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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft das Gebiet
der Kunststofftuben, insbesondere das Gebiet der Tuben mit Sperreigenschaften,
und typischerweise das der Zahnpastatuben.
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STAND DER TECHNIK
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Aus dem auf den Namen der Anmelderin
lautenden europäischen
Patent EP-B-0524
897 ist ein Verfahren zur Herstellung von Tuben bekannt, bei dem
man insbesondere zur Verbesserung der Sperrwirkung der Tubenköpfe separat
und durch Thermoformen zunächst
ein einstückiges
Teil oder Einsatz aus einem 5-schichtigen
Mehrschichtwerkstoff PE/Adh/EVOH/Adh/PE herstellt, wo "PE" eine Polyethylenschicht, "EVOH" eine sperrend wirkende Schicht
aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer
bezeichnet und Adh eine Adhäsivschicht
bezeichnet, welche die Kohäsion
zwischen den PE-Schichten und der EVOH-Schicht sicherstellen soll.
Danach legt man auf einen Stempel eines Abformwerkzeugs einen Tubenmantel
sowie den genannten Einsatz – beide
wurden separat hergestellt – und
formt dann den Tubenkopf aus PE ab, um eine wie in 1 dargestellte
Tube zu erhalten.
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Ferner sind aus AU-0545 604 und EP-A-0130
239 weitere Verfahren zur Herstellung von Tuben bekannt, bei denen
separat gegossene Einsätze,
typischerweise aus PBT (Polybutylenterephthalat), verwendet werden.
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Schließlich ist aus BE-A-666 719
eine Tube bekannt, deren Kopf als Barrierewerkstoff einen kegelstumpfförmigen Einsatz
aus gefalteter, dünner Aluminiumfolie
aufweist.
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PROBLEMSTELLUNG
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Die Probleme, die sich durch die
aus dem Stand der Technik bekannten Tuben stellen, sind angesichts
der Verwendung separat hergestellter Einsätze verschiedener Art:
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- – zum
einen handelt es sich bei der separaten Herstellung eines Einsatzes,
insbesondere im Falle eines 5-schichtigen Einsatzes wie in EP-B-0524
897 beschrieben, um einen zusätzlichen
Vorgang, dessen Herstellungskosten zu denen für eine gleiche Tube, jedoch
ohne Einsatz, noch hinzukommen, wobei die eigentlichen Kosten für die Montage
des Einsatzes und die erhöhte
Komplexität
der Montagemaschinen nicht berücksichtigt
sind,
- – zum
anderen stellen die Einsätze
Barrierewerkstoffe dar, sind also anderer Art als PE. Da sie separat hergestellt
werden, einen nicht unwesentlichen Anteil an der Masse der Tube
ausmachen und die Werkstoffe des Einsatzes, insbesondere PBT, in
PE, das den typischen Werkstoff der Tuben darstellt, nicht mischbar
sind, liegt ein Recyclingproblem der Tubenwerkstoffe vor,
- – schließlich stellt
sich mit den Einsätzen
oftmals ein Barriereproblem, entweder weil die eigentlichen Barriereeigenschaften
des Barrierewerkstoffs unzureichend sind, oder weil ein zu breiter
Ringstreifen im Verbindungsbereich von Mantel und Kopf vorliegt.
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Durch die erfindungsgemäßen Tubenköpfe und
Tuben lassen sich all diese Probleme gleichzeitig lösen.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Nach einem ersten Gegenstand der
Erfindung ist der Tubenkopf aus Kunststoff, der zur Bildung einer
Tube mit einem Mantel verbunden werden soll und einen Hals, welcher
typischerweise mit einem Gewinde versehen ist, sowie eine Schulter
umfasst, welche einen ringförmigen
Abschnitt zur Verbindung mit dem Mantel aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass
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- a) der Tubenkopf durch Coinjektion gebildet wird und einen
Mehrschichtwerkstoff aufweist, der eine innere Schicht, eine äußere Schicht
aus einem Strukturwerkstoff, typischerweise Polyolefin, und mindestens eine
interne Schicht aus einem thermoplastischen Barrierewerkstoff umfasst,
- b) die interne Schicht von der inneren und äußeren Schicht umhüllt ist,
einschließlich
an den Enden des Tubenkopfes, wo die innere und die äußere Schicht zu
einer typischerweise polyolefinischen Schicht vereinigt sind, wobei
der Abstand " e " und " e' " zwischen jedem der Enden der internen
Schicht und dem entsprechenden Ende des Tubenkopfes 0,02 bis 5 mm beträgt und vorzugsweise
kleiner als 3 mm ist, so dass sich die interne Schicht aus Barrierewerkstoff über die
größtmögliche Höhe erstreckt
und ihre Enden dabei von der Verbindung der inneren und äußeren Schicht
umhüllt
oder umkapselt sind.
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Die Erfindung entspricht insofern
einem radikalen Wandel in der Gestaltung des Tubenkopfes, als zum
einen die interne Schicht B völlig
versenkt und von einem sog. Strukturmaterial A umgeben ist, typischerweise
einem Polyolefin – es
kann aber auch ein anderes extrudierbares Material sein, wie zum
Beispiel ein PET oder ein PA – und
zwar kontinuierlich ohne Unterbrechung des Materialflusses, wie
dies bei der Verwendung eines Einsatzes aus dem Stand der Technik
der Fall ist, und als zum anderen die interne Schicht sich so weit
wie gewünscht
und auch bis in die Nähe
der Enden des Tubenkopfes ausdehnen und erstrecken kann, wobei als
einzige Beschränkung
gilt, dass diese Schicht keinen Kontakt nach außen hat und vom Strukturmaterial
A umgeben bleibt.
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Da weder ein Einsatz noch ein aufgesetztes Teil
vorhanden ist, weist die erfindungsgemäße Tube mehrere wesentliche
Vorteile für
den Fachmann auf, nämlich
hinsichtlich der Kosten, hinsichtlich der Kompatibilität der Tubenkopf- und Tubenmantelwerkstoffe und
damit des Recycelns, denn ein Einsatz besteht typischerweise aus
PBT, alleiniger Werkstoff, der nicht im Tubenmantel verwendet wird,
und hinsichtlich der Anpassung der Leistung des Tubenkopfes an den
jeweiligen Bedarf, da es bekannt ist, dass nicht alle abgepackten Produkte
die gleichen Anforderungen im Hinblick auf den Dichtheitsgrad des
Tubenkopfes aufweisen und man somit die Art der Sperrschicht und
ihre Dicke modulieren und dadurch sowohl bedarfsgerechte als auch
kostengünstige
Tuben herstellen kann.
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Die Sperrschicht kann aus einer oder
mehreren, sich zumindest teilweise überlappenden Schichten gebildet
sein.
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BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Die 1a und 1b zeigen im Axialschnitt einen Tubenkopf
(2) nach dem Stand der Technik, der mit einem Einsatz (4)
versehen ist. Dieser Tubenkopf weist einen mit einem Gewinde (201)
versehenen Hals (20) und eine Schulter (21) zur
Verbindung mit einem Mantel (3) auf.
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1a zeigt
einen Tubenkopf (2) mit seinem Gusszapfen (26)
nach Austritt aus der Station zum Abformen des Kopfes (2)
auf den Mantel (3).
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1 b
entspricht dem Tubenkopf (2) aus 1a nach
Entfernung des Gusszapfens (26) und Ausbildung der Öffnung (200).
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In 1b wurde
eine vergrößerte Schnittansicht
des Mantels (3) dargestellt, welcher typischerweise eine
Schicht (30) aus Barrierewerkstoff B aufweist, die von
einer äußeren Schicht
(31) und einer inneren Schicht (32) aus Strukturwerkstoff
A bedeckt ist.
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Die 2a und 2b sind analog zu den 1a und 1b und
entsprechen der Erfindung. Das den Tubenkopf (2) bildende
Material weist eine interne Schicht (25) aus Barrierewerkstoff
B auf, die außen
von einer äußeren Schicht
(23) und innen von einer inneren Schicht (24)
aus Strukturwerkstoff A bedeckt ist.
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In 2b sind
die Abstände " e " und " e' " zwischen den Enden der inneren Schicht
(24) und den Enden des Tubenkopfes eingetragen.
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3 zeigt
im Aufriss eine Coinjektionsdüse (5)
mit vertikaler Symmetrieachse (10), die einen zentralen
Kanal (50), einen äußeren Ringkanal
(52) zum Einspritzen des Werkstoffs A, einen mittleren Ringkanal
(51) zum Einspritzen des Barrierewerkstoffs B und eine
gemeinsame Austrittsöffnung
(53) aufweist.
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4 zeigt
schematisch eine einzelne Coinjektionsvorrichtung im Aufriss. Diese
Vorrichtung umfasst eine Düse
(5), die einerseits mit Werkstoff A (typischerweise PE) über eine
Vorrichtung zum Einspritzen von Werkstoff A gespeist wird, welche
oberhalb einen Speisekanal (633) mit einem Verschlussventil oder
-schieber (635) und einen aus einem Extruder (63) mit Werkstoff
A gespeisten und mit einem Rückschlagventil
(631) versehenen Dosierkolben (632) aufweist,
und andererseits mit Werkstoff B über eine Vorrichtung zum Einspritzen
von Werkstoff B gespeist wird, welche einen Speisekanal (643)
mit einem Verschlussventil oder -schieber (644) und oberhalb einen
Extruder (64) für
Barrierewerkstoff B aufweist.
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Die Düse (5) weist ein Verschlussventil
(65) für
ihre gemeinsame Öffnung
(53) auf und endet in einer äußeren Öffnung (66), die mit
dem Spritzgusswerkzeug für
den Tubenkopf (2) zusammenwirkt. Die Düse könnte ein axiales Verschlussmittel
(nicht dargestellt) aufweisen, typischerweise mit Schieber, um die
Austrittsöffnung
für den
Werkstoff A, die für
den Werkstoff B oder zugleich die für die Werkstoffe A und B zu
verschließen.
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Das Spritzgusswerkzeug umfasst typischerweise
eine Matrize (61) und einen Stempel (60), auf den
ein Mantel (3) gelegt wurde, wobei der Raum zwischen Matrize
und Stempel die Kavität
(67) bildet, in welcher der Tubenkopf durch Coinjektion
ausgebildet werden soll. Zum Spritzgießen des Tubenkopfes (2)
kann mittels eines Kolbens (62) die Anordnung Stempel +
Matrize mit ausreichendem Druck gegen die äußere Öffnung (66) gefahren
werden.
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In dieser Figur wurden die Verteiler
für den Werkstoff
A und den Werkstoff B zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Tubenköpfe nicht
dargestellt.
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In den 5 und 6 ist eine andere Ausgestaltung
des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt.
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5 zeigt
ein Prinzipschema einer Vorrichtung zur Coinjektion eines Strukturwerkstoffs
A (links in der Figur) und eines Barrierewerkstoffs B (rechts in der
Figur) im Axialschnitt. In dieser Figur wurden die Verteiler (630)
für den
Werkstoff A und die Verteiler (640) für den Werkstoff B, welche 6
Kavitäten
(67) gleichzeitig speisen sollen, dargestellt. Das Zuführungssystem
für den
Werkstoff A weist einen Spritzkolben (632) sowie ein Rückschlagventil
(631) auf, welches es ermöglicht, den Coinjektionskopf
(6) mit Werkstoff A in der gewünschten Menge und mit dem gewünschten
Druck zu versorgen.
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Die Vorrichtung umfasst ein Schieberventil (65)
mit einem Schieber (650) mit 4 Stellungen durch Querverschiebung
des Schiebers (650), das entweder mit Mehrschichtwerkstoft
A und B über
die Öffnung
(53) der Düse
(5) oder nur mit Werkstoff A über den Seitenkanal (634)
gespeist wird und entweder in die Kavität (67) einmündet oder
zu einem Ablass (68) führt.
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Der Schieber (650) ist im
Querschnitt in den 5 und 5b dargestellt und im Längsschnitt
in 5a, wo die 4 Stellungen
gezeigt sind:
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- – Stellung
1: der Schieber ist voll, so dass keine Verbindung weder zu den
Zuführungen
(53, 634) noch zu den Abführungen zur Kavität (67)
oder zum Ablass (68) besteht,
- – Stellung
2: die Zuführung
(634) für
den Werkstoff A ist mit der Kavität (67) verbunden,
die Zuführung
für den
Mehrschichtwerkstoff A und B über
die Öffnung (53)
ist verschlossen,
- – Stellung
3: die Zuführung
für den
Mehrschichtwerkstoff A und B über
die (Öffnung
(53) der Düse
(5) ist mit der Kavität
(67) verbunden, die Zuführung
(634) für
den Werkstoff A ist verschlossen,
- – Stellung
4: die Zuführung
für den
Mehrschichtwerkstoff A und B über
die Öffnung
(53) der Düse
(5) ist mit dem Ablass (68) verbunden; diese Stellung
wird typischerweise nicht im Produktionszyklus, sondern bei Stillstand
der Vorrichtung vor dem erneuten Aufnehmen des Produktionszyklus
verwendet.
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6 ist
eine perspektivische Darstellung der Verteiler (630) für den Werkstoff
A und der Verteiler (640) für den Werkstoff B, die von
den Extrudern (63) für
den Werkstoff A bzw. den Extrudern (64) für den Werkstoff
B gespeist werden und ihrerseits die 6 Coinjektionsköpfe (6)
speisen, die jeweils eine Düse (5)
und einen Seitenkanal (634) aufweisen, welche die beiden
Eingänge
des Schieberventils (65) bilden. Nicht dargestellt wurden
in dieser Figur die 6 Spritzkolben (632) für den Werkstoff
A.
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Aus dieser Figur ist die Anordnung
der Schieberventile (65) ersichtlich, die jeweils zwei "Eingänge" oder Einspeisungen
(53) und (634) und zwei "Ausgänge" (66) zur Kavität (67)
und zum Ablass (68) aufweisen, wobei diese "Eingänge" und diese "Ausgänge" ein Kreuz in einer
Querebene zur Achse des Ventils (65) bilden.
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7 ist
eine schematische Draufsicht auf eine Tubenfabrikationseinheit mit
6 Spritzdüsen
(5). 7a zeigt
schematisch im Schnitt einen Mantel (3) und 7b eine Tube nach erfolgter
Coinjektion mit einem Tubenkopf entsprechend der 2a.
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8 erläutert schematisch
den Ablauf eines Spritzzyklus mit einer Gesamtzeit von To + T', wobei der Spritzvorgang
für den
Struktunrverkstoff A (typischerweise ein Polyolefin vom Typ PE) über das Ventil
(635) von T = 0 bis T = To geht, während der Spritzvorgang für den Barrierewerkstoff
B über
das Ventil oder den Schieber (645) bei T = t beginnt und bei
T = To – t' endet, wobei die
Zeit T' eine Stabilisierungszeit
ist.
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Auf die mit "P650" bezeichnete
Achse wurde die Stellung des Schiebers (650) aufgetragen,
wenn die verwendete Vorrichtung diese Art von Schieber mit 4 Stellungen,
die mit 1 bis 4 bezeichnet sind, aufweist, wie im Zusammenhang mit
den 5a und 5b angegeben.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei dem erfindungsgemäßen Kopf
(2) einer Tube (1) können die innere Schicht (24)
und die äußere Schicht
(23) aus einem gleichen Polyolefin sein, das vorzugsweise
unter den Polyethylenen oder PE gewählt wird, und der Barrierewerkstoff
kann unter den bekannten extrudierbaren Barrierewerkstoffen gewählt werden
und vorzugsweise unter den Polyvinylalkoholen oder EVOH, wobei sich
die Erfindung, wie bereits erwähnt,
jedoch nicht auf spezifische Werkstoffe beschränkt, abgesehen davon, dass
diese Werkstoffe extrudierbar oder coextrudierbar sein müssen. Ferner
ist es erfindungsgemäß ebenso möglich, als
Strukturwerkstoff einen Werkstoff A für die äußere Schicht (23)
und einen davon verschiedenen Werkstoff A' für
die interne Schicht (25) zu verwenden.
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Der Mehrschichtwerkstoff weist vorzugsweise
ein Gefüge
mit 3 Schichten "A/B/A" auf, wo A und B
eine Schicht aus Strukturwerkstoff, typischerweise aus Polyolefin
und vorzugsweise aus PE – also
die innere Schicht (24) und die äußere Schicht (23) – bzw. eine
Schicht aus Barrierewerkstoff, typischerweise EVOH – also die
interne Schicht (25) – bezeichnen,
wobei die Schicht aus Barrierewerkstoff B eine durchschnittliche
Stärke
von 0,02 bis 0,5 mm hat, und vorzugsweise eine durchschnittliche
Stärke von
0,04 bis 0,2 mm bei einer Gesamtstärke des 3-schichtigen Gefüges von
typischerweise 1,2 mm. Dabei wurde festgestellt, dass es erfindungsgemäß nicht
notwendig ist, eine Adhäsivschicht
zwischen der Schicht aus dem Strukturwerkstoff A und der Schicht
aus dem Barrierewerkstoff B vorzusehen, obwohl die Werkstoffe A
und B nicht aneinander haften können,
wie dies bei PE und EVOH der Fall ist.
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Ferner kann die Schicht B eventuell
durch mehrere dünnere
Schichten B ersetzt werden, die sich ganz oder teilweise überlappen,
eventuell mit dazwischengelegten Schichten A.
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Wie bereits erwähnt kann die Gesamtdicke der
Schicht aus Barrierewerkstoff je nach gewünschtem Leistungsniveau angesichts
der Art des verpackten Produktes entsprechend moduliert werden.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung
ist durch die Tuben (1) gebildet, die einen erfindungsgemäßen Tubenkopf
(2) aufweisen.
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Dabei wird die Verbindung von Mantel
und Kopf vorzugsweise durch Coinjektions-Spritzguss des Kopfes auf
den vorher ausgebildeten Mantel hergestellt.
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Auch wenn die Tubenköpfe als
solche hergestellt und dann mit den Mänteln verbunden werden können, ist
es vorteilhaft, wie in 4 angegeben vorzugehen,
d. h. den Kopf durch Spritzguss auf einem Mantel auszubilden, indem
die Ausbildung des Kopfes und die Verbindung des Kopfes mit dem
Mantel, der seinerseits separat hergestellt werden kann, in einem
einzigen Schritt vereinigt werden.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung
ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Mehrschicht-Tubenkopfes.
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Bei diesem Verfahren:
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- a) wird in eine Kavität
(67), die durch das Zusammenwirken einer Matrize (61)
und eines Stempels (60) gebildet wird, und mit Hilfe eines
Coinjektionskopfes (6), der mit Strukturwerkstoff A und
Barrierewerkstoff B gespeist wird, ein Materialstrom aus einem Strukturwerkstoff
A während
einer Zeit T gleich To und ab einer Zeit T = t bis zu einer Zeit
T = To – t' ein der internen
Schicht (25) entsprechender Materialstrom aus Barrierewerkstoff
koinjiziert, wobei die Zeiten t und t' so klein wie möglich gewählt werden, damit die Enden
(250, 251) der internen Schicht (25)
aus dem Barrierewerkstoff des Tubenkopfes (2) nach Entfernen
des Gusszapfens (26) vollständig von dem Strukturwerkstoff
A der inneren und äußeren Schicht (24, 23)
umkapselt sind, wobei diese Enden (250, 251) durch
eine Wanddicke von mindestens 20 μm des
Strukturwerkstoffs A von der äußeren Umgebung getrennt
sind,
- b) wird das Einspritzen des Strukturwerkstoffs A während einer
zusätzlichen
Zeit T', die mindestens
gleich To ist, fortgesetzt, um die eingespritzte Strukturwerkstoffmenge
zu stabilisieren.
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Typischerweise kann dabei:
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- – To
zwischen 0,1 s und 1 s liegen,
- – To
+ T' zwischen 1
s und 3 s liegen,
- – t
zwischen 0,01.To und 0,5.To liegen,
- – t' zwischen 0,01.To
und 0,65.To liegen.
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Dieses Verfahren wird bei Betrachtung
der 3, 4, 5, 5a, 5b und 8 besser
verständlich.
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Aus 8 geht
deutlich hervor, dass das Einspritzen des Barrierewerkstoffs B nach
dem Einspritzen des Strukturwerkstoffs A beginnt und vor dem Einspritzen
des Werkstoffs A endet.
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Es wird somit deutlich, dass es mit
den gesamten durch die Erfindung definierten Mitteln einerseits
möglich
ist, während
eines Produktionszyklus T eines Tubenkopfes die Zuführung der
jeweils eingespritzten Werkstoffe zu regulieren und gleichzeitig
die Abstände " e " und " e"' zu kontrollieren.
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Andererseits kann mit diesen Mitteln
auch die Stärke
der Schicht aus Barrierewerkstoff B beliebig geändert werden, insbesondere,
indem die relativen Durchflussmengen an Barrierewerkstoff B und Werkstoff
A in der Coinjektionsdüse
(5) reguliert werden.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung
ist ein Verfahren zur Herstellung von Tuben mit einem erfindungsgemäßen Tubenkopf
(2).
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung
kann ein erfindungsgemäßer Tubenkopf
mit beliebigen bekannten Mitteln, typischerweise mit beliebigen Schweißmethoden,
mit einem Tubenmantel verbunden werden. Vorzugsweise jedoch werden
der Tubenkopf und der Tubenmantel durch Coinjektionsspritzguss des
Kopfes auf den Mantel miteinander verbunden, wie in 4 erläutert.
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Eine Fabrikationseinheit, bei der
das erfindungsgemäße Verfahren
zum Einsatz kommt, wurde in 7 schematisch
dargestellt. Bei diesem großtechnischen
Verfahren führt
ein Drehteller oder ein Karussell (76) mit vertikaler Drehachse
(77), das in p Sektoren (71, 72, 73, 74)
unterteilt ist, wobei p typischerweise gleich 8 ist, und sich um
einen festgelegten Teilungswinkel gleich 360°/p dreht, nacheinander jeden
Sektor vor mindestens drei zur Drehachse winkelversetzte ortsfeste
Stationen, vor eine erste Station (71) zum Laden der Tubenmäntel auf
den Sektor des Drehtellers, dann vor eine zweite Station (72) zum
Koinjizieren und Abformen der Köpfe
auf die Mäntel
und vor eine dritte Station (74) zum Entladen der Tuben
vom Drehteller, wobei die Verweilzeit eines Sektors vor jeder der
ortsfesten Stationen gleich der Summe To + T' ist, welche Summe vorzugsweise zwischen
1 Sekunde und 3 Sekunden liegt, und wobei der Zeitraum zwischen
zwei ortsfesten Stationen insbesondere durch die Winkelversetzung
zwischen diesen beiden ortsfesten Stationen bestimmt ist.
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In 7 wurde
dabei der Fall dargestellt, wo, mit p gleich 8, die Coinjektionsstation
(72) und die Entladestation (74) um einen Winkel
a von typischerweise 180° zueinander
winkelversetzt sind, so dass die Abkühlungszeit der Tuben zwischen
der Coinjektionsstation und der Entladestation im wesentlichen gleich
(To + T').(p/360°).α ist.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung
ist eine Vorrichtung, mit der die Coinjektionsstation (
72) ausgestattet
ist. Aus
EP 0 325 440 ist
eine Coinjektionsvorrichtung bekannt, die mit Strukturwerkstoff
A und Barrierewerkstoff B gespeist wird und eine Coinjektionsdüse aufweist,
welche mit einer in die Kavität einer
Form einmündenden Öffnung versehen
ist und entweder mit einem Strukturwerkstoff A oder mit einem A/B/A-Mehrschichtwerkstoff
gespeist werden kann. Die Vorrichtung weist Steuermittel auf, um
das programmierte Einspritzen des Werkstoffs A oder des ringförmigen A/B/A-Materialstroms
in die Kavität der
Form zu vorbestimmten Zeitpunkten des Herstellungszyklus sicherzustellen.
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Um die Materialströme besser
zu trennen und somit die Dauer der verschiedenen Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
so wie sie vorstehend beschrieben wurden, besser zu kontrollieren, sieht
die erfindungsgemäße Vorrichtung
die Möglichkeit
vor, die Kavität
der Form über
einen Kanal mit Strukturwerkstoff zu versorgen, der nicht durch
die Coinjektionsdüse
läuft.
Die Düse
wird dann nur zum Coinjizieren der Werkstoffe A und B verwendet,
wobei die Einspritzung nur des Werkstoffs A über eine spezifische Leitung
durchgeführt
wird, die nicht durch die Coinjektionsdüse läuft, und der Übergang
von einer Einspritzart zur anderen mit Hilfe eines Schieberventils
erfolgt.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Alle Figuren – mit Ausnahme der 1 a und 1 b – beziehen sich auf die Erfindung
und erläutern die
Erfindung.
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Bei den gemäß den Beispielen hergestellten Tubenköpfen handelt
es sich um die der 2a und 2b.
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Was die Abmessungen dieser Tubenköpfe betrifft,
handelt es sich dabei um die Standardabmessungen der Köpfe für Zahnpastatuben,
wobei die Höhe
des Kopfes 20 mm und der Durchmesser der Tube 35 mm beträgt.
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Was die Art der Werkstoffe betrifft,
wurde als Strukturwerkstoff A PE und als Barrierewerkstoff EVOH
gewählt.
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Die Stärke des Mehrschichtwerkstoffs
im Bereich der Schulter (21) beträgt typischerweise 1,2 mm, die
Stärken
der Schichten aus PE (23, 24) und der Schicht aus Barrierewerkstoff
(25) betragen 1 mm für
die äußere PE-Schicht
(23), 0,05 mm für
die interne EVOH-Schicht (25) und 0,15 mm für die innere
PE-Schicht (24).
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Es wurden Tubenköpfe mit Abständen " e " und " e' " gleich 2 mm erhalten.
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Zur Herstellung dieser Köpfe wurden
Coinjektionsdüsen
(5) eingesetzt, wie zum Beispiel die, die in 5 dargestellt ist. Eine
solche Düse
(5) wird mit PE über
den Kanal (633) und mit EVOH über den Kanal (643)
gespeist und weist Mittel zur Regulierung und zum Öffnen und
Schließen
dieser Kanäle
auf.
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Da die PE-Menge weitaus größer ist
als die EVOH-Menge, wird jeder Düse
(5) ein Dosierkolben (632) zugeordnet, der die
Einspritzung einer präzise festgelegten
PE-Menge in die Kavität
ermöglicht,
wobei ein Rückschlagventil
(631) jegliches Zurückströmen von
PE verhindert. Dieser Dosierkolben (632) wird in der Überlappungszeit
während
des Tubenwechsels gefüllt.
Die Düse
(5) weist eine Öffnung (53)
auf, die automatisch von einem Schieberventil (65) verschlossen
wird, wenn die Kavität
(67), gebildet durch das Zusammenwirken des Stempels (60) und
der Matrize (61), mit Hilfe des Kolbens (62) nicht gegen
die äußere Öffnung (66)
gefahren wird, um die Coinjektion von PE und EVOH durchzuführen.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die in den 5 bis 6 dargestellt ist, wird die
Düse (5)
nur zum Coinjizieren der Werkstoffe A und B verwendet, die Einspritzung
des Werkstoffs A allein erfolgt über eine
spezifische Leitung (634), die nicht durch die Düse (5)
läuft,
wobei der Übergang
von einer Einspritzart zur anderen mit Hilfe eines Schieberventils (65)
mit einem seitlich verschiebbaren Schieber (650) mit 4
Stellungen erfolgt, wie im Zusammenhang mit den 5, 5a, 5b und 6 erläutert.
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Der Ablauf eines Produktionszyklus
für einen Tubenkopf
(2) ist in 8 dargestellt.
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Die Dauer eines Zyklus To + T', die zwischen 1s
und 3s liegt, beträgt
typischerweise etwa 2s.
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Um eine hohe Produktivität zu gewährleisten,
und wie in 6 in einer
perspektivischen Ansicht dargestellt, weist die zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendete Coinjektionsstation der Produktionsstrasse 6 parallel
angeordnete Düsen
(5) auf, die mit dem Werkstoff A über die Speiseleitungen oder
-kanäle
(633) und mit dem Werkstoff B über die Kanäle (643) gespeist
werden. Der Coinjektionsdüsenkopf
(6) der. 6 weist
neben der Direktspeisung der Düse
(5) mit Werkstoff A über
die Kanäle
(633) eine Speisung mit Werkstoff A über die Seitenkanäle (643)
auf.
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Für
diesen letztgenannten Fall, wo die Coinjektionsvorrichtung eine
parallele Materialspeisung aufweist und ein Schieberventil (65)
mit einem Schieber (650) mit 4 Stellungen verwendet wurde,
wurde auf der Linie "P650" der 8 der Ablauf während zwei Produktionszyklen
mit einer jeweiligen Zeitdauer von To + T' dargestellt.
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Dabei umfasst die Zeit To den Zykluswechsel – der Schieber
befindet sich in Stellung "1" – wo kein Materialfluss stattfindet;
bei diesem Zykluswechsel werden die vollen Kavitäten durch leere Kavitäten ersetzt; was typischerweise in einer Zeit kleiner
als 0,1 To erfolgt.
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Was die großtechnische Produktionsstrasse betrifft,
wurde diese in einer Draufsicht in 7 schematisch
dargestellt. Sie umfasst ein sich um seine Vertikalachse (77)
drehendes Karussell (76), oder Drehteller, das in 5 Sektoren
unterteilt ist, welche nacheinander an einer ersten Station (71)
zum Laden von Tubenmänteln
(3), dann an einer im Winkel von 90° (360° 2/8) zur ersten angeordneten
zweiten Station (72) zur Coinjektion und danach an einer
im Winkel von 270° zur
ersten angeordneten dritten Station (74) zum Entladen vorbeilaufen,
so dass die Abkühlungszeit
der Tubenköpfe
auf dem Karussell etwa gleich 4.(T + T') ist.
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Die Produktivität dieser Strasse beträgt etwa 10
000 Tuben pro Stunde, was im wesentlichen 6x 3600/(To + T') entspricht, mit
To + T' nahe 2 s.
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VORTEILE DER
ERFINDUNG
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Die Erfindung führt eine vorteilhafte Alternative
zum Stand der Technik herbei. Denn wie bereits gesagt, lässt sich
durch die Erfindung die Verwendung von Einsätzen vermeiden, welche Einsätze, die separat
aus einem spezifischen Material gefertigt sind, die Rolle des Barrierewerkstoffs
spielen.
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Durch die Erfindung können somit
alle mit dem Vorhandensein von Einsätzen zusammenhängenden
Probleme gelöst
werden, sei es die Kompatibilität
der Werkstoffe und das Recyceln der Tuben, sei es die Ausdehnung
des Einsatzes und seine Sperrwirkung über die gesamte Höhe des Tubenkopfes
oder noch die Abstimmung der Sperrleistung auf Tubeninhalt und Gebrauchsbedingungen
oder schließlich
die Kosten der Tuben.
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Denn mit der Erfindung lassen sich EVOH-Schichten
herstellen, die unter Berücksichtigung
der gewünschten
Sperrleistung so dünn
wie möglich
und wie notwendig sind, wohingegen ein Einsatz, insbesondere angesichts
seiner Herstellung und seiner Handhabung, eine gewisse Steifigkeit
und somit eine minimale Dicke haben muss.
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Die Endung bietet somit ein Mittel
allgemeiner Tragweite, um es dem Tubenhersteller zu ermöglichen,
den meisten vorschriftsmäßigen und
gesetzlichen Anforderungen in Bezug auf die Werkstoffe der Tuben
und ihr Recycling gerecht zu werden.
-
- TUBE
-
1
- SYMMETRIEACHSE DER
TUBE
-
10
- TUBENKOPF
-
2
- HALS
-
20
- ÖFFNUNG
-
200
- GEWINDE
-
201
- OBERER
RAND
-
202
- SCHULTER
-
21
- VERBINDUNGSBEREICH
MIT DEM MANTEL
-
22
- ÄUSSERE SCHICHT
-
23
- INNERE
SCHICHT
-
24
- INTERNE
SCHICHT (BARRIERE)
-
25
- OBERES
ENDE DER BARRIERESCHICHT
-
250
- UNTERES
ENDE DER BARRIERESCHICHT
-
251
- "GUSSZAPFEN"
-
26
- MANTEL
-
3
- BARRIEREWERKSTOFF
-
30
- ÄUSSERE SCHICHT
-
31
- INNERE
SCHICHT
-
32
- EINSATZ
AUS DEM STAND DER TECHNIK
-
4
- COINJEKTIONSDÜSE
-
5
- ZENTRALER
KANAL (Werkstoff A)
-
50
- MITTLERER
RINGKANAL (B)
-
51
- ÄUSSERER
RINGKANAL (A)
-
52
- ÖFFNUNG/GEMEINSAME
LEITUNG
-
53
- COINJEKTIONSKOPF
-
6
- STEMPEL
-
60
- MATRIZE
-
r
- KLEINER
KOLBEN
-
62
- EXTRUDIERSCHNECKE
für Werkstoff
A
-
63
- VERTEILER
für Werkstoff
A
-
630
- RÜCKSCHLAGVENTIL
-
631
- SPRITZKOLBEN
-
632
- SPEISEKANAL
(A)
-
633
- SEITENKANAL
(A)
-
634
- VENTIL
(A)
-
635
- EXTRUDIERSCHNECKE
für Werkstoff
B
-
64
- VERTEILER
für Werkstoff
B
-
640
- SPEISEKANAL
(B)
-
643
- VENTIL
(B)
-
644
- SCHIEBERVENTIL
mit 4 Stellungen
-
65
- BEWEGLICHER SCHIEBER
-
650
- RINGFÖRMIGE ÖFFNUNG
-
66
- KAVITÄT zwischen Stempelkopf
und Matrize
-
67
- ABLASS
-
r
- FABRIKATIONSEINHEIT FÜR TUBEN
-
7
- MANTELZUFÜHRUNG
-
70
- LADESTATION
-
71
- COINJEKTIONSSTATION
-
72
- ABKÜHLSTATION
-
73
- ENTLADESTATION
-
74
- TUBENTRANSFER
-
75
- DREHTELLER
ODER KARUSSELL
-
76
- VERTIKALACHSE
DES DREHTELLERS
-
77