Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen blasgeformter Hohlkörper der im Oberbegriff von Anspruch 1 erläuterten Art, und auf eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens gemäß Anspruch 10.

Ein derartiges Verfahren ist aus der EP-A-197 780 bekannt. Mit diesem bekannten Verfahren sollen Schraubverschlußflaschen hergestellt werden, die mit heißen Flüssigkeiten gefüllt werden können. Um zu verhindern, daß im Bereich des Gewindes für den Schraubverschluß an der Oberseite des Flaschenhalses eine zu starke Schrumpfung beim Heißbefüllen auftritt, wird derjenige Bereich der Wandung der Vorform zusätzlich erwärmt, der sich bei der fertigen Flasche zwischen dem oberen Ende der Flaschenschulter bis über das obere Ende des Flaschenhalses erstreckt. Dieser Bereich weist einen homogenen Streckungsgrad auf. Die Erwärmung soll so erfolgen, daß der zusätzlich erwärmte Bereich milchig wird.

Dieses beschriebene Verfahren ist zwar dazu geeignet, Einwegbehälter herzustellen, für Mehrwegbehälter eignet es sich jedoch nicht, da dort das Problem einer möglichen Spannungsrißkorrosion an Übergangsbereichen unterschiedlicher Streckungsgrade nicht gelöst ist und andererseits milchige Bereiche der Flaschenwandung dem Benutzer glauben machen könnten, die Flasche sei defekt

und für eine Rückgabe nicht mehr geeignet.

Ein anderes Verfahren ist aus der der US-PS 4 039 641 zu entnehmen. Beim bekannten Verfahren wird, offensichtlich in einem mehrstufigen Prozeß, ein vorgefertigter Vorformling zunächst auf 95° C in nicht gezeichneter Weise erwärmt und in diesem Zustand in eine auf 130° bis 220° C vorgewärmte Blasform eingesetzt. Dann wird auf übliche Weise durch einen eingeführten Reckdorn und durch Druckgas die Wandung des Vorformlings in axialer und radialer Richtung soweit gestreckt, bis die Wandung an der Innenseite der Blasform anliegt, die die Form des gewünschten Hohlkörpers zeigt. Der Vorformling weist die für dieses Verfahren typische Form in der Art eines Reagenzglases auf, während der fertige Hohlkörper beim bekannten Verfahren beispielsweise eine Flasche ist. Bei diesen Unterschieden in der Form zwischen dem Vorformling und dem fertigen Hohlkörper ergeben sich zwangsläufig bereichsweise unterschiedliche Verstreckungsgrade im Material der Wandung. Diese unterschiedlichen Streckungsgrade führen zu einer unterschiedlich starken biaxialen Orientierung und letztendlich zu unterschiedlich starken Kristallisationsgraden in der Wandung mit den daraus resultierenden unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften und der Anfälligkeit für Spannungsrißkorrosion in Übergangsbereichen zwischen Bereichen mit einem unterschiedlichen Streckungsgrad. Beim bekannten Verfahren wird der fertige Hohlkörper dadurch gekühlt, daß die aufzubewahrende Flüssigkeit in bis zu 0° rückgekühltem Zustand bereits in den Hohlkörper eingeführt wird, während sich dieser noch in der Blasform befindet. Dies bedeutet jedoch, daß das bekannte Verfahren lediglich zur Herstellung von

Einwegbehältern ausgelegt ist, da an eine Mehrfachbefüllung nicht gedacht wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkörpern zu schaffen, mit denen auch Mehrweg-Behälter hergestellt werden können.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren durch die in Anspruch 1, und bei einer Vorrichtung durch die in Anspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.

Gegenüber Einweg-Behältern müssen Mehrweg-Behälter eine Reihe zusätzlicher Anforderungen erfüllen. Mehrweg-Behälter müssen außer einer ausreichenden mechanischen Festigkeit in befülltem sowie in leerem Zustand eine verringerte Neigung zur Spannungsrißkorrosion aufweisen. Sie müssen mindestens 20 Reinigungsvorgänge mit heißen Reinigungsflüssigkeiten und gegebenenfalls Desinfektionsmitteln überstehen. Sie dürfen im Verlaufe der Mehrfachverwendung nicht zu stark schrumpfen, und müssen auch beim letzten Verwendungsschritt noch ein Aufnahmevolumen aufweisen, das innerhalb der gesetzlich vorgeschriebenen Grenzen liegt. Sie müssen weiterhin in herkömmlichen Befüllanlagen wiederholt befüllt werden können, wobei diese Befüllanlagen beispielsweise Flaschen unterhalb eines in der Nähe der Befüllöffnung am Flaschenhals angeordneten Wulstes ergreifen und gegen eine Befüllanze oder dergleichen drücken. Diese Anforderungen können von Einweg-Behältern nicht erfüllt werden.

Es wurde nun festgestellt, daß durch die erfindungsgemäß vorgesehene, zusätzliche Erhitzung des Vorformlings vor dem Einsetzen in die Blasform an kritischen

Übergangsbereichen zwischen Wandungsbereichen, die beim nacchfolgenden Blasformen weniger gestreckt werden, und Wandungsbereichen, die beim nachfolgenden Blasformen stärker gestreckt werden, sich äußerst günstig auf die Homogenität der biaxialen Orientierung in der Wandung des Hohlkörpers auswirkt. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hohlkörper erfüllen alle Anforderungen, die an Mehrweg-Behälter gestellt werden. So wurde beispielsweise bei einem erfindungsgemäß hergestellten Hohlkörper mit einem Volumen von 1 Liter auch nach 30 bis 35 Reinigungsschritten bei einer relativ hohen Reinigungstemperatur von 65°C-67°C eine Schrumpfung von lediglich 0,4 Vol.% festgestellt. Mit den erfindungsgemäßen Verfahren können auch dickwandigere Hohlkörper gefertigt werden.

Die zusätzliche Erhitzung des Vorformlings gerade an den kritischen Übergangsbereichen zwischen Wandungsbereichen, die weniger gestreckt werden und solchen die stärker gestreckt werden, stellt sicher, daß gerade in diesen kritischen Bereichen die Behälter nicht milchig werden, sondern ihre Transparenzeigenschaft, wie in den anderen Bereichen, beibehalten. Entgegen dem Stand der Technik, bei dem diese kritischen Bereiche milchig werden können, bleibt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Flasche somit lichtdurchlässig und erweckt beim Benutzer auch nicht den Eindruck, daß sie defekt ist und daher nicht wiederverwertbar sei.

Einen besonders bevorzugten Temperaturbereich für die Zusatzheizung beschreibt Anspruch 2. Dabei wurde festgestellt, daß es insbesondere bei einer im oberen Bereich der Konditionierform angeordneten Zusatzheizung,

oft ausreicht, an dieser Stelle die sonst unvermeidlichen Wärmeverluste beim Vorwärmen des Vorfor linges zu ersetzen. Bevorzugt wird jedoch der zusätzlich beheizte Bereich über die Temperatur der übrigen Wandung des Vorformlings gebracht.

Es konnte weiterhin festgestellt werden, daß auch durch die in den Ansprüchen 5 und 6 beschriebene Optimierung der Abkühlung des gegossenen Vorformlings zwecks seiner Erstarrung ein wesentlicher Beitrag zum Optimieren der mechanischen und thermischen Festigkeit bzw. der Korrosionsfestigkeit geleistet wird. Durch die über die gesamte Wandung des Vorformlings im wesentlichen gleichmäßige Abkühlung wird ein gleichmäßigeres Temperaturprofil erreicht und der Aufbau von materialinhärenten Spannungen vermieden, die beim nachfolgenden Blasformen zu unterschiedlichen Orientierungsgraden und demzufolge unterschiedlichen Kristallisationsgraden führen könnten.

Anspruch 8 beschreibt eine besonders zweckmäßige Temperatur für den Blasformvorgang und das Thermosetting.

Es wurde weiterhin festgestellt, daß das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 9 bevorzugt einstufig durchgeführt wird, wobei der Vorformling vom Gießen über das Konditionieren zum Blasformen kontinuierlich, d. h. ohne Zwischenlagerung, verarbeitet wird.

Die erfindungsgemäße zusätzliche und bereichsweise wirkende Aufheizung des Vorformlings wird gemäß Anspruch 10 in der Konditionierform durchgeführt, wobei in den Ansprüchen 11 und 12 besonders bevorzugte Stellen für die Anordnung der Zusatzheizung angegeben sind.

Die in den Ansprüchen 13 und 14 beschriebene Infrarotheizung, die beispielsweise mit 170°C betrieben wird, hat sich besonders zweckmäßig erwiesen.

Anspruch 15 beschreibt eine besonders bevorzugte Gießform zum Spritzgießen des Vorformlinges, mit der sich eine über die Wandung des Vorformlinges äußerst gleichmäßige und schnelle Abkühlung erzielen läßt.

Die Ansprüche 16 und 17 beschreiben eine Konditionierform, mit der die Wandungstemperatur des Vorformlinges gezielt noch weiter beeinflußt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur l eine schematische, teilgeschnittene Darstellung der erfindungsgemäß abgewandelten Gießform,

Figur 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäß abgewandelten Konditionierform und

Figur 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäß verwendeten Blasform.

Bevor auf die Verfahrensparameter und die konstruktiven Einzelheiten der Erfindung näher eingegangen wird, soll zunächst ein kurzer Überblick über die wesentlichsten, teils bekannten Herstellungsschritte beim Herstellen einer blasgeformten Flasche aus Polyäthylenterephthalat (PET) gegeben werden. Es wird zunächst ein Vorformling spritzgegossen. Das Spritzgießen erfolgt in einer gekühlten Spritzgießform, deren Innenwandung die Form der

Außenwandung des Vorformlings bestimmt, während eine Kühllanze, die in das Innere der Spritzgießform eingeführt wird, die innere Fläche des Vorformlings formt. Der Vorformling wird in der Spritzgießform von der Gießtemperatur soweit abgekühlt, daß er erstarrt und der Form entnommen werden kann. Anschließend wird der Vorformling, gegebenenfalls nach einer weiteren Vorwärmung, in eine beheizte Blasform eingesetzt, deren Innenwandung der gewünschten Außenform der Flasche entspricht. Nach dem Einsetzen wird zunächst in das Innere des Vorformlings ein Reckdorn eingeführt, der die axiale Ausdehnung des Vorformlings unterstützt. Danach wird in das Innere des Vorformlings Drückgas, bevorzugt Druckluft eingeleitet, die die Wandung des Vorformlings radial gegen die Innenwandung der Blasform drückt. Durch diesen Streckprozeß wird das Material der Wandung aus dem amorphen Zustand in einen biaxial orientierten Zustand gebracht. Durch Kontakt mit der aufgeheizten Blasformwandung bzw. durch eine nachfolgende Wärmebehandlung findet ein Thermosetting statt, durch das das Material der Wandung in einen kristallinen Zustand übergeht. Nach dem Abkühlen kann dann die fertige Flasche der Form entnommen werden.

Mit der vorliegenden Erfindung soll dieses bekannte Verfahren derart modifiziert werden, daß es zur Herstellung von Mehrweg-Behältern geeignet ist. Für das erfindungsgemäße Verfahren wird die in Figur 1 gezeigte Spritzgießform 1 verwendet. Die Spritzgießform 1 weist in ihrem Inneren in üblicher Weise einen nach oben offenen Gießhohlraum 2 auf, der von einer Wandung 3 umgeben ist. Nach außen ist die Gießform 1 durch ein Isoliermaterial 4 abgedeckt. Zwischen dem Isoliermaterial 4 und der Wandung 3 befindet sich ein Spalt 5, der durch eine Mehrzahl von

sich um den Umfang der Wandung 3 erstreckenden und in Axialrichtung zueinander beabstandeten Rippen 6 in eine Mehrzahl von Kühlabteilen 7 unterteilt wird. In Axialrichtung erstreckt sich über die gesamte Höhe der Wandung 3 eine Längsrippe 8, die jedes Kühlabteil 7 in Umfangsrichtung begrenzt. Neben der Längsrippe 8 sind in den Umfangsrippen 6 Durchtrittsöffnungen 9 vorgesehen, durch die das Kühlmedium von einem Kühlabteil in das benachbarte Kühlabteil übertreten kann. Die Durchtrittsöffnungen 9 benachbarter Kühlabteile sind auf gegenüberliegenden Seiten der Längsrippe 8 angeordnet, so daß das Kühlmedium in jedes Kühlabteil 7 eintreten kann. Das Kühlmittel tritt durch eine Öffnung 10 im unteren Teil der Gießform 1 in die Kühlabteile 7 ein und verläßt diese im oberen Bereich der Gießform durch eine in der Zeichnung nicht sichtbare Öffnung.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Gießformen weist die Gießform 1 relativ dünne Umfangsrippen 6 auf, die aus einem gut wärmeleitenden Material, insbesondere Kupfer, bestehen. Dadurch wird die Kontaktfläche des Kühlmittels mit der Umfangswandung 3 stark vergrößert, was den Wärmeübergang in das Kühlmittel verbessert. Darüberhinaus können, was der Figur 1 nicht zu entnehmen ist, über die Höhe der Gießform 1 mehrere Ein- bzw. Austrittεöffnungen 10 für das Kühlmittel vorgesehen werden, so daß die Kühlwirkung im oberen Bereich der Gießform, wo das Kühlmittel in herkömmlichen Gießformen bereits Wärme aufgenommen hat, weiter verbessert wird. Zusätzlich wird in das Innere der Spritzform in bekannter Weise eine nicht gezeichnete Kühllanze zum Kühlen der inneren Wandung des Vorformlings eingeführt.

Das Kühlmittel ist Wasser mit 12 bis 14° C. Die Kühlzeit

dauert 4 bis 14 Sekunden, bevorzugt 12 Sekunden. In dieser Zeit wird der mit 270° C gespritzte Vorformling auf eine Temperatur von ca. 90 bis 95° C abgekühlt. Mit der beschriebenen Gießform kann der Vorformling über seinen gesamten Querschnitt gleichmäßig und sehr schnell abgekühlt werden, wodurch eine kürzere Zykluszeit und dadurch eine verbesserte Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erreicht wird. Die besonders gleichmäßige Kühlung wird durch die zuvor beschriebene besondere Konstruktion der Kühlmittelkanäle erreicht. Beim jeweiligen Eintritt vom einen Kühlabteil ins andere wird ein Rückdruck erzeugt, der Turbulenzen in der Strömung hervorruft. Somit wird eine Verwirbelung unterschiedlicher Temperaturbereiche und daher eine gleichmäßigere Kühlung erreicht. Diese gleichmäßige Kühlung erleichtert den Herstellungsvorgang von Mehrweg-Behältern im nachfolgenden Blasvorgang entscheidend.

Aus der Gießform 1 wird der 90 bis 95° C warme Vorformling 11 in die in Figur 2 schematisch dargestellte Konditionierform 12 eingesetzt, die sich bevorzugt auf der gleichen Maschineneinheit wie die Gießform befindet, so daß ein Zwischenlagern des Vorformlings nicht notwendig ist. Wie Figur 2 näher zeigt, ist der Vorformling 11 zum Herstellen einer Flasche geformt und dimensioniert. Der Vorformling 11 weist einen ersten Bereich 11a auf, der den späteren Flaschenhals zum Aufschrauben eines Verschlusses bildet. Der Bereich 11a hat bereits die wesentlichsten Abmessungen, d. h. den Durchmesser, die Wandstärke und die Höhe, des fertigen Flaschenhalses. Den Bereich 11a begrenzt ein nach außen vorstehender Wulst 11b. Dieser Wulst 11b dient später zum Ergreifen der fertigen Flasche in einer Befüllanlage. Unterhalb des Wulstes llb befindet sich ein Übergangsbereich 11c, der bei der fertigen

Flasche den Übergangsbereich zwischen dem engen, im wesentlichen im amorphen Zustand verbleibenden Flaschenhals und dem weiten, biaxial orientierten Flaschenkörper bildet. Der Vorformling 11 weist in diesem Bereich 11c eine sich stetig vergrößernde Wandstärke auf. An den Bereich 11c schließt sich ein Bereich lld an, der den späteren Flaschenkörper bildet, und der im Vorformling eine konstante, gegenüber dem Flaschenhals 11a vergrößerte Wandstärke aufweist. Der Bereich lld ist zylindrisch und nach unten hin durch einen Bodenbereich lle abgeschlossen. Der Bodenbereich lle weist gerundete Übergänge zum zylindrischen Bereich lld auf, hat jedoch im Vorformling eine geringere Wandstärke.

Ein bevorzugter Vorformling weist die folgenden bevorzugten Abmessungen auf: Bereich 11a - Länge etwa 17mm, Wandstärke etwa 2,5mm, Innendurchmesser etwa 20mm; Bereich 11b - Außendurchmesser etwa 37mm, Dicke etwa 6mm; Bereich 11c - Wandstärke von etwa 3mm auf etwa 6mm ansteigend, Innendurchmesser sich von etwa 20mm auf etwa 17,5mm mit Übergangsradius RIO verkleinernd, Außendurchmesser von etwa 26mm auf etwa 29,5mm mit Übergangsradius R30 ansteigend, Länge etwa 23mm; Bereich lld - Wandstärke etwa 6mm, Länge etwa 108mm, Außendurchmesser etwa 29,5mm; Bereich lle - Wandstärke von etwa 6mm auf etwa 3mm fallend, Übergangsradius außen R9, Übergangsradius innen R5,8, Höhe etwa 6mm; Gesamtlänge des Vorformlings etwa 160mm.

Der Vorformling 11 ist in der Konditionierform 12 oberhalb des Wulstes 11b in üblicher Weise eingespannt. Die Konditionierform 12 weist drei Heizzonen 12a, 12b und 12c auf, wobei die untere Heizzone 12a eine Temperatur von bevorzugt ca. 70°, die sich nach oben an die untere

Heizzone 12a anschließende, mittlere Heizzone 12b eine Temperatur von bevorzugt etwa 90° und die sich an die Heizzone 12b nach oben anschließende, obere Heizzone 12c eine Temperatur von bevorzugt ca. 70° erreicht. Die Heizzonen 12a bis 12c befinden sich im wesentlichen neben dem Bodenbereich lle und dem zylindrischen Bereich lld des Vorformlinges 11. Die Heizzonen 12a bis 12c werden in üblicher Weise beispielsweise durch umlaufendes, erwärmtes Öl beheizt.

Oberhalb der oberen Heizzone 12c enthält die Konditionierform 12 eine Zusatzheizung 13, die bevorzugt als Infrarotheizung ausgebildet ist. Die Zusatzheizung bestrahlt den Bereich 11c unterhalb des Wulstes 11b, d. h. denjenigen Bereich, der bei der fertigen Flasche im Übergang zwischen dem im wesentlichen unverstreckt bleibenden, amorphen Halsbereich 11a und dem stark biaxial zu verstreckenden Bereich lld für den späteren Flaschenkörper liegt. Die Zusatzheizung wird derart betrieben, daß eine Temperatur von ca. 170° C im Bereich 11c erreicht wird, ohne daß der Vorformling in diesem Bereich kristallisiert.

Anschließend an das Konditionieren wird der Vorformling 11 aus der Konditionierform 12 in eine in Figur 3 dargestellte Blasform 14 eingesetzt. Die Blasform 14 weist in üblicher Weise einen der Umrißform der fertigen Flasche entsprechenden, inneren Hohlraum 15 und eine mit Hilfe eines nur angedeuteten Ölkreislaufes 16 beheizbare Wandung 17 auf. Im Inneren des Vorformlinges 11 befindet sich ein Reckdorn 18. Weiterhin ist eine Einlaßleitung 19 zum Einleiten von Druckluft in das Innere des Vorformlings 11 vorgesehen.

Wie Figur 3 zu entnehmen ist, ist der Vorformling 11 derart in die Blasform 14 eingespannt, daß die unterhalb des Wulstes 11b liegenden Bereiche 11c, lld, lle in den Formhohlraum 15 hineinragen. Beim Blasformen wird zunächst der Reckdorn 18 unter Verstreckung des Vorformlinges 11 in Axialrichtung weiter in den Formhohlraum 15 hineingefahren. Gleichzeitig wird über die Leitung 19 Druckluft von ca. 30 bar eingeblasen, die die Wandung des Vorformlinges 11 auch in radialer Richtung gegen die Wandung des Formhohlraumes 15 drückt. Aus den Formunterschieden zwischen der Wandung des Formhohlraumes 15 und dem Vorformling 11 ist bereits zu erkennen, daß die stärkste Verstreckung des Materials im Bereich des zylindrischen Wandungsbereiches lld des Vorformlinges 11 stattfindet, während der Bodenbereich 11c, insbesondere in der Nähe der senkrechten Mittelachse, und der eingespannte Halsbereich 11a weniger stark bzw. überhaupt nicht verstreckt werden. Insbesondere der Bereich 11a verbleibt amorph. Ohne die Zusatzheizung 13 in der Konditionierform 12 würde jedoch auch der Bereich 11c knapp unterhalb des Wulstes 11b in einem amorphen Zustand verharren. Durch die Wärmebehandlung wird sichergestellt, daß der gesamte Bereich 11c in einem Maße biaxial orientiert wird, daß sich auch in diesem Bereich beim nachfolgenden Thermosetting durch den Kontakt des Kunststoffmaterials mit der auf 140° C vorgeheizten Wandung des Formhohlraumes 15 eine ausreichende kristalline Struktur bildet, ohne daß die Form bzw. das Aussehen der so gefertigten Flasche beeinträchtigt wird.

Nach dem Ausformen wird Kühlluft mit 25 bar im Durchlaufverfahren (durch kleine Bohrungen in der Recklanze) durch das Innere der fertigen Flasche geleitet und anschließend die fertige Flasche aus der Form

genommen.

In Abwandlung des beschriebenen und gezeichneten Ausführungsbeispieles kann das erfindungsgemäße Verfahren auch für andere Kunststoffe bzw. andere Hohlkörperformen abgewandelt werden. Zusatzheizungen können an allen kritischen Übergangsstellen, insbesondere auch am Boden vorgesehen sein. An das Blasformen kann sich ein weiterer Wärmebehandlungsvorgang anschließen.