WO2009019172A1 - Verfahren zur verrundung von schnittkanten von im mündungsbereich geschnittenen kunststoffflaschen, sowie hergestellte kunststofflasche - Google Patents

Verfahren zur verrundung von schnittkanten von im mündungsbereich geschnittenen kunststoffflaschen, sowie hergestellte kunststofflasche Download PDF

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WO2009019172A1
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plastic bottle
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plastic
sonotrode
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Alexander Sohm
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Alpla-Werke Alwin Lehner Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a method for rounding of cut edges of cut in the mouth region plastic bottles according to the preamble of claim 1.
  • Bottles produced in an extrusion blown process usually have a so-called lost head, which is separated after demolding the bottle before the bottle is processed.
  • lost head In the usually mechanically performed separation process arise at the mouth of the bottle cut edges. These cut edges can lead to phases that prove to be disturbing in the further processing of the bottle, for example, when sealing the mouth edge.
  • plastic bottles, which are designed for the storage of drinks, which are usually drunk directly from the bottle the most sharp-edged cut edges at the mouth edges are perceived by the consumer as disturbing.
  • a method is known, with which a cup-shaped preform can be molded into a cup rim which is suitable for automating.
  • the preform is made of a foamed plastic and has a cantilevered edge.
  • a preformed profile ring of a weldable with the foam plastic of the cup-shaped preform, thermoplastic material is compressed in an ultrasonic welding device on the edge, sonicated for 0.2 to 4 seconds and profiled by compacting the plastic to the drinking edge and welded.
  • Object of the present invention is therefore to remedy the disadvantages of the prior art. It is a method for rounding the cut edges at the mouths cut plastic bottles are created, can be avoided in the exhaust gases and burns of the plastic material.
  • the process should lead to a mouth edge with rounded edges, which allows easy further processing, especially sealing, the bottle mouth and the consumer is not bothersome.
  • the process should be compatible with the short cycle times of plastic bottle production, for example in the plastic blowing process, in particular in the extrusion blow molding process.
  • a cut edge is considered rounded if its radius of curvature is> 20% of the wall thickness of the plastic bottle in the mouth area before the rounding process.
  • the proposed method for rounding cut edges of plastic bottles cut in the mouth area in which a plastic bottle, after a superfluous plastic portion has been cut off in a cutting operation, is formed in the mouth region by supplying energy, is characterized in that the deformation by the supply of Ultrasonic energy and pressure takes place.
  • the energy supply by ultrasound can be dosed very accurately; Damage to the plastic bottle can be avoided in the mouth area.
  • the ultrasonic energy is transmitted very evenly to the mouth of the plastic bottle.
  • the pressure applied uniformly over the mouth area serves to ensure the best possible energy transfer.
  • he also supports the forming in the mouth area.
  • a very uniform rounding of the cutting edge (s) can be achieved.
  • the energy is supplied very quickly, so that the process can be integrated or connected very well in processes with short cycle times.
  • the process also requires no fundamental redesign of the production plant for the plastic bottle but can be very well installed in existing plants or grown on this.
  • the transmission of the ultrasonic energy to the plastic material in the mouth region of the plastic bottle is expediently carried out directly by the application of a plastic material. Notrode to the mouth area of the plastic bottle. The sonotrode is pressed with a predetermined force against the mouth region of the plastic bottle. As long as this pressure is maintained evenly, the ultrasonic energy in the mouth area is transmitted evenly to the plastic bottle. The deformation of the cutting edge (s) worsens the contact between the sonotrode and the bottle mouth. This has the consequence that only a reduced transmission of the ultrasonic energy to the plastic bottle takes place. As a result, an excessive energy input is automatically avoided, and there may be no damage to the plastic bottle, especially in the mouth area.
  • the ultrasonic energy is preferably introduced via torsional ultrasonic vibrations.
  • torsional vibrations ensure the best and most efficient energy input.
  • a sonotrode with a power of approx. 50 W to 500 W is expediently used for the process.
  • the material of the plastic bottle can be plasticized sufficiently quickly to ensure permanent reshaping in the region of the mouth of the plastic bottle.
  • the pressure applied to the mouth region for forming is about 2.5 N / mm 2 to about 4 N / mm 2 .
  • the pressure is admifflessi gate exercised directly with the sonotrode on the mouth region of the plastic bottle. At these pressures, a very good contact between the sonotrode and the mouth area is guaranteed, which is a prerequisite for good energy transfer.
  • the plastic tab is first cut in a region above the actual mouth so that a cone-shaped tapered wall portion stops, the of one of the mouth bounding, protruding substantially radial mouth flange.
  • the Wandungsab- cut an annular extension.
  • the sonotrode is delivered axially and pressed axially against the cone-shaped wall portion.
  • the sonotrode is formed with a cutting edge so that it cuts through the wall section.
  • the remaining wall section is folded over by further axial advance of the sonotrode and connected to the mouth flange.
  • the outer mouth edge is rounded according to a shaping contour of the sonotrode.
  • the mouth flange is oriented perpendicular to an axis of the mouth region. This facilitates subsequent processing steps, for example the attachment of a filling nozzle or the sealing of the mouth of the plastic bottle.
  • the plastic bottle is cut directly at its mouth.
  • the sonotrode is delivered axially and pressed radially against a mouth flange bordering the mouth. Due to the ultrasonic energy input and the radially applied pressure is the
  • the cutting edge is rounded and the mouth flange is aligned perpendicular to an axis of the mouth region of the plastic bottle. By rounding the cutting edge, the contact between the sonotrode and the bottle mouth deteriorates. This automatically terminates the energy input.
  • a mask which is placed in the mouth area of the plastic bottle on its circumference, supports the plastic bottle in the case of a lack of radial inherent rigidity.
  • the inventive method is basically suitable for the rounding of cut edges at the mouth of plastic bottles of all kinds. Preferably, however, it is used in tabs produced in an extrusion blown plastic.
  • the case extruded plastic tubes, from which the plastic bottle is inflated in a blow mold by overpressure, can be made one or more layers and consist of the known extrudable plastics, such as polypropylene or polyethylene.
  • polyethylene stands here as a generic term for various polyethylenes, such as, for example, high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), etc.
  • the process according to the invention can also be used with plastic tabs made from extrusion-blowable polyethylene terephthalate.
  • the method is also applicable to plastic bottles produced in a stretch blow molding process, which consist essentially of polyethylene terephthalate.
  • a blown plastic bottle which has cut edges in the area of its mouth after the blowing process and which results from a separation of excess plastic material has rounded cut edges.
  • the cutting edges are rounded by the entry of ultrasonic energy and pressure. After rounding, the cut edges have a radius of curvature equal to or greater than 20% of a wall thickness of the plastic bottle in the mouth area before the rounding of the cut edges.
  • the mouth of the plastic bottle creates a pleasantly soft feeling on the lips of a consumer who drinks a drink directly from the plastic bottle.
  • the mouth is rounded very evenly and allows easy further processing of the plastic bottle, for example, a seal the drinking opening.
  • Figure 1 is a produced in a blow-molding process, in particular by extrusion blown plastic bottle with lost head.
  • FIG. 2 shows the plastic bottle from FIG. 1 with a separate lost head part at the beginning of the method for rounding the cut edges;
  • FIG. 3 shows a mouth section of the plastic bottle from FIG. 1 at the end of the rounding process
  • FIG. FIG. 4 shows a microscope photograph of the mouth section of the plastic bottle according to FIG. 3
  • FIG. 3 shows a mouth section of the plastic bottle from FIG. 1 at the end of the rounding process
  • FIG. 5 shows a plastic bottle produced by a blowing process, in particular by extrusion blow molding, with a lost head part
  • FIG. 6 shows the plastic bottle from FIG. 5 with the head part cut off at the beginning of the method for rounding the cut edges
  • FIG. 7 shows a mouth section of the plastic bottle from FIG. 5 at the end of the rounding process
  • FIG. 8 shows a microscope photograph of the mouth section of the plastic bottle according to FIG. 7.
  • FIGS. 1-8 the method according to the invention for the rounding of cut edges in two variants is explained using the example of a plastic bottle produced by extrusion blow molding. It will be understood, however, that the method for rounding cut edges is also applicable to plastic bottles made in other processes, for example in a stretch blow molding or plastic injection molding process.
  • the plastic bottle shown in Fig. 1 and in Fig. 5 bears overall the reference numeral 1. It has a bottle body 2, which has a mouth region 4. At the mouth area 4 includes a lost head part 3, which is required for her manufacturing technical reasons and is separated. In Fig. 1, the point of application of the cutting tool for the separation of the lost head part 3 with the arrow S is indicated.
  • Fig. 2 shows the mouth region 4 of the plastic bottle after the lost head part has been separated.
  • the lost head part has been so separated that protrudes from a mouth 5 of the plastic bottle bordering radial mouth flange 6 a kegelmantelf örmiger wall portion 7, which at its free end in an annular extension 8 passes.
  • cutting edges 9 are formed.
  • a sonotrode 10 is delivered axially to the mouth region 4 of the plastic bottle.
  • the sonotrode 10 is provided with a cutting edge 11 which extends annularly and engages at a radial distance from the mouth 5 of the plastic bottle on kegelmantelf örmigen wall portion 7.
  • the point of application is chosen such that the distance measured from the mouth 5 to the point of application of the cutting edge 11 of the sonotrode is equal to or greater than the radial length of the mouth flange 6.
  • the sonotrode is designed to deliver torsional ultrasonic vibrations.
  • the sonotrode has a power of about 50 W to about 500 W, preferably about 200 W.
  • the ultrasonic frequency is about 20 kHz.
  • the amplitude is about 40 microns, the period of introduction of the ultrasonic energy is about 250 ms.
  • the sonotrode is pressed with a force of about 2 N / mm 2 - 4 N / mm 2 , preferably 3 N / mm 2 , axially against the kegelmantelf örmigen wall section 7. In this case, the cutting edge 11 of the sonotrode severed the wall portion 7. ram 14, 15 can attack in the region of the annular extension 8 and hold the separated section.
  • the remaining wall section 7 is folded over by an axial tracking of the sonotrode 10 and pressed against the radial mouth flange 6 and finally connected to this, as indicated in Fig. 3.
  • the outer cutting edge of the mouth region 4 is deformed according to the contour 12 of the sonotrode 10.
  • the mouth 5 is oriented perpendicular to an axis A during the deformation of the mouth flange 6.
  • FIG. 4 shows a microscope photograph of a cut mouth section 4 of the plastic bottle.
  • the transfer and conversion process is not yet complete.
  • the wall portion 7 is not yet completely pressed against the mouth flange 6 and connected thereto.
  • the mouth flange 6 is not yet aligned perpendicular to the axis of the mouth 5.
  • the wall thickness of the mouth flange is doubled by the folding over of the wall section 7.
  • the wall section 7 and the mouth flange 6 are connected to each other gap-free.
  • the radii of curvature at the mouth and at the rounded edges are then equal to or greater than 20% of the wall thickness of the mouth flange 6 before the rounding process.
  • the plastic bottle 1 with lost head part shown in Fig. 5 corresponds to the representation in Fig. 1.
  • Like reference numerals designate like parts.
  • the arrow S again indicates where the cutting tool acts to separate the lost head part 3 at the mouth section 4.
  • the lost head part is separated directly at the mouth 5 of the plastic bottle. From the geometry of the plastic bottle and the molded-on lost head part, this results in a relatively sharp-edged, almost razor-sharp cutting edge 9 on the mouth flange 6 bordering the mouth 5.
  • the rounding of this cutting edge 9 takes place with a sonotrode 20, which is used to deliver torsional ultrasonic vibrations is trained.
  • the power of the sonotrode in turn is for example about 50 W - 500 W, preferably about 110 W.
  • the frequency of the ultrasonic vibrations is 20 kHz, their amplitude about 28 microns.
  • the sound time is selected to approx. 1 s.
  • the sonotrode 20 is fed axially and pressed radially against the cutting edge 9 at the mouth 5 of the plastic bottle.
  • the contact pressure is again about 2.5 N / mm 2 - 4 N / mm 2 , preferably about 3 N / mm 2 .
  • a mask 24 can be attached to the outside of the plastic bottle.
  • Fig. 7 shows the mouth portion 4 at the end of the rounding process.
  • the sonotrode 20 is retracted so far into the mouth 5 of the plastic bottle, that the mouth flange 6 is aligned perpendicular to the axis A of the mouth 5.
  • the cutting edge has been rounded at the free end of the mouth flange 6 according to the contour 22 of the sonotrode 20.
  • the original cutting edge 9 is indicated by dashed lines.
  • FIG. 8 shows a microscope photograph of the rounded cutting edge 9 at the free end of the mouth flange 6 after carrying out the method according to the invention. It can be clearly seen that the cutting edge no longer has sharp edges, but instead very well rounded.
  • the radius of curvature of the rounded cutting edge 9 is equal to or greater than 20% of the wall thickness of the mouth flange 6.
  • the inventive method for the rounding of cut edges at the mouth of cut plastic bottles can be used in one or more layers running plastic bottles.
  • Suitable materials are all extrudable plastics, for example polypropylene or polyethylene (PE, HDPE, LDPE), but also extrudable PET, PET for stretch blow molding and other plastics which can be used for large-scale series production of plastic bottles.

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Abstract

Es ist ein Verfahren zur Verrundung von Schnittkanten (9) von im Mündungsbereich (4) geschnittenen Kunststoffflaschen vorgeschlagen, bei dem eine Kunststoffflasche, nachdem in einem Schneidvorgang ein überflüssiger Kunststoffabschnitt abgetrennt worden ist, im Mündungsbereich (4) durch Energiezufuhr umgeformt wird. Dabei erfolgt die Umformung durch die Zufuhr von Ultraschallenergie (20) und Druck.

Description

VERFAHREN ZUR VERRUNDUNG VON SCHNITTKANTEN VON IM MÜNDUNGSBEREICH GESCHNITTENEN KUNSTSTOFFFLASCHEN, SOWIE HERGESTELLTE KUNSTSTOFFFLASCHE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verrundung von Schnittkanten von im Mündungsbereich geschnittenen Kunststoffflaschen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In einem Extrusionsblasverfahren hergestellte Flaschen weisen üblicherweise einen soge- nannten verlorenen Kopf auf, der nach dem Entformen der Flasche abgetrennt wird, bevor die Flasche zur Weiterverarbeitung gelangt. Bei dem üblicherweise mechanisch durchgeführten Trennvorgang entstehen an der Mündung der Flasche Schnittkanten. Diese Schnittkanten können zu Phasen führen, die sich bei der Weiterverarbeitung der Flasche, beispielsweise beim Siegeln des Mündungsrandes, als störend erweisen. Bei Kunststoffflaschen, die für die Aufbewahrung von Getränken ausgebildet sind, welche meist direkt aus der Flasche getrunken werden, werden die meist scharfkantigen Schnittkanten an den Mündungsrändern von den Konsumenten als störend empfunden.
Auch bei in einem Streckblasverfahren hergestellten Kunststoffflaschen, meist PET- Flaschen, oder in anderen Herstellverfahren hergestellten Kunststoffflaschen kann es erforderlich sein, einen Teil der Kunststoffflasche, der an die Flaschenmündung angrenzt, abzutrennen. Auch in diesen Fällen erweisen sich die beim Trennvorgang entstehenden Schnittkanten meist als nachteilig.
Verfahren, bei denen die Mündungsränder der Kunststof ff lasche an einer offenen Flamme verschmolzen werden, um eine Verrundung zu erreichen, erweisen sich als wenig zielführend. Beim Aufschmelzen des Kunststoffmaterials in der Flamme entstehen Abgase, die abgesaugt werden müssen. Die Temperatur der Flamme variiert; dadurch kann es zu einem ungleichmässigen Schmelzvorgang kommen. Der daraus resultierende Mündungs- rand ist dann relativ uneben, was beim Siegeln des Mündungsrandes zu Problemen führen kann. Bei Schnitträndern mit Phasen kann es schliesslich sogar zu Verkohlungen und Verbrennungen des Materials kommen, wodurch die Kunststoffflasche unbrauchbar wird. Die Methode, die geschnittenen Kunststoffflaschen mit ihren Mündungsrändern gegen heisse Flächen zu pressen, oder umgekehrt, um die Schnittränder zu verrunden, führt zu einem erhöhten anlagentechnischen Aufwand und ist mit den kurzen Zykluszeiten bei der Herstellung der Kunststoffflaschen kaum vereinbar.
Aus der US-B 6,237,791 ist ein Verfahren zur mechanischen Umformung des Öffnungsrandes eines blasgeformten Weithalsbehälters bekannt. In einem ersten Schrift wird ein Halbfertigprodukt streckgeblasen. Dieses wird dann aus der Form genommen und geschnitten. Der an den geschnittenen Öffnungsrand anschliessende Bereich der Behälterwandung wird anschliessend erwärmt und an einem formgebenden Teil gerollt, so dass die nicht verrundete Schnittkante z.B. bis mehr als 360° zurückgerollt und die Öffnung von einer gerollten Behälterwandung begrenzt ist. Bei diesem Verfahren entstehen hygienisch bedenkliche Hinterschnitte.
Aus der DE-A 2725 445 ist ein Verfahren bekannt, mit dem einem becherförmigen Vor- f ormling ein automatentauglicher Becherrand angeformt werden kann. Der Vorf ormling ist aus einem geschäumten Kunststoff hergestellt und besitzt einen auskragenden Rand. Ein vorgeformter Profilring aus einem mit dem Schaumkunststoff des becherförmigen Vorformlings verschweissbaren, thermoplastischen Material wird in einer Ultraschall- schweissvorrichtung auf den Rand gestaucht, während 0,2 bis 4 Sekunden beschallt und unter Verdichten des Kunststoffs zum Trinkrand profiliert und verschweisst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den geschilderten Nachteilen des Stands der Technik abzuhelfen. Es soll ein Verfahren zur Verrundung der Schnittkanten an den Mündungen geschnittener Kunststoff flaschen geschaffen werden, bei dem Abgase und Verbrennungen des Kunststoffmaterials vermieden werden können. Das Verfahren soll zu einem Mündungsrand mit verrundeten Schnittkanten führen, der eine problemlose Weiterverarbeitung, insbesondere Siegelung, der Flaschenmündung ermöglicht und vom Konsumenten nicht als störend empfunden wird. Dabei soll das Verfahren mit den kurzen Zykluszeiten der Kunststoffflaschenherstellung, beispielsweise im Kunststoffblas- verfahren, insbesondere im Extrusionsblasverfahren, vereinbar sein.
Die Lösung dieser Aufgaben besteht in einem Verfahren zur Verrundung von Schnittkanten von im Mündungsbereich geschnittenen Kunststoff flaschen, welches wenigstens die im kennzeichnenden Abschnitt des Patentanspruchs 1 angeführten Verfahrensschritte aufweist. Weiterbildungen und/ oder vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Es existiert keine einheitliche Definition dafür, wann eine (Schnitt-)Kante an der Mündung einer Kunststoffflasche als verrundet gilt. Eine diesbezügliche Beurteilung durch Konsumenten, die ein Getränk direkt aus der Flasche trinken, unterliegt einem sehr subjektiven Empfinden. Um das Vorliegen einer verrundeten Schnittkante an der Mündung einer geschnittenen Kunststoffflasche objektiv feststellen zu können, wird daher die fol- gende Definition festgelegt:
Eine Schnittkante gilt als verrundet, wenn ihr Krümmungsradius > 20 %der Wandstärke der Kunststoffflasche im Mündungsbereich vor dem Verrundungsvorgang beträgt.
Das vorgeschlagene Verfahren zur Verrundung von Schnittkanten von im Mündungsbe- reich geschnittenen Kunststoffflaschen, bei dem eine Kunststoffflasche, nachdem in einem Schneidvorgang ein überflüssiger Kunststoffabschnitt abgetrennt worden ist, im Mündungsbereich durch Energiezufuhr umgeformt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass die Umformung durch die Zufuhr von Ultraschallenergie und Druck erfolgt.
Die Energiezufuhr durch Ultraschall ist sehr genau dosierbar; dadurch können Beschädigungen der Kunststoff flasche im Mündungsbereich vermieden werden. Die Ultraschallenergie wird sehr gleichmässig an die Mündung der Kunststoffflasche übertragen. Der gleichmässig über den Mündungsbereich aufgebrachte Druck dient einerseits dazu, eine möglichst gute Energieübertragung zu gewährleisten. Andererseits unterstützt er auch die Umformung im Mündungsbereich. Dadurch ist eine sehr gleichmässige Verrundung der Schnittkante(n) erzielbar. Die Energiezufuhr erfolgt sehr rasch, so dass das Verfahren sehr gut in Prozesse mit kurzen Zykluszeiten integrierbar bzw. anschliessbar ist. Das Verfahren erfordert auch keine grundsätzliche Umkonstruktion der Herstellanlage für die Kunststoffflasche sondern kann sehr gut in bestehende Anlagen eingebaut bzw. an diese angebaut werden.
Die Übertragung der Ultraschallenergie an das Kunststoffmaterial im Mündungsbereich der Kunststoffflasche erfolgt zweckmässigerweise direkt durch das Ansetzen einer So- notrode an den Mündungsbereich der Kunststoffflasche. Dabei wird die Sonotrode mit einer vorgebbaren Kraft gegen den Mündungsbereich der Kunststoffflasche gedrückt. Solange dieser Druck gleichmässig aufrechterhalten ist, wird die Ultraschallenergie im Mündungsbereich gleichmässig an die Kunststoffflasche übertragen. Durch die Verfor- mung der Schnittkante(n) wird der Kontakt zwischen der Sonotrode und der Flaschenmündung verschlechtert. Dies hat zur Folge, dass nur mehr eine reduzierte Übertragung der Ultraschallenergie an die Kunststoffflasche erfolgt. Dadurch wird ein übermässiger Energieeintrag selbsttätig vermieden, und es kann zu keinen Beschädigungen der Kunststoffflasche, insbesondere in deren Mündungsbereich kommen.
Die Ultraschallenergie wird vorzugsweise über torsionale Ultraschallschwingungen eingebracht. Mit Hinblick auf die rotationssymmetrische Geometrie der Kunststoffflasche im Mündungsbereich gewährleisten torsionale Schwingungen den besten und effizientesten Energieeintrag.
Für das Verfahren wird je nach Durchmesser des Mündungsbereichs zweckmässigerwei- se eine Sonotrode mit einer Leistung von ca. 50 W bis 500 W eingesetzt. Mit diesen Ultraschallleistungen ist das Material der Kunststoffflasche ausreichend schnell plastifizierbar, um die permanente Umformung im Bereich der Mündung der Kunststoffflasche zu ge- währleisten.
Der für die Umformung auf den Mündungsbereich ausgeübte Druck beträgt etwa 2.5 N/ mm2 bis etwa 4 N/ mm2. Dabei wird der Druck zweckmässi gerweise direkt mit der Sonotrode auf den Mündungsbereich der Kunststoffflasche ausgeübt. Bei diesen Drücken ist ein sehr guter Kontakt zwischen der Sonotrode und dem Mündungsbereich gewährleistet, der für eine gute Energieübertragung Voraussetzung ist.
In einer ersten Variante des erfindungsgemässen Verfahrens, die sich insbesondere für Kunststoffflaschen mit einer ausreichend hohen axialen Eigensteifigkeit als zweckmässig erweist, wird die Kunststof ff lasche zunächst in einem Bereich oberhalb der eigentlichen Mündung derart geschnitten, dass ein sich kegelmantelförmig verjüngender Wandungsabschnitt stehen bleibt, der von einem die Mündung berandenden, im wesentlichen radialen Mündungsflansch abragt. An seinem freien Schnittende bildet der Wandungsab- schnitt einen ringförmigen Fortsatz. Die Sonotrode wird axial zugestellt und axial gegen den kegelmantelförmigen Wandungsabschnitt gepresst. Die Sonotrode ist mit einer Schneidkante ausgebildet, damit sie den Wandungsabschnitt durchtrennt. Im Bereich oberhalb und unterhalb des ringförmigen Fortsatzes angreifende Stössel können zu besse- ren Fixierung des Wandungsabschnitts dienen und den Trennvorgang mittels der Sonotrode unterstützen. Danach wird durch weiteren axialen Vorschub der Sonotrode der verbleibenden Wandungsabschnitt umgelegt und mit dem Mündungsflansch verbunden. Der äussere Mündungsrand wird dabei gemäss einer formgebenden Kontur der Sonotrode verrundet.
Vorzugsweise wird beim Umlegen und Verbinden des Wandungsabschnitts mit dem Mündungsflansch der Mündungsflansch senkrecht zu einer Achse des Mündungsbereichs ausgerichtet. Dies erleichtert nachfolgende Verarbeitungsschritte, beispielsweise das Ansetzen einer Abfülldüse oder das Siegeln der Mündung der Kunststoffflasche.
In einer alternativen Verfahrensvariante, die vor allem für Kunststoffflaschen geeignet ist, die eine geringere Eigensteifigkeit, insbesondere Stauchfestigkeit, aufweisen, wird die Kunststoffflasche unmittelbar an ihrer Mündung geschnitten. Die Sonotrode wird axial zugestellt und radial gegen einen die Mündung berandenden Mündungsflansch gepresst. Durch den Ultraschallenergieeintrag und den radial aufgebrachten Druck wird die
Schnittkante verrundet und der Mündungsflansch senkrecht zu einer Achse des Mündungsbereichs der Kunststoffflasche ausgerichtet. Durch das Verrunden der Schnittkante verschlechtert sich der Kontakt zwischen der Sonotrode und der Flaschenmündung. Dadurch wird der Energieeintrag automatisch beendet. Eine Maske, die im Mündungsbe- reich der Kunststoffflasche an deren Umfang angelegt ist, unterstützt die Kunststoffflasche bei mangelnder radialer Eigensteifigkeit.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist grundsätzlich zur Verrundung von Schnittkanten an der Mündung von Kunststoffflaschen aller Art geeignet. Vorzugsweise wird es jedoch bei in einem Extrusionsblasverfahren hergestellten Kunststof ff laschen eingesetzt. Die dabei extrudierten Kunststoffschläuche, aus denen die Kunststoffflasche in einer Blasform durch Überdruck aufgeblasen wird, können ein- oder mehrschichtig hergestellt sein und bestehen aus den bekannten, extrudierbaren Kunststoffen, beispielsweise Polypropylen oder Polyethylen. Der Begriff Polyethylen steht dabei als Sammelbegriff für verschiedene Polyethylene, wie z.B. High Density Polyethylen (HDPE), Low Density Polyethylen (LDPE) usw. Das erfindungsgemässe Verfahren ist auch bei Kunststof ff laschen einsetzbar, die aus extrusionsblasbarem Polyethylenterephthalat hergestellt sind. Schliesslich ist das Verfahren auch bei in einem Streckblasverfahren hergestellten Kunststoffflaschen anwendbar, die im wesentlichen aus Polyethylenterephthalat bestehen.
Eine in einem Blasverfahren hergestellte Kunststoffflasche, die nach dem Blasverfahren in ihrem Mündungsbereich Schnittkanten aufweist, die von einem Abtrennen überschüssi- gen Kunststoffmaterials herrühren, weist verrundete Schnittkanten auf. Die Schnittkanten sind dabei durch den Eintrag von Ultraschallenergie und durch Druck verrundet. Nach der Verrundung weisen die Schnittkanten einen Krümmungsradius auf, der gleich oder grösser ist als 20 % einer Wandstärke der Kunststoffflasche im Mündungsbereich vor der Verrundung der Schnittkanten. Mit gemäss der angegebenen Definition verrundeten Schnittkanten erzeugt die Mündung der Kunststoffflasche bei einem Konsumenten, der ein Getränk direkt aus der Kunststoffflasche trinkt, ein angenehm weiches Gefühl an den Lippen. Die Mündung ist sehr gleichmässig verrundet und erlaubt eine problemlose Weiterverarbeitung der Kunststoffflasche, beispielsweise eine Siegelung der Trinköffnung.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden des erfindungsgemä- ssen Verfahrens unter Bezugnahme auf die schematischen Figuren. Es zeigen in nicht massstabsgetreuer Darstellung:
Fig. 1 eine in einem Blasverfahren, insbesondere im Extrusionsblasverfahren hergestellte Kunststoffflasche mit verlorenem Kopfteil;
Fig. 2 die Kunststoffflasche aus Fig. 1 mit abgetrenntem verlorenem Kopfteil zu Beginn des Verfahrens zur Verrundung der Schnittkanten;
Fig. 3 ein Mündungsabschnitt der Kunststoffflasche aus Fig. 1 am Ende des Verrun- dungsverfahrens; Fig. 4 eine Mikroskopaufnahme des Mündungsabschnitts der Kunststoffflasche gemäss Fig. 3;
Fig. 5 eine in einem Blasverfahren, insbesondere im Extrusionsblasverfahren hergestellte Kunststoffflasche mit verlorenem Kopfteil;
Fig. 6 die Kunststoffflasche aus Fig. 5 mit abgetrenntem Kopfteil zu Beginn des Verfahrens zur Verrundung der Schnittkanten;
Fig. 7 ein Mündungsabschnitt der Kunststoffflasche aus Fig. 5 am Ende des Verrun- dungsverfahrens; und
Fig. 8 ein Mikroskopaufnahme des Mündungsabschnittes der Kunststoffflasche gemäss Fig. 7.
In den Fig. 1 - 8 wird das erfindungsgemässe Verfahren zur Verrundung von Schnittkanten in zwei Varianten am Beispiel einer im Extrusionsblasverfahren hergestellten Kunststoffflasche erläutert. Es versteht sich jedoch, dass das Verfahren zur Verrundung von Schnittkanten auch bei Kunststoffflaschen anwendbar ist, die in anderen Verfahren, beispielsweise in einem Streckblasverfahren oder einem Kunststoffspritzverfahren, hergestellt worden sind.
Die in Fig. 1 bzw. in Fig. 5 dargestellte Kunststoffflasche trägt gesamthaft das Bezugszeichen 1. Sie weist einen Flaschenkörper 2 auf, der einen Mündungsbereich 4 besitzt. An den Mündungsbereich 4 schliesst ein verlorener Kopf teil 3 an, der aus her stellungs technischen Gründen erforderlich ist und abgetrennt wird. In Fig. 1 ist der Angriffspunkt des Schneidwerkzeugs zur Abtrennung des verlorenen Kopfteils 3 mit dem Pfeil S angedeutet.
Fig. 2 zeigt den Mündungsbereich 4 der Kunststoffflasche nachdem der verlorene Kopfteil abgetrennt worden ist. Der verlorene Kopfteil ist dabei derart abgetrennt worden, dass von einem die Mündung 5 der Kunststoffflasche berandenden radialen Mündungsflansch 6 ein kegelmantelf örmiger Wandungsabschnitt 7 abragt, der an seinem freien Ende in einen ringförmigen Fortsatz 8 übergeht. Am freien Ende des ringförmigen Fortsatzes 8 sind Schnittkanten 9 ausgebildet.
Zur Verrundung der Schnittkanten 9 wird eine Sonotrode 10 axial auf den Mündungsbe- reich 4 der Kunststoffflasche zugestellt. Die Sonotrode 10 ist mit einer Schneidkante 11 ausgestattet, die ringförmig verläuft und in radialem Abstand von der Mündung 5 der Kunststoffflasche am kegelmantelf örmigen Wandungsabschnitt 7 angreift. Der Angriffspunkt ist dabei derart gewählt, dass der von der Mündung 5 bis zum Angriffspunkt der Schneidkante 11 der Sonotrode gemessene Abstand gleich oder grösser ist, als die radiale Länge des Mündungsflansches 6. Die Sonotrode ist zur Abgabe von torsionalen Ultraschallschwingungen ausgebildet. Beispielsweise weist die Sonotrode eine Leistung von ca. 50 W bis ca. 500 W, vorzugsweise etwa 200 W auf. Die Ultraschallfrequenz beträgt ca. 20 kHz. Die Amplitude beträgt etwa 40 μm, die Zeitdauer der Einbringung der Ultraschallenergie beträgt ca. 250 ms. Die Sonotrode wird mit einer Kraft von ca. 2 N/ mm2 - 4 N/ mm2, vorzugsweise 3 N/ mm2, axial gegen den kegelmantelf örmigen Wandungsabschnitt 7 gepresst. Dabei durchtrennt die Schneidkante 11 der Sonotrode den Wandungsabschnitt 7. Stössel 14, 15 können dabei im Bereich des ringförmigen Fortsatzes 8 angreifen und den abgetrennten Abschnitt halten.
Der verbleibende Wandungsabschnitt 7 wird durch ein axiales Nachführen der Sonotrode 10 umgelegt und gegen den radialen Mündungsflansch 6 gedrückt und schliesslich mit diesem verbunden, wie es in Fig. 3 angedeutet ist. Dabei wird die Aussenschnittkante des Mündungsbereichs 4 gemäss der Kontur 12 der Sonotrode 10 umgeformt. Gleichzeitig wird bei der Umformung der Mündungsflansch 6 senkrecht zu einer Achse A der Mün- düng 5 ausgerichtet.
Fig. 4 zeigt eine Mikroskopaufnahme eines geschnittenen Mündungsabschnitts 4 der Kunststoffflasche. Der Umlege- und Umf ormprozess ist dabei noch nicht vollständig abgeschlossen. Insbesondere ist der Wandungsabschnitt 7 noch nicht vollständig gegen den Mündungsflansch 6 gepresst und mit diesem verbunden. Auch ist der Mündungsflansch 6 noch nicht senkrecht zur Achse der Mündung 5 ausgerichtet. Es ist aber deutlich ersichtlich, dass durch das Umlegen des Wandungsabschnitts 7 die Wandstärke des Mündungsflansches verdoppelt wird. Bei einem vollständig durchgeführten Verrundungsver- fahren sind der Wandungsabschnitt 7 und der Mündungsflansch 6 spaltfrei miteinander verbunden. Die Krümmungsradien an der Mündung und an den verrundeten Schnittkanten sind dann gleich oder grösser 20 % der Wandstärke des Mündungsflansches 6 vor dem Verrundungsverfahren.
Die in Fig. 5 dargestellte Kunststoffflasche 1 mit verlorenem Kopfteil entspricht der Darstellung in Fig. 1. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile. Mit dem Pfeil S ist wiederum angedeutet, wo das Schneidwerkzeug zur Abtrennung des verlorenen Kopfteils 3 am Mündungsabschnitt 4 angreift.
Gemäss dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der verlorene Kopfteil unmittelbar an der Mündung 5 der Kunststoffflasche abgetrennt. Aus der Geometrie der Kunststoffflasche und des angeformten verlorenen Kopfteils ergibt sich dadurch eine relativ scharfkantige, beinahe messerscharfe Schnittkante 9 am die Mündung 5 beranden- den Mündungsflansch 6. Die Verrundung dieser Schnittkante 9 erfolgt mit einer Sonotro- de 20, die zur Abgabe von torsionalen Ultraschallschwingungen ausgebildet ist. Die Leistung der Sonotrode beträgt wiederum beispielsweise etwa 50 W - 500 W, vorzugsweise ca. 110 W. Die Frequenz der Ultraschallschwingungen beträgt 20 kHz, ihre Amplitude etwa 28 μm. Die Schallzeit wird zu ca. 1 s gewählt. Die Sonotrode 20 wird axial zugeführt und radial gegen die Schnittkante 9 an der Mündung 5 der Kunststoffflasche gepresst. Der Anpressdruck beträgt dabei wiederum etwa 2.5 N/ mm2 - 4 N/ mm2, vorzugsweise ca. 3 N/ mm2. Bei Kunststof ff laschen mit geringer Eigensteif igkeit kann an der Aussen- seite der Kunststoffflasche eine Maske 24 angebracht sein.
Fig. 7 zeigt den Mündungsabschnitt 4 am Ende des Verrundungsverfahrens. Die Sonotrode 20 ist soweit in die Mündung 5 der Kunststoffflasche eingefahren, dass der Mündungsflansch 6 senkrecht zur Achse A der Mündung 5 ausgerichtet ist. Dabei ist die Schnittkante am freien Ende des Mündungsflanschs 6 gemäss der Kontur 22 der Sonotrode 20 verrundet worden. Die ursprüngliche Schnittkante 9 ist strichliert angedeutet.
Fig. 8 zeigt eine Mikroskopaufnahme der verrundeten Schnittkante 9 am freien Ende des Mündungsflansches 6 nach der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Es ist deutlich ersichtlich, dass die Schnittkante keine scharfen Kanten mehr aufweist, sondern sehr gut verrundet ist. Der Krümmungsradius der verrundeten Schnittkante 9 ist gleich oder grösser 20 % der Wandstärke des Mündungsflansches 6.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Verrundung von Schnittkanten an der Mündung von geschnittenen Kunststoffflaschen ist bei ein oder mehrschichtig ausgeführten Kunststoffflaschen einsetzbar. Als Materialien kommen alle extrudierbaren Kunststoffe, beispielsweise Polypropylen oder Polyethylene (PE, HDPE, LDPE), aber auch extrudierbares PET, PET für Streckblasverfahren und andere für die grosstechnische Serienproduktion von Kunststoffflaschen einsetzbare Kunststoffe in Frage.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verrundung von Schnittkanten von im Mündungsbereich geschnittenen Kunststoffflaschen, bei dem eine Kunststoffflasche (1), nachdem in einem Schneidvorgang ein überflüssiger Kunststoffabschnitt (3) abgetrennt worden ist, im Mündungsbereich (4) durch Energiezufuhr umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung durch die Zufuhr von Ultraschallenergie und Druck erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Ultraschallenergie an das Kunststoffmaterial im Mündungsbereich (4) durch das Ansetzen einer Sonotrode (10; 20) an den Mündungsbereich (4, 5) der Kunststoffflasche (1) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallenergie über torsionale Ultraschallschwingungen eingebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sonotrode (10; 20) mit einer Leistung von 50 W bis 500 W, vorzugsweise 100 W bis 300 W, eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Umformung aufgebrachte Druck etwa 2.5 N/ mm2 bis etwa 4 N/ mm2 beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Umformung erforderliche Druck mit der Sonotrode (10; 20) aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffflasche (1) in einem Bereich oberhalb der eigentlichen Mündung (5) derart geschnitten wird, dass ein sich kegelmantelförmig verjüngender Wandungsabschnitt (7) von einem die Mündung (5) berandenden, im wesentlichen radialen Mündungsflansch (6) abragt und an seinem freien Schnittende einen ringförmigen Fortsatz (8) bildet, und dass die Sonotrode (10) axial zugestellt und axial gegen den kegelmantelför- migen Wandungsabschnitt (7) gepresst wird, diesen mit einer angeformten Schneidkante (11) durchtrennt und den verbleibenden Wandungsabschnitt umlegt und mit dem Mündungsflansch (6) verbindet, wobei ein äusserer Mündungsrand gemäss einer formgebenden Kontur (12) der Sonotrode (10) verrundet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umlegen und Verbinden des Wandungsabschnitts (7) mit dem Mündungsflansch (6) der Mündungsflansch (6) senkrecht zu einer Achse (A) des Mündungsbereichs (4) ausgerichtet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffflasche (1) unmittelbar an der Mündung (5) geschnitten wird und die Sonotrode (20) axial zugestellt und radial gegen einen die Mündung (5) berandenden Mündungsflansch (6) gepresst wird, wobei die Schnittkante (9) verrundet und der Mündungsflansch (6) senkrecht zu einer Achse (A) des Mündungsbereichs (4) der Kunststoffflasche (1) ausgerichtet wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffflasche (1) in einem Extrusionsblasverfahren hergestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffflasche (1) ein- oder mehrschichtig hergestellt wird.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffflasche in einem Streckblasverfahren hergestellt wird und im wesentlichen aus Polyethylenterephthalat besteht.
13. In einem Blasverfahren hergestellte Kunststoffflasche (1), die nach dem Blasverfahren in ihrem Mündungsbereich (4) Schnittkanten (9) aufweist, die von einem Abtrennen überschüssigen Kunststoffmaterials herrühren, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittkanten (9) verrundet sind, wobei die Schnittkanten (9) einen Krümmungsradius aufweisen, der gleich oder grösser ist als 20 % einer Wandstärke der Kunststoffflasche (1) im Mündungsbereich (4) vor der Verrundung der Schnittkanten (9).
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