EP4688593A1 - Verschlusskappe aus kunststoff - Google Patents

Verschlusskappe aus kunststoff

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Publication number
EP4688593A1
EP4688593A1 EP24712543.8A EP24712543A EP4688593A1 EP 4688593 A1 EP4688593 A1 EP 4688593A1 EP 24712543 A EP24712543 A EP 24712543A EP 4688593 A1 EP4688593 A1 EP 4688593A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
closure cap
injection
pet
sealing cone
head plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24712543.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christof NEZTER
Kaspar FELIX
Pascal Behr
Sabrina ADAMI-SCHADLER
Valentin REZSNYAK
Denis SCHEIBENSTOCK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alpla Werke Alwin Lehner & CoKg GmbH
Alpla Werke Alwin Lehner GmbH and Co KG
Original Assignee
Alpla Werke Alwin Lehner & CoKg GmbH
Alpla Werke Alwin Lehner GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Alpla Werke Alwin Lehner & CoKg GmbH, Alpla Werke Alwin Lehner GmbH and Co KG filed Critical Alpla Werke Alwin Lehner & CoKg GmbH
Publication of EP4688593A1 publication Critical patent/EP4688593A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B65D2401/15—Tearable part of the closure
    • B65D2401/20—Frangible elements completely enclosed in closure skirt

Definitions

  • PET Polyethylene terephthalate
  • the molecule is polar, which means that there are strong intermolecular forces.
  • the molecule is also linear and has no cross-links. This makes it suitable for the production of hard objects with high breaking strength, such as stable PET bottles that can withstand high internal pressures.
  • the hardness and rigidity can also be increased by stretching a preform made from PET in the radial and axial directions. Because of its hardness, PET is unsuitable as a closure cap, as a closure cap basically requires a softer and therefore better-sealing plastic. This is why polyolefins are mainly used to make closure caps. Compared to PET, however, polyolefins have the disadvantage that they have limited recyclability in food-safe quality.
  • the outside of the sealing cone is polished and has a surface roughness of less than 0.15 pm and preferably less than 0.02 pm.
  • the smooth surface improves the sealing effect of the sealing cone when it rests on the inside of the container neck.
  • the cap is conveniently uncolored. This means that the cap is transparent or white. This means that the cap does not introduce any disturbing color pigments during recycling.
  • the closure cap is made from up to 100% food-safe rPET.
  • PP polypropylene
  • HDPE high density polyethylene
  • PET can be recycled very well, even into high-quality food-safe rPET.
  • Closure caps according to the invention with a thin-walled connecting ring can be made from this rPET.
  • the closure cap expediently has a guarantee ring which is held to the open edge of the threaded part by a plurality of predetermined breaking bars. This means that the closure cap can be immediately recognized as having been opened for the first time when the predetermined breaking bars are broken.
  • a further aspect of the invention relates to a combination of the closure cap described above and a container onto which the cap is screwed, wherein the external thread of the container neck has a surface roughness between 0.1 pm and 0.2 pm and preferably between 0.14 pm and 0.16 pm. As already explained above, this prevents friction welding of the external and internal threads when quickly screwing on for the first time with fully automatic cappers.
  • the inside of the container neck has a surface roughness between 0.1 pm and 0.2 pm and preferably between 0.14 pm and 0.16 pm. This also prevents friction welding of the sealing cone to the container neck, even if the sealing cone is polished to improve the sealing function.
  • the outer diameter of the sealing cone is between 0.4 and 0.6 mm larger than the inner diameter of the container neck after a shrinkage of the closure cap of between 0.4% and 0.6% when screwing it onto the container neck.
  • PET always exhibits a shrinkage which must be taken into account when dimensioning the sealing cone so that the outer diameter of the sealing cone does not become too small when shrinking and the closure does not become leaky.
  • a further aspect of the invention relates to a method for producing the described closure cap made of PET.
  • the method is characterized in that the tool temperature of the injection mold during injection molding is between 12 and 52 °C, preferably between 20 and 40 °C and particularly preferably between 25 and 35 °C.
  • the internal stress of the closure can be kept low and it does not become brittle. Stress cracks that grow larger over time and lead to deformation of the sealing cone and leaks are prevented by the selected tool temperature.
  • the cycle time between the injection of the molten PET and the demolding of the closure cap is less than 15 s, preferably between 6 and 12 s and particularly preferably between 8 and 12 s, which means that the closure cap does not have time to shrink onto the injection core.
  • These short cycle times prevent the shrinking material from developing tensile stresses in height and circumference, which lead to microscopic cracks (craze) that damage the material by embrittlement. These stress cracks become larger over time, which increases the embrittlement of the material. Frozen stresses that should be avoided also lead to deformation and a corresponding shrinkage of the sealing cone over time and subsequently to leakage.
  • the residence time of the PET in the injection extruder is less than 350 s and preferably 50 to 250 s, with the temperature of the PET in the injection extruder being less than 300°C and preferably between 270 and 285°C.
  • the short residence time in combination with the selected temperature prevents degradation of the PET material, which leads to embrittlement of the PET material.
  • the molten PET is injected from an injection extruder into the mold at an injection speed of between 15 and 35 g/s and an injection pressure of more than 1000 bar and preferably between 1500 and 3500 bar.
  • the high injection speed enables the thin-walled PET closure cap with a minimum wall thickness of the connecting ring of 0.2 mm to fill the entire cavity of the injection mold without the PET Material freezes and the cavity in the area of the connecting ring remains unfilled.
  • the high injection pressure enables the high injection speed.
  • the invention is also preferably characterized in that the holding pressure is reduced as quickly as possible after reaching the filling point to a pressure below 1000 bar and preferably to below 500 bar.
  • the rapid pressure reduction prevents crystallization of the PET material, which occurs at high injection pressures and leads to undesirable embrittlement.
  • the injection core is turned out of the closure cap in order to demold the closure cap, with retaining elements preventing the closure cap from turning with the injection core.
  • the threaded part is too thick and the undercuts of the internal thread are too deep for forced demolding of the comparatively hard PET closure cap. Turning out the core therefore provides a replacement demolding method for forced demolding, which is possible and common with closure caps made of PP or HDPE.
  • Figure 1 a closure cap and a container (preform) on which the
  • Figure 2 the cap screwed onto the container in a side view
  • Figure 3 a sectional view along the section line lll-lll from Figure 2 and
  • Figure 4 a cross-sectional view through the closure cap.
  • Figures 1 to 4 show a closure cap made of PET, which is designated as a whole with the reference number 11.
  • the closure cap 11 is intended to be screwed onto a container 13.
  • the container is also made of PET and is shown in Figures 1 to 3 as a preform 13, which is stretch-molded into a container or bottle.
  • the cap 11 has a circular head plate 15 and a cylindrical threaded part 17 surrounding the head plate 15.
  • the threaded part 17 has an open edge 19 and an internal thread 21.
  • a sealing cone 23 protrudes from the inside of the head plate 15.
  • the container 13 has a container neck 25 with an external thread 27, which interacts with the internal thread 21.
  • the container neck 25 delimits a container opening 29, through which filling material is filled into the container 13 and also poured out.
  • the sealing cone 23 When screwed on, the sealing cone 23 penetrates into the container opening 29 and thereby seals the opening 29 against the cap 11. This allows the cap 11 to reliably seal the opening 29.
  • a connecting ring 31 is provided between the sealing cone and the head plate.
  • the connecting ring 31 has a wall thickness of between 0.2 and 0.4 mm and connects the sealing cone 23 to the head plate 15. Due to the very low wall thickness of the connecting ring 31, the sealing cone remains flexible and can seal the opening, even though it is made of PET, which is less flexible and hard than HDPE or PP. Due to the provision of the connecting ring 31, the sealing cone 23 is as soft as a closure made of PP or HDPE.
  • the internal thread 21 and the external thread 27 have a surface roughness between 0.14 and 0.16 pm. This high surface roughness ensures that the threads 21 and 27 do not become friction-welded when the closure cap is screwed on and that a torque can be applied which enables reliable sealing of the opening 29.
  • the surface roughness of the inside of the container neck 25 is also between 0.14 and 0.16 pm so that the sealing cone does not become friction-welded to the container neck.
  • the closure cap 11 has notches 33, which retaining elements can engage when the closure cap 11 is removed from an injection mold. As a result, the closure cap 11 can be removed from the injection mold by a rotating movement of the injection core and can be removed from the mold despite undercuts and the low deformability of PET.
  • the outer diameter 35 of the sealing cone must be slightly larger than the inner diameter 37 of the container neck in order to achieve a reliable sealing function. This excess is also referred to as pre-tension. Since PET shrinks after injection molding, this must be taken into account in order to obtain the correct pre-tension. Otherwise, the outer diameter 35 of the sealing cone will be exceeded by the not taken into account, the screw cap is too small and can no longer seal the container neck 25.
  • the shrinkage in the closure cap is approx. 0.5%, which means that the outside diameter of the sealing cone shrinks by approx. 0.1 to 0.4 mm.
  • the excess of the outside diameter 35 when screwed onto the container neck is 0.4 to 0.6 mm compared to the inside diameter 37 of the container neck. Since the shrinkage or shrinking process is complete, this excess is sufficient to reliably seal the container neck with the sealing cone.
  • the closure cap 11 is uncolored or transparent. This makes it particularly easy to process together with the container 13 to form a container made of rPET.
  • the process for producing the described closure cap in an injection mold has the following special features, which reduce the brittleness of the PET material and thus contribute to making PET a suitable material for closure caps:
  • the tool temperature of the injection mold during injection molding is between 12 and 52 °C, preferably between 20 and 40 °C and particularly preferably between 25 and 35 °C. This means that the internal stress of the closure 11 can be kept low and it does not become brittle. Stress cracks that grow larger over time and lead to deformation of the sealing cone 23 and leaks are prevented by the selected tool temperature.
  • the cycle time between the injection of the molten PET and the demolding of the closure cap is preferably between 6 and 12 s and particularly preferably between 8 and 12 s. This means that the closure cap does not have time to shrink onto the injection core. Shrinking onto the injection core would lead to undesirable tensile stresses in the cap, which are prevented by the selected cycle times.
  • the degradation of the PET material of the cap 11 and the associated brittleness could be achieved by reducing the residence time in the injection extruder to ideally 50 to 250 s in combination with a temperature preferably between 270 and 285°C.
  • a temperature preferably between 270 and 285°C.
  • the injection speed into the injection mold is selected between 15 and 35 g/s.
  • a high injection pressure is selected. The injection pressure is preferably between 1500 and 3500 bar.
  • the high injection pressure has the disadvantage that the injected PET material orientates itself and crystallizes at the molecular level, particularly around the injection point during the holding pressure. The crystallization leads to an undesirable hardening and increased brittleness of the PET material. To avoid crystallization, the holding pressure was reduced to pressures below 1000 bar immediately after reaching the filling point.
  • the closure cap 11 has a sufficient sealing function to seal the container opening 29, even though it is made of PET.
  • the closure cap 11 can also advantageously be made of food-safe rPET, since a flexible sealing cone can also be made of rPET. This makes the closure cap 11 suitable for closing a container 13 or a bottle in which beverages are filled.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Closures For Containers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verschlusskappe (11) hergestellt aus PET zum Verschliessen eines aus PET hergestellten Behälters (13) aufweisend eine kreisförmige Kopfplatte (15), einen die Kopfplatte (15) umgebenden zylindrischen Gewindeteil (17) mit einem offenen Rand (19) und einem Innengewinde (21) und einen an der Innenseite der Kopfplatte abragenden Dichtkonus (23), zwischen dem Dichtkonus (23) und der Kopfplatte (15) ist ein Verbindungsring (31) vorgesehen, welcher eine Wandstärke zwi- schen 0,2 bis 0,4 mm besitzt und den Dichtkonus (23) mit der Kopfplatte (15) verbindet.

Description

Verschlusskappe aus Kunststoff
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Verschlusskappe hergestellt aus Kunststoff gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 , eine Kombination der Verschlusskappe mit einem aus PET hergestellten Behälter gemäss Oberbegriff des Anspruchs 9 und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Verschlusskappe gemäss Oberbegriff des Anspruchs 12.
Stand der Technik
Polyethylenterephthalat (PET) ist polar, wodurch starke zwischenmolekulare Kräfte vorhanden sind. Das Molekül ist zudem linear ohne Vernetzungen aufgebaut. Deshalb eignet es sich zur Herstellung harter Gegenstände mit hoher Bruchfestigkeit, beispielsweise stabile PET-Flaschen, welche hohen Innendrücken widerstehen. Die Härte und Steifigkeit kann zusätzlich durch die Verstreckung eines aus PET hergestellten Preforms in radialer und axialer Richtung erhöht werden. Wegen seiner Härte ist PET als Verschlusskappe ungeeignet, da es für eine Verschlusskappe grundsätzlich eines weicheren und dementsprechend besser dichtenden Kunststoffs bedarf. Deshalb werden vorwiegend Polyolefine zur Herstellung von Verschlusskappen verwendet. Polyolefine haben im Vergleich zu PET jedoch den Nachteil, dass sie eine beschränkte Recyclingfähigkeit in lebensmittelechter Qualität besitzen.
Deshalb wird mit Spritzgussformen experimentiert, welche eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit besitzen und dadurch die Temperatur in der Spritzgussform rasch erhöht und abgesenkt werden kann. Dadurch soll sich PET in die Form einspritzen lassen und aus dieser entformen lassen.
Aufgabe der Erfindung
Aus den Nachteilen des beschriebenen Stands der Technik resultiert die Aufgabe einen Kunststoffverschluss zu schaffen, welche aus dem identischen PET-Material wie der Behälter, den er verschliesst, herstellbar ist und den Behälter zuverlässig abdichtet, ohne dass eine teure Spritzgussform für die Herstellung des Verschlusses notwendig ist. Beschreibung
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einer Verschlusskappe hergestellt aus PET zum Verschliessen eines aus PET hergestellten Behälters durch die im kennzeichnenden Abschnitt des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale. Weiterbildungen und/oder vorteilhafte Ausführungsvarianten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Dichtkonus und der Kopfplatte ein Verbindungsring vorgesehen ist, welcher eine Wandstärke zwischen 0,2 und 0,4 mm besitzt und den Dichtkonus mit der Kopfplatte verbindet und dass die Verschlusskappe mitsamt dem Dichtkonus und dem Verbindungsring aus PET hergestellt ist. Durch den sehr dünnwandigen Verbindungsring erhält der Dichtkonus eine Flexibilität, welche mit der von HDPE und PP vergleichbar ist. Daraus folgt, dass sich der Dichtkonus geschmeidig an die Innenseite eine Behälterhalses anlegen kann und eine zuverlässige Abdichtung zwischen Dichtkonus und Behälterhals möglich ist. Dies, obwohl die Verschlusskappe vollständig aus vergleichsweise hartem und spröden PET hergestellt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Innengewinde eine Oberflächen-Rau- heit zwischen 0,1 pm und 0,2 pm und bevorzugt zwischen 0,14 pm und 0,16 pm auf. Dadurch wird verhindert, dass das Innengewinde zu glatt ist und dadurch Gefahr läuft beim erstmaligen Aufschrauben auf den Behälterhals mit dessen Aussengewinde zu ver- schweissen. Ein Reibverschweissen, verursacht von den schnell laufenden Verschliessern in der Verpackungsindustrie, ist durch die erhöhte Rauheit des Innengewindes verhindert.
Als zweckdienlich hat es sich erwiesen, wenn die Aussenseite des Dichtkonus poliert ist und eine Oberflächen-Rauheit kleiner 0,15 pm und bevorzugt kleiner 0,02 pm besitzt. Die glatte Oberfläche verbessert die Dichtwirkung des Dichtkonus, wenn dieser an der Innenseite des Behälterhalses anliegt.
Zweckmässigerweise weist die Verschlusskappe Halteelemente auf, an welchen Rückhalteelemente bei der Entformung der Verschlusskappe aus einer Spritzgussform angreifen können. Die Entformung des harten PET-Verschlusses ist in herkömmlicher Weise schwierig, da der Gewindeteil durch seine Wandstärke wenig verformbar ist und das Innengewinde eine Verschneidung mit mehr als 0,4mm darstellt. Durch die Haltelemente kann die Verschlusskappe durch eine Drehbewegung des Spritzgusskernes entfernt werden. An den Haltelementen kann die Kappe an einer Drehbewegung gehindert werden, wenn der Kern aus der Verschlusskappe herausgeschraubt wird. Die Halteelemente können Löcher oder Rippen oder Kerben sein. Kerben sind bevorzugt, da diese während des Spritzgiessens mit einer einfachen Form herstellbar sind.
Zweckmässigerweise ist die Verschlusskappe uneingefärbt. Das heisst die Kappe ist transparent oder weiss. Dadurch bringt die Kappe beim Recycling keine störenden Farbpigmente ein.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Verschlusskappe aus bis zu 100% lebensmittelechtem rPET hergestellt. Im Vergleich zu PP (Polypropylen) oder HDPE (high density Polyethylen), welche Kunststoffe vorwiegend zur Herstellung von Verschlusskappen hergestellt werden, lässt sich PET sehr gut recyclen auch zu hochwertigem lebensmittelechtem rPET. Aus diesem rPET lassen sich erfindungsgemässe Verschlusskappen mit einem dünnwandigen Verbindungsring herstellen.
Zweckmässigerweise weist die Verschlusskappe einen Garantiering auf, welcher mit einer Mehrzahl von Sollbruchstegen an dem offenen Rand des Gewindeteils gehalten ist. Dadurch lässt sich an der Verschlusskappe unmittelbar eine Erstöffnung erkennen, wenn die Sollbruchstege gebrochen sind.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Kombination aus der oben beschriebenen Verschlusskappe und einem Behälter, auf den die Kappe aufgeschraubt ist, wobei das Aussengewinde des Behälterhalses eine Oberflächen-Rauheit zwischen 0,1 pm und 0,2 pm und bevorzugt zwischen 0, 14 pm und 0, 16 pm aufweist. Dadurch ist, wie weiter oben bereits ausgeführt, ein Reibverschweissen des Aussen- und Innengewindes beim raschen erstmaligen Aufschrauben mit vollautomatischen Verschliessern verhindert.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform weist die die Innenseite des Behälterhalses eine Oberflächen-Rauheit zwischen 0,1 pm und 0,2 pm und bevorzugt zwischen 0,14 pm und 0,16 pm auf. Dadurch ist auch ein Reibverschweissen des Dichtkonus mit dem Behälterhals verhindert, auch wenn der Dichtkonus poliert ist, um die Dichtfunktion zu verbessern.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Aussendurchmesser des Dichtkonus nach einem Schwund der Verschlusskappe zwischen 0,4% und 0,6% beim Aufschrauben auf den Behälterhals zwischen 0,4 und 0,6 mm grösser als der Innendurchmesser des Behälterhalses. PET weist immer einen Schwund auf, welcher bei der Bemassung des Dichtkonus berücksichtigt werden muss, damit der Aussendurchmesser des Dichtkonus beim Schrumpfen nicht zu klein wird und der Verschluss nicht undicht wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der beschriebenen Verschlusskappe aus PET. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Werkzeugtemperatur der Spritzgussform während des Spritzgiessens zwischen 12 und 52 °C, bevorzugt zwischen 20 und 40°C und besonders bevorzugt zwischen 25 und 35°C beträgt. In überraschender Weise kann bei diesen niedrigen Temperaturen die Eigenspannung des Verschlusses geringgehalten werden und er versprödet nicht. Mit der Zeit grösser werdende Spannungsrisse, welche zur Deformation des Dichtkonus und zu Undichtigkeiten führen, werden durch die gewählte Werkzeugtemperatur verhindert.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Zykluszeit zwischen dem Einspritzen des geschmolzenen PET und dem Entformen der Verschlusskappe weniger als 15 s, bevorzugt zwischen 6 und 12 s und besonders bevorzugt zwischen 8 und 12 s, wodurch die Verschlusskappe keine Zeit erhält auf den Spritzkern aufzuschrumpfen. Durch diese kurzen Zykluszeiten wird verhindert, dass aufschrumpfende Material in der Höhe und im Umfang Zugspannungen entwickelt, die zu mikroskopisch kleinen Rissen (Craze) führen, die das Material durch Versprödung schädigen. Diese Spannungsrisse werden mit der Zeit grösser, wodurch die Materialversprödung zunimmt. Eingefrorene zu vermeidende Spannungen führen mit der Zeit auch zu einer Deformation und einem dementsprechenden Schwund des Dichtkonus und in weitere Folge zu einer Leckage.
Bevorzugt beträgt die Verweilzeit des PET im Spritzextruder unter 350 s und bevorzugt 50 bis 250s, wobei die Temperatur des PET im Spritzextruder unter 300°C und bevorzugt zwischen 270 bis 285°C beträgt. Durch die kurze Verweilzeit in Kombination mit der gewählten Temperatur wird ein Abbau des PET-Materials, welcher zur Versprödung des PET-Materials führt, verhindert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das geschmolzene PET aus einem Spritzextruder in die Form mit einer Einspritzgeschwindigkeit zwischen 15 und 35 g/s und einem Spritzdruck von mehr als 1000 bar und bevorzugt zwischen 1500 und 3500 bar eingespritzt. Die hohe Einspritzgeschwindigkeit ermöglicht, dass die dünnwandige PET-Verschlusskappe mit einer minimalen Wandstärke des Verbindungsringes von 0,2mm die gesamte Kavität der Spritzgussform ausfüllt, ohne dass das PET- Material abfriert und die Kavität im Bereich des Verbindungsringes unausgefüllt bleibt. Der hohe Spritzdruck ermöglicht die hohe Einspritzgeschwindigkeit.
Die Erfindung zeichnet sich auch bevorzugt dadurch aus, dass der Nachdruck nach Erreichen des Füllpunktes möglichst rasch auf einen Druck unter 1000 bar und bevorzugt auf unter 500 bar reduziert wird. Durch die rasche Druckreduktion wird ein Auskristallisieren des PET-Materials, welches bei hohen Einspritzendrücken auftritt und zu unerwünschten Versprödungen führt, verhindert.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Entformung der Verschlusskappe der Spritzkern aus der Verschlusskappe ausgedreht, wobei Rückhalteelemente das Mitdrehen der Verschlusskappe mit dem Spritzkern verhindern. Für ein Zwangsentformung der vergleichsweise harten PET-Verschlusskappe ist der Gewindeteil zu dick und die Hinterschnitte des Innengewindes zu tief. Das Ausdrehen des Kerns liefert daher eine Ersatzentformung für die Zwangsentformung, welche bei Verschlusskappen aus PP oder HDPE möglich und üblich ist.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen. Es zeigen in nicht massstabsgetreuer Darstellung:
Figur 1 : eine Verschlusskappe und ein Behälter (Preform) auf welchen die
Verschlusskappe aufschraubbar ist in einer axonometrischen Ansicht;
Figur 2: die Verschlusskappe aufgeschraubt auf den Behälter in einer Seitenansicht;
Figur 3: eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie lll-lll aus Figur 2 und
Figur 4: eine Schnittdarstellung durch die Verschlusskappe.
In den Figuren 1 bis 4 ist eine aus PET hergestellte Verschlusskappe gezeigt, welche gesamthaft mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet ist. Die Verschlusskappe 11 ist dazu vorgesehen, auf einen Behälter 13 aufgeschraubt zu werden. Der Behälter ist ebenfalls aus PET hergestellt und ist in den Figuren 1 bis 3 als Preform 13 gezeigt, welcher zu einem Behälter bzw. einer Flasche streckbiasgeformt wird. Die Kappe 11 weist eine kreisförmige Kopfplatte 15 und einen die Kopfplatte 15 umgebenden zylindrischen Gewindeteil 17 auf. Der Gewindeteil 17 hat einen offenen Rand 19 und ein Innengewinde 21. An der Innenseite der Kopfplatte 15 ragt ein Dichtkonus 23 ab. Der Behälter 13 weist einen Behälterhals 25 mit einem Aussengewinde 27 auf, welches mit dem Innengewinde 21 zusammenwirkt. Der Behälterhals 25 begrenzt eine Behälteröffnung 29, durch welche Füllgut in den Behälter 13 eingefüllt wird und auch ausgegossen wird.
Beim Aufschrauben dringt der Dichtkonus 23 in die Behälteröffnung 29 ein und dichtet dadurch die Öffnung 29 gegenüber der Kappe 11 ab. Dadurch kann die Kappe 11 die Öffnung 29 zuverlässig abdichten.
Zwischen dem Dichtkonus und der Kopfplatte ist ein Verbindungsring 31 vorgesehen. Der Verbindungsring 31 besitzt eine Wandstärke zwischen 0,2 bis 0,4 mm und verbindet den Dichtkonus 23 mit der Kopfplatte 15. Durch die sehr geringe Wandstärke des Verbindungsringes 31 bleibt der Dichtkonus flexibel und kann die Öffnung abdichten, obwohl er aus dem im Vergleich zu HDPE oder PP wenig flexiblen und harten PET hergestellt ist. Der Dichtkonus 23 ist durch das Vorsehen des Verbindungsrings 31 ähnlich weich wie ein Verschluss aus PP oder HDPE.
Das Innengewinde 21 und das Aussengewinde 27 besitzen eine Oberflächen-Rauheit zwischen 0,14 und 0,16 pm. Diese hohen Oberflächen-Rauheiten stellen sicher, dass die Gewinde 21 und 27 beim Aufschrauben der Verschlusskappe nicht reibverschweis- sen und ein Drehmoment aufgebracht werden kann, welches eine zuverlässige Abdichtung der Öffnung 29 ermöglicht. Auch die Oberflächenrauheit der Innenseite des Behälterhalses 25 liegt, zwischen 0,14 und 0,16 pm, damit der Dichtkonus mit dem Behälterhals nicht reibverschweisst.
Die Verschlusskappe 11 weist Kerben 33 auf, an welchen Rückhalteelemente bei der Entformung der Verschlusskappe 11 aus einer Spritzgussform angreifen können. Dadurch kann die Verschlusskappe 11 durch eine Drehbewegung des Spritzkerns aus der Spritzgussform entformt werden und lässt sich trotz Hinterschneidungen und der geringen Verformbarkeit von PET entformen.
Der Aussendurchmesser 35 des Dichtkonus muss geringfügig grösser sein, als der Innendurchmesser 37 des Behälterhalses, um eine zuverlässige Dichtfunktion zu erzielen. Dieses Übermass wird auch als Vorspannung bezeichnet. Da PET nach dem Spritzgiessen einen Schwund aufweist, muss dieser einbezogen werden, um die richtige Vorspannung zu erhalten. Ansonsten wird der Aussendurchmesser 35 des Dichtkonus durch den nicht einberechneten Schwund zu klein und kann den Behälterhals 25 nicht mehr abdichten. Der Schwund beträgt bei der Verschlusskappe ca. 0,5%, wodurch der Aussendurchmesser des Dichtkonus um ca. 0,1 bis 0,4 mm schwindet. Wenn der Schwund abgeschlossen ist, beträgt das Übermass des Aussendurchmessers 35 beim Aufschrauben auf den Behälterhalses 0,4 bis 0,6 mm gegenüber dem Innendurchmesser 37 des Behälterhalses. Da der Schwund- bzw. Schrumpfprozess abgeschlossen ist, reicht dieses Übermass aus, um den Behälterhals mit dem Dichtkonus zuverlässig abzudichten.
Bevorzugt ist die Verschlusskappe 11 uneingefärbt bzw. transparent. Dadurch lässt sie sich zusammen mit dem Behälter 13 besonders gut zu einem Behälter verarbeiten, welcher aus rPET hergestellt ist.
Das Verfahren zur Herstellung der beschriebenen Verschlusskappe in einer Spritzgussform weist folgende besondere Merkmale auf, welche die Sprödigkeit des PET-Materials reduzieren und dadurch beitragen, PET zu einem geeigneten Material für Verschlusskappen zu machen:
Die Werkzeugtemperatur der Spritzgussform beträgt während des Spritzgiessens zwischen 12 und 52 °C, bevorzugt zwischen 20 und 40°C und besonders bevorzugt zwischen 25 und 35°C. Dadurch kann die Eigenspannung des Verschlusses 11 geringgehalten werden und er versprödet nicht. Mit der Zeit grösser werdende Spannungsrisse, welche zur Deformation des Dichtkonus 23 und zu Undichtigkeiten führen, werden durch die gewählte Werkzeugtemperatur verhindert.
Die Zykluszeit zwischen dem Einspritzen des geschmolzenen PET und dem Entformen der Verschlusskappe beträgt bevorzugt zwischen 6 und 12 s und besonders bevorzugt zwischen 8 und 12 s. Dadurch erhält die Verschlusskappe keine Zeit auf den Spritzkern aufzuschrumpfen. Das Aufschrumpfen auf den Spritzkern würde zu unerwünschten Zugspannungen in der Kappe führen, welche durch die gewählten Zykluszeiten verhindert werden.
Den Abbau des PET-Materials der Kappe 11 und die damit verbundene Sprödigkeit konnte durch eine Reduktion der Verweilzeit im Spritzextruder auf idealerweise 50 bis 250 s in Kombination mit einer Temperatur bevorzugt zwischen 270 und 285°C realisiert werden. Derart niedrige Massetemperaturen können jedoch zu einem Abfrieren des PET-Materials führen. Deshalb wird die Einspritzgeschwindigkeit in die Spritzgussform zwischen 15 und 35 g/s gewählt. Um den Verbindungsring 31 mit der sehr geringen Wandstärke von bevorzugt 0,25mm spritzen zu können und die Spritzgussform im Bereich des Verbindungsringes 31 füllen zu können, wird ein hoher Spritzdruck gewählt. Der Spritzdruck liegt bevorzugt zwischen 1500 und 3500 bar.
Der hohe Spritzdruck besitzt den Nachteil, dass sich das eingespritzte PET-Material ins- besondere um den Einspritzpunkt im Nachdruck auf molekularer Ebene orientiert und auskristallisiert. Die Kristallisation führt zu einer unerwünschten Verhärtung und Steigerung der Sprödigkeit des PET-Materials. Um das Auskristallisieren zu vermeiden, wurde der Nachdruck sofort nach Erreichen des Füllpunktes auf Drücke unter 1000 bar reduziert. Die Verschlusskappe 11 besitzt eine ausreichende Dichtefunktion, um die Behälteröffnung 29 abzudichten, obwohl sie aus PET hergestellt ist. Mit Vorteil kann die Verschlusskappe 11 auch aus lebensmittelechtem rPET hergestellt sein, da sich ein flexibler Dichtkonus auch aus rPET herstellen lässt. Dadurch ist die Verschlusskappe 11 zum Verschliessen eines Behälters 13 bzw. einer Flasche geeignet, in welche(n) Getränke ab- gefüllt sind.
Legende:
11 Verschlusskappe
13 Behälter, Preform
15 Kopfplatte
17 Gewindeteil
19 Offenerer Rand
21 Innengewinde
23 Dichtkonus
25 Behälterhals
27 Aussengewinde
29 Behälteröffnung
31 Verbindungsring
33 Kerben, Halteelemente
35 Aussendurchmesser des Dichtkonus
37 Innendurchmesser Behälterhalses

Claims

1 . Verschlusskappe (11) hergestellt aus Kunststoff zum Verschliessen eines aus PET hergestellten Behälters (13) aufweisend eine kreisförmige Kopfplatte (15), einen die Kopfplatte (15) umgebenden zylindrischen Gewindeteil (17) mit einem offenen Rand (19) und einem Innengewinde (21), und einen an der Innenseite der Kopfplatte abragenden Dichtkonus (23), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Dichtkonus (23) und der Kopfplatte (15) ein Verbindungsring (31) vorgesehen ist, welcher eine Wandstärke zwischen 0,2 und 0,4 mm besitzt und den Dichtkonus (23) mit der Kopfplatte (15) verbindet und dass die Verschlusskappe (11) mitsamt dem Dichtkonus (23) und dem Verbindungsring (31) aus PET hergestellt ist.
2. Verschlusskappe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (21) eine Oberflächen-Rauheit zwischen 0,1 pm und 0,2 pm und bevorzugt zwischen 0,14 pm und 0,16 pm aufweist.
3. Verschlusskappe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenseite des Dichtkonus (23) poliert ist und eine Oberflächen-Rauheit kleiner 0,15 pm und bevorzugt kleiner 0,02 pm aufweist.
4. Verschlusskappe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusskappe (11) Halteelemente (33) aufweist, an welchen Rückhalteelemente bei der Entformung der Verschlusskappe aus einer Spritzgussform angreifen können.
5. Verschlusskappe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente Kerben (33) sind, welche am offenen Rand (19) des Gewindeteils (17) vorgesehen sind.
6. Verschlusskappe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusskappe (11) uneingefärbt ist.
7. Verschlusskappe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusskappe (11) aus bis zu 100% lebensmittelechtem rPET hergestellt ist.
8. Verschlusskappe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusskappe (11) einen Garantiering aufweist, welcher mit einer Mehrzahl von Sollbruchstegen an dem offenen Rand (19) des Gewindeteils (17) gehalten ist.
9. Kombination aus einer Verschlusskappe (11) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche und einem aus PET hergestellten Behälter (13) mit einem ein Aussengewinde (27) aufweisenden Behälterhals (25), auf welchen die Verschlusskappe (11) auf- und abschraubbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussengewinde (27) eine Oberflächen-Rauheit zwischen 0,1 pm und 0,2 pm und bevorzugt zwischen 0,14 pm und 0,16 pm aufweist.
10. Kombination nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite des Behälterhalses (25) eine Oberflächen-Rauheit zwischen 0,1 pm und 0,2 pm und bevorzugt zwischen 0,14 pm und 0,16 pm aufweist.
11 . Kombination nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser (25) des Dichtkonus (23) nach einem Schwund der Verschlusskappe (11) zwischen 0,4% und 0,6% beim Aufschrauben auf den Behälterhals (25) zwischen 0,4 und 0,6 mm grösser ist als der Innendurchmesser (37) des Behälterhalses (25).
12. Verfahren zur Herstellung einer Verschlusskappe (11) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer Spritzgussform mit einer Matrize und einem Spritzkern, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugtemperatur der Spritzgussform während des Spritzgiessens zwischen 12 und 52 °C, bevorzugt zwischen 20 und 40°C und besonders bevorzugt zwischen 25 und 35°C beträgt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zykluszeit zwischen dem Einspritzen des geschmolzenen PET und dem Entformen der Ver- schlusskappe (11) weniger als 15 s, bevorzugt zwischen 6 und 12 s und besonders bevorzugt zwischen 8 und 12 s beträgt, wodurch die Verschlusskappe keine Zeit erhält auf den Spritzkern aufzuschrumpfen.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit des PET in einem Spritzextruder unter 350 s und bevorzugt 50 bis 250s beträgt, wobei die Temperatur des PET im Spritzextruder unter 300°C und bevorzugt zwischen 270 bis 285°C beträgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das geschmolzene PET aus dem Spritzextruder in die Form mit einer Einspritzgeschwindigkeit zwischen 15 und 35 g/s und einem Spritzdruck von mehr als 1000 bar und bevorzugt zwischen 1500 und 3500 bar eingespritzt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 115, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachdruck nach Erreichen des Füllpunktes möglichst rasch auf einen Druck unter 1000 bar und bevorzugt auf unter 500 bar reduziert wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entformung der Verschlusskappe der Spritzkern aus der Verschlusskappe (11) ausgedreht wird, wobei Rückhalteelemente das Mitdrehen der Verschlusskappe (11) mit dem Spritzkern verhindern.
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