CH649250A5

CH649250A5 - Verfahren zur herstellung eines artikels aus thermoplastischem kunststoff und nach dem verfahren hergestellter behaelter.

Info

Publication number: CH649250A5
Application number: CH4426/80A
Authority: CH
Inventors: Kjell Mosvoll Jakobsen; Claes Torsten Nilsson
Original assignee: Plm Ab
Priority date: 1979-06-11
Filing date: 1980-06-09
Publication date: 1985-05-15
Also published as: US4372908A; DE3020912A1; FR2458374B1; GB2052364A; JPS562133A; HK45288A; CA1158826A; FR2458374A1; ATA301680A; GB2052364B; BE883732A; SE424286B; JPH0232979B2; SE7905046L; NL8003111A; DE3020912C2; AT382554B; SG15184G

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Artikels aus thermoplastischem Kunststoff, z. B. eines Behälters oder eines Teils eines Behälters sowie auf einen nach dem Verfahren hergestellten Behälter.

Bei der Herstellung von Produkten aus thermoplastischen Kunststoffen geht man meistens von einem in der Hauptsache ebenen Rohling aus. Hierbei wird entweder ein Endprodukt im grossen ganzen in einem Verformungsschritt geformt, oder es wird ein Vorformling für späteres Umformen zum Endprodukt gebildet. Die Verformung des Rohlings erfolgt gem. gegenwärtig bekannten Methoden entweder nach dem Blasformverfahren oder nach dem Thermo-formverfahren. Beim Blasformverfahren erhält man in der Regel dicke Abschnitte im Boden. Beim Thermoformverfah-ren arbeitet man entweder mit sog. negativem oder sog. positivem Thermoformen. Beim negativen Thermoformverfah-ren erhält man einen dünnen Boden, während man beim positiven Thermoformverfahren einen dicken Boden erhält.

Beim negativen Thermoformen wird eine warme Folie oder ein warmer Film über Hohlräume gelegt, wonach der Werkstoff des Films bzw. der Folie durch äusseren Druck und inneren Unterdruck in die Hohlräume gedrückt und gesaugt wird. Dies führt mit sich, dass der Werkstoff gestreckt und dünn wird, wenn er in die jeweiligen Hohlräume einge5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

649 250

saugt wird. Wenn es sich bei dem Hohlraum um einen Becher handelt, erhält man einen dünngestreckten Boden und eine zunehmende Wanddicke in Richtung zur Becherkante.

Beim positiven Thermoformen bildet die Becherform einen vorstehenden Körper, und der Werkstoff des Films oder der Folie wird über diesen vorstehenden Körper gedrückt und gesaugt. Dies führt mit sich, dass der Werkstoff am Oberteil des vorstehenden Körpers, d.h. Boden des Bechers, dick und im grossen ganzen ungestreckt verbleibt, während der Werkstoff zum Rand des Bechers hin an Dicke abnimmt.

Um beim negativen Thermoformen eine ausreichende Werkstoffdicke im Bodenteil des Bechers zu erzielen, muss beim Ausgangswerkstoff eine ausreichende Dicke gewählt werden. Um beim positiven Thermoformen eine ausreichende Dicke im Randbereich des Bechers zu erzielen, was für die Stabilität des Bechers erforderlich ist, muss ebenfalls ein Ausgangswerkstoff in ausreichender Dicke gewählt werden. Beim negativen Thermoformen verbleiben die Werkstoffbereiche zwischen den geformten Bechern unbeeinflusst und werden anschliessend, nach Herstellung der eigentlichen Becher, abgetrennt. Beim positiven Thermoformen wird der Werkstoff zwischen den Bechern in Vertiefungen eingezogen und von den geformten Bechern abgetrennt. Beim positiven Thermoformen erhält man somit Becherböden von im grossen ganzen gleicher Dicke wie beim Ausgangswerkstoff. Beide Formverfahren bedingen unnötig hohen Werkstoffverbrauch, was bei der Massenherstellung von Artikeln von wirtschaftlicher Bedeutung ist.

Vorliegende Erfindung schaltet bestimmte, mit der bisherigen bekannten Technik verbundene, Nachteile aus.

Die Erfindung eignet sich vorzugsweise für die Herstellung von Artikeln aus thermoplastischen Kunststoffen, vom Typ Polyester oder Polyamid. Beispiele solcher Werkstoffe sind Polyäthylenterephthalat, Polyhexamethylen-Adipamid, Polycaprolactam, Polyhexamethylen-Sebacamid, Polyäthy-len-2,6- und 1,5-Naphthalat, Polytetramethylen-l,2-Dioxy-bensoat und Copolymere und Äthylenterephthalat, Äthy-lenisophthalat und ähnlichen Polymeren. Die Beschreibung der nachstehenden Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf Polyäthylenterephthalat, im weiteren mit PET bezeichnet, aber die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht ausschliesslich auf die Anwendung weder dieses Werkstoffes noch anderer, bereits genannter Werkstoffe, sondern sie eignet sich auch für viele andere thermoplastische Kunststoffe.

Zum besseren Verständnis der Problemstellung und der Erfindung werden nachstehend einige charakteristische Eigenschaften des Polyesters Polyäthylenterephthalat beschrieben. Aus dem Schrifttum, z.B. Properties of Polymers, von DW van Krevelen, Elsevier Scientific Publishing Company, 1976, ist bekannt, dass sich die Eigenschaften des Werkstoffes bei einer Orientierung amorphen Polyäthylenterephtha-lats verändern. Einige dieser Veränderungen sind in den Diagrammen, Abb. 14.3 und 14.4 auf den Seiten 317 und 319 im Buch «Properties of Polymers» dargestellt. Die in nachstehender Diskussion verwendeten Bezeichnungen entsprechen den Bezeichnungen im genannten Buch.

PET, ebenso wie viele andere thermoplastische Kunststoffe, lässt sich durch Recken des Werkstoffes orientieren. Normalerweise erfolgt dieses Recken bei einer Temperatur oberhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg des Werkstoffes. Durch die Orientierung verbessern sich die Festigkeitseigenschaften des Werkstoffes. Aus dem Schrifttum geht hervor, dass beim Thermoplast PET eine Erhöhung des Reckverhältnisses -A-, d.h. Qotient zwischen Länge des gereckten Werkstoffes und Länge des ungereckten Werkstoffes, auch eine Erhöhung der Verbesserung der Werkstoffeigenschaften mit sich führt. Bei einer Erhöhung des Reckverhältnisses -/V von ca. 2- bis etwas über 3mal liegen besonders grosse Veränderungen der Werkstoffeigenschaften vor. Hierbei verbessert sich die Festigkeit in Orientierungsrichtung markant, während gleichzeitig die Dichte ç ebenso wie die Kristallinität Xz ansteigt und die Glasumwandlungstemperatur Tg erhöht wird. Aus dem Diagramm auf S. 317 geht hervor, dass der Werkstoff nach dem Recken, wobei _/V den Wert 3,1 annimmt, einer Kraft pro Flächeneinheit widersteht, die a = 10 entspricht, und dies bei sehr geringer Dehnung, während die Dehnung bei _A_ = 2,8 wesentlich grösser ist. Im weiteren wird manchmal der Begriff «Schritt» verwendet, um einen Orientierungsverlauf zu bezeichnen, der durch ein Recken bzw. eine Dickenverminderung von ca. 3mal erzielt wird, und bei dem oben angegebene, markante Verbesserungen der Werkstoffeigenschaften eintreten.

Die oben angegebenen Diagramme zeigen Veränderungen, die man bei monaxialer Orientierung des Werkstoffes erhält. Bei biaxialer Orientierung erhält man ähnliche Effekte in beiden Orientierungsrichtungen. Die Orientierung erfolgt in der Regel durch aufeinanderfolgende Reckungen.

Verbesserte Werkstoffeigenschaften, entsprechend denen, die man bei dem nach dem oben definierten «Schritt» erhält, erhält man auch dann, wenn ein amorpher Werkstoff bis zum Fliessen gereckt wird und der Werkstoff vor dem Fliessen eine Temperatur hat, die unter der Glasumwandlungstemperatur Tg liegt. Bei einem Zugstab ergibt sich in der Fliesszone eine Durchmesserverminderung um das ca. 3fache. Beim Ziehen wird die Fliesszone kontinuierlich in den amorphen Werkstoff hineinversetzt, während gleichzeitig der Werkstoff, der bereits den Fliesszustand durchgemacht hat, die Zugkräfte des Prüfstabs ohne hinzukommende, verbleibende Reckung aufnimmt.

Gemäss der Erfindung werden, ausgehend von einem in der Hauptsache ebenen Rohling aus amorphem Werkstoff oder mit einer Kristallinität von weniger als 10%, Elemente hergestellt, die aus einem Randteil und einem Becherteil bestehen. Durch einen Ziehvorgang wird der Werkstoff in ringförmigen Abschnitten des Rohlings in den Fliesszustand versetzt. Hierbei entsteht der Becherteil. Bei gewissen Anwendungen steht die radiale Ausbreitung des Bechers in solchem Verhältnis zur axialen Ausbreitung, dass eine Herstellung des Bechers in einem einzigen Ziehschritt nicht möglich ist. Gemäss der Erfindung erhält man die gewünschten Verhältnisse durch eine Anzahl Umziehvorgänge des Bechers, wobei der Durchmesser des Bechers bei jedem Umziehvorgang vermindert wird, während die Werkstoffdicke im grossen ganzen beibehalten bleibt.

Gemäss der Erfindung erhält man ein Element, das aus einem Randteil und einem Becherteil besteht, wobei der Werkstoff vorzugsweise im gesamten Boden des Becherteils (Bechers) im grossen ganzen gleichmässig dick und orientiert ist. In einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung besteht ausserdem der Werkstoff im Bodenteil des Bechers völlig oder teilweise aus Werkstoff von gleicher Dicke wie der Werkstoff der Wand. Übrige Werkstoffabschnitte besitzen Dicke und Werkstoffeigenschaften des Ausgangswerkstoffes. Bei bestimmten Anwendungsfallen ist der Boden im grossen ganzen völlig eben, während bei anderen Anwendungsfällen der Boden aus Teilen besteht, die im Verhältnis zur Becherachse axial versetzt sind. Hierbei werden bei bestimmten Ausführungsformen ringförmige Randabschnitte im Anschluss an den unteren Rand der Wand gebildet, während bei anderen Ausführungsformen mittige Bodenabschnitte weiter vom oberen Offnungsrand des Elements versetzt sind.

Das Element besteht aus einem Randteil, der einen im Verhältnis zum Randteil versenkten Körper umgibt. Der Werkstoff im Randteil ist hauptsächlich amorph oder hat eine Kristallinität von weniger als 10%. Der Körper hat ei5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

649 250

4

nen Wandteil und einen Bodenteil. Der Wandteil besteht aus Werkstoff, der bei einer Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg bis zum Fliessen gezogen worden ist, und bei dem die Kristallinität zwischen 10 und 25% beträgt. In der Grundausführung des Elements besteht der Boden aus hauptsächlich amorphem Werkstoff oder aus Werkstoff mit einer Kristallinität unter 10%. In Ausführungsformen der Erfindung besteht der Boden wahlweise aus Werkstoff, der bei einer Temperatur unter der Glasumwandlungstemperatur Tg und bei einer Kristallinität zwischen 10 und 25% bis zum Fliessen gezogen worden ist, d.h. aus Werkstoff mit Eigenschaften, die in der Hauptsache mit den Werkstoffeigenschaften des Wandteils des Elements übereinstimmen oder aus Werkstoffabschnitten, die bis zum Fliessen gezogen worden sind, abwechselnd mit Werkstoffabschnitten mit in der Hauptsache amorphem Werkstoff oder Werkstoff mit einer Kristallinität von weniger als 10%. In bestimmten Ausführungsformen sind die bereits genannten Werkstoffgebiete in axialer Richtung im Verhältnis zum unteren Rand des Wandteils verschoben.

Bei der Herstellung eines Elements wird ein in der Hauptsache flacher Rohling aus thermoplastischem Kunststoff und mit einer Kristallinität von weniger als 10% und mit einer Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg zwischen Gegenhaltern eingespannt, so dass sich ein Gebiet bildet, das völlig von den eingespannten Werkstoffabschnitten umschlossen ist. Gegen dieses Gebiet wird ein Presswerkzeug angesetzt, dessen Anliegefläche kleiner ist als die Fläche des Gebietes. Hierbei entsteht zwischen den eingespannten Werkstoffabschnitten des Rohlings und dem Teil des Gebietes, der gegen die Pressvorrichtung anliegt, ein geschlossenes, streifenähnliches Werkstoffgebiet. Eine Antriebsvorrichtung verschiebt danach die Pressvorrichtung im Verhältnis zum Gegenhalter bei weiterem Anliegen der Pressvorrichtung gegen das Gebiet. Hierbei wird der Werkstoff in dem streifenähnlichen Gebiet so gestreckt, dass ein Fliessen des Werkstoffes auftritt, wobei der Werkstoff orientiert wird, während gleichzeitig die Dicke des Werkstoffes bei PET um das ca. 3fache vermindert wird. Beim Streckvorgang wird der Wandteil des Elements geformt.

Bedingt dadurch, dass der Umkreis der Anliegefläche der Pressvorrichtung kleiner ist als der innere Umkreis der Einspannvorrichtungen, wird der Werkstoff im Anschluss an den Rand der Pressvorrichtung der grössten Beanspruchung ausgesetzt, weshalb das Fliessen des Werkstoffes normalerweise hier beginnt. Die sich hieraus ergebende Wirkung wird dadurch noch verstärkt, dass der Übergang zwischen Anliegefläche der Pressvorrichtung und Seitenwänden der Pressvorrichtung verhältnismässig scharfkantig ausgeführt wird. Wenn das Fliessen eingetreten ist, wird das Gebiet für das Fliessen des Werkstoffes nach und nach in Richtung zu den Einspannvorrichtungen verschoben. Bei bestimmten Anwendungsbeispielen wird der Pressvorgang unterbrochen, wenn die Fliesszone bei den Pressvorrichtungen angelangt ist. Bei anderen Anwendungsbeispielen setzt der Pressvorgang fort, wobei ein erneutes Fliessen des Werkstoffes im Anschluss an die Kanten der Pressvorrichtung stattfindet und von diesen Gebieten zur Mitte des Werkstoffes hin versetzt wird. Wenn der gesamte Werkstoff, der gegen die Anliegefläche der Pressvorrichtung anliegt, ein Fliessen durchgemacht hat, wird bei bestimmten Anwendungsbeispielen der zwischen den Einspannvorrichtungen liegende Werkstoff, der sich am nächsten am inneren Umkreis der Einspannvorrichtungen befindet, für einen weiteren Ziehvorgang ausgenutzt. Um dies zu ermöglichen, ist normalerweise eine etwas erhöhte Temperatur bei diesem Werkstoff erforderlich. Die Ausgangstemperatur liegt jedoch noch immer unter der Glasumwandlungstemperatur Tg.

Bei einigen Anwendungsbeispielen ist eine beschleunigte Abkühlung des gezogenen Werkstoffes erforderlich. Hierbei ist das Presswerkzeug vorzugsweise mit einer Kühlvorrichtung versehen, die so angeordnet ist, dass die Gebiete des Werkstoffes, die während des Ziehens des Werkstoffes fliessen, gegen die Kühlvorrichtung anliegen.

Bei bestimmten Anwendungen lässt man das Fliessen des Werkstoffes im Anschluss an die Einspannvorrichtungen beginnen. Dies wird dadurch erzielt, dass die Einspannvorrichtungen mit Erwärmungsvorrichtungen versehen werden, die die Temperatur der Werkstoffabschnitte erhöhen, wo das Fliessen beginnen soll. Die Temperatur beim Werkstoff liegt jedoch noch immer unterhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg des Werkstoffes. Wenn der Fliesszustand eingetreten ist, verläuft dieser weiter in Richtung zur Anliegefläche der Pressvorrichtung und in vorkommenden Fällen am Übergang zwischen den Seitenwänden und der Anliegefläche der Pressvorrichtung vorbei. Zur Sicherstellung, dass die Einspannvorrichtungen den Rohling in den zukünftigen Randabschnitten des Elements festhalten, werden die Einspannvorrichtungen in der Regel mit Kühlvorrichtungen versehen.

Der Gedanke der Erfindung umfasst auch die Möglichkeit, durch eine Reihe von hintereinander angeordneten Ziehvorgängen sowohl im Wandteil als auch im Bodenteil des Körpers Werkstoffabschnitte zu erzielen, die abwechselnd aus Werkstoffabschnitten bestehen, die bis zum Fliessen gezogen sind und auf diese Weise eine verminderte Wanddicke erhalten haben, und ungezogenen Werkstoffabschnitten, die ihre Wanddicke beibehalten haben. Bei im Bodenteil des Körpers gelegenen Werkstoffabschnitten erfolgt bei bestimmten Anwendungsbeispielen im Zusammenhang mit dem Ziehvorgang eine Verschiebung des Werkstoffes auch in der Axialrichtung des Körpers.

Von dem geformten Element wird der Randteil entfernt, und das Element wird durch eine Anzahl von Ziehvorgängen umgeformt. Diese Ziehvorgänge erfolgen bei einer Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg und bewirken eine Verminderung des Durchmessers des Bechers, während sich der Körper gleichzeitig in Axialrichtung verlängert. Der Ziehvorgang bewirkt eine ausschliessliche Umverteilung des Werkstoffes, ohne dass ein Fliessen eintritt.

Der nach Abschluss des Ziehvorgangs gebildete Becher hat am einen Ende eine Öffnung, während er am anderen Ende einen Bodenteil aufweist. In Abhängigkeit von der Formung des Elements besteht der Bodenteil völlig oder teilweise aus amorphem Werkstoff oder aus unorientiertem Werkstoff. Im erstgenannten Fall behält somit der Bodenteil die Dicke des Ausgangsstoffes im amorphen Gebiet bzw. in den amorphen Gebieten bei. Der amorphe Werkstoff ist dazu geeignet, als Befestigungswerkstoff zum Anschweissen hinzukommender Teile am Becher zu dienen. Dieser Bedarf wird z.B. dann vorliegen, wenn der Becher als Behälter verwendet wird und der Bodenteil des Bechers gleichzeitig den Bodenteil des Behälters darstellt. Hierbei ist es zweckmässig, einen äusseren Fuss am Behälter anzuschweissen. Der auf beschriebene Weise geformte Becher besitzt einen Öffnungsteil, der nach eventuellem Nacharbeiten vorzugsweise so bearbeitet wird, dass sich eine umgebördelte Kante ergibt, wobei die Stabilität der umgebördelten Kante durch Erhitzen bis zur maximalen Kristallisationstemperatur des Werkstoffes erhöht wird. Die umgebördelte Kante eignet sich hierdurch vorzüglich zum Zusammenfalzen z.B. mit einem losen Deckel aus geeignetem Werkstoff, z. B. Metall.

In einem anderen Anwendungsbeispiel wird der Ziehvorgang am Becher unterbrochen, so dass Teile des Bechers verglichen mit dem Ausgangsdurchmesser einen verringerten Durchmesser aufweisen. Durch Entfernen des Bodens in die5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

649250

sem Teil mit kleinerem Durchmesser, Aufweiten der gebildeten Kante und Stabilisierung der Müdung, die auf in vorherigem Abschnitt beschriebene Weise entstanden ist, erhält man einen Mündungsteil, der sich zum Anbringen z.B. eines Verschlusses oder eines Kronenkorkens eignet. Der andere, noch geöffnete Teil des Bechers wird beispielsweise, auf ähnliche Weise wie bereits beschrieben, mit einem Deckelspiegel verschlossen.

Aus dem Gesagten geht hervor, dass die Kombination eines Ziehens bis zum Fliessen zwecks Erhalten eines Elements und Umziehen des Bechers des gebildeten Elements viele wahlweise Möglichkeiten zur Formung verschiedener Arten von Artikeln bietet. Ein auf oben beschriebene Weise hergestellter Artikel ist somit nicht ausschliesslich zur Anwendung als Behälter geeignet, sondern viele andere Anwendungen sind möglich.

Eine nähere Beschreibung der Erfindung erfolgt im Anschluss an eine Anzahl von Abbildungen, wobei

Abb. 1-2 wahlweise Ausführungsformen von für Umformen geeigneten Bändern zeigen,

Abb. 3 ein Element mit einem Bodenteil des Körpers aus hauptsächlich amorphem Werkstoff bestehend zeigt,

Abb. 4-10 im Prinzip Vorrichtungen zum Ziehen des Elements zeigen,

Abb. 11 einen Teil einer Vorrichtung zum Umziehen des Bechers des Elements zeigt,

Abb. 12 den Becher des Elements vor dem Umziehen zeigt,

Abb. 13 den Becher des Elements teilweise umgezogen zeigt,

Abb. 14 den Becher des Elements völlig umgezogen zeigt, Abb. 15 den Becher des Elements mit dem teilweise umgezogenen Teil des Bechers gem. Abb. 15 erneut umgezogen zeigt,

Abb. 16 einen aus einem Becher gem. Abb. 15 hergestellten Behälter zeigt,

Abb. 17-19 die Gegenstücke zu den Abbildungen 12-14 zeigen, wobei der Bodenteil des Bechers Abschnitte aus amorphem Werkstoff aufweist.

In Abb. 1-2 erkennt man ein Band oder einen Rohling 14', 14" aus thermoplastischem Kunststoff, wobei man die Bänder oder Rohlinge von oben sieht. In den Abbildungen sind ringförmige Werkstoffgebiete 16', 16" bzw. 17', 17" dargestellt. Weiterhin ist ein Werkstoffgebiet 15', 15" angegeben, das von dem früheren ringförmigen Werkstoffgebiet 17', 17" umgeben ist. Das Werkstoffgebiet 16 bezeichnet das Gebiet, das beim Ziehen des Rohlings zwischen den Einspannvorrichtungen 30 a-b (siehe Abb. 4) eingespannt wird. Das Werkstoffgebiet 15 bezeichnet das Gebiet, das beim Ziehen des Rohlings gegen die Pressfläche 21 der Pressvorrich-tung 20 (s. Abb. 4) anliegt. Das Werkstoffgebiet 17 bezeichnet das Gebiet, das beim Ziehen des Rohlings in den Fliesszustand gebracht wird.

In Abb. 3 erkennt man ein Element 10, bestehend aus einem Randteil und einem Körper 13. Der Körper wiederum besteht aus einem Wandteil 18 und einem Bodenteil 11. In der Abbildung besteht der Wandteil aus gezogenem Werkstoff von verminderter Dicke im Verhältnis zur Dicke des Ausgangswerkstoffes. Der Bodenteil 11 besteht aus Werkstoff, der bei Beibehaltung seiner Werkstoffeigenschaften in Axialrichtung des Körpers verschoben ist. Weiterhin ist ein Gebiet 19 angegeben, in dem zum Randteil 12 gehörender Werkstoff in den Fliesszustand versetzt worden war.

In Abb. 4-8 erkennt man eine Reihe von Einspannvorrichtungen 30, die den Rohling 14 fixieren. Zwischen den Einspannvorrichtungen 30 befindet sich eine Pressvorrichtung 20 mit einer Pressfläche 21. In Abb. 4 befindet sich die Pressvorrichtung 20 in einer Stellung, wo sich die Pressfläche

21 unmittelbar an der oberen Oberfläche des Rohlings 14 befindet. Abb. 5 zeigt die Pressvorrichtung nach unten verschoben, wobei das Fliessen des Werkstoffs begonnen hat. In Abb. 6 erfolgte das Verschieben der Pressvorrichtung so weit, dass sich ein Element gem. Abb. 3 gebildet hat. In Abb. 7 wurde die Pressvorrichtung noch weiter verschoben, wobei ein weiteres Fliessen des Werkstoffes stattgefunden hat. Hierbei ist ein Element 10' entstanden, dessen Körper 13' einen Bodenteil 11' aufweist, der in seinen mittigen Abschnitten aus amorphem, ungezogenem Werkstoff besteht, der von gezogenem, orientiertem Werkstoff umgeben ist, bei dem ein Fliessen stattgefunden hat. In Abb. 8 schliesslich wurde die Pressvorrichtung 20 so weit verschoben, dass praktisch der gesamte Werkstoff im Bodenteil 11" des Körpers 13" ein Fliessen durchgemacht hat. Hierbei hat sich ein Element 10" gebildet, bei dem sowohl der Wandteil als auch der Bodenteil des Körpers dadurch eine verminderte Wanddicke aufweist, dass der Werkstoff im Fliesszustand gewesen ist und gleichzeitig eine Orientierung erhalten hat.

In Abb. 9-10 ist eine wahlweise Ausführungsform der Einspannvorrichtungen 33 a-b dargestellt, die mit Kühlkanälen 31 und Erwärmungskanälen 34 versehen sind. In den Abbildungen ist nur die Zulaufleitung für die Erwärmungskanäle dargestellt, während die Ablaufleitung für die Erwärmungskanäle in den Abbildungen hinter der Zulaufleitung liegt und durch den nach oben gerichteten Pfeil angedeutet ist. Sowohl die Kühlkanäle als auch die Erwärmungskanäle sind durch plattenähnliche Abdeckungen 35 abgedeckt, deren andere Oberfläche gleichzeitig die Anliegefläche der Einspannvorrichtungen für das Einspannen des Rohlings darstellt. Eine Isolierung 32 trennt den gekühlten Bereich der Einspannvorrichtungen vom erwärmten Bereich. Bei bestimmten Anwendungen dienen auch die Erwärmungskanäle als Kühlkanäle.

Die Abbildungen zeigen weiterhin eine wahlweise Aus-führungsform einer Pressvorrichtung 20a, auch diese mit Kühlkanälen 22 versehen. Die Kühlkanäle sind durch einen Kühlmantel 23 abgedeckt, der gleichzeitig die äussere Anliegefläche der Pressvorrichtung zum Werkstoff während dessen Ziehvorgang darstellen.

Abb. 9 zeigt eine Stellung der Pressvorrichtung, die der Stellung in Abb. 5 entspricht, und Abb. 10 zeigt eine Stellung der Pressvorrichtung, die der Stellung in Abb. 8 entspricht. Die Pressvorrichtung hat eine rotationssymmetrisch gewölbte Fläche, die so geformt ist, dass der Werkstoff beim Ziehen im Fliessbereich immer gegen den Kühlmantel anliegt, während der Werkstoff, der noch nicht im Fliesszustand war, völlig ohne Anliegen gegen irgendeine Vorrichtung im Bereich zwischen Pressvorrichtung und Einspannvorrichtung ist.

Die Erwärmung des Werkstoffes mit Hilfe der Erwärmungskanäle 34 dient dem Zweck, die Fliesswilligkeit des Werkstoffes zu erhöhen. Die Erwärmung wird jedoch insofern begrenzt, dass die Temperatur des Werkstoffes immer die Glasumwandlungstemperatur Tg unterschreitet. Durch die Erwärmung ist es möglich, den Ziehvorgang des Werkstoffes ein Stück in das Gebiet zwischen den Backen der Einspannvorrichtungen fortsetzen zu lassen, die in Abb. 10 dargestellt sind. Eine andere, wahlweise Anwendung, wobei die erhöhte Fliesswilligkeit des Werkstoffes ausgenutzt wird, ergibt sich dadurch, dass man beim Ziehvorgang den Anfangsbereich für das Fliessen des Werkstoffes zum Gebiet neben den inneren Kanten der Einspannvorrichtungen lenkt. Wenn das Fliessen stattgefunden hat, verschiebt sich die Fliesszone nach und nach in Richtung von den Einspannvorrichtungen weg zum Boden der Pressvorrichtung, nach und nach wie die Pressvorrichtung in den Abbildungen nach unten verschoben wird. Hierdurch wird erzielt, dass sich das Fliessen im-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

649 250

mer in der gleichen Richtung fortpflanzt, wobei der Neubeginn des Fliessens vermieden wird, der bei Anwendung der Ausführungsform der Erfindung stattfindet, die in den Abbildungen 4-8 dargestellt ist.

Abb. 11 zeigt eine Vorrichtung zum wiederholten Ziehen des früher gebildeten Elements. In der Abbildung, die nur einen Teil der Vorrichtung erkennen lässt, findet man einen Pressdorn 40, einen Gegenhaltering 41, einen Ziehring 42 und einen Wandteil 18 beim Element, wobei sich der Wandteil im Umformen befindet. Weiterhin erkennt man den Boden 11" beim Körper 13 des Elements. Der Ziehring 42 ist mit einer Kalibriervorrichtung 43 ausgeführt, die die Dicke des erneut gezogenen Werkstoffes in Wandteil 18 bestimmt.

In Abb. 12 erkennt man einen mit der Pressvorrichtung 20a gem. Abb. 9 geformten Elementkörper 50, bei dem der Randteil des Elements aus dem Körper hergestellt ist. In Abb. 13 wurde der Umformvorgang des Körpers 50 mit Hilfe einer Vorrichtung gem. Abb. 11 eingeleitet. Der Umformvorgang ist so weit fortgeschritten, dass ein aus einem in der Hauptsache zylindrischen grösseren Teil mit einem dem Durchmesser des Körpers 50 übereinstimmenden Durchmesser und einem kürzeren Teil 59 von geringerem Durchmesser bestehender Körper 51 entstanden ist. In Abb. 14 ist der Umformvorgang abgeschlossen, wobei ein in der Hauptsache zylindrischer Körper 52 mit gleichem Durchmesser wie beim kürzeren Teil in Abb. 13 entstanden ist.

Abb. 15 zeigt einen Körper 53, dessen kürzerer Teil 59 zwecks weiterer Verminderung des Durchmessers beim kürzeren Teil 59' mit Hilfe einer Vorrichtung gem. Abb. 11 umgeformt worden ist. Zwischen dem kürzeren zylindrischen Teil 59' und dem grösseren Teil des Körpers 53 findet man einen Übergang 58.

In Abb. 16 erkennt man einen aus einem Körper 53 gem. Abb. 15 hergestellten flaschenähnlichen Behälter 70. Der Bodenteil des kürzeren Teiles 59' wurde abgetrennt und durch einen Verschluss 55, z. B. eine Kapsel, ersetzt. Die beim Abtrennen des Bodenteils entstandenen Mündungskanten wurden ausgeweitet und umgebördelt, wonach der Werkstoff in den umgebördelten Werkstoffgebieten durch die Erwärmung des Werkstoffes bis zur Kristallisationstemperatur vorzugsweise eine erhöhte Kristallinität angenommen hat. Auf diese Weise erhält die Mündungskante eine erhöhte Festigkeit, so dass sie sich gut für ein Verschliessen des Behälters, z.B, durch eine Kapsel oder einen Kronenkorken, eignet. Der bereits genannte Übergang zwischen dem kürzeren Teil und dem grösseren Teil des Körpers bildet nun eine Flaschenbrust 58'. Die Abbildung lässt auch erkennen, wie ein Deckelspiegel 56 nach Befüllen des Behälters am anderen

Ende des Behälters 70 fixiert wird. Durch das Ausweiten, Umbördeln und Erwärmen des Werkstoffes erhält man auch hier Werkstoffabschnitte, die z.B. zum Zusammenfalzen mit dem Deckelspiegel zwecks Verschliessen des Behälters geeignet sind.

Abb. 17—19 zeigt Gegenstücke zu Abb. 12-14. Die Abbildungen lassen erkennen, wie ein aus dem Körper 11' gem. Abb. 7 geformter Elementkörper bei gleichzeitiger Verminderung des Durchmessers des Körpers eine axiale Verlängerung erhält und einen in der Hauptsache völlig zylindrischen Körper 61 bildet, dessen Bodenteil aus einem Werkstoffabschnitt 62 aus hauptsächlich amorphem Werkstoff besteht. Während des Umformvorgangs ergibt sich eine Zwischenform des Körpers, die in Abb. 18 mit 60 bezeichnet ist.

In der Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Körper gebildet wird, der ein amorphes Bodengebiet umfasst, erhält man ein Werkstoffgebiet, das sich als Befestigungswerkstoff zum Anschweissen hinzukommender Teile für den Körper eignet. Durch eine Kristallinisierung des Werkstoffes erhält man ein äusserst formbeständiges Gebiet, wodurch sich die Möglichkeit bietet, den Behälter zur Aufbewahrung von Flüssigkeiten unter Druck, z.B. kohlensäureversetzten Getränken, zu verwenden, ohne dass die Gefahr einer Verformung des Bodenteils vorliegt. Der Gedanke der Erfindung umfasst auch das Ersetzen der dargestellten, ebenen Ausführungsform des Bodenteils durch eine konvexe oder konkave Fläche, je nach den besonderen Wünschen, die entsprechend den einzelnen Anwendungsfällen vorliegen.

Obige Beschreibung stellt lediglich Beispiele für die Anwendung der Erfindung dar. Die Erfindung erlaubt natürlich, dass eine Anzahl von Kombinationen von Ziehvorgängen stattfindet, wobei sich auch abwechselnd Gebiete mit gezogenem und ungezogenem Werkstoff bilden. Der Körper besteht beispielsweise aus Wandteilen mit Absätzen, die ungezogenen Werkstoff enthalten, während der Bodenteil aus Abschnitten besteht, z.B. ringförmigen, die ungezogenen Werkstoff enthalten, und die im Verhältnis zur unteren Kante des Wandteils in Axialrichtung des Körpers versetzt sind.

Der Gedanke der Erfindung umspannt viele wahlweise Ausführungsformen. Gemäss einer solchen erfolgt das Ziehen des Körpers des Elements durch eine Anzahl aufeinanderfolgender Ziehvorgänge, wobei für jeden Zieh vorgang die Anliegefläche der Pressvorrichtung abnimmt. Hierdurch wird erreicht, dass, insbesondere wenn sich die Pressvorrichtung in Richtung zur Anliegefläche hin verjüngt, die Breite des Werkstoffgebietes 15 darauf abgestimmt wird, wie weit der Ziehvorgang fortgeschritten ist.

6

5

10

15

20

25

30

35

40

45

S

7 Blatt Zeichnungen

Claims

649 250

2

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Artikels aus thermoplastischem Kunststoff, z.B. eines Behälters oder eines Teiles eines Behälters, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Hauptsache ebener Rohling (14) mit einer Kristallinität von weniger als 10% zwischen Einspannvorrichtungen (30) zur Bildung eines oder mehrerer, von geschlossenen, bandförmigen, eingespannten Werkstoffabschnitten (16) völlig umgebener Gebiete (15), eingespannt wird, dass gegen jedes Gebiet (15) eine Pressvorrichtung (20) angesetzt wird, deren Anliegefläche (21) gegen das Gebiet (15) kleiner ist als das gesamte Gebiet (15), wodurch sich ein geschlossenes, streifenähnliches Werkstoffgebiet (17) zwischen den eingespannten Werkstoffabschnitten (16) und dem gegen die Pressvorrichtung (20) anliegenden Teil des Gebietes (15) bildet, dass die Pressvorrichtung (20) mittels Antriebsvorrichtungen im Verhältnis zu den Einspannvorrichtungen (30) bei fortlaufendem Anliegen gegen das Gebiet (15) verschoben wird, wodurch der Werkstoff im streifenähnlichen Werkstoffgebiet (17) durch Ziehen so weit gereckt wird, dass ein Fliessen im Werkstoff und eine dadurch bedingte Orientierung des Werkstoffes stattfinden, wobei sich ein Element (10) bildet, das aus einem Randteil (12) aus Werkstoff von den eingespannten Werkstoffabschnitten (16) und einem im Verhältnis zum Randteil versenkt liegenden Körper (13) besteht, wobei genannter Körper (13) Abschnitte aus Werkstoff aufweist, die bis zum Fliessen gezogen sind und aus dem geschlossenen streifenähnlichen Gebiet (17) stammen, wobei die Kristallinität dieses Werkstoffes zwischen 10 und 25% liegt, während die Kristallinität des Werkstoffes im Randteil und in den ungezogenen Teilen des Körpers ihren früheren Wert von weniger als 10% beibehält, dass der Körper (13) vom Randteil (12) abgetrennt wird, dass der Körper (13)

oder Teile dessen durch wiederholte Ziehvorgänge in Axialrichtung verlängert wird und eine verminderte Ausbreitung rechtwinklig hierzu bei im grossen ganzen unveränderter Dicke des gezogenen Werkstoffes erhält.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ziehvorgang für das Fliessen des Werkstoffes so weit fortsetzt, bis praktisch der gesamte Werkstoff im Werkstoffgebiet (15) ein Fliessen durchgemacht hat, wodurch praktisch der gesamte Werkstoff im Körper (13) aus Werkstoff besteht, der den Fliessvorgang durchgemacht hat.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anliegefläche der Pressvorrichtung (20) kleiner ist als die Oberfläche beim Gebiet (15), das völlig von den geschlossenen, bandförmigen, eingespannten Werkstoffabschnitten (16) umgeben ist, um ein Beginnen des Fliessens des Werkstoffes bei der Pressvorrichtung zu bewirken.
4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der eingespannten Werkstoffabschnitte (16) so gewählt wird, dass das Fliessen des Werkstoffes beim Ziehen bis in die genannten Abschnitte hineinreicht.
5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff unmittelbar vor dem Ziehvorgang eine Temperatur hat, die unter der Glasumwandlungstemperatur Tg liegt, und dabei vorzugsweise der Raumtemperatur entspricht.
6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff im Gebiet des Fliessens zumindest während des Ziehvorganges einer beschleunigten Kühlung ausgesetzt wird.
7. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ziehen des Werkstoffes die Gebiete, in denen das Material fliesst, gegen in der Pressvorrichtung (20a) angeordnete Kühlvorrichtungen (22,23) anliegen.
8. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff aus Polyester oder Polyamid besteht, z. B. Polyäthylen-terephthalat, Polyhexamethylen-Adipamid, Polycaprolac-tam, Polyhexamethylen-Sebacamid, Polyäthylen-2,6- und 1,5-Naphthalat, Polytetramethylen-l,2-Dioxybensoat und Copolymeren aus Äthylenterephthalat, Äthylenisophthalat oder anderen ähnlichen polymerischen Kunststoffen.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (14) aus Polyäthylenterephthalat ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallinität des Rohlings (14) kleiner als 5% ist.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Körper (13) Abschnitte aus einem Werkstoff aufweist, dessen Kristallinität zwischen 12 und 20% liegt.
12. Behälter, hergestellt nach einem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1-11, bestehend aus einem Mündungsteil einschliesslich einer Mündungskante, einem Behälterteil, einem Übergang zwischen Mündungsteil und Behälterteil sowie einem Bodenteil einschliesslich einem Übergang zwischen Behälterteil und Bodenteil, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hauptsache sämtlicher Werkstoff orientiert ist und eine Kristallinität aufweist, die höchstens 60% beträgt.
13. Behälter, hergestellt nach einem Verfahren gemäss Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3-11, bestehend aus einem Mündungsteil einschliesslich einer Mündungskante, einem Behälterteil, einem Übergang zwischen Mündungsteil und Behälterteil sowie einem Bodenteil einschliesslich einem Übergang zwischen Bodenteil und Behälterteil, dadurch gekennzeichnet, dass sämtlicher Werkstoff im Mündungsteil, Übergang zwischen Mündungsteil und Behälterteil, Behälterteil orientiert ist und eine Kristallinität von höchstens 60% aufweist, während man im Boden unorientierte Werkstoffabschnitte mit einer Dicke vorfindet, die in der Hauptsache mit der Dicke des Rohlings übereinstimmt.
14. Behälter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallinität zwischen 10 und 40% liegt.