CH618626A5

CH618626A5 -

Info

Publication number: CH618626A5
Application number: CH483577A
Authority: CH
Inventors: Erling Ingvar Nilsson
Original assignee: Tetra Pak Dev
Priority date: 1976-04-20
Filing date: 1977-04-19
Publication date: 1980-08-15
Also published as: US4158692A; CA1101173A; DE2717294B2; AU2441277A; IT1076702B; DE2717294C3; JPS52127976A; SE7604510L; DE2717294A1; AU511918B2; GB1573534A; SE404669B; FR2348802B1; FR2348802A1; NL7704328A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung flaschenförmiger Behälter aus steifem Kunststoff, insbesondere aus PVC (Polyvinylchlorid) oder Kunststoff auf der Basis von Acrylnitril, zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen, beim Verschliessen des Behälters auftretenden Spannungen im Bereich seiner Öffnung.

Bekanntlich werden flaschenförmige Einweg-Packungen z. B. für flüssige Nahrungsmittel aus verschiedenen Kunststoffen gefertigt, z. B. aus PVC oder Kunststoffen auf Acrylni-tril-Basis. Diese und ähnliche Kunststoffe sind für die Herstellung von Verpackungsbehältern geeignet, da sie relativ leicht im Wege der Heissformung durch Tiefziehen aus einem Band in die gewünschte Gestalt überführt werden können. Ausserdem ergeben diese steifen Kunststoffe fertige Verpackungsbehälter mit der gewünschten Steifheit und Stabilität.

Ein bekannter flaschenförmiger Verpackungsbehälter der genannten Art, der in weitem Umfang für Inhalte, die unter Druck stehen, z. B. für Bier, Verwendung findet, wird aus bandförmigem Kunststoff auf Acrylnitril-Basis hergestellt. Aus dem auf Erweichungstemperatur erhitzen Kunststoff-Band werden zwei Teile ausgestanzt und geformt, nämlich ein oberes, im wesentlichen konisches Oberteil, das mit einer Entleerungsöffnung versehen ist, und ein unteres, im wesentlichen zylindrisches Behälterteil, das einen halbkugelförmigen Boden besitzt. Nach der Formgebung werden die beiden Teile miteinander verbunden, und das untere, praktisch zylindrische Behälterteil wird mit einer Umschliessung aus Papier versehen, welche abgesehen davon, dass sie die Flasche verstärkt, auch eine verzierende Aussenfläche bildet und der Flasche eine Bodenfläche gibt, auf der sie sicher stehen kann.

Die erläuterte Herstellung von Verpackungsbehältern oder Flaschen geschieht an einer zentralen Stelle, wo Packungen in grosser Zahl hergestellt und von wo die Packungen anschliessend zu den Brauereien in der Umgebung transportiert werden, wo sie mit Bier gefüllt und verschlossen werden. Beim Verschliessen wird eine Kappe bzw. ein Stopfen aus einem relativ weichen Kunststoff in die Flaschenöffnung hineingedrückt.

Das Hineindrücken des Stopfens geschieht mit grosser Geschwindigkeit. Hierzu wurde festgestellt, dass die hohen, im Bereich der Flaschenöffnung hierbei hervorgerufenen Spannungen zur Bildung von Rissen führen. Diese Risse sind zwar sehr klein; da jedoch der Druck in einer z. B. mit Bier gefüllten Packung recht beträchtlich ist, führen selbst kleine Risse zu Leckverlusten. Eine Rissbildung ist insbesondere dann regelmässig anzutreffen, wenn die Flaschen beim Abfüllen eine niedrige Temperatur haben, was ziemlich häufig der Fall ist, da die Flaschen vor dem Abfüllen in kalter Umgebung gelagert werden und daher eine Temperatur haben, die praktisch der Aussentemperatur entspricht. Selbst wenn dies nicht der Fall ist und die Flaschen innerhalb eines Gebäudes gelagert werden, kühlen sie sich beim Füllen mit Bier unmittelbar vor der Anbringung des Stopfens stark ab, da Bier bei einer niedrigen Temperatur von ungefähr 4° C abgefüllt werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Behandlung flaschenförmiger Behälter zur Vermeidung von Rissbildung beim Verschliessen der Behälter mit Stopfen zu schaffen, das keine Verringerung der Produktionsgeschwindigkeit oder der Qualität des Inhalts mit sich bringt. Mit der Erfindung soll ferner eine Vorrichtung zur Druchführung des Verfahrens angegeben werden.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man den Öffnungsbereich jedes Behälters nach Abschluss der eigentlichen Formgebung einer mechanischen Behandlung zur Molekularorientierung des Kunststoffes unterwirft.

Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Festhalten eines Behälters derart, dass sich dessen Öffnung gerade gegenüber einem Dorn befindet, der axial in die Öffnung hinein verlagerbar ist und eine praktisch zylindrische Gestalt mit einem grösseren Durchmesser als die Öffnung und einem verjüngten Vorderende besitzt.

Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.

Im folgenden ist die Erfindung mit ihren Vorteilen und weiteren Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines bekannten Verpackungsbehälters,

Fig. 2 einen Schnitt durch das obere Teil des Verpackungsbehälters nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch das Oberteil des Verpackungsbehälters nach Fig. 1 vor dem Einsetzen des Stopfens während der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Verpackungsbehälter bzw. eine Flasche bekannter Ausbildung. Der Verpackungsbehälter umfasst ein im wesentlichen konisches Oberteil 1, das aus steifem Kunststoff auf Acrylnitril-Basis hergestellt ist. Das Oberteil 1 ist dicht mit einem unteren, praktisch zylindrischen Behälterteil 2 verbunden, das ebenfalls aus steifem Kunststoff auf Acrylnitril-Basis hergestellt ist. Das praktisch zylindrische Behälterteil 2 ist am unteren Ende mit einem in einem Stück hergestellten, halbkugelförmigen Bodenteil 3 verschlossen. Sowohl das Behälterteil 2 als auch das Bodenteil 3 sind von einer zylindrischen Umschliessung 4 aus Papier umschlossen, die etwas über das halbkugelförmige Bodenteil 3 des Behälterteiles 2 nach unten hinaus steht und eine Boden- oder Aufstandsfläche für die Flasche bildet. Eine Öffnung am oberen Ende der Flasche ist mittels eines Stopfens 5 aus relativ weichem Kunststoff verschlossen.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den oberen Abschnitt des Oberteiles 1 des Verpackungsbehälters nach Fig. 1. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, hat das Oberteil 1 am oberen Ende einen s

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Öffnungsbereich 6, in welchem ein nach innen geflanschter Halsabschnitt 7 des Oberteiles eine Flaschenöffnung 8 umgrenzt, vgl. auch Fig. 3. Der Stopfen 5 ist in die Flaschenöffnung 8 eingeführt. Der Stopfen besitzt einen länglichen, im wesentlichen zylindrischen Abschnitt 9, der am unteren Ende des Stopfens mit einem Flansch 10 endet, welcher eine konische Einführfläche besitzt. Der Flansch 10 liegt am unteren Ende des nach innen geflanschten Halsabschnittes 7 an und hält dadurch den Stopfen in der Flaschenöffnung fest.

Wenn der flaschenförmige Verpackungsbehälter nach dem Füllen mit dem gewünschten Inhalt, z. B. mit Bier, mit einem Stopfen versehen werden soll, wird der Behälter in einer Ver-schliessmaschine in einer solchen Stellung angeordnet, dass sich die Flaschenöffnung direkt unter einem Dorn befindet, der am unteren Ende einen Stopfen 5 trägt. Zum Verschliessen wird der Dorn relativ schnell nach unten in Richtung der Flaschenöffnung bewegt und dabei der Flansch 10 des Stopfens 5 in die Flaschenöffnung 8 hineingedrückt. Das Einführen in die Flaschenöffnung wird durch die abgerundeten Kanten der Flaschenöffnung erleichtert, ausserdem durch die Tatsache, dass der Flansch 10 am unteren Ende mit einer konischen Eintrittsfläche versehen ist. Da der Stopfen aus relativ weichem Material hergestellt ist, kann er zusammengedrückt werden, so dass er in Verbindung mit einer gewissen Erweiterung des Halsabschnittes 7 der Flaschenöffnung 8 durch diese hindurch eintreten und sich anschliessend wieder erweitern kann, wenn der Stopfen die in Fig. 2 gezeigte Stellung erreicht hat.

Aufgrund der hohen Geschwindigkeit und Kraft, mit welchen der Stopfen 5 angebracht wird, sind bisher während des Verschliessens häufig feine Risse im Halsabschnitt 7 aufgetreten. Dies beruht überwiegend darauf, dass der steife Kunststoff, aus welchem der Verpackungsbehälter hergestellt ist,

eine starke Tendenz zur Rissbildung bei einer Deformation im kalten Zustand besitzt. Diese Tendenz zur Rissbildung wird noch dadurch verstärkt, dass das Material im Öffnungsbereich 6 als Folge der Formgebung während der Herstellung des Oberteiles 1 eine axiale Molekularorientierung bekommen hat, durch die das Risiko einer axialen Rissbildung beträchtlich erhöht wird. Eine weitere Erhöhung des Risikos ist, wie oben bereits erläutert, dann gegeben, wenn der Verpackungsbehälter stark abgekühlt ist, was tatsächlich der Fall ist, da beim Abfüllen von Bier mit einer Temperatur von ungefähr 4° C unmittelbar vor der Anbringung des Stopfens die Flasche sicherlich auf eine entsprechende Temperatur heruntergekühlt ist. Wenn darüber hinaus die Flasche vor dem Abfüllen von einem kalten Lagerplatz geholt worden ist, kann sie im Winter sogar eine Temperatur von einigen Grad unterhalb des Gefrierpunktes haben.

Es wurde festgestellt, dass jede Rissbildung bei Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung gemäss der folgenden, detaillierten Erläuterung anhand der Fig. 3 vollständig vermieden werden kann. Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den oberen Abschnitt eines Oberteiles 1, und zwar durch eine Flaschenöffnung bzw. Öffnung 8 mit dem nach innen geflanschten Halsabschnitt 7, in welchem eine Rissbildung besonders häufig auftrat. Bei dem erfindungsge-mässen Verfahren wird eine spezielle mechanische Behandlung des Bereiches der Öffnung durchgeführt, der in Bezug auf Rissbildung kritisch ist. Die Behandlung besteht darin, dass ein Dorn 11 mit einer praktisch zylindrischen Fläche 12 und einem daran anschliessenden, halbkugelförmigen Endteil 13 in die Öffnung abgesenkt wird. Der zylindrische Teil 12 des Domes 11 hat einen Durchmesser, der den Innendurchmesser der Öffnung 8 um 4-12% übertrifft, so dass beim Einführen des

Domes 11 in die Öffnung letztere temporär geweitet und im Durchmesser etwas vergrössert wird. Die Erweiterung führt zu einer Umformung und Dehnung des Materials des nach innen geflanschten Halsabschnittes 7 derart, dass dieses eine Molekularorientierung in Umfangsrichtung erhält, welche zusammen mit der ursprünglichen axialen Molekularorientierung dazu führt, dass das Material im Halsabschnitt 7 eine biaxiale Orientierung annimmt, welche die Fähigkeit des Materials, mechanischen Spannungen ohne Rissbildung standzuhalten, beträchtlich erhöht. Diese Behandlung der Öffnung stellt eine Kalt-Bearbeitung dar; sie findet mit anderen Worten statt, wenn das Kunststoff-Material der Öffnung eine Temperatur hat, die kleiner als seine Erweichungstemperatur ist. Jedoch findet die Behandlung innerhalb einer solchen Zeitspanne nach der Formgebung des Oberteils der Flasche 1 statt, dass die Kunststoff-Temperatur etwas höher als die Umgebungstemperatur ist und vorzugsweise zwischen 25 und 75° C hegt. Der Dom 11 wird mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit eingeführt und für 2-3 Sekunden innerhalb der Öffnung belassen. Ein typischer Wert für die Einführungsgeschwindigkeit ist 0,2 m/s, während, um ein Beispiel für die in dieser Beziehung praktisch auftretenden Dimensionen zu geben, die Öffnung vor der Behandlung mittels des Domes 11 einen Durchmesser von 20 mm, der Dorn 11 in seinem zylindrischen Abschnitt 12 einen Durchmesser von 21,4 mm und die Öffnung 8 nach dem Herausziehen des Domes einen Durchmesser von angenähert 20,2 mm hat. Hieran zeigt sich, dass die Erweiterung der Öffnung durch den Dorn klein ist (0,5—3 %, vorzugsweise 1 %). Was in der Tat entscheidend für die Verhinderung der Rissbildung beim anschliessenden Verschliessen mit einem Stopfen ist, ist die Molekularorientierung des Kunststoff-Materials im Halsabschnitt 7.

Eine Anordnung oder Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist von sehr einfacher Ausbildung und kann vorzugsweise in die Druck-Pfüfstation integriert werden, wo die Verpackungsbehälter nach der Herstellung auf ihre Dichtigkeit hin überprüft werden. Die Vorrichtung umfasst einen Dom 11, welcher axial verlagerbar ist, so dass er in den Verpackungsbehälter einführbar ist, welcher durch Elemente einer in der Zeichnung nichtdargestellten Halteeinrichtung festgehalten wird. Der Dorn 11 umfasst einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt 12 und ein verjüngtes Vorderende 13, welches zweckmässigerweise eine halbkugelförmige Gestalt besitzt.

Wenn der Verpackungsbehälter nach der Herstellung, wie es häufig der Fall ist, einer pneumatischen Druckprüfung unterzogen werden soll, kann die Vorrichtung nach der Erfindung mit der Druck-Prüfstation integriert werden. Der Dom 11 ist dann mit einem axialen Kanal für Druckluft versehen, welcher am unteren Ende des Domes endet. Wenn ein Verpackungsbehälter die Druck-Prüfstation erreicht, wird er in einer Stellung unterhalb eines Dornes festgehalten, der dann in die Öffnung des Verpackungsbehälters eingeführt wird und diese erweitert, wobei er sich in engem Kontakt mit der Innenfläche des Halsabschnittes 7 befindet. Gleichzeitig wird die Druckprüfung des Verpackungsbehälters durchgeführt, indem Druckluft über den genannten Kanal im Dorn 11 in den Behälter eingeleitet wird. Der Druck wird während einer gewissen Zeitspanne aufrechterhalten, woraufhin eine evtl. aufgetretene Druckdifferenz gemessen und dann der Dorn 11 wieder aus der Öffnung 8 herausgezogen wird. Auf diese Weise kann die Behandlung des Halsabschnittes 7 gleichzeitig mit dem normalen Fertigungsvorgang und ohne besonderen, zusätzlichen Zeitaufwand durchgeführt werden.

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1. Verfahren zur Behandlung flaschenförmiger Behälter aus steifem Kunststoff, insbesondere aus PVC oder Kunststoff auf Acrylnitril-Basis, zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen, beim Verschliessen des Behälters auftretenden Spannungen im Bereich seiner Öffnung, dadurch gekennzeichnet, dass man den Öffnungsbereich (6) des Behälters nach Abschluss der eigentlichen Formgebung einer mechanischen Behandlung zur Molekularorientierung des Kunststoffes unterwirft.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Festhalten des Behälters derart, dass sich dessen Öffnung (8) gerade gegenüber einem Dorn (11) befindet, der axial in die Öffnung hinein verlagerbar ist und eine praktisch zylindrische Gestalt mit einem grösseren Durchmesser als die Öffnung und einem verjüngten Vorderende (13) besitzt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsbereich (6) mit einem Dorn (11) behandelt wird, dessen Durchmesser grösser als der der Öffnung (8) ist und der zur Erweiterung der Öffnung während einer bestimmten Zeitspanne vor dem Verschliessen des Behälters in die Öffnung eingeführt wird.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Domes (11) 4-12% grösser als der Innendurchmesser der Öffnung (8) ist.