CH668577A5 - Verfahren zur herstellung eines kunststoffbehaelters. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.

Verfahren zum Umformen eines Rohlings aus axial orientiertem Material in einem Behälter sind bereits bekannt. Nach einem bekannten Verfahren wird die Umformung mittels eines Blasprozesses erreicht, bei welchem der Rohling an Formwänden in Anlage gebracht wird, deren Form (Konfiguration) derjenigen des herzustellenden Behälters entspricht. Die Patentschrift GB 2 076 731 beschreibt eine Technik für die Herstellung von flaschenähnlichen Behältern aus einem Rohling, der axial orientiertes Material aufweist.

Die Patentschrift GB 2 052 364 beschreibt eine Technik, nach welcher ein axial gestreckter Rohling über eine oder mehrere Umformungsphasen in einen Behälter umgeformt wird. Gemäss der in dieser Patentschrift gezeigten Technik wird beim Umformen des Rohlings in den Behälter lediglich der Umfang des Behälterkörpers vermindert.

Die Patentschrift GB 2 052 363 beschreibt eine Technik, bei welcher ein Rohling aus axial orientiertem Material mittels eines Blasverfahrens in einen Behälter umgeformt wird. Gemäss dieser Patentschrift wird auch ein axial orientierter Rohling in einen Behälter umgeformt.

Auf diesem Gebiet gibt es einen dringenden Bedarf für einen Behälter aus Kunststoffmaterial, der sich für Anwendungen mit hohen Temperaturen und/oder für die Lagerung von unter Druck stehenden Flüssigkeiten, beispielsweise die Lagerung von kohlensäurehaltigen Getränken, Bier usw. Unter hohen Temperaturen bedeutet hier, dass der gefüllte und verschlossene Behälter beispielsweise zum Pasteurisieren (bei 60—65 °C) des Inhalts verwendet wird. Dies kann auch bedeuten, dass siedende Flüssigkeit direkt in den Behälter abgefüllt oder der im Behälter abgefüllte und darin verschlossene Inhalt sterilisiert (bei mindestens 121 °C) wird.

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Ein Erfordernis bei Behältern aus Kunststoff ist ebenfalls, dass es möglich sein sollte, diese so herzustellen, dass die Ausbildung des Querschnitts unabhängig ist von der Ausbildung der Mündung des Behälters, so dass beispielsweise der Behälterkörper einen polygonalen und die Behältermündung einen kreisrunden Querschnitt aufweisen können. Die kreisrunde Ausbildung der Mündung ist wünschenswert, weil diese dadurch leichter verschliessbar ist.

Um die Stückkosten bei solchen Behältern zu senken, ist es weiterhin erforderlich, dass die Materialverteilung im Behälter (Mündung, Körper, Boden) an die berechnete mechanische Beanspruchung angepasst ist. Weiterhin ist es erforderlich, dass die Materialverteilung in jedem Bereich (Teil) des Behälters möglichst gleichmässig (uniform) ist, da der dünnste — und damit schwächste — Teil in jedem Bereich die Beanspruchbarkeit bestimmt, welche der Behälter aushalten kann. Im übrigen wird die mechanische Beanspruchbarkeit des Behälters auch durch die Orientierung und/oder die thermische Kristallisation des Materials beeinflusst.

Bei der hier in Frage stehenden Behälterart, und insbesondere bei Behältern, die höheren Temperaturen unterworfen werden sollen, ist weiterhin erforderlich, dass die Schrumpfung beim Erwärmen von gestrecktem und orientiertem Material aufgehoben oder wenigstens auf ein annehmbares Mass verringert wird.

Im Zusammenhang mit der Lagerung von Flüssigkeiten unter Druck ist aus der Physik allgemein bekannt, dass bei Druck im Behälter das Material in der Behälterwand in der Umfangsrichtung eine Spannung erfahrt, die etwa zweimal so gross ist wie die Spannung in axialer Richtung. Um die Festigkeit des Kunststoffmaterials zu erhöhen, wird nach bekannter Technik der Behälter mit einem Blasverfahren geformt. Hierbei wird die Temperatur entsprechend den Eigenschaften des verwendeten Materials angepasst und das Material beim Blasvorgang gestreckt und dadurch orientiert.

Beim Blasformverfahren besteht die Schwierigkeit, dass die Materialverteilung beim Formen des Behälters nicht vollständig unter Kontrolle ist. Dies rührt daher, dass beim Dehnen des Rohlings in der Form es nicht möglich ist genau zu bestimmen und kontrollieren, wo und wie die Dehnung und dadurch die Orientierung des Materials stattfindet. Üblicherweise beginnt die Dehnung an einer Anzahl von Startstellen, deren Lage durch die herrschende Temperaturverteilung im Material und die auftretenden Dehnungskräfte bestimmt wird. Das Ausmass der Dehnung und die dadurch erhaltenen Streckungsverhältnisse sind übrigens auch temperaturabhängig. Zusammen mit der Erwärmung des Materials, welche ihren Ursprung in der durch die Streckung angeregte Kristallisation hat, führt dies dazu, dass der gebildete Behälter eine ungleichmässige Materialdicke aufweist. So kann beispielsweise in einem Abschnitt der Behälterwand die Dicke in Umfangsrichtung gesehen im rechten Winkel zur Längsrichtung variieren. Entsprechende Schwankungen kommen auch in Längsrichtung des Behälters vor, d.h., dass in Längsrichtung gesehen Bereiche mit etwa dem gleichen Umfang abwechselnd dickere und dünnere Materialabschnitte vorkommen. Der Stand der Technik erfordert somit eine Wahl der Wanddicke des Rohlings, bei welcher die erwähnten Ungewissheiten beim Dehnen und Verformen des Materials berücksichtigt sind. Dies führt zwangsläufig dazu, dass der Rohling überdimensioniert wird, was ein zusätzlicher Materialverbrauch und eine Materialverschwendung bedeutet.

Um die Temperaturbeständigkeit bei Behältern aus orientierbarem und/oder kristallisierbarem thermoplastischem Material zu verbessern, wird nach bekannter Technik beim Blasen des Behälters das Behältermaterial gegen eine heisse Formwand bewegt, an der das Material während einer ver668 577

gleichsweise langen Zeitspanne (in der Grössenordnung von etwa 1—2 Minuten) anliegt. Dies wird erreicht, indem innerhalb des geblasenen Behälters ein innerer Überdruck aufgebaut wird, der das Material der Wand gegen die Formwände drückt. Die lange Arbeitsdauer macht diese Technik jedoch ausserordentlich teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das die genannten Nachteile vermeidet. Erfindungsgemäss wird dies mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmalen erreicht. Ausgangspunkt der vorhegenden Erfindung ist ein Rohling aus einem orientier- und/oder kristallisierbaren Material. Aus dem Rohling wird ein Behälter mit hoher mechanischer Festigkeit und thermischer Stabiütät hergestellt, der verglichen mit den bekannten Behältern dieser Art auch eine günstigere Materialverteilung aufweist. Verglichen mit dem Stand der Technik ist der Zeitaufwand für die Herstellung eines Behälters kleiner. Die Erfindung ermöglicht auch die Verwendung einer einfacheren Produktionseinrichtung.

Die Vorteile der Erfindung sind, dass für die Herstellung eines Behälters weniger Material erforderlich ist, die geforderte thermische Stabilität erzielbar ist und verglichen mit dem Stand der Technik eine kostengünstigere Herstellung möglich ist.

Erfindungsgemäss wird ein Rohling aus thermoplastischem Material, das auf mechanischem Weg orientierbar und/oder mittels Wärmebehandlung thermokristallisierbar ist, mit mehreren aufeinanderfolgenden wechselseitigen Umformphasen in einen Behälter umgeformt, die bei einer bevorzugten Ausführung in weitere Teilschnitte unterteilt sind. In jeder dieser Phasen oder Schritte wird das Material entweder in der Umfangsrichtung oder in der Achsrichtung des zukünftigen Behälters gestreckt. Indem das Material jedesmal um einen gesteuerten und kontrollierten Betrag gestreckt wird, wird im Material eine Gesamtstreckung aufgebaut, die der Streckung entspricht, die erforderlich ist, um dem Material die gewünschte und vorbestimmte Orientierung und damit die geforderten Festigkeitseigenschaften zu geben.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Rohling in allen Teilschritten mit mechanischen Formelementen verformt. Die mechanische Streckung erfolgt in jedem Schritt bei einer bestimmten und gesteuerten Temperatur des Materials. Die Temperatur kann einem breiten Bereich entnommen werden. Die Wahl der Temperatur wird jedoch beeinflusst durch die in jeder Formungsphase zu erreichenden Wirkung. Bei einem Material mit einer bestimmten Glasumwandlungstemperatur, nachfolgend mit TG abgekürzt, ist beispielsweise die Temperatur des Materials bei einem gewissen — in der Regel dem ersten — Formungsschritt, kleiner als die TG, während beim abschliessenden Schritt oder Zustand die Temperatur des Materials in der Regel höher ist als die TG.

Wird als Material Polyäthylenterephthalat, nachfolgend PET genannt, gewählt, so wird bei einer bevorzugten Ausführung die Temperatur für die abschliessende Formungsphase einem Bereich zwischen 70 und 160 °C entnommen, während der einleitende Formungsschritt im allgemeinen bei einer tieferen Temperatur stattfindet.

Bei bestimmten Ausführungen der Erfindung wird dem Behälter in einem abschliessenden Blasformschritt die endgültige Form gegeben. In diesem Schritt wird die Form nur geringfügig geändert, indem der Behälterkörper in Umfangsrichtung gedehnt wird, so dass dieser den gewünschten Querschnitt (beispielsweise polygonal) erhält, während die Mündung die kreisrunde Form und den Durchmesser beibehält.

In einer ersten Anwendung der Erfindung wird von einem zylindrischen Rohling aus Material mit den oben ge3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

668 577

nannten Eigenschaften ausgegangen. Dieses Material ist beispielsweise PET. Der Rohling weist einen Boden auf, dessen Form im mittleren Bereich im wesentlichen dem mittleren Bereich des Bodens des zu bildenden Behälters entspricht. In einem ersten Formungsschritt wird das Material des Rohlings in der Nähe des Bodens in axialer Richtung mit einem Ziehring gestreckt, der den Rohling umgibt und mit einem inneren Dorn zusammenwirkt. Die Masse des Dorns und des Ziehrings sind so gewählt, dass zwischen dem Dorn und dem Ziehring ein Zwischenraum besteht, dessen Weite kleiner ist als die Dicke des Materials des Rohlings. Die Strek-kung wird erreicht, indem eine relative Verschiebung zwischen dem Ziehring und dem Dorn stattfindet. Dadurch wird das Material in der Wand des Rohlings durch den Zwischenraum hindurchgetrieben, wobei die Materialdicke im Bereich des Ziehrings verringert und gleichzeitig der Rohling axial gestreckt wird. In der Regel entspricht die Dickenverringerung derjenigen Verringerung, welche das Material bei freiem Strecken, welches dem Materialfluss bei der gegebenen Temperatur entspricht, erfahren würde. In diesem Verfahrensschritt wird ein erster Vorformling gebildet, der einen mit dem zentralen Boden verbundenen Bereich aus axial gestrecktem Material aufweist. Die Technik zum Strecken von Material, wobei dieses durch einen Zwischenraum getrieben wird, ist beispielsweise in der Patentschrift GB 2 092 943 beschrieben.

Im nächsten Schritt wird der Umfang des Körpers des ersten Vorformlings aufgeweitet, der im wesentlichen dem zylindrischen Teil des ersten Vorformlings entspricht, indem ein Dorn in den ersten Vorformling getrieben wird. Hierbei wird das Material des ersten Vorformlings in Umfangsrichtung in gewissem Ausmass gestreckt und gleichzeitig bezüglich seiner Dicke verringert. Diejenigen Teile des Dorns, die den ersten Vorformling in der Nähe des mittigen Bereichs des Bodens aufweiten, haben in einem axialen Schnitt gesehen ein Längenprofil, das im wesentlichen dem im vorhergehenden Abschnitt erwähnten Profil des axial gestreckten Materials entspricht. Der Übergang zwischen dem axial gestreckten Material und dem nicht gestreckten Material bildet beim aufgeweiteten ersten Vorformling — d.h. also beim zweiten Vorformling — die Bestimmungslinie des zylindrischen Teils des zweiten Vorformlings in der Nähe des Bodens.

Das Material des zylindrischen Teils des zweiten Vorformlings wird entsprechend der oben beschriebenen Technik mit einem Ziehring in axialer Richtung gestreckt, wobei der Ziehring mit einem inneren Dorn einen Spalt um-schliesst. Der Dorn ist vorzugsweise der gleiche Dorn wie deijenige, der wie oben beschrieben zum Aufweiten des ersten Vorformlings benutzt wird. Beim Strecken wird die Materialdicke verringert und gleichzeitig der zweite Vorformling in axialer Richtung gestreckt. In der Regel entspricht die Dickenverringerung derjenigen Verringerung, welche das Material bei freiem Strecken, welches dem Materialfluss bei gegebener Temperatur entspricht, erfahren würde. Hierbei wird ein Zwischenvorformling gebildet, dessen Bodenteil im wesentlichen dem Material im Bodenteil des Rohlings entspricht und der im übrigen aus einem hochgradig axial gestreckten Material besteht, das in Umfangsrichtung des Zwischenvorformlings eine gewisse jedoch geringe Streckung aufweist.

Mit Hilfe eines Dorns, der in den Zwischenvorformling eingeführt wird, wird dieser Vorformling weiter gedreht, um das Material in Umfangsrichtung zusätzlich zu strecken. Damit wird dem Material die Orientierung gegeben, welche diesem die geforderten Festigkeitseigenschaften verleiht. Die in diesem Abschnitt beschriebene Schrumpfung erfolgt im allgemeinen mit dem Dorn bei erhöhter Temperatur unter

Schrumpfung des gestreckten Materials in axialer Richtung des Rohlings bei gleichzeitiger Thermokristallisation des Materials. Der Begriff Schrumpfung bedeutet hier die Längenverkürzung, welche das gestreckte Material aufgrund der Erwärmung erfährt. In dieser Formungsphase wird der Zwischenvorformling in einen Endvorformling umgeformt. Bei gewissen Anwendungen bildet der Endvorformling das gewünschte Endprodukt, während bei anderen Anwendungen die Mündung des Endvorformlings entsprechend seiner vorgesehenen Verwendung umgeformt wird. Mechanisch wird beispielsweise die Einengung gebildet, die erforderlich ist, dass beispielsweise ein auf den Mündungsflansch aufgesetzter Deckel nicht über den Behälterkörper hinausragt. Bei den Ausbildungen, wo der Körper des Endvorformlings einen polygonalen Querschnitt aufweist, wird die Mündung in der Regel umgeformt, um eine kreisrunde Öffnung zu bilden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Rohling, der zur axialen Orientierung des Materials im Bodenbereich in einer Vorrichtung angeordnet ist,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch einen aus dem Rohling nach Fig. 1 gebildeten Vorformling,

Fig. 3 einen Axialschnitt durch einen aufgeweiteten Vorformling, zusammen mit einer Vorrichtung zum Aufweiten und axialen Strecken des Materials des Vorformlings,

Fig. 4 einen durch Streckung gemäss Fig. 3 gebildeten Zwischenvorformling,

Fig. 5 einen axialen Schnitt durch einen Zwischenvorformling, zusammen mit einer Vorrichtung zum Umformen des Zwischenvorformlings in einem Endvorformling,

Fig. 6 einen axialen Schnitt durch den umgeformten Zwischenvorformling,

Fig. 7 einen axialen Schnitt durch einen Behälter, Fig. 8 einen axialen Schnitt durch einen Rohling mit einer anderen Form als der Rohling gemäss Fig. 1,

Fig. 9 einen axialen Schnitt durch den in einen Vorformling aufgeweiteten Rohling gemäss Fig. 8,

Fig. 10 einen axialen Schnitt durch den in einen Zwischenvorformling gestreckten Rohling, und

Fig. 11 einen axialen Schnitt durch einen durch Umformen des Zwischenvorformlings nach Fig. 10 gebildeten Endvorformling.

Die Fig. 1 zeigt einen Rohling 1 mit einem rohrförmigen Rohlingkörper 2 und einem Boden 3. Der Rohling 1 besteht aus Kunststoffmaterial, das orientier- und/oder kristallisierbar ist und der beispielsweise durch Spritzgiessen oder Warmformen herstellbar ist. Innerhalb des Rohlings 1 ist ein Dorn 30 angeordnet, der in Beziehung steht mit einem ausserhalb des Rohlings 1 angeordneten Ziehring 20. Im Dorn 30 und im Ziehring 20 sind Kanäle 31 bzw. 21 angeordnet, durch welche wärmeregulierende Flüssigkeit geleitet wird.

Der Dorn 30 und der Ziehring 20 sind so angebracht, dass sie relativ zueinander in axialer Richtung bewegbar sind und dass zwischen ihnen ein umlaufender Spalt oder Zwischenraum besteht. Die Breite des Spaltes richtet sich nach der Dicke der Wand im Rohling 2. Und zwar so, dass bei einer Bewegung des Ziehrings relativ zum Dorn in Richtung der Pfeile A zur Verminderung der Materialdicke des Rohlings in einer Übergangszone zwischen dünnerem und dickerem Material bei gleichzeitigem Strecken und Orientieren des Materials die Übergangszone zur Mündung des Rohlings hin bewegt wird.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei welcher das Material nur in einem begrenzten Bereich des Bodens des Rohlings gestreckt wird, wobei ein in Fig. 2 gezeigter erster Vorformling 10 gebildet wird.

4

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Die Fig. 3 und 4 zeigen einen Dorn 32, der Kanäle 33 zur Temperaturregulierung aufweist. Der Umfang des Dorns ist grösser als der Umfang des vorher erwähnten Dorns 30. Zudem weist der Dorn im Übergangsbereich zum Boden einen nach innen zur Mitte hin gebogenen Teil auf, dessen Länge in der axialen Richtung des Dorns der Länge des axial gestreckten Materialteils im ersten Vorformling 10 entspricht. Im unteren Teil der Fig. 3 und 4 ist ein Bodenformteil 40 gezeigt, der ebenfalls Kanäle 41 zur Temperaturregulierung aufweist. Der Bodenformteil 40 weist eine Form auf, die der Form des Bodens 3 entspricht. Die Figuren zeigen auch einen Ziehring 22 mit Kanälen 23 zur Temperaturregulierung. Der Ziehring 22 ist so dimensioniert, dass er zwischen sich und dem Dorn 32 einen Spalt bildet, der bei einer Bewegung des Ziehrings 22 in Richtung der Pfeile B relativ zum Dorn 32, zur Mündung des gedehnten Vorformlings 11 hin bewegt wird. Bei Einfügen des Dorns 32 in den ersten Vorformling 10 wird der gedehnte Vorformling (zweiter Vorformling) gebildet, wobei bei nachfolgender Bewegung des Spaltes das Material des Körpers des gedehnten Vorformlings wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 2 offenbart, gestreckt und orientiert wird. Bei gleichzeitiger axialer Verlängerung des Vorformlings wird der in Fig. 4 gezeigte Zwischenvorformling 12 gebildet. In Fig. 4 ist der Ziehring 22 in einer Position gezeigt, in welcher alles Material im Rohling 2 axial gestreckt und orientiert worden ist. Der zwischen dem Dorn und dem Ziehring vorhandene Spalt 25 ist in dieser Figur ebenfalls sichtbar.

Die Aufgabe des Dorns 32 ist erstens die Zusammenwirkung mit dem Bodenformteil 40 bei der Expansion des gedehnten Vorformlings zur Bildung des Zwischenvorformlings 12. Zweitens ist es Aufgabe des Dorns 32 so mit dem Ziehring 22 zusammenzuwirken, dass ein Spalt 25 gebildet wird, durch welchen das Material des Behälterkörpers unter gewünschter axialer Streckung des Materials durchtreten kann.

Die Fig. 5 und 6 zeigen Elemente zur Umformung des Zwischenvorformlings 12 in den Endvorformling 13. Die Figuren zeigen einen Dorn 34, der Kanäle 35 für eine Flüssigkeit zur Temperaturregulierung und einen Kanal 36 für ein Druckmedium aufweist. Der Kanal für das Druckmedium mündet im Bodenteil 37 des Dorns aus, wo der Dorn entsprechend der Form des Bodens 3 des Rohlings geformt ist.

Die Fig. 5 zeigt auch ein äusseres Stützglied 42, welches den Zwischenvorformling 12 während des Umformungsvor-gangs umgibt und welches eine mittige Ausnehmung 44 aufweist, durch die der Zwischenvorformling 12 und der Bodenteil — welcher jetzt als Druckkolben dient — durchtreten. Im oberen Bereich des Stützgliedes (mit der in Fig. 5 gezeigten Orientierung) ist die mittige Ausnehmung so nach aussen erweitert, dass zwischen der inneren Oberfläche des äusseren Stützglieds und der äusseren Oberfläche des Dorns 34 ein Spalt oder Zwischenraum gebildet wird, durch welchen die Wand des Zwischenvorformlings bei der Umformung in den Endvorformling durchtritt. In Fig. 6 wurde aus Darstellungsgründen das Stützglied 42 weggelassen. Bei bestimmten Anwendungen werden die Flüssigkeitskanäle 43 zur Temperaturregulierung des Stützgliedes 42 benützt.

Beim Umformen des Zwischenvorformlings 12 in den Endvorformling 13 wird der Zwischenvorformling in die mittige Ausnehmung 44 eingesetzt und mit dem Bodenformteil 40 gegen den Dorn 34 geschoben. Da der Umfang des Dorns 34 grösser ist als der innere Umfang des Zwischenvorformlings 12, wird die Mündungskante des Zwischenvorformlings gegen die äussere Oberfläche des Dorns 34 gedrückt und wird bei fortgesetzter Bewegung des Bodenformteils 40 gemäss der Fig. 5 nach oben und nach aussen bewegt, wobei gleichzeitig das Material in Umfangsrichtung

668 577

des Zwischenvorformlings gestreckt wird. Die Anlage des Kunststoffmaterials des Vorformlings an den Oberflächen des Bodenformteils 40, des äusseren Stützglieds 42 und des Dorns 34 reguliert die Temperatur des Kunststoffmaterials während und nach der Umformung des Zwischenvorformlings in den Endvorformling. Um den Zwischenvorformling zu stabilisieren, wird durch den Kanal 36 ein Druckmedium in das Innere des Zwischenvorformlings geleitet. Während der nach oben gerichteten Bewegung des Zwischenvorformlings tritt Druckmedium zwischen der inneren Wand des Zwischenvorformlings und dem Dorn 34 durch und vermindert dadurch die Reibung zwischen dem Kunststoffmaterial und der inneren Oberfläche des äusseren Stützglieds 42.

Nach Abschluss der Bewegung nimmt der Bodenformteil 40 die in Fig. 6 gezeigte Position ein, in welche der Zwischenvorformling in den Endvorformling umgewandelt ist. In bestimmten Ausbildungen der vorliegenden Erfindung hat der innere Überdruck zur Folge, dass das Material wenigstens in den Bereichen in Anlage an das äussere Stützglied gebracht wird, in denen die Umformung erfolgt.

Bei bestimmten Anwendungen wird der Umfang des Mündungsteils vermindert, wobei auch ein Aussenflansch gebildet wird, auf den nach dem Füllen des Behälters ein Deckel oder Verschluss aufgeklappt wird.

Bei bestimmten Anwendungen weist auch der Dorn 32 ein entsprechendes Gegenstück zum Druckkanal 36 auf, um mit äusseren Gliedern zusammenzuwirken, die denjenigen in Fig. 5 und 6 entsprechen.

Die Fig. 8 — 11 zeigen eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Figuren zeigen axiale Schnitte durch einen Rohling la, der in einen Behälter umgeformt wird und lediglich einige Vorrichtungen (Dorn, Bodenformteil, Stützglied etc.), die mit den gezeigten Umformungen erforderlich sind. Diese Vorrichtungen entsprechen im allgemeinen den bereits beschriebenen Vorrichtungen und es ist dem Fachmann naheliegend, dass die oben beschriebenen Vorrichtungen nach entsprechender Anpassung auch für diese Ausführung der Erfindung verwendbar sind.

Der in Fig. 8 gezeigte Rohling la wird zum erweiterten Vorformling IIa umgeformt, indem der dem oben beschriebenen Dorn 32 entsprechende Dorn 32a in den Rohling eingeführt wird, wobei der Rohling gleichzeitig durch einen tas-senförmigen Bodenformteil 45 geschützt wird. Mit Hilfe eines Ziehrings 22a wird das Material hernach in axialer Richtung des Rohlings gestreckt, wobei ein Zwischenvorformling 12a gebildet wird. Dieser wird mit einem Mittel, das demjenigen im Zusammenhang mit den Fig. 5 und 6 entspricht, in Umfangsrichtung aufgeweitet, um den Zwischenvorformling 12a in den Endvorformling 13a umzuformen. Durch Warmformen zwischen einem Formteil 46 und einem Dorn 34a, wird der Boden 18a des Zwischenvorformlings in eine Form umgeformt, die der Form des zentralen Bodenteils des Bodens 16 des Behälters entspricht. Die Umformung des Endvorformlings 13a in den Behälter 14 erfolgt vollständig übereinstimmend und entsprechend zur vorhergehenden Beschreibung und im allgemeinen in derjenigen Phase, in welcher der Zwischenvorformling in den Endvorformling umgeformt wird.

Aus der Beschreibung geht ohne weiteres hervor, dass bei bestimmten Anwendungen die in Fig. 2 dargestellte Formung des ersten Vorformlings 10 nicht benutzt wird, hingegen der Rohling 1 einen Umfang aufweist, der geeignet ist, um das Material wie im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben, zu orientieren.

Die Antriebsmittel zum Bewegen der mechanischen Elemente sind in den Figuren nicht dargestellt. Für den Fachmann ist es naheliegend, dass diese nach bekannter Technik ausgebildet und angeordnet werden können, wobei beispiels5

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

50

65

668 577

weise mechanische, hydraulische oder pneumatische Antriebsmittel zur Anwendung kommen können.

Die Temperatur des Materials wird entsprechend den Anforderungen jeder Form- und Bearbeitungsphase mittels in den mechanischen Elementen angebrachten temperaturregulierenden Flüssigkeitskanälen 21,23, 31, 33,35,41,43 eingestellt und angepasst. Aus dieser Beschreibung ist auch ersichtlich, dass separate Teile der Formeinrichtung in jeder Phase auf unterschiedliche Temperaturen einstellbar sind.

Wie bereits erwähnt, wird der Rohling in Umfangsrichtung expandiert, um das Material in der Wand des Rohlings zu strecken. Für Materialien mit ausgezeichneter TG (Glasumwandlungstemperatur) werden mindestens die axiale und ebenfalls die abschliessende"Streckung im allgemeinen bei einer Temperatur durchgeführt, die über der TG liegt. Für beispielsweise PET (Polyäthylenterephthalat) wird die Strek-kung im allgemeinen in einem Temperaturbereich zwischen 70 und 130 °C durchgeführt. Bei bestimmten Ausbildungen wird die Expansion in Umfangsrichtung in einem einzigen Umformschritt durchgeführt, während bei anderen Ausbildungen, in welchen ein grösseres Ausmass der Streckung beabsichtigt ist, die Streckung in mehreren aufeinanderfolgenden Umformungsschritten erfolgt. Im allgemeinen findet wenigstens der abschliessende Formungsschritt in der Regel bei erhöhter Temperatur statt, um das Kunststoffmaterial einer Thermokristallisation zu unterziehen.

Durch den mechanischen Umformvorgang wird die Streckung und Verteilung des Materials exakt kontrolliert und zwar sowohl in der axialen als auch in Umfangsrichtung des Rohlings oder Vorformlings und ebenfalls exakt kontrolliert in jedem Formungsschritt. Das Endprodukt erhält somit in jedem Bereich (Teil) eine Dicke, eine Orientierung und/oder eine Kristallisation, die den in jedem spezifischen Bereich des Produkts zu erwartenden Beanspruchungen angepasst sind. Im Gegensatz zu einem Behälter des Standes der Technik, weist ein nach dem vorliegenden Verfahren hergestellter Behälter beispielsweise im rechten Winkel zur axialen Richtung des Behälters umlaufende Materialabschnitte auf, die jeweils bezüglich Dicke, Orientierung und/oder Kristallisation einheitlich sind. Der Ausdruck Kristallisation betrifft hier die durch Streckung und/oder Erwärmung des Kunststoffmaterials erzielte Kristallisation.

In bestimmten Ausführungen der Erfindung wird auf das Material eine äussere Schicht aufgetragen und zwar in der Phase, in welcher der Zwischenvorformling in den Endvorformling umgewandelt wird. Die Schicht kann Stoffe zur Dekoration oder Schutzstoffe aufweisen, die den Durchtritt von Licht, Strahlung und/oder Gas verhindern. In diesem Fall wird mindestens das Oberflächenmaterial des Zwischenvorformlings schnell erwärmt, beispielsweise mit sogenannter Flammenbehandlung, wonach die äussere Oberfläche des Zwischenvorformlings mit der gewünschten Schicht versehen wird, beispielsweise durch Eintauchen, Aufsprayen oder Beschichten mit einem Roller usw. Der so behandelte Zwischenvorformling wird anschliessend, beispielsweise bei Verwendung von PET vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 50 und 60 °C, wonach der so behandelte Zwischenvorformling der oben beschriebenen mechanischen Umformung in den Endvorformling unterworfen wird. Der mechanischen Umformung in den Vorformling wird bei bestimmten Anwendungen eine Temperaturkonditionierung des Materials des Zwischenvorformlings vorangestellt. In der Regel ist diese Temperaturkonditionierung jedoch auf den Bodenteil des Zwischenvorformlings beschränkt. Dadurch wird die Umformung des Bodenteils bei denjenigen Anwendungen erleichtert, bei denen der Bodenteil des Zwischenvorformlings zur Bildung des Endvorformlings umgeformt wird.

Ein beachtenswerter Vorteil des oben beschriebenen Verfahrens ist, dass mechanische Elemente beim Formen des Behälters die Streckung und die Dickenverminderung des Materials in jedem einzelnen Materialteil und bei jedem einzelnen Formschritt kontrollieren. Die Verwendung eines inneren Dorns, an dem das Material anliegt, erlaubt auch eine zuverlässige und schnelle thermische Anpassung des Materials an die für jeden Formschritt vorgesehene Temperatur. Insbesondere im abschliessenden Formungsschritt erlaubt die Anlage an den inneren Dorn eine extrem kurze Temperaturanpassungszeit. Beispielsweise trifft dies für eine Schrumpfung und/oder thermische Kristallisation des Materials zu, da die Wanddicke im abschliessenden Formungszustand vermindert ist. Indem diese innere Temperaturregulierung mit einer auf die äussere Oberfläche des Materials einwirkenden Temperaturregulierung, beispielsweise durch Erwärmen oder Kühlen, verbunden wird, kann die Temperaturanpassungszeit weiter verkürzt werden.

Die oben beschriebene Flammenbehandlung des Materials verleiht der Aussenfläche ein ausgezeichnetes Adhäsionsvermögen bezüglich der aufgelegten Schicht. Etwaiges nachfolgendes Vortrocknen in Verbindung mit einer etwaigen Temperaturkonditionierung des Zwischenvorformlings vor seiner Umwandlung in den Endvorformling und die oben beschriebene Schrumpfung zusammen mit einer thermischen Kristallisation des Endvorformlings gewährleisten eine verlässliche Adhäsion der aufgebrachten Schicht.

Für den Fachmann ist es ohne weiteres klar, dass es im Rahmen der Ansprüche ausser den wenigen hier gegebenen Beispielen noch viele weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gibt.

6

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

S

3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

668 577 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Behälters (14) aus einem rohrförmigen Rohling (1) mit einem Boden (3), welcher Rohling (1) aus einem orientier- und/oder kristallisierbaren Kunststoffmaterial besteht, wobei der Rohling wenigstens in zwei einander nachfolgenden und voneinander getrennten Formungsschritten in den Behälter umgeformt wird, wobei das Material in wenigstens einem der Formungsschritten in einer der axialen Richtung des herzustellenden Behälters entsprechenden Richtung gestreckt und orientiert wird, und wobei das Material unter Verminderung der Materialdicke durch einen Zwischenraum hindurchtritt, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der Formungsschritte mittels mechanischer Elemente das Material in einer Richtung gestreckt wird, die der Umfangsrichtung des herzustellenden Behälters entspricht, so dass dem Material eine Orientierung in Umfangsrichtung gegeben wird und der hergestellte Behälter im wesentlichen einheitlich biaxial orientiertes Material aufweisen wird, und dass die Orientierung in Umfangsrichtung bewirkt wird, indem ein formgebender Körper (32, 34) in den Rohling oder in den aus dem Rohling hergestellten Vorformling (10,11) oder Zwischenvorform-ling (12) eingeführt wird, wobei der formgebende Körper das Material in Umfangsrichtung dehnt und orientiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des letzten Formungsschrittes, in welchem der formgebende Körper das Material in Umfangsrichtung dehnt, der formgebende Körper (34) eine Temperatur innerhalb des Bereichs der thermischen Kristallisation des verwendeten Kunststoffmaterials aufweist und/oder das Material eine Temperatur innerhalb des Bereichs der thermischen Kristallisation des Kunststoffmaterials aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Strecken und Orientieren des Materials in der axialen Richtung des herzustellenden Behälters, das Material in Umfangsrichtung des herzustellenden Behälters gestreckt wird, indem der formgebende Körper (32) in den Rohling (1) oder den aus dem Rohling gebildeten Vorformling (10) eingeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Formungsschritt zur Bildung des Vor-formlings (10) das Material des Rohlings (1) in der axialen Richtung des Rohlings in seinem rohrförmigen Teil und in einem Bereich in der Nähe des Bodens (3) des Rohlings orientiert wird, wobei das Material bei Verminderung der Materialdicke durch einen Spalt (25) hindurchtritt und dabei gleichzeitig der Rohling in axialer Richtung gedehnt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im letzten Formungsschritt zur Bildung des Behälters, das Material gegen formgebende Wände geblasen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material vor dem Blasen einer thermischen Kristallisation unterzogen wird, und/oder dass gegen heisse Formwände geblasen wird, gegen die das Material unter Aufrechterhaltung eines inneren Drucks im ausgeblasenen Behälter für eine vorbestimmte Zeitspanne zur thermischen Kristallisation des Materials in Anlage gebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einführen des formgebenden Körpers (32, 34) in den Rohling (1) oder in den aus dem Rohling gebildeten Zwischenvorformling (10,12) in dem Rohling oder Zwischenvorformling ein Uberdruck aufrechterhalten wird, dies zum Zweck der mechanischen Stabilisierung des Rohlings oder Zwischenvorformlings oder zur Verminderung der Reibung zwischen dem formgebenden Körper und dem an diesem anliegenden Material.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Strecken des Materials in axialer Richtung des herzustellenden Behälters in dem Masse wie dies bei dem Materialfluss entsprechendem Strecken des Materials erfolgt, die Materialdicke reduziert und das Material orientiert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einführen des formgebenden Körpers (32, 34) in den Rohling oder in den aus dem Rohling gebildeten Zwischenvorformling (10,12) oder bei der Formung eines Mündungsflansches, ein innerer Überdruck das Material in Anschlag gegen eine äussere mechanische Stützvorrichtung bringt, dies wenigstens in jenen Bereichen, wo eine Umformung vorgesehen ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenteil des Zwischenvorformlings mittels mechanischer Vorrichtungen zur Bildung wenigstens eines zentralen Teils des Bodenteils des herzustellenden Behälters umgeformt wird.

. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Oberflä-chenschicht des Zwischenvorformlings auf eine über der Glasumwandlungstemperatur (TG) liegende Temperatur erwärmt wird, und/oder dass der Zwischenvorformling eine Beschichtung aus einem Material mit Sperreigenschaften zur Verhinderung des Durchtritts von Licht, Strahlung und/oder Gas durch die Wände des herzustellenden Behälters, und dass der so beschichtete Zwischenvorformling vor der Umformung in den Endvorformling (13) einer Erwärmung unterworfen wird.