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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Behältnis mit einem hohlzylinderförmigen Halsabschnitt mit Außengewinde zur Aufnahme eines Verschlussdeckels. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein mehrteiliges Formwerkzeug zur Herstellung eines solchen Behältnisses.
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Solche Behältnisse werden häufig mit dem Spritzgießverfahren hergestellt. Beim Spritzgießen wird der Werkstoff plastifiziert und dann unter hohem Druck in ein Spritzgießformwerkzeug eingespritzt. Der Werkstoff verbleibt im Werkzeug bis er in einen festen, entformbaren Zustand übergeht. Das Formwerkzeug bildet hierzu einen im Wesentlichen geschlossenen Raum aus, dessen Kontur der vorgesehenen Außenkontur des zu fertigenden Gussteiles entspricht.
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Bei der Herstellung von PET-Flaschen werden zunächst mittels Spritzgießen entsprechende Hohlkörperformlinge hergestellt, die erst in einem weiteren Verfahrensschritt in die endgültige Flaschenform aufgeblasen werden. Die mittels Spritzgießen hergestellten Hohlkörperformlinge für PET-Flaschen werden auch als Vorformlinge oder Preforms bezeichnet. Auch diese Hohlkörperformlinge sind Behältnisse im Sinne der vorliegenden Erfindung. Der im Spritzgießwerkzeug zu fertigende Vorformling weist im Bereich des späteren Flaschenhalses einen Halsabschnitt mit einem Außengewinde sowie in der Regel einen Halsring auf. Sowohl das Gewinde als auch der Halsring bilden im formgebenden Werkzeug Hinterschneidungen, so dass das Spritzgießformwerkzeug zumindest im Halsbereich mehrteilig ausgestaltet sein muss, um eine Entformung des Vorformlings zu ermöglichen. Das die Außenkontur des Flaschengewindes sowie des Halsrings bildende Spritzgießwerkzeugteil ist im Allgemeinen zweiteilig ausgeführt, wobei jedes der zwei Teile als Halsbacke bezeichnet wird und jeder Teil einen 180º-Umfangsabschnitt des Gewindes darstellt.
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Allerdings lässt sich durch die zweiteilige Halsbackenlösung eine geringfügige Hinterschneidung in Entformungsrichtung, d.h. in Öffnungsrichtung der zweiteiligen Halsbacken, aufgrund der Gewindesteigung nicht vermeiden.
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Dies führt bei der Entformung zwangsläufig dazu, dass Teile der Halsbacke beim Entformen mit den Gewindestegen in Kontakt treten können und diese in nicht gewünschter Art und Weise beeinträchtigen oder beschädigen können.
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Um dieses Problem zu reduzieren, ist es bereits üblich, die Entformung stufenweise, d. h. mit mehreren Schritten durchzuführen.
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In letzter Zeit werden statt dem bislang üblichen PCO 1810-Gewinde immer häufiger PCO 1881-Gewinde eingesetzt, da diese aufgrund ihrer kleineren Bauart eine Gewichtseinsparung ermöglichen. So ist ein PET-Vorformling mit PCO 1881-Gewinde etwa 1,4 g leichter als ein PET-Vorformling mit einem PCO 1810-Gewinde.
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Allerdings ist der Hinterschnitt bei den PCO 1881-Gewinden, der sich durch die wendelartige Form der Gewindestege ergibt, noch stärker ausgeprägt, so dass die Entformung erschwert wird. Allgemein gilt, dass der Hinterschnitt umso größer ist, je größer die Steigung des Gewindes ist.
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Darüber hinaus sind auch die Halsbacken des Formwerkzeuges zur Herstellung dieser Gewinde schwerer herzustellen, da die entsprechenden, in die Halsbacke einzubringenden Nuten ebenfalls einen Hinterschnitt aufweisen, so dass beispielsweise Erosionsverfahren mit Hinterschnitt eingesetzt werden müssen, um diese Halsbacken herstellen zu können.
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Sowohl das PCO 1810-Gewinde als auch das PCO 1881-Gewinde werden häufig mit vier Entgasungskanälen hergestellt, d. h. die sich wendelförmig um den Hals erstreckenden Gewindestege weisen Ausnehmungen auf. Diese Entgasungskanäle werden benötigt, wenn in dem fertigen endgültigen Behältnis kohlensäurehaltige Flüssigkeiten aufbewahrt werden sollen. Beim Öffnen des Verschlussdeckels kann dann sich über dem Flüssigkeitsspiegel gebildetes Gas, welches unter hohem Druck steht, bereits vor dem vollständigen Lösen der Verschlusskappe von dem Gewinde durch die Entgasungskanäle entweichen.
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Diese Entgasungskanäle werden derart ausgebildet, dass die sich an die Ausnehmungen anschließenden Flankenflächen der Gewindestege einen Öffnungswinkel von 58 bis 60º bilden. Dabei sind die Ausnehmungen derart angeordnet, dass alle in Richtung der Gewindeachse liegenden Gewindestege miteinander fluchtende Ausnehmungen haben. Dadurch wird ein Entgasungskanal gebildet, der bei den bekannten PCO-Gewinden eine Breite von etwa 1,82 mm hat, wobei sich der Kanal in radialer Richtung nach außen aufgrund des Öffnungswinkels der Flankenflächen erweitert. Das Vorsehen von vier Entgasungskanälen mit Öffnungswinkeln von ca. 58° hat sich grundsätzlich bewährt. Dennoch kann es bei mit kohlensäurehaltigen Flüssigkeiten gefüllten Behältnissen beim Öffnen der Flasche zu einem abrupten Entweichen des sich über dem Flüssigkeitsspiegel gebildeten Gases kommen, wodurch häufig auch flüssige Bestandteile ungewollt entweichen.
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In dieser Anmeldung beziehen sich die Angaben „in radialer Richtung“ oder „axialer Richtung“ auf die Gewindeachse bzw. die Achse des hohlzylinderförmigen Teils.
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Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Behältnis der eingangs genannten Art anzugeben, welches die Gefahr des abrupten Entweichens zumindest in manchen Fällen reduziert und aus zwei oder mehrteiligen Halsbacken entformt werden kann, wobei das Problem des Hinterschnittes zumindest reduziert wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der sich wendelartig um den Halsabschnitt erstreckende Gewindesteg zumindest eine Ausnehmung oder eine Unterbrechung aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass der Gewindesteg an seinen der Ausnehmung oder der Unterbrechung zugewandten Seiten zwei die Ausnehmung oder die Unterbrechung begrenzenden Flankenflächen hat, wobei die erste und die zweite Flankenfläche einen Öffnungswinkel einschließen, der größer als 120° ist.
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Bei den eingangs beschriebenen PCO Gewinden sind die Gewindestege im Bereich der vier Entgasungskanäle unterbrochen, d. h. der hohlzylinderförmige Halsabschnitt weist in diesem Bereich keinen Gewindesteg auf.
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Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen großen Öffnungswinkel erhöht sich, wenn die Breite und Höhe des Entgasungskanals konstant gehalten wird, der Kanalquerschnitt. In der Regel ist jedoch kein größerer Kanalquerschnitt notwendig, so dass aufgrund der erfindungsgemäß groß ausgebildeten Öffnungswinkel entweder die Kanalbreite oder die Kanalhöhe reduziert werden kann. Im letzteren Fall bedeutet dies, dass im Bereich der Entgasungskanäle der Gewindesteg nicht vollständig entfernt wird, sondern nur in diesem Bereich in radialer Richtung in seiner Höhe reduziert wird, so dass der Gewindesteg kein Unterbrechung, sondern nur eine Ausnehmung aufweist.
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Unabhängig davon, ob die Gewindestege unterbrochen sind oder lediglich eine Ausnehmung aufweisen, werden durch die Ausnehmung oder Unterbrechung am Gewindesteg Flankenflächen gebildet, die die Ausnehmung oder Unterbrechung begrenzen. Diese Flankenflächen weisen bei den bekannten PCO Gewinden einen Öffnungswinkel von nur 58º auf. Durch die erfindungsgemäß großen Öffnungswinkel kann in der Regel die Anzahl der Entgasungskanäle reduziert werden. Üblicherweise sind nur zwei, in manchen Fällen sogar nur ein Entgasungskanal notwendig.
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Der große Öffnungswinkel hat zudem den Vorteil, dass das Problem der Hinterschneidung beim Entformen verringert wird. Hierzu werden die zur Herstellung des Gewindes notwendige Halsbacken derart ausgebildet, dass sich der Entgasungskanal an der Trennebene der beiden Halsbacken befindet, so dass die eine Flankenfläche von der einen Halsbacke und die andere Flankenfläche von der anderen Halsbacke gebildet wird. Der Bereich, in dem es zu unerwünschten Berührungen kommen kann, ist durch den großen Öffnungswinkel reduziert worden.
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Der Hinterschnitt kann sogar vollständig beseitigt werden, wenn der Öffnungswinkel etwa 180º oder mehr beträgt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Öffnungswinkel kleiner als 200º und zwar am besten sogar kleiner als 185º. Es hat sich gezeigt, dass Werte zwischen 178º und 183º und am besten exakt 181º die besten Ergebnisse erzielen.
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Grundsätzlich führt ein Öffnungswinkel von kleiner als 180º wieder zu einem geringen Hinterschnitt, so dass das eingangs genannte Problem wieder auftritt. Bei nur geringfügigen kleineren Winkeln als 180º ist dieses Problem jedoch aufgrund der Elastizität der im Spritzgießverfahren herzustellenden Produkte vernachlässigbar, so dass der erfindungsgemäße Effekt auch bei Öffnungswinkeln erreicht wird, die etwas kleiner als 180º sind. Selbstverständlich können auch deutlich größere Öffnungswinkel als 180º verwendet werden. Dabei ist jedoch zu beachten, dass je größer der Öffnungswinkel gewählt wird, umso breiter der Entgasungskanal wird und umso stärker der Gewindesteg geschwächt wird. Je nach verwendetem Material und eingesetzter Gewindegeometrie kann ein zu großer Öffnungswinkel die Stabilität der Gewindestege und damit die zuverlässige Verschließfunktion des Gewindes beeinträchtigen. Bei einem Öffnungswinkel von 181 Grad ist der gesamte Gewindekopf lediglich um 0,05 Gramm leichter als bei dem bekannten PCO 1881 Gewinde. Die Stabilität des Gewindes wird daher bei diesem Öffnungswinkel nicht beeinträchtigt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Gewindesteg mindestens zwei Ausnehmungen oder Unterbrechungen auf, wobei die mindestens zwei Ausnehmungen oder Unterbrechungen in Richtung der Gewindeachse miteinander fluchten, so dass die ersten Flankenflächen der ersten und der mindestens einen weiteren Ausnehmung oder Unterbrechung in einer Ebene liegen und die zweiten Flankenflächen der ersten und der mindestens einen weiteren Ausnehmung oder Unterbrechung in einer Ebene liegen. Mit anderen Worten weist der Gewindesteg, wenn er sich um mehr als 360º um den Halsabschnitt wendelt mehrere in Richtung der Gewindeachse beabstandete Ausnehmungen oder Unterbrechungen auf, die dann allesamt für eine hinterschnittsfreie Entformung der Gewindestege sorgen.
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Grundsätzlich wird bereits durch das Vorsehen einer einzigen Ausnehmung oder Unterbrechung des Gewindestegs der erfindungsgemäße Effekt zumindest teilweise erreicht. Wenn der Gewindesteg sich jedoch um mehr als 360° um das hohlzylindrische Element wendelt, ist es von Vorteil, wenn der Gewindesteg an allen in axialer Richtung von der Ausnehmung oder Unterbrechung liegenden Positionen weitere Ausnehmungen oder Unterbrechungen aufweist, so dass sich in axialer Richtung ein durchgängiger Entgasungskanal bildet.
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Es gibt auch mehrgängige Gewindegänge, bei denen sich mehr als ein Gewindesteg wendelartig um den Halsabschnitt erstreckt. In diesem Fall sollten alle Gewindestege zumindest eine Ausnehmung oder Unterbrechung aufweisen und die Ausnehmung oder Unterbrechung in axialer Richtung miteinander fluchten. Nur dann wird ein im Gewindeachsenrichtung verlaufender Entgasungskanal gebildet, der dann zugleich aufgrund seiner speziellen Form für eine einfache Entformung sorgt.
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Auch wenn bereits ein einziger erfindungsgemäß ausgebildeter Entgasungskanal für eine Vereinfachung der Entformung sorgt, so ist es in einer bevorzugten Ausführungsform dennoch vorgesehen, dass der zumindest eine Gewindesteg eine zweite Ausnehmung oder Unterbrechung aufweist, die diametral gegenüber der ersten Ausnehmung oder Unterbrechung angeordnet ist. In gleicher Weise ist es von Vorteil, wenn die Gewindestege zwei Gruppen von den in axialer Richtung miteinander fluchtenden Ausnehmungen oder Unterbrechungen aufweisen, wobei die Gruppen diametral zueinander angeordnet sind.
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Mit anderen Worten werden zwei erfindungsgemäß ausgebildete Entgasungskanäle, welche durch Ausnehmungen oder Unterbrechungen mit den angegeben Öffnungswinkeln gebildet werden, auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Hierdurch ist gewährleistet, dass ohne die Gefahr, dass beim Entformen die Halsbacke einen Gewindesteg berührt, in einem Schritt entformt werden kann. Zudem lassen sich die entsprechenden Halsbacken zur Herstellung dieses Gewindes deutlich einfacher fertigen, da diese keinerlei Hinterschnitt mehr haben.
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Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein mehrteiliges Formwerkzeug für das Spritzgießen zur Herstellung eines Behältnisses mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Entgasungskanal. Erfindungsgemäß weist das Formwerkzeug zwei Halsbacken auf, deren Innenkonturen zu der Außenkontur des Halsabschnittes des herzustellenden Behältnisses korrespondieren, wobei die Halsbacken derart ausgebildet sind, dass die erste Halsbacke eine zu der ersten Flankenfläche der Ausnehmung oder Unterbrechung korrespondierende Fläche aufweist und die zweite Halsbacke eine zu der zweiten Flankenfläche der Ausnehmung oder Unterbrechung korrespondierende Fläche aufweist.
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Am besten sind die zu den Flankenflächen korrespondierenden Flächen der beiden Halsbacken in Entformungsrichtung angeordnet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie der zugehörigen Figuren. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Halsabschnittes mit einem Außengewinde gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine Teilschnittansicht durch das Gewindeprofil der in 1 gezeigten Ausführungsform des Standes der Technik,
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3 eine perspektivische Ansicht eines Halsabschnittes mit erfindungsgemäßem Gewinde,
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4 eine Querschnittsansicht durch den Halsabschnitt der Ausführungsform von 3,
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5 eine Querschnittsansicht durch den Halsabschnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
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6a und 6b eine Draufsicht von oben sowie eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung und
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7a und 7b eine Draufsicht und eine perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 ist in perspektivischer Ansicht ein Halsabschnitt 1 gezeigt mit einem Gewinde, das im Wesentlichen dem bekannten PCO 1881-Gewinde entspricht. Der Halsabschnitt 1 weist ein hohlzylinderförmiges Element 2 auf, an dessen Außenseite sich ein umlaufender Haltering 5 sowie zwei wendelförmig um das hohlzylinderförmige Element 2 verlaufenden Gewindestege 3, 3’, 3’’, 4, 4’, 4’’ befinden. Der erste Gewindesteg 3, 3’, 3’’ verläuft im Wesentlichen parallel zu dem zweiten Gewindesteg 4, 4’, 4’’. Zu erkennen sind zwei Entgasungskanäle, von denen einer mit der Bezugszahl 6 bezeichnet ist. Diese Entgasungskanäle unterbrechen die Gewindestege, um einen im Wesentlichen in Richtung der Gewindeachse, d.h. axial verlaufenden Entgasungskanal zu bilden. Diese Kanäle 6 unterteilen den ersten Gewindesteg in die Gewindestegabschnitte 3, 3’ und 3’’ und unterteilen den zweiten Gewindesteg in die Gewindestegabschnitte 4, 4’ und 4’’. Durch den Entgasungskanal 6 bilden sich an den Gewindestegabschnitten 3 und 3’ entsprechende, dem Entgasungskanal zugewandte Flankenflächen 7, 8 aus. In gleicher Weise bilden sich an dem Entgasungskanal 6 zugewandten Seiten an den Gewindestegabschnitten 4 und 4’ Flankenflächen 9, 10 aus. Die Flankenfläche 7 und 8 sowie 9 und 10 weisen bei den bekannten Gewinden einen Öffnungswinkel von 58º auf. Dabei ist der Öffnungswinkel der Winkel, den eine Ebene, in der die eine Flankenfläche liegt, mit einer Ebene, in der die andere Flankenfläche liegt, einschließt.
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In 2 ist eine Teilquerschnittansicht durch das Gewindeprofil der 1 gezeigt. Man erkennt, dass aufgrund der spiralförmigen Wendelung sich ein minimaler Hinterschnitt ergibt, der in der Figur mit der Bezugszahl 11 gekennzeichnet ist. Bei dem PCO1881-Gewinde beträgt die Größe des Hinterschnittes lediglich 0,039 mm. Allerdings findet sich der Hinterschnitt an jedem Gewindegang und auf beiden Seiten des Gewindes. Trotz des sehr geringen Wertes führt dies jedoch dazu, dass beim Entformen die in den Halsbacken ausgebildeten Gewindegänge mit den Gewindestegen zusammenstoßen. Dadurch kann es zu einer Rotation des Behälters (erzeugt durch die Zwangsentformung des Hinterschnitts) und einem anschließenden Anecken der Gewindeflanken an den Stahlkanten des Halsrings kommen. Dies wird auch als „Key-Pull“ bezeichnet.
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In 3 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsrom in perspektivischer Darstellung gezeigt. Auch hier ist lediglich der Halsabschnitt 31 dargestellt, wobei sich versteht, dass der Rest des Behältnisses sich nach unten hin anschließt, jedoch zur Vereinfachung der Beschreibung nicht gezeigt ist. Der Halsabschnitt 31 besteht ebenfalls aus einem hohlzylinderförmigen Abschnitt 32, den ein Halteabschnitt 35 umgibt. Auch dieses Gewinde ist mit zwei Gewindestegen 33, 33’ sowie 34, 34’ versehen. Der Entgasungskanal 36 ist hier jedoch deutlich größer ausgeführt. Die Vergrößerung des Entgasungskanals erfolgt jedoch lediglich dadurch, dass die sich durch den Entgasungskanal 36 bildenden Flankenflächen 37, 38 des ersten Gewindesteges 33, 33’ sowie die Flankenflächen 39, 40 des zweiten Gewindesteges 34, 34’ mit einem Öffnungswinkel von 180º ausgebildet sind. Um ein einfaches Entformen zu gewährleisten, wird die korrespondierende Halsbacke derart ausgebildet, dass die Trennlinie der beiden Halsbacken im Bereich des Entgasungskanals 36 zu liegen kommt, so dass die Entformung parallel zu den Flankenflächen 37–40 erfolgen kann.
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In 4 ist eine Querschnittsansicht des Halsabschnittes 31 dargestellt. Man erkennt hier deutlich, dass die beiden Flankenflächen 37, 38, die sich an die Ausnehmung oder Unterbrechung anschließen, einen Öffnungswinkel α von 180° aufweisen.
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In 5 ist eine zur 4 korrespondierende Ansicht einer alternativen Ausführungsform gezeigt. Hier beträgt der Öffnungswinkel α, der von den Flankenflächen 37 und 38 eingeschlossen wird, 200°.
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In den 6a und 6b ist eine Draufsicht von oben auf ein erfindungsgemäßes Gewinde sowie eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Ausnehmung hat hier eine Tiefe, die größer ist als die Höhe des Gewindesteges, sodass die Ausnehmung sich bis in den Gewindegrund fortsetzt.
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In den 7a und 7b ist eine Draufsicht von oben sowie eine perspektivische Ansicht auf eine vierte Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Man erkennt, dass hier die durch die Flankenflächen 37 und 38 begrenzte Ausnehmung sich nicht bis zum Nutgrund erstreckt.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Entgasungskanals wie dessen Anordnung im Formwerkzeug kann das Formwerkzeug wesentlich einfacher hergestellt werden. Zudem kann der Entformungsvorgang vereinfacht werden, da keine Rücksicht mehr auf die minimale Hinterschneidung genommen werden muss, wie sie im Stand der Technik bekannt sind. Außerdem werden Gewindebeschädigungen beim Entformen durch den Wegfall von Hinterschnitten reduziert oder sogar ausgeschlossen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Halsabschnitt
- 2
- hohlzylinderförmiges Element
- 3, 3’, 3’’
- Gewindesteg
- 4, 4’, 4’’
- Gewindesteg
- 5
- Haltering
- 6
- Entgasungskanal
- 9, 10
- Flankenflächen
- 11
- Hinterschnitt
- 31
- Halsabschnitt
- 33, 33’
- Gewindesteg
- 34, 34’
- Gewindesteg
- 35
- Halteabschnitt
- 36
- Entgasungskanal
- 37, 38
- Flankenflächen
- 39, 40
- Flankenflächen
- α
- Öffnungswinkel
