DE69905921T2

DE69905921T2 - Tube mit mehrschichtigem tubenkopf sowie verfahren und vorrichtung zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE69905921T2
Application number: DE69905921T
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Meausoone; Michel Bosshardt; Roger Lapalus
Original assignee: Cebal SAS
Current assignee: Albea Tubes France SAS
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2019-10-19
Also published as: EP1123241A1; FR2784657B1; WO2000023340A1; EP1123241B1; CZ20011404A3; US20060157502A1; PL347909A1; JP2002527311A; DE69905921D1; ATE234232T1; RU2001113506A; FR2784657A1; ES2192400T3; CA2347166A1; BR9914616A; CN1113024C; CN1324318A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Kunststofftuben, insbesondere das Gebiet der Tuben mit Sperreigenschaften, und typischerweise das der Zahnpastatuben.
STAND DER TECHNIK
Aus dem auf den Namen der Anmelderin lautenden europäischen Patent EP-B-0524 897 ist ein Verfahren zur Herstellung von Tuben bekannt, bei dem man insbesondere zur Verbesserung der Sperrwirkung der Tubenköpfe separat und durch Thermoformen zunächst ein einstückiges Teil oder Einsatz aus einem 5-schichtigen Mehrschichtwerkstoff PE/Adh/EVOH/Adh/PE herstellt, wo "PE" eine Polyethylenschicht, "EVOH" eine sperrend wirkende Schicht aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer bezeichnet und Adh eine Adhäsivschicht bezeichnet, welche die Kohäsion zwischen den PE-Schichten und der EVOH-Schicht sicherstellen soll. Danach legt man auf einen Stempel eines Abformwerkzeugs einen Tubenmantel sowie den genannten Einsatz – beide wurden separat hergestellt – und formt dann den Tubenkopf aus PE ab, um eine wie in 1 dargestellte Tube zu erhalten.
Ferner sind aus AU-0545 604 und EP-A-0130 239 weitere Verfahren zur Herstellung von Tuben bekannt, bei denen separat gegossene Einsätze, typischerweise aus PBT (Polybutylenterephthalat), verwendet werden.
Schließlich ist aus BE-A-666 719 eine Tube bekannt, deren Kopf als Barrierewerkstoff einen kegelstumpfförmigen Einsatz aus gefalteter, dünner Aluminiumfolie aufweist.
PROBLEMSTELLUNG
Die Probleme, die sich durch die aus dem Stand der Technik bekannten Tuben stellen, sind angesichts der Verwendung separat hergestellter Einsätze verschiedener Art:

– zum einen handelt es sich bei der separaten Herstellung eines Einsatzes, insbesondere im Falle eines 5-schichtigen Einsatzes wie in EP-B-0524 897 beschrieben, um einen zusätzlichen Vorgang, dessen Herstellungskosten zu denen für eine gleiche Tube, jedoch ohne Einsatz, noch hinzukommen, wobei die eigentlichen Kosten für die Montage des Einsatzes und die erhöhte Komplexität der Montagemaschinen nicht berücksichtigt sind,
– zum anderen stellen die Einsätze Barrierewerkstoffe dar, sind also anderer Art als PE. Da sie separat hergestellt werden, einen nicht unwesentlichen Anteil an der Masse der Tube ausmachen und die Werkstoffe des Einsatzes, insbesondere PBT, in PE, das den typischen Werkstoff der Tuben darstellt, nicht mischbar sind, liegt ein Recyclingproblem der Tubenwerkstoffe vor,
– schließlich stellt sich mit den Einsätzen oftmals ein Barriereproblem, entweder weil die eigentlichen Barriereeigenschaften des Barrierewerkstoffs unzureichend sind, oder weil ein zu breiter Ringstreifen im Verbindungsbereich von Mantel und Kopf vorliegt.

Durch die erfindungsgemäßen Tubenköpfe und Tuben lassen sich all diese Probleme gleichzeitig lösen.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nach einem ersten Gegenstand der Erfindung ist der Tubenkopf aus Kunststoff, der zur Bildung einer Tube mit einem Mantel verbunden werden soll und einen Hals, welcher typischerweise mit einem Gewinde versehen ist, sowie eine Schulter umfasst, welche einen ringförmigen Abschnitt zur Verbindung mit dem Mantel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass

a) der Tubenkopf durch Coinjektion gebildet wird und einen Mehrschichtwerkstoff aufweist, der eine innere Schicht, eine äußere Schicht aus einem Strukturwerkstoff, typischerweise Polyolefin, und mindestens eine interne Schicht aus einem thermoplastischen Barrierewerkstoff umfasst,
b) die interne Schicht von der inneren und äußeren Schicht umhüllt ist, einschließlich an den Enden des Tubenkopfes, wo die innere und die äußere Schicht zu einer typischerweise polyolefinischen Schicht vereinigt sind, wobei der Abstand " e " und " e' " zwischen jedem der Enden der internen Schicht und dem entsprechenden Ende des Tubenkopfes 0,02 bis 5 mm beträgt und vorzugsweise kleiner als 3 mm ist, so dass sich die interne Schicht aus Barrierewerkstoff über die größtmögliche Höhe erstreckt und ihre Enden dabei von der Verbindung der inneren und äußeren Schicht umhüllt oder umkapselt sind.

Die Erfindung entspricht insofern einem radikalen Wandel in der Gestaltung des Tubenkopfes, als zum einen die interne Schicht B völlig versenkt und von einem sog. Strukturmaterial A umgeben ist, typischerweise einem Polyolefin – es kann aber auch ein anderes extrudierbares Material sein, wie zum Beispiel ein PET oder ein PA – und zwar kontinuierlich ohne Unterbrechung des Materialflusses, wie dies bei der Verwendung eines Einsatzes aus dem Stand der Technik der Fall ist, und als zum anderen die interne Schicht sich so weit wie gewünscht und auch bis in die Nähe der Enden des Tubenkopfes ausdehnen und erstrecken kann, wobei als einzige Beschränkung gilt, dass diese Schicht keinen Kontakt nach außen hat und vom Strukturmaterial A umgeben bleibt.
Da weder ein Einsatz noch ein aufgesetztes Teil vorhanden ist, weist die erfindungsgemäße Tube mehrere wesentliche Vorteile für den Fachmann auf, nämlich hinsichtlich der Kosten, hinsichtlich der Kompatibilität der Tubenkopf- und Tubenmantelwerkstoffe und damit des Recycelns, denn ein Einsatz besteht typischerweise aus PBT, alleiniger Werkstoff, der nicht im Tubenmantel verwendet wird, und hinsichtlich der Anpassung der Leistung des Tubenkopfes an den jeweiligen Bedarf, da es bekannt ist, dass nicht alle abgepackten Produkte die gleichen Anforderungen im Hinblick auf den Dichtheitsgrad des Tubenkopfes aufweisen und man somit die Art der Sperrschicht und ihre Dicke modulieren und dadurch sowohl bedarfsgerechte als auch kostengünstige Tuben herstellen kann.
Die Sperrschicht kann aus einer oder mehreren, sich zumindest teilweise überlappenden Schichten gebildet sein.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die 1a und 1b zeigen im Axialschnitt einen Tubenkopf (2) nach dem Stand der Technik, der mit einem Einsatz (4) versehen ist. Dieser Tubenkopf weist einen mit einem Gewinde (201) versehenen Hals (20) und eine Schulter (21) zur Verbindung mit einem Mantel (3) auf.
1a zeigt einen Tubenkopf (2) mit seinem Gusszapfen (26) nach Austritt aus der Station zum Abformen des Kopfes (2) auf den Mantel (3).
1 b entspricht dem Tubenkopf (2) aus 1a nach Entfernung des Gusszapfens (26) und Ausbildung der Öffnung (200).
In 1b wurde eine vergrößerte Schnittansicht des Mantels (3) dargestellt, welcher typischerweise eine Schicht (30) aus Barrierewerkstoff B aufweist, die von einer äußeren Schicht (31) und einer inneren Schicht (32) aus Strukturwerkstoff A bedeckt ist.
Die 2a und 2b sind analog zu den 1a und 1b und entsprechen der Erfindung. Das den Tubenkopf (2) bildende Material weist eine interne Schicht (25) aus Barrierewerkstoff B auf, die außen von einer äußeren Schicht (23) und innen von einer inneren Schicht (24) aus Strukturwerkstoff A bedeckt ist.
In 2b sind die Abstände " e " und " e' " zwischen den Enden der inneren Schicht (24) und den Enden des Tubenkopfes eingetragen.
3 zeigt im Aufriss eine Coinjektionsdüse (5) mit vertikaler Symmetrieachse (10), die einen zentralen Kanal (50), einen äußeren Ringkanal (52) zum Einspritzen des Werkstoffs A, einen mittleren Ringkanal (51) zum Einspritzen des Barrierewerkstoffs B und eine gemeinsame Austrittsöffnung (53) aufweist.
4 zeigt schematisch eine einzelne Coinjektionsvorrichtung im Aufriss. Diese Vorrichtung umfasst eine Düse (5), die einerseits mit Werkstoff A (typischerweise PE) über eine Vorrichtung zum Einspritzen von Werkstoff A gespeist wird, welche oberhalb einen Speisekanal (633) mit einem Verschlussventil oder -schieber (635) und einen aus einem Extruder (63) mit Werkstoff A gespeisten und mit einem Rückschlagventil (631) versehenen Dosierkolben (632) aufweist, und andererseits mit Werkstoff B über eine Vorrichtung zum Einspritzen von Werkstoff B gespeist wird, welche einen Speisekanal (643) mit einem Verschlussventil oder -schieber (644) und oberhalb einen Extruder (64) für Barrierewerkstoff B aufweist.
Die Düse (5) weist ein Verschlussventil (65) für ihre gemeinsame Öffnung (53) auf und endet in einer äußeren Öffnung (66), die mit dem Spritzgusswerkzeug für den Tubenkopf (2) zusammenwirkt. Die Düse könnte ein axiales Verschlussmittel (nicht dargestellt) aufweisen, typischerweise mit Schieber, um die Austrittsöffnung für den Werkstoff A, die für den Werkstoff B oder zugleich die für die Werkstoffe A und B zu verschließen.
Das Spritzgusswerkzeug umfasst typischerweise eine Matrize (61) und einen Stempel (60), auf den ein Mantel (3) gelegt wurde, wobei der Raum zwischen Matrize und Stempel die Kavität (67) bildet, in welcher der Tubenkopf durch Coinjektion ausgebildet werden soll. Zum Spritzgießen des Tubenkopfes (2) kann mittels eines Kolbens (62) die Anordnung Stempel + Matrize mit ausreichendem Druck gegen die äußere Öffnung (66) gefahren werden.
In dieser Figur wurden die Verteiler für den Werkstoff A und den Werkstoff B zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Tubenköpfe nicht dargestellt.
In den 5 und 6 ist eine andere Ausgestaltung des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt.
5 zeigt ein Prinzipschema einer Vorrichtung zur Coinjektion eines Strukturwerkstoffs A (links in der Figur) und eines Barrierewerkstoffs B (rechts in der Figur) im Axialschnitt. In dieser Figur wurden die Verteiler (630) für den Werkstoff A und die Verteiler (640) für den Werkstoff B, welche 6 Kavitäten (67) gleichzeitig speisen sollen, dargestellt. Das Zuführungssystem für den Werkstoff A weist einen Spritzkolben (632) sowie ein Rückschlagventil (631) auf, welches es ermöglicht, den Coinjektionskopf (6) mit Werkstoff A in der gewünschten Menge und mit dem gewünschten Druck zu versorgen.
Die Vorrichtung umfasst ein Schieberventil (65) mit einem Schieber (650) mit 4 Stellungen durch Querverschiebung des Schiebers (650), das entweder mit Mehrschichtwerkstoft A und B über die Öffnung (53) der Düse (5) oder nur mit Werkstoff A über den Seitenkanal (634) gespeist wird und entweder in die Kavität (67) einmündet oder zu einem Ablass (68) führt.
Der Schieber (650) ist im Querschnitt in den 5 und 5b dargestellt und im Längsschnitt in 5a, wo die 4 Stellungen gezeigt sind:

– Stellung 1: der Schieber ist voll, so dass keine Verbindung weder zu den Zuführungen (53, 634) noch zu den Abführungen zur Kavität (67) oder zum Ablass (68) besteht,
– Stellung 2: die Zuführung (634) für den Werkstoff A ist mit der Kavität (67) verbunden, die Zuführung für den Mehrschichtwerkstoff A und B über die Öffnung (53) ist verschlossen,
– Stellung 3: die Zuführung für den Mehrschichtwerkstoff A und B über die (Öffnung (53) der Düse (5) ist mit der Kavität (67) verbunden, die Zuführung (634) für den Werkstoff A ist verschlossen,
– Stellung 4: die Zuführung für den Mehrschichtwerkstoff A und B über die Öffnung (53) der Düse (5) ist mit dem Ablass (68) verbunden; diese Stellung wird typischerweise nicht im Produktionszyklus, sondern bei Stillstand der Vorrichtung vor dem erneuten Aufnehmen des Produktionszyklus verwendet.

6 ist eine perspektivische Darstellung der Verteiler (630) für den Werkstoff A und der Verteiler (640) für den Werkstoff B, die von den Extrudern (63) für den Werkstoff A bzw. den Extrudern (64) für den Werkstoff B gespeist werden und ihrerseits die 6 Coinjektionsköpfe (6) speisen, die jeweils eine Düse (5) und einen Seitenkanal (634) aufweisen, welche die beiden Eingänge des Schieberventils (65) bilden. Nicht dargestellt wurden in dieser Figur die 6 Spritzkolben (632) für den Werkstoff A.
Aus dieser Figur ist die Anordnung der Schieberventile (65) ersichtlich, die jeweils zwei "Eingänge" oder Einspeisungen (53) und (634) und zwei "Ausgänge" (66) zur Kavität (67) und zum Ablass (68) aufweisen, wobei diese "Eingänge" und diese "Ausgänge" ein Kreuz in einer Querebene zur Achse des Ventils (65) bilden.
7 ist eine schematische Draufsicht auf eine Tubenfabrikationseinheit mit 6 Spritzdüsen (5). 7a zeigt schematisch im Schnitt einen Mantel (3) und 7b eine Tube nach erfolgter Coinjektion mit einem Tubenkopf entsprechend der 2a.
8 erläutert schematisch den Ablauf eines Spritzzyklus mit einer Gesamtzeit von To + T', wobei der Spritzvorgang für den Struktunrverkstoff A (typischerweise ein Polyolefin vom Typ PE) über das Ventil (635) von T = 0 bis T = To geht, während der Spritzvorgang für den Barrierewerkstoff B über das Ventil oder den Schieber (645) bei T = t beginnt und bei T = To – t' endet, wobei die Zeit T' eine Stabilisierungszeit ist.
Auf die mit "P650" bezeichnete Achse wurde die Stellung des Schiebers (650) aufgetragen, wenn die verwendete Vorrichtung diese Art von Schieber mit 4 Stellungen, die mit 1 bis 4 bezeichnet sind, aufweist, wie im Zusammenhang mit den 5a und 5b angegeben.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei dem erfindungsgemäßen Kopf (2) einer Tube (1) können die innere Schicht (24) und die äußere Schicht (23) aus einem gleichen Polyolefin sein, das vorzugsweise unter den Polyethylenen oder PE gewählt wird, und der Barrierewerkstoff kann unter den bekannten extrudierbaren Barrierewerkstoffen gewählt werden und vorzugsweise unter den Polyvinylalkoholen oder EVOH, wobei sich die Erfindung, wie bereits erwähnt, jedoch nicht auf spezifische Werkstoffe beschränkt, abgesehen davon, dass diese Werkstoffe extrudierbar oder coextrudierbar sein müssen. Ferner ist es erfindungsgemäß ebenso möglich, als Strukturwerkstoff einen Werkstoff A für die äußere Schicht (23) und einen davon verschiedenen Werkstoff A' für die interne Schicht (25) zu verwenden.
Der Mehrschichtwerkstoff weist vorzugsweise ein Gefüge mit 3 Schichten "A/B/A" auf, wo A und B eine Schicht aus Strukturwerkstoff, typischerweise aus Polyolefin und vorzugsweise aus PE – also die innere Schicht (24) und die äußere Schicht (23) – bzw. eine Schicht aus Barrierewerkstoff, typischerweise EVOH – also die interne Schicht (25) – bezeichnen, wobei die Schicht aus Barrierewerkstoff B eine durchschnittliche Stärke von 0,02 bis 0,5 mm hat, und vorzugsweise eine durchschnittliche Stärke von 0,04 bis 0,2 mm bei einer Gesamtstärke des 3-schichtigen Gefüges von typischerweise 1,2 mm. Dabei wurde festgestellt, dass es erfindungsgemäß nicht notwendig ist, eine Adhäsivschicht zwischen der Schicht aus dem Strukturwerkstoff A und der Schicht aus dem Barrierewerkstoff B vorzusehen, obwohl die Werkstoffe A und B nicht aneinander haften können, wie dies bei PE und EVOH der Fall ist.
Ferner kann die Schicht B eventuell durch mehrere dünnere Schichten B ersetzt werden, die sich ganz oder teilweise überlappen, eventuell mit dazwischengelegten Schichten A.
Wie bereits erwähnt kann die Gesamtdicke der Schicht aus Barrierewerkstoff je nach gewünschtem Leistungsniveau angesichts der Art des verpackten Produktes entsprechend moduliert werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist durch die Tuben (1) gebildet, die einen erfindungsgemäßen Tubenkopf (2) aufweisen.
Dabei wird die Verbindung von Mantel und Kopf vorzugsweise durch Coinjektions-Spritzguss des Kopfes auf den vorher ausgebildeten Mantel hergestellt.
Auch wenn die Tubenköpfe als solche hergestellt und dann mit den Mänteln verbunden werden können, ist es vorteilhaft, wie in 4 angegeben vorzugehen, d. h. den Kopf durch Spritzguss auf einem Mantel auszubilden, indem die Ausbildung des Kopfes und die Verbindung des Kopfes mit dem Mantel, der seinerseits separat hergestellt werden kann, in einem einzigen Schritt vereinigt werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Mehrschicht-Tubenkopfes.
Bei diesem Verfahren:

a) wird in eine Kavität (67), die durch das Zusammenwirken einer Matrize (61) und eines Stempels (60) gebildet wird, und mit Hilfe eines Coinjektionskopfes (6), der mit Strukturwerkstoff A und Barrierewerkstoff B gespeist wird, ein Materialstrom aus einem Strukturwerkstoff A während einer Zeit T gleich To und ab einer Zeit T = t bis zu einer Zeit T = To – t' ein der internen Schicht (25) entsprechender Materialstrom aus Barrierewerkstoff koinjiziert, wobei die Zeiten t und t' so klein wie möglich gewählt werden, damit die Enden (250, 251) der internen Schicht (25) aus dem Barrierewerkstoff des Tubenkopfes (2) nach Entfernen des Gusszapfens (26) vollständig von dem Strukturwerkstoff A der inneren und äußeren Schicht (24, 23) umkapselt sind, wobei diese Enden (250, 251) durch eine Wanddicke von mindestens 20 μm des Strukturwerkstoffs A von der äußeren Umgebung getrennt sind,
b) wird das Einspritzen des Strukturwerkstoffs A während einer zusätzlichen Zeit T', die mindestens gleich To ist, fortgesetzt, um die eingespritzte Strukturwerkstoffmenge zu stabilisieren.

Typischerweise kann dabei:

– To zwischen 0,1 s und 1 s liegen,
– To + T' zwischen 1 s und 3 s liegen,
– t zwischen 0,01.To und 0,5.To liegen,
– t' zwischen 0,01.To und 0,65.To liegen.

Dieses Verfahren wird bei Betrachtung der 3, 4, 5, 5a, 5b und 8 besser verständlich.
Aus 8 geht deutlich hervor, dass das Einspritzen des Barrierewerkstoffs B nach dem Einspritzen des Strukturwerkstoffs A beginnt und vor dem Einspritzen des Werkstoffs A endet.
Es wird somit deutlich, dass es mit den gesamten durch die Erfindung definierten Mitteln einerseits möglich ist, während eines Produktionszyklus T eines Tubenkopfes die Zuführung der jeweils eingespritzten Werkstoffe zu regulieren und gleichzeitig die Abstände " e " und " e"' zu kontrollieren.
Andererseits kann mit diesen Mitteln auch die Stärke der Schicht aus Barrierewerkstoff B beliebig geändert werden, insbesondere, indem die relativen Durchflussmengen an Barrierewerkstoff B und Werkstoff A in der Coinjektionsdüse (5) reguliert werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Tuben mit einem erfindungsgemäßen Tubenkopf (2).
Gemäß einer ersten Ausgestaltung kann ein erfindungsgemäßer Tubenkopf mit beliebigen bekannten Mitteln, typischerweise mit beliebigen Schweißmethoden, mit einem Tubenmantel verbunden werden. Vorzugsweise jedoch werden der Tubenkopf und der Tubenmantel durch Coinjektionsspritzguss des Kopfes auf den Mantel miteinander verbunden, wie in 4 erläutert.
Eine Fabrikationseinheit, bei der das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt, wurde in 7 schematisch dargestellt. Bei diesem großtechnischen Verfahren führt ein Drehteller oder ein Karussell (76) mit vertikaler Drehachse (77), das in p Sektoren (71, 72, 73, 74) unterteilt ist, wobei p typischerweise gleich 8 ist, und sich um einen festgelegten Teilungswinkel gleich 360°/p dreht, nacheinander jeden Sektor vor mindestens drei zur Drehachse winkelversetzte ortsfeste Stationen, vor eine erste Station (71) zum Laden der Tubenmäntel auf den Sektor des Drehtellers, dann vor eine zweite Station (72) zum Koinjizieren und Abformen der Köpfe auf die Mäntel und vor eine dritte Station (74) zum Entladen der Tuben vom Drehteller, wobei die Verweilzeit eines Sektors vor jeder der ortsfesten Stationen gleich der Summe To + T' ist, welche Summe vorzugsweise zwischen 1 Sekunde und 3 Sekunden liegt, und wobei der Zeitraum zwischen zwei ortsfesten Stationen insbesondere durch die Winkelversetzung zwischen diesen beiden ortsfesten Stationen bestimmt ist.
In 7 wurde dabei der Fall dargestellt, wo, mit p gleich 8, die Coinjektionsstation (72) und die Entladestation (74) um einen Winkel a von typischerweise 180° zueinander winkelversetzt sind, so dass die Abkühlungszeit der Tuben zwischen der Coinjektionsstation und der Entladestation im wesentlichen gleich (To + T').(p/360°).α ist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, mit der die Coinjektionsstation (72) ausgestattet ist. Aus EP 0 325 440 ist eine Coinjektionsvorrichtung bekannt, die mit Strukturwerkstoff A und Barrierewerkstoff B gespeist wird und eine Coinjektionsdüse aufweist, welche mit einer in die Kavität einer Form einmündenden Öffnung versehen ist und entweder mit einem Strukturwerkstoff A oder mit einem A/B/A-Mehrschichtwerkstoff gespeist werden kann. Die Vorrichtung weist Steuermittel auf, um das programmierte Einspritzen des Werkstoffs A oder des ringförmigen A/B/A-Materialstroms in die Kavität der Form zu vorbestimmten Zeitpunkten des Herstellungszyklus sicherzustellen.
Um die Materialströme besser zu trennen und somit die Dauer der verschiedenen Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens, so wie sie vorstehend beschrieben wurden, besser zu kontrollieren, sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung die Möglichkeit vor, die Kavität der Form über einen Kanal mit Strukturwerkstoff zu versorgen, der nicht durch die Coinjektionsdüse läuft. Die Düse wird dann nur zum Coinjizieren der Werkstoffe A und B verwendet, wobei die Einspritzung nur des Werkstoffs A über eine spezifische Leitung durchgeführt wird, die nicht durch die Coinjektionsdüse läuft, und der Übergang von einer Einspritzart zur anderen mit Hilfe eines Schieberventils erfolgt.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Alle Figuren – mit Ausnahme der 1 a und 1 b – beziehen sich auf die Erfindung und erläutern die Erfindung.
Bei den gemäß den Beispielen hergestellten Tubenköpfen handelt es sich um die der 2a und 2b.
Was die Abmessungen dieser Tubenköpfe betrifft, handelt es sich dabei um die Standardabmessungen der Köpfe für Zahnpastatuben, wobei die Höhe des Kopfes 20 mm und der Durchmesser der Tube 35 mm beträgt.
Was die Art der Werkstoffe betrifft, wurde als Strukturwerkstoff A PE und als Barrierewerkstoff EVOH gewählt.
Die Stärke des Mehrschichtwerkstoffs im Bereich der Schulter (21) beträgt typischerweise 1,2 mm, die Stärken der Schichten aus PE (23, 24) und der Schicht aus Barrierewerkstoff (25) betragen 1 mm für die äußere PE-Schicht (23), 0,05 mm für die interne EVOH-Schicht (25) und 0,15 mm für die innere PE-Schicht (24).
Es wurden Tubenköpfe mit Abständen " e " und " e' " gleich 2 mm erhalten.
Zur Herstellung dieser Köpfe wurden Coinjektionsdüsen (5) eingesetzt, wie zum Beispiel die, die in 5 dargestellt ist. Eine solche Düse (5) wird mit PE über den Kanal (633) und mit EVOH über den Kanal (643) gespeist und weist Mittel zur Regulierung und zum Öffnen und Schließen dieser Kanäle auf.
Da die PE-Menge weitaus größer ist als die EVOH-Menge, wird jeder Düse (5) ein Dosierkolben (632) zugeordnet, der die Einspritzung einer präzise festgelegten PE-Menge in die Kavität ermöglicht, wobei ein Rückschlagventil (631) jegliches Zurückströmen von PE verhindert. Dieser Dosierkolben (632) wird in der Überlappungszeit während des Tubenwechsels gefüllt. Die Düse (5) weist eine Öffnung (53) auf, die automatisch von einem Schieberventil (65) verschlossen wird, wenn die Kavität (67), gebildet durch das Zusammenwirken des Stempels (60) und der Matrize (61), mit Hilfe des Kolbens (62) nicht gegen die äußere Öffnung (66) gefahren wird, um die Coinjektion von PE und EVOH durchzuführen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in den 5 bis 6 dargestellt ist, wird die Düse (5) nur zum Coinjizieren der Werkstoffe A und B verwendet, die Einspritzung des Werkstoffs A allein erfolgt über eine spezifische Leitung (634), die nicht durch die Düse (5) läuft, wobei der Übergang von einer Einspritzart zur anderen mit Hilfe eines Schieberventils (65) mit einem seitlich verschiebbaren Schieber (650) mit 4 Stellungen erfolgt, wie im Zusammenhang mit den 5, 5a, 5b und 6 erläutert.
Der Ablauf eines Produktionszyklus für einen Tubenkopf (2) ist in 8 dargestellt.
Die Dauer eines Zyklus To + T', die zwischen 1s und 3s liegt, beträgt typischerweise etwa 2s.
Um eine hohe Produktivität zu gewährleisten, und wie in 6 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt, weist die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Coinjektionsstation der Produktionsstrasse 6 parallel angeordnete Düsen (5) auf, die mit dem Werkstoff A über die Speiseleitungen oder -kanäle (633) und mit dem Werkstoff B über die Kanäle (643) gespeist werden. Der Coinjektionsdüsenkopf (6) der. 6 weist neben der Direktspeisung der Düse (5) mit Werkstoff A über die Kanäle (633) eine Speisung mit Werkstoff A über die Seitenkanäle (643) auf.
Für diesen letztgenannten Fall, wo die Coinjektionsvorrichtung eine parallele Materialspeisung aufweist und ein Schieberventil (65) mit einem Schieber (650) mit 4 Stellungen verwendet wurde, wurde auf der Linie "P650" der 8 der Ablauf während zwei Produktionszyklen mit einer jeweiligen Zeitdauer von To + T' dargestellt.
Dabei umfasst die Zeit To den Zykluswechsel – der Schieber befindet sich in Stellung "1" – wo kein Materialfluss stattfindet; bei diesem Zykluswechsel werden die vollen Kavitäten durch leere Kavitäten ersetzt_; was typischerweise in einer Zeit kleiner als 0,1 To erfolgt.
Was die großtechnische Produktionsstrasse betrifft, wurde diese in einer Draufsicht in 7 schematisch dargestellt. Sie umfasst ein sich um seine Vertikalachse (77) drehendes Karussell (76), oder Drehteller, das in 5 Sektoren unterteilt ist, welche nacheinander an einer ersten Station (71) zum Laden von Tubenmänteln (3), dann an einer im Winkel von 90° (360° 2/8) zur ersten angeordneten zweiten Station (72) zur Coinjektion und danach an einer im Winkel von 270° zur ersten angeordneten dritten Station (74) zum Entladen vorbeilaufen, so dass die Abkühlungszeit der Tubenköpfe auf dem Karussell etwa gleich 4.(T + T') ist.
Die Produktivität dieser Strasse beträgt etwa 10 000 Tuben pro Stunde, was im wesentlichen 6x 3600/(To + T') entspricht, mit To + T' nahe 2 s.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Die Erfindung führt eine vorteilhafte Alternative zum Stand der Technik herbei. Denn wie bereits gesagt, lässt sich durch die Erfindung die Verwendung von Einsätzen vermeiden, welche Einsätze, die separat aus einem spezifischen Material gefertigt sind, die Rolle des Barrierewerkstoffs spielen.
Durch die Erfindung können somit alle mit dem Vorhandensein von Einsätzen zusammenhängenden Probleme gelöst werden, sei es die Kompatibilität der Werkstoffe und das Recyceln der Tuben, sei es die Ausdehnung des Einsatzes und seine Sperrwirkung über die gesamte Höhe des Tubenkopfes oder noch die Abstimmung der Sperrleistung auf Tubeninhalt und Gebrauchsbedingungen oder schließlich die Kosten der Tuben.
Denn mit der Erfindung lassen sich EVOH-Schichten herstellen, die unter Berücksichtigung der gewünschten Sperrleistung so dünn wie möglich und wie notwendig sind, wohingegen ein Einsatz, insbesondere angesichts seiner Herstellung und seiner Handhabung, eine gewisse Steifigkeit und somit eine minimale Dicke haben muss.
Die Endung bietet somit ein Mittel allgemeiner Tragweite, um es dem Tubenhersteller zu ermöglichen, den meisten vorschriftsmäßigen und gesetzlichen Anforderungen in Bezug auf die Werkstoffe der Tuben und ihr Recycling gerecht zu werden.

TUBE: 1
SYMMETRIEACHSE DER TUBE: 10
TUBENKOPF: 2
HALS: 20
ÖFFNUNG: 200
GEWINDE: 201
OBERER RAND: 202
SCHULTER: 21
VERBINDUNGSBEREICH MIT DEM MANTEL: 22
ÄUSSERE SCHICHT: 23
INNERE SCHICHT: 24
INTERNE SCHICHT (BARRIERE): 25
OBERES ENDE DER BARRIERESCHICHT: 250
UNTERES ENDE DER BARRIERESCHICHT: 251
"GUSSZAPFEN": 26
MANTEL: 3
BARRIEREWERKSTOFF: 30
ÄUSSERE SCHICHT: 31
INNERE SCHICHT: 32
EINSATZ AUS DEM STAND DER TECHNIK: 4
COINJEKTIONSDÜSE: 5
ZENTRALER KANAL (Werkstoff A): 50
MITTLERER RINGKANAL (B): 51
ÄUSSERER RINGKANAL (A): 52
ÖFFNUNG/GEMEINSAME LEITUNG: 53
COINJEKTIONSKOPF: 6
STEMPEL: 60
MATRIZE: r
KLEINER KOLBEN: 62
EXTRUDIERSCHNECKE für Werkstoff A: 63
VERTEILER für Werkstoff A: 630
RÜCKSCHLAGVENTIL: 631
SPRITZKOLBEN: 632
SPEISEKANAL (A): 633
SEITENKANAL (A): 634
VENTIL (A): 635
EXTRUDIERSCHNECKE für Werkstoff B: 64
VERTEILER für Werkstoff B: 640
SPEISEKANAL (B): 643
VENTIL (B): 644
SCHIEBERVENTIL mit 4 Stellungen: 65
BEWEGLICHER SCHIEBER: 650
RINGFÖRMIGE ÖFFNUNG: 66
KAVITÄT zwischen Stempelkopf und Matrize: 67
ABLASS: r
FABRIKATIONSEINHEIT FÜR TUBEN: 7
MANTELZUFÜHRUNG: 70
LADESTATION: 71
COINJEKTIONSSTATION: 72
ABKÜHLSTATION: 73
ENTLADESTATION: 74
TUBENTRANSFER: 75
DREHTELLER ODER KARUSSELL: 76
VERTIKALACHSE DES DREHTELLERS: 77

Claims

Tubenkopf (2) aus Kunststoff, der zur Bildung einer Tube (1) mit einem Tubenmantel (3) verbunden werden soll, umfassend einen Tubenhals (20), welcher typischerweise mit einem Gewinde versehen ist, und eine Tubenschulter (21), welche einen ringförmigen Abschnitt (22) zum Verbinden mit dem Tubenmantel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Tubenkopf (2) durch Coinjektion gebildet wird und einen thermoplastischen Mehrschichtenwerkstoff aufweist, der eine innere Schicht (24), eine äußere Schicht (23) aus einem Strukturwerkstoff A und mindestens eine interne Schicht (25) aus einem Sperrwerkstoff B umfasst, b) die interne Schicht (25) von der inneren (24) und äußeren Schicht (23) umhüllt ist, einschließlich an den Enden des Tubenkopfes, wo die innere und die äußere Schicht zu einer Schicht vereinigt sind, wobei der Abstand " e " und " e' " zwischen jedem der Enden (250, 251) der internen Schicht und dem entsprechenden Ende des Tubenkopfes 0,02 bis 5 mm beträgt, so dass sich die interne Schicht (25) aus dem Sperrwerkstoff über die größtmögliche Höhe erstreckt und ihre Enden dabei von der Verbindung der inneren (24) und äußeren Schicht (23) umhüllt oder umkapselt sind.
Tubenkopf gemäß Anspruch 1, bei dem die innere und die äußere Schicht aus einem gleichen Sperrwerkstoff A sind, typischerweise ein unter PE und PP gewähltes Polyolefin.
Tubenkopf gemäß Anspruch 2, bei dem der Sperrwerkstoff B typischerweise unter den Polyvinylalkoholen oder EVOH gewählt ist.
Tubenkopf gemäß Anspruch 3, bei dem der Mehrschichtenwerkstoff ein Gefüge mit mindestens 3 Schichten " A/B/A " aufweist, wo A und B jeweils eine Schicht aus Strukturwerkstoff, typischerweise PE, und eine Schicht aus Sperrwerkstoff, typischerweise EVOH, bezeichnen, wobei die Schicht aus Sperrwerkstoff eine durchschnittliche Stärke von 0,02 bis 0,5 mm hat.
Tube mit einem Tubenkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.
Tube gemäß Anspruch 5, bei der die Verbindung von Tubenmantel und Tubenkopf durch Coinjektion des Kopfes (2) auf den vorher ausgebildeten Mantel (3) gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Tubenkopfes (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem: a) in eine Kavität (67), die durch Zusammenwirken einer Matrize (61) und eines Stempels (60) gebildet wird, mit Hilfe eines Coinjektionskopfes (6), der mit Strukturwerkstoffen A, typischerweise ein Polyolefin, und einem Sperrwerkstoff B gespeist wird, ein Strukturwerkstoftstrom während einer Zeit T gleich To und ab einer Zeit T = t bis zu einer Zeit T = To – t' ein der internen Schicht aus Sperrwerkstoff entsprechender Sperrwerkstoftstrom eingespritzt wird, wobei die Zeiten t und t' so klein wie möglich gewählt werden, damit die Enden (250, 251) der Schicht aus dem Sperrwerkstoff B des mehrschichtigen Tubenkopfes nach Entfernen des Gusszapfens (26) vollständig von dem Strukturwerkstoff A der inneren und äußeren Schicht umkapselt sind, wobei diese Enden durch eine Wanddicke von mindestens 20 μm des Strukturwerkstoffes A von der äußeren Umgebung getrennt sind, b) die Einspritzung des Strukturwerkstoffes während einer zusätzlichen Zeit T', die mindestens gleich To ist, typischerweise fortgesetzt wird, um die eingespritzte Strukturwerkstoffmenge zu stabilisieren.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 7, bei dem: – To zwischen 0,1 s und 1 s liegt, – To + T' zwischen 1 s und 3 s liegt, – t zwischen 0,01.To und 0,1.To liegt, – t' zwischen 0,02.To und 0,2.To liegt.
Verfahren zur Herstellung von Tuben (1), bei dem auf einen Tubenmantel (3) ein gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8 hergestellter Tubenkopf (2) aufgebracht wird, typischerweise durch Schweißen.
Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem der Tubenkopf (2) und der Tubenmantel (3) durch Coinjektion des Kopfes (2) auf den Mantel (3) miteinander verbunden werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem n Tubenköpfe (2), wobei n typischerweise zwischen 2 und 16 liegt, mit Hilfe von n Injektionsköpfen (6) gleichzeitig hergestellt werden, welche Injektionsköpfe mit einem Strukturwerkstoff A mit Hilfe eines Extruders (63) für den Werkstoff A und eines Verteilers mit n Zweigen (630) und mit einem Sperrwerkstoff B mit Hilfe eines Extruders (64) für den Werkstoff B und eines Verteilers mit n Zweigen (640) gespeist werden.
Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, bei dem ein Drehteller oder Karussell (76) mit vertikaler Drehachse (77), der in p Sektoren (71, 72, 73, 74) unterteilt ist, wobei p typischerweise gleich 8 ist, und sich um einen festgelegten Teilungswinkel gleich 360°/p dreht, nacheinander jeden Sektor vor mindestens drei zur Drehachse winkelversetzte ortsfeste Stationen führt, vor eine erste Station (71) zum Laden der Tubenmäntel auf den Sektor des Drehtellers, dann vor eine zweite Station (72) zum Koinjizieren und Vergießen der Köpfe und Mäntel und vor eine dritte Station (74) zum Entladen der Tuben vom Drehteller, wobei die Verweilzeit eines Sektors vor jeder der ortsfesten Stationen gleich der Summe To + T' ist, wobei die Summe zwischen 1 s und 3 s liegt, und wobei der Zeitraum zwischen zwei ortsfesten Stationen insbesondere durch die Winkelversetzung zwischen diesen beiden ortsfesten Stationen bestimmt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem, mit p gleich 4, die Coinjektionsstation (72) und die Entladestation (74) um einen Winkel a von typischerweise 180° zueinander winkelversetzt sind, so dass die Abkühlungszeit der Tuben zwischen der Coinjektionsstation und der Entladestation im wesentlichen gleich (To + T').(p/360°).α ist.
Vorrichtung zur Herstellung von Tubenköpfen oder Tuben vermittels Durchführung des Coinjektionsverfahrens gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13, umfassend 1 bis n Coinjektionsköpfe (6) je nach der Zahl n der gleichzeitig in 1 bis n entsprechende Kavitäten (67) einzuspritzenden Tubenköpfe (2), bei der: a) jeder Coinjektionskopf (6) mit einem Strukturwerkstoff A und einem Barrierewerkstoff B gespeist wird, b) jeder Kopf eine in die Kavität (67) einmündende ringförmige Öffnung (66) aufweist, die abwechselnd mit dem Werkstoff A über einen Kanal (634) oder mit einem ringförmigen A/B/A-Werkstoffstrom über die Öffnung (53) einer mit den Werkstoffen A und B gespeisten Coinjektionsdüse (5) gespeist wird, und c) jeder Kopf ein Mittel aufweist, um das programmierte Einspritzen des Werkstoffes A oder des A/B/A-Werkstoffstroms in die Kavität (67) zu vorbestimmten Zeitpunkten des Herstellungszyklus sicherzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (634) zum alleinigen Einspritzen des Werkstoffes A die Coinjektionsdüse (5) nicht durchquert, wobei der Übergang von einer Einspritzart zur anderen mit Hilfe eines Schieberventils (65) erfolgt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 14, bei der das Schieberventil vier Stellungen aufweist: 1: Verschluss der Öffnung (53) und des Kanals (634): es fliesst kein Werkstoff, 2. Verbindung des Kanals (634) mit der Kavität (67): Einspritzen des Werkstoffes A in die Kavität (67), 3. Verbindung der Öffnung (53) mit der Kavität (67): Einspritzen des ringförmigen Materialstroms aus dem A/B/A-Mehrschichtenwerkstoff, 4. Verbindung der Öffnung (53) nach außen: eventuelles Ausblasen der Öffnung (53).