Kunststoffbehälter, insbesondere Kunststoffflasche mit integriert ausgebildetem deformiertem Bereich und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Kunststoffbehälter, insbesondere eine Kunststoffflasche mit integriert ausgebildetem deformiertem Bereich gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kunststoffbehälters gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruchs.
Die in der Vergangenheit üblichen Behälter aus Weiss- oder Buntblech, aus Glas oder auch aus Keramik werden in zunehmendem Masse von Behältern aus Kunststoff abgelöst. Insbesondere für die Verpackung fluider Substanzen, beispielsweise von Getränken, Öl, Reinigungsutensilien, Kosmetika usw., kommen hauptsächlich Kunststoffbehälter zum Einsatz. Das geringe Gewicht und die geringeren Kosten spielen sicher eine nicht unerhebliche Rolle bei dieser Substitution. Die Verwendung rezy- klierbarer Kunststoffmaterialien und die insgesamt günstigere Gesamtenergiebilanz bei ihrer Herstellung tragen auch dazu bei, die Akzeptanz von Kunststoffbehältern, insbesondere von Kunststoffflaschen, beim Konsumenten zu fördern.
Für die Herstellung von Kunststoffbehältern, insbesondere Kunststoffflaschen, sind verschiedene Verfahren bekannt, deren Anwendung nicht zuletzt auch von den verwendeten Kunststoffen abhängt. Meist werden die Kunststoffbehälter in einem Blas- formgebungsverf ahren hergestellt, bei dem der Behälter, beispielsweise eine Flasche, durch Überdruck in einer Blasform in seine endgültige Form aufgeblasen wird. Beim Blasformen unterscheidet man verschiedene Verfahrenstechniken, von denen insbesondere das Extrusionsblasformen, das Spritzblasen und das Spritzstreckblasen zu nennen sind. Beim Extrusionsblasformen wird ein Kunststoffschlauch heiss extrudiert, in eine zweigeteilte Blasform eingebracht und über einen Blasdorn durch Überdruck gemäss der Formkavität aufgeblasen. Beim Spritzblasen handelt es sich um eine Kombination aus Spritzgiessen und Blasformen. Dabei wird zunächst in einem Spritz-
giessprozess in einer Spritzform ein Pref ormling (kurz Pref orm) hergestellt. Dieser Pre- form wird aus der Spritzform entformt, gegebenenfalls konditioniert und in eine Blasform eingebracht, in welcher er schliesslich mit Überdruck auf die gewünschte Form aufgeblasen wird. Der gespritzte Preform kann auch in einem Spritzstreckblasverf ah- ren weiterverarbeitet werden, bei dem der vorgeformte Preform in die Formkavität eingebracht und beim Blasprozess zusätzlich mit einem Reckdorn in seine endgültige Form gestreckt wird.
Zur Herstellung von gezielt deformierten Bereichen am Behälter, beispielsweise von Griffmulden oder Griffen bei Flaschen, wird beim Extrusionsblasformen ein relativ grosses Stück des heiss extrudierten Schlauchs in einer Blasform eingeklemmt und gemäss der Innenkontur der Blasformkavität aufgeblasen. Beim Spritzblasen bzw. beim Spritzstreckblasverf ahren wird ein relativ kleiner Preform in die Blasformkavität eingesetzt. Die eingesetzten Materialien erhalten erst durch die Expansion infolge des Aufblasens und durch das Recken ihre gewünschten Festigkeitswerte. Ein EinHemmen des Pref orms, wie es beim Extrusionsblasen mit dem extrudierten Schlauch erfolgt, ist nicht möglich, da die Klemmung die erforderliche weitere starke Expansion nicht erlauben würde.
Aus der EP-A-1 169231 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Griffmulde bzw. eines Griffes für eine Kunststoffflasche bekannt, bei dem aus einem Preform durch Strecken und Blasen zunächst ein Zwischenbehälter hergestellt wird. Wenigstens eine Wand des Zwischenbehälters weist dabei einen reliefartig ausgebildeten, labil-gelenkigen Bereich auf. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird der labil-gelenkige Bereich durch Druck von aussen nach innen umgestülpt bzw. umgeknickt, um in der Behälterwand eine Vertiefung bzw. eine Griffmulde auszuformen. Der Umstülpvorgang erfolgt nach der Beendigung des Blas-S reckvorgangs innerhalb oder nach der Entf ormung des Behälters auch ausserhalb der Blasformkavität.
Dieses bekannte Herstellverfahren für Flaschen mit Griffmulden erfordert Blasformen, bei denen die Blasformkavität eine speziell ausgebildete Innenkontur zur Ausformung des labilen, gelenkigen Bereichs aufweist. Die eigentliche Herstellung der Vertiefung bzw. Mulde in der Behälterwand erfolgt in einem separaten Formgebungsschritt. Bei der Verformung innerhalb der Blasform werden lateral verstellbare Wandungsteile auf den labilen Bereich der Behälterwand zugestellt, um diesen durch Druck nach innen umzustülpen. In einer alternativen Verfahrenvariante erfolgt die eigenliche Verformung erst nach der Entformung des Behälters aus der Blasform mit speziell ausgebildeten Werkzeugen. Die zweistufige Verfahrensführung ist relativ zeitaufwendig je Behälter und erfordert insbesondere bei einer Verformung ausserhalb der Blasform separate Einrichtungen. Die Wandstärkenverteilung im Bereich der Vertiefung ist je nach Ausbildung des labilen Gelenkbereichs sehr unterschiedlich. Daraus können Instabilitäten im Bereich der Vertiefung führen.
Damit der labile gelenkige Bereich bei Druckausübung gleichmässig nach innen umgestülpt werden kann, muss er in einem Mittenbereich der Behälterwand vorgesehen sein und einen ausreichend grossen Abstand zum Rand des Behälters aufweisen. Dies kann bei grösseren und breiteren Flaschen dazu führen, dass die Griffmulde relativ weit vom Rand entfernt ist. Personen mit kleineren Händen, beispielsweise Kinder, haben dann Schwierigkeiten, die Griffmulde mit den Fingern zu erreichen und können die Flasche nicht ausreichend festhalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der Kunststoffbehälter und der Herstellverfahren des Stands der Technik zu vermeiden. Es soll ein Kunststoffbe- hälter herstellbar sein, der auch mit kleinen Händen sicher greifbar ist. auf spezielle labil-gelenkige Bereiche zur Herstellung von Vertiefungen bzw. Griffmulden soll verzichtet werden können. Das Herstellverfahren soll möglichst kontinuierlich durchführbar sein. Separate Einrichtungen zur Verformung des Behälters nach dem Blasen bzw. Streckblasen des Behälters sollen entfallen können. Der Kunststoffbehälter soll insbesondere im Bereich der Vertiefung ausreichend stabil sein.
Die Lösung dieser Aufgaben besteht in einem Kunststoffbehälter, insbesondere einer Kunststoffflasche, welche die im kennzeichnenden Abschnitt des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale aufweist. Ein erfindungsgemässes Herstellverfahren für derar- tige Kunststoffbehälter weist insbesondere die im kennzeichnenden Abschnitt des unabhängigen Verfahrensanspruchs 9 aufgelisteten Verfahrensschritte auf. Weiterbildungen und/ oder vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Vorrichtungs- bzw. Verfahrensansprüche.
Durch die Erfindung wird ein Kunststoffbehälter, insbesondere Kunststoffflasche, mit einem integriert ausgebildeten, deformierten Bereich, insbesondere mit einer Griffmulde oder dergleichen, geschaffen, der aus einem im wesentlichen zylindrischen Vorformling hergestellt wird, der in eine Blasformkavität eingesetzt wird, deren Innen- kontur während des Blas- bzw. Streckblasvorgangs veränderbar ist.
Der erfindungsgemässe Kunststoffbehälter wird in einem kontinuierlichen Herstellungsvorgang ausgebildet. Die Herstellung des fertigen Behälters erfolgt über eine Vorblase, die aus dem in die Blasformkavität eingesetzten Vorformling erzeugt wird, h der Wandung der noch heissen Vorblase wird durch Verstellen der Innenkontur der Blasformkavität wenigstens einer Vertiefung erzeugt, bevor der eigentliche Behälter aus der deformierten Vorblase gemäss der geänderten, volumensreduzierten Innenkontur der Blasformkavität fertig geblasen bzw. streckgeblasen wird. Unmittelbar nach dem Blas- bzw. Streckblasvorgang kann der fertige Behälter mit der an der gewünschten Position ausgebildeten Vertiefung entformt werden. Eine zusätzlichen Zeitaufwand verursachende Nachbearbeitung des mit der Vertiefung versehenen Wandungsbereichs ist nicht mehr erf orderlich. Entsprechende Anlagen zur Nachbearbeitung können daher entfallen. Durch das Vorsehen der Verformung bereits an der Vorblase sind die auch Voraussetzungen für eine randnahe Anordnung der Vertiefung geschaffen. Ein gemäss der Erfindung hergestellter Kunststoffbehälter weist auch im vertieften Wandungsbereich eine sehr gleichmässige Wandstärkenverteilung auf. Daraus resultiert im vertieften Wandungsbereich eine erhöhte Stabilität des Behälters, was gerade
bei der Ausbildung der Vertiefung als Griffmulde ein besseres Erfassen und Halten des Behälters ermöglicht.
Gerade bei der Ausbildung der Vertiefung als Griffmulde erweist es sich von Vorteil, wenn die wenigstens eine Vertiefung der Vorblase eine Längserstreckung aufweist, die etwa in Längsrichtung des Kunststoffbehälters verläuft und grösser ist als eine Breite der Vertiefung. Durch besteht sogar die Möglichkeit, die Vertiefung ergonomisch zu gestalten.
Im Falle von Griffmulden erweist es sich als zweckmässig, wenn die Vorblase an zwei einander gegenüberliegenden Wandungsbereichen mit Vertiefungen versehen ist. Die Griffmulden müssen nicht notwendigerweise gleich gross ausgebildet sein. Beispielsweise können dadurch gezielt Behälter für Rechts- oder für Linkshänder ausgebildet sein. Bei gleich gross ausgebildeten Vertiefungen entfällt zwar die ergonomische Gestaltung. Dafür sind sie wahlweise mit der rechten oder mit der linken Hand sicher greifbar.
Aus herstellungstechnischen Gründen und um an Volumen zu gewinnen erweist es sich von Vorteil, wenn die Vertiefungen derart ausgebildet sind, dass sich das Behältervolumen auch zwischen den mit Vertiefungen versehenen Wandungsbereichen der Vorblase erstreckt. Indem die einander gegenüberliegenden Wandungsbereiche nicht zusammenhaften, kann sich beim Hauptblasen die Blasluft besser in der Vorblase verteilen, und die Wandungen werden möglichst gleichmässig an die Innenkonturen der Blasformkavität angepresst.
Insbesondere bei der Ausbildung der Vertiefung als Griffmulde erweist es sich von Vorteil, wenn die Vertiefung in einem Wandungsbereich ausgebildet ist, der dem Rand näher Hegt als einem Mittenbereich des Behälters. Durch die randnahe Griffmulde kann der Kunststoffbehälter auch mit kleinen Händen sicher gegriffen und gehalten werden.
Die Anordnung der Vertiefung im Wandungsbereich der Vorblase ist derart gewählt, dass in der Vorblase ein freier zylindrischer Bereich verbleibt, der sich von einer Mündung der Blasformkavität im wesentlichen senkrecht zum gegenüberliegenden Wandungsbereich erstreckt. Der freie zylindrische Bereich dient der Aufnahme des Blas- dorns bzw. Streckblasdorns. Indem dieser Bereich bei der Verformung der Vorblase frei gehalten bleibt, kann die Blas- bzw. Streckblasdornführung sehr einfach gehalten sein. Ein Einklemmen des Blas- bzw. Streckblasdorns zwischen den Wandungen der Vorblase wird verhindert. Die Grosse bzw. der Durchmesser des freien zylindrischen Bereichs ist dabei derart bemessen, dass der Blas- bzw. Streckblasdom keine Berüh- rungen mit den Wandungen der Vorblase erfährt. Dies wird dadurch erzielt, dass der kleinster Durchmesser des freien zylindrischen Bereichs grösser ist als der grösste Durchmesser des in die Vorblase ragenden Abschnitts des Blas- bzw. Streckblasdorns.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbehälter, insbesondere einer Kunststoffflasche, mit einem integriert ausgebildeten, deformierten Bereich, insbesondere mit einer Griffmulde oder dergleichen, zeichnet sich dadurch aus, dass ein im wesentlichen zylindrischer Vorformling in eine Blasformkavität eingesetzt wird und während des Blas- bzw. Streckblasvorgangs die Innenkontur der Blasformkavität verändert, insbesondere das umschlossene Volumen verringert wird.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren erfolgt die Ausbildung der Vertiefung in der Anfangsphase des Blas- bzw. Streckblasvorgangs während der Herstellung der Vorblase. Indem direkt die heisse Vorblase deformiert wird, wird das Material im ge- wünschten Umfang gereckt. Der eigenliche HersteUungsprozess des Kunststoffbehälters erfolgt erst im nachfolgenden Aufblasen bzw. Streckblasen der Vorblase innerhalb der volumenverkleinerten Blasformkavität. Dabei verteilt sich das Material sehr gleichmässig, so dass der fertige Behälter auch im Bereich der Vertiefung eine relativ gleichmässige Wandstärkenverteilung aufweist. Bei Bedarf kann die Blasformkavität sogar noch während des Hauptblasvorgangs bezüglich ihrer Innenkontur verändert werden. Die hergestellte Vertiefung besitzt unmittelbar nach der Fertigstellung des Kunststoffbehälters ihre endgültige stabile Form. Nachbearbeitungsschritte, beispiels-
weise um labile gelenkige Bereiche in das Innere des Behälters zu drücken, entfallen dadurch. Der kontinuierliche Fertigungsvorgang findet zur Gänze innerhalb der Blasformkavität statt. Komplizierte Gelenkstrukturen, deren Ausbildung bei der Herstellung zu lokalen Temperaturspitzen und zu ungünstigen Wandstärkenverteilungen führen kann, werden vermieden. Durch den Verzicht auf die Herstellung labiler Gelenkstrukturen werden auch die Voraussetzungen für eine Verlagerung der Vertiefung in Randbereiche des hergestellten Behälters geschaffen.
Besonders bei der Ausbildung der Vertiefung als Griffmulde ist es von Vorteil, wenn die Vertiefung der Vorblase mit einer Längserstreckung hergestellt wird, die etwa in Längsrichtung des Kunststoffbehälters verläuft und grösser ist als ihre Breite.
Im Falle von Griffmulden erweist es sich von Vorteil für die Geometrie und für die Symmetrie der Belastung, wenn die Vorblase an zwei einander gegenüberliegenden Wandungsbereichen mit Vertiefungen versehen ist. Die Griffmulden müssen nicht notwendigerweise gleich gross ausgebildet sein. Beispielsweise können dadurch gezielt Behälter für Rechts- oder für Linkshänder ausgebildet sein. Bei gleich gross ausgebildeten Vertiefungen entfällt zwar die ergonomische Gestaltung. Dafür sind sie wahlweise mit der rechten oder mit der linken Hand sicher greifbar.
Bei der Erstellung der Vertiefungen wird vermieden, dass die in das Innere der Vorblase gedrückten Wandungsbereiche mit der gegenüberliegenden Wandung in Berührung kommen. Dadurch wird ein unkontrolliertes Aneinanderhaf ten der Wandungsteile vermieden, welches das weitere Aufblasen der Vorblase behindern könnte.
Die erfindungsgemässe Verfahrenführung erlaubt eine Ausbildung der Vertiefung in einem Wandungsbereich der Vorblase, der dem Rand näher Hegt als einem Mittenbereich. Da bei der erfindungsgemässen Verfahrensführung keine labilen gelenkigen Bereiche ausgebildet werden, uss auf eine Symmetrie der vertieften Bereiche keine Rücksicht genommen werden. Dadurch kann die Vertiefung in einen Bereich des Behälters verlegt werden, der insbesondere bei der Ausbildung als Griffmulde, das Erfassen auch mit kleineren Händen erleichtert. Durch das Wegrücken der Vertiefung aus
dem Mittenbereich der Vorblase wird auch die Bewegung des Blas- bzw. des Streckblasdorns nicht behindert. Dieser kann dadurch einfach senkrecht durch die Öffnungsmündung der Blasformkavität in das Innere des Vorformlings bzw. der Vorblase ragen. Auf eine komplizierte Blasdorngeometrie oder Bewegung des Blasdorns kann dadurch verzichtet werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer beispielsweise Variante der Erfindung. Die schematischen Zeichnungen dienen zur Illustration des Verfahrens. Es zeigen:
Fig. 1 eine Blasformkavität mit eingesetztem Vorf orrrύing;
Fig. 2 einen Querschnitt der Blasformkavität gemäss Schrtittlinie II - II in Fig. 1;
Fig. 3 und 4 eine in der Blasformkavität ausgebildete Vorblase in zwei Stadien;
Fig. 5 die Vorblase mit deformierten Wandungen; und
Fig. 6 einen fertigen Behälter nach dem Hauptblasen.
Fig. 1 zeigt einen in eine Blasformkavität 2 einer Blasform 1 eingesetzten Vorformling bzw. Preform P im Axialschnitt.Die Schnittebene verläuft dabei beispielsweise gerade entlang der Trennebene der beiden Blasformhälften der Blasform 1. Der Vorformling P besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff. Beispielsweise ist er in einem vorher- gehenden Spritzgiessverfahren hergestellt. Der Vorformling P weist eine im wesentlichen zylindrische Gestalt mit einem geschlossenen Bodenteil auf. Er stützt sich an der Mündung 5 der Blasformkavität 2 ab und erstreckt sich axial in Richtung der Bodenwandung 6 der Blasformkavität 2. Die Innenkontur S der Blasformkavität 2 gibt im wesentlichen die spätere Gestalt des im Blas- bzw. Streckblasverfahrens herzustellen- den Behälters vor. Abgesehen von dem Bodenteil 6 wird das Volumen der Blasformkavität 2 von einer den Behälterkörper definierenden Blasformwandung 3 umschlos-
sen. An einem randnahen Abschnitt der Blasformwandung 3 ragt ein Wandungsabschnitt 4 in das Innere des Volumens der Blasformkavität 2.
Die Schnittdarstellung der Fig. 2 gemäss Sclmittlinie II-II in Fig. 1 zeigt den rotations- symmetrisch ausgebildeten, zylindrischen Preformling innerhalb der Blasformkavität 2 vor de Blas- bzw. Streckblasvorgang. Gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Blasformkavität zwei symmetrisch angeordnete überstehende Wandungsabschnitte 4 auf. Die zentralen Bereiche der Wandungsabschnitte 4 sind als verschiebbare Stössel 7 ausgebildet, durch deren Verstellung die Innenkontur S der Blas- formkavität 2 veränderbar ist. Die überstehenden Wandungsabschnitte 4 sind aus dem Mittenbereich der Vorblase B gerückt und lassen einen zentralen, zylindrischen Abschnitt für den Blasdorn bzw. den Streckblasdorn frei.
Die Schnittdarstellung der Figs. 3 - 7 entspricht derjenigen der Fig. 2. Gleiche Bestand- teile tragen gleiche Bezugszeichen. In Fig. 3 wird nach dem Einführen des nicht weiter dargestellten Blasdorns bzw. Streckblasdorns beim sogenannten Vorblasen aus dem eingesetzten Vorformling eine Vorblase B ausgebildet. Fig. 4 zeigt die fertig ausgebildete Vorblase B, die weitgehende der Innenkontur S der Blasformkavität 2 entspricht. Die Stössel 7 in den überstehenden Wandungsabschnitten 4 sind noch nicht ausgefah- ren.
Am Ende des Vorblasvorgangs werden die Stössel 7 im gewünschten Ausmass in das Innere der Blasformkavität 2 ausgefahren. Dabei wird das Material der Vorblase B gereckt und an den einander gegenüberliegenden Abschnitten der Wandung W der noch heissen Vorblase B werden Vertiefungen D erzeugt. Die Vertiefungen D sind beispielsweise im randnahen Bereich der Vorblase B angeordnet und sollen am fertig geblasenen bzw. streckgeblasenen Behälter beispielsweise Griffmulden bilden. Wie aus der Fig.5 ersichtlich ist, ist die Zustellbewegung der Stössel 7 derart begrenzt, dass die Wandungsbereiche mit den Vertiefungen D noch einen Abstand von einander aufwei- sen. Das Volumen der Vorblase erstreckt sich somit auch zwischen den deformierten Bereichen D. Dies erleichtert das Aufblasen der Vorblase B im nachfolgenden Hauptblasvorgang. In einer alternativen Ausführungsvariante können die Stössel soweit auf
einander zu bewegt werden, dass die Wandungsbereiche zwischen ihnen geklemmt werden und einander berühren. Gegebenenfalls können die Wandungsteile im noch heissen Zustand der Vorblase an den Berührungsstellen miteinander verkleben. Fig. 6 zeigt schliesslich die Vorblase, die i Hauptblasvorgang in die durch die ausgefahrenen Stössel 7 veränderte Kontur S der Blasformkavität 2 gepresst wird. Am Ende des Hauptblasvorgangs kann der fertige Behälter C ent ormt werden. In der Wandung W des Behälters C sind die Vertiefungen D in der gewünschten Form ausgebildet. Die Vertiefungen D folgen der Kontur der überstehenden Abschnitte 4 der Innenwandung 3 der Blasformkavität und den ausgefahrenen Stösseln 7.
Die Verstellung der Innenkontur S der Blasformkavität erfolgt im Anschluss an die Ausbildung der Vorblase B. Die Verstellung der Stössel 7 kann dabei in einem einzigen Stellvorgang erfolgen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Stössel 7 während des Hauptblasens schrittweise bis in die Entstellung zu verstellen. Die Stössel können bei Bedarf auch mehrteilig ausgebildet sein und mehrere verstellbare Bereiche aufweisen, um ganz spezielle Konturen der Vertiefung erzeugen zu können. Wesentlich an der erfindungsgemässen Verfahrensführung ist, dass die Innenkontur der Blasformkavität während des Blas- bzw. Streckblasvorgangs verstellbar ist, ohne den Blasdorn bzw. den Streckblasdorn zu behindern. Dabei erfolgt bereits eine Verformung der beim Vorblasen ausgebildeten Vorblase. Am Ende des Blas- bzw. Streckblasvorgangs weist der fertig geblasenen bzw. streckgeblasene Behälter bereits seine endgültige Form auf. Die erzeugten Vertiefungen sind stabil ausgebildet und bedürfen keiner weiteren Nachbearbeitung oder Druckbeaufschlagung, um ihre Form noch weiter zu verändern.