter von Figur 6A: Ferse - 0,35mm; Gelenk - 3,2mm; oberer Berich des konischen Abschnitts - 2,2mm; und Körperabschnitt - 0,25mm.
Somit zeigt, wie in Figur 6 deutlich dargestellt, der Gelenkabschnitt eine wesentliche Verdickung gegenüber dem Fersenabschnitt. Gemäß der Gestaltung in der oben erwähnten US- PS 4 785 948 wird ein Ausstülpen verhindert, indem die Ferse dicker und steif ausgebildet wird, so daß der Boden bei dem Versuch, sich unter Druck axial nach außen zu beulen, durch die Steifigkeit der Ferse daran gehindert wird. Dies bedeutet, daß der gesamte Fersenbereich steif ist, und daß jedes Ausbeulen der Ferse und des konischen Abschnitts 46 verhindert wird.
Verglichen mit dem Stand der Technik ist jedoch bei der Gestaltung gemäß der Erfindung der steife, verdickte Abschnitt innerhalb des Gelenkabschnitts plaziert, und die Ferse und die anschließende Seitenwand bleiben flexibel, obwohl ein Ausstülpen verhindert wird. Als Ergebnis werden sich die Ferse und die Seitenwand nach dem Unter-Druck-Setzen der Flasche nach außen und nach unten bewegen, und einen vergößerten und stabileren Abstellbereich bilden, während ein Ausstülpen immer noch verhindert wird. Das Ergebnis ist eine begrenzte Stabilität der Flasche im leeren, drucklosen Zustand und, wenn unter Druck stehend, eine wesentlich erhöhte Stabilität wegen des Nach-Außen-Rollens der Ferse, alles ohne Ausstülpen des Bodens, was durch das verdickte Gelenk verhindert wird.
Ein verdickter Bereich wird eine verringerte Orientierung aufweisen, auch mit der durch US- PS 4 785 948 verkörperten verbesserten Gestaltung. Dies bedeutet wiederum verringerten Schlagwiderstand, d.h. Sprödigkeit. Zufällige Stoßbelastungen treten gewöhnlich in der Nähe der Ferse auf und kaum jemals nahe der Mitte. Daher kann Sprödigkeit nahe der Mitte hingenommen werden, Sprödigkeit in der Nähe der Ferse jedoch nicht. Gemäß der Erfindung werden die Orientierung an der Ferse und damit die Duktilität wegen der Plazierung des verdickten Abschnitts weit innen erhöht.
Wie in Figur 7 schematisch für den Behälter in leerem Zustand gezeigt, umfaßt der konische Abschnitt 46 einen Krümmungsradius X des Gelenkabschnitts zwischen dm oberen Bereich 53 und dem Abstellbereich 51, und der Fersenabschnitt 50 weist auch einen Krümmungsradius Y auf. Eine repräsentative Ausführungsform für einen Zwei-Liter-Behälter besitzt im leeren Zustand einen Radius X, der zwischen zwischen 24 und 27 mm variiert und einen Radius Y, der zwischen 17 und 20 mm variiert. Gemäß der Erfindung sollte das Verhältnis von Radius X zu Radius Y zwischen 0,75 und 2 liegen, vorzugsweise zwischen 1 und 1,6. Man hat herausgefunden, daß das Einhalten dieses Verhältnisses die Stabilität des Bodenabschnitts des Behälters erhöht.

Claims

1. Blasgeformter, biaxial orientierter Kunststoffbehälter (40), umfassend einen eine Öffnung (42) definierenden Halsabschnitt (41), einen von daran hängenden röhrenförmigen Körperabschnitt (44), einen an dem röhrenförmigen Körperabschnitt (44) hängenden integralen Bodenabschnitt (43), einen axialen, nach innen gerichteten, im wesentlichen konischen Abschnitt (46) des Bodenabschnitts (43), der einen oberen Bereich (53) aufweist, wobei der Bodenabschnitt (43) einen Standbereich (51) aufweist, auf dem der Behälter (40) in aufrechtem Zustand ruht, und der Bodenabschnitt (43) einen Fersenabschnitt (50), der den Standbereich (51) und den Körperabschnitt (44) verbindet sowie einen Gelenkabschnill (52), der den konischen Abschnitt (46) und den Standbereich (51) verbindet, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Gelenkabschnitts (52) größer als die Wandstärke des Fersenabschnitts (50) ist, so daß der Fersenabschnitt (50) nach außen und unten gedrückt wird, wenn der Behälter (40) unter Druck gesetzt wird, um einen stabilen Bodenabschitt zu schaffen, und so daß der Standbereich (51) des Behälters (40) nach dem Unter-Druck-Setzen größer ist als der Standbereich im drucklosen Behälter (40), um so einen stabilen Standbereich (51) zu schaffen.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fersenabschnitt (50) einen Rundungsradius (Y) aufweist und der konische Abschnitt (46) einen Rundungsradius (X) zwischen dem oberen Bereich (53) und dem Standbereich (51) aufweist, wobei das Verhältnis des Rundungsradius' (X) des konischen Abschnitts (46) zu dem des Fersenabschnitts (50) zwischen 0,75 und 2,0 variiert.

3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fersenabschnitt (50) eine größere Wandstärke als der Körperabschnitt (44) aufweist.

4. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Gelenkabschnitts (52) größer als die Wandstärke des oberen Bereichs (53) des konischen Abschnitts (46) ist.

5. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (40) fortlaufende Änderungen der Wandstärke bei einem regelmäßig gewellten Querschnitt aufweist, wobei die fortlaufenden Änderungen in der Wandstärke in dem an den Bodenabschnitt anschließenden röhrenförmigen Körperabschnitt (44) ausgebildet sind und sich in den Bodenabschnitt (43) erstrecken.

6. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Standbereich (51) des Bodenabschnitts beim Unter-Druck-Setzen von einem Standbereichsradius in eine Standbereichsfläche umgewandelt wird.

7. Behälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Wandstärke des Fersenabschnitts zu der des Gelenkabschnitts (52) ungefähr 1:10 ist.

8. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Standbereich (51), der Gelenkabschnitt (52), der Fersenabschnitt (50) und der konische Abschnitt (46) alle gekrümmt ausgebildet sind.

9. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Fersenabschnitts (5) größer ist als die Wandstärke des Körperabschnitts (44).