DE19545024A1 - Verfahren zur Herstellung von Behältern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Behältern, bei dem ein erwärmter Vorformling aus einem thermoplastischen Material gereckt und mit Hilfe eines unter Druck stehenden Gases aufgeblasen wird und bei dem der Aufblasvorgang in eine Vorblasphase mit einem Gas eines niedrigeren Druckniveaus und in eine sich anschließende Hauptblasphase mit einem Gas eines höheren Druckniveaus unterteilt wird.

Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise in der DE-OS 43 40 291 beschrieben. Möglichkeiten zur Steue­ rung der unterschiedlichen Drücke werden in der DE-OS 41 13 874 angegeben. Eine Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens wird in der DE-OS 42 12 583 be­ schrieben.

Bei derartigen Verfahren und derartigen Vorrichtungen können in Abhängigkeit von den jeweiligen Anwendungsan­ forderungen unterschiedlich gestaltete Vorformlinge zu Behältern und insbesondere zu Flaschen umgeformt wer­ den. Die Konturgebung der Behälter kann in sehr weiten Grenzen variiert werden.

Ein Vorformling mit einer stufenförmig veränderten Wanddicke ist aus der EP-OS 0 379 264 bekannt. Hier verläuft die äußere Begrenzung der Vorformlingswandung im wesentlichen parallel zu einer Längsachse und die Innenwandung ist in einem dem Boden zugewandten Bereich stufenförmig verdickt. Ein Vorformling mit im wesentli­ chen gleichmäßiger Wanddicke in Richtung seiner Längs­ erstreckung wird in der DE-OS 40 33 531 beschrieben. Eine spezielle Variante zur Beheizung eines Vorform­ lings mit näherungsweise gleichmäßiger Wandstärke wird in der DE-OS 42 23 933 beschrieben.

Behälter, die aus derartigen Vorformlingen gefertigt werden, können unterschiedliche Eigenschaften und Ver­ wendungen haben. Bekannt sind sowohl Einwegbehälter als auch wiederbefüllbare Behälter. Darüber hinaus sind Behälter bekannt, die auch erhöhten Temperaturen bei einer Abfüllung beziehungsweise bei der Durchführung von Waschvorgängen widerstehen.

Die Formung eines derartigen Behälters kann beispiels­ weise so erfolgen, daß zunächst ein Vorformling aus Polyäthylenterephthalat (PET) im Spritzgußverfahren hergestellt wird, nach einer Zwischenlagerung der Vorformling erhitzt und anschließend der Blasstation zugeführt wird. Es ist aber auch bekannt, Behälter nach dem Spritz-Blas-Verfahren herzustellen, bei dem ohne Zwischenschaltung einer Erwärmung der Vorformling un­ mittelbar nach seiner Produktion und nach Erreichen einer ausreichenden Stabilität der Blasstation zuge­ führt wird. Schließlich ist es auch bekannt, Vorform­ linge aus Rohrabschnitten herzustellen, die im Bereich ihres einen Endes verschlossen und im Bereich ihres anderen Endes mit einem geeigneten Mündungsstück verse­ hen werden.

Gemeinsam ist allen Verfahren, daß der Vorformling eine wesentlich kleinere Gestalt aufweist, als der herzu­ stellende Behälter. Der Vorformling wird deshalb inner­ halb der Blasstation mit Druckluft beaufschlagt, um ihn zum herzustellenden Behälter umzuformen. Bei diesem Aufblasvorgang erfolgt zusätzlich zur Verringerung der Wandstärke durch die Oberflächenvergrößerung eine Orientierung des Materials. Dies führt dazu, daß die dünne Wandung des Behälters eine sehr hohe Formstabi­ lität aufweist, die den Behälter für eine Vielzahl von Verwendungen geeignet macht.

Zur Durchführung des Blasvorganges sind unterschiedli­ che Verfahren bekannt. Zum einen ist es möglich, einen einheitlichen Blasdruck zu verwenden, der in den aufzu­ blasenden Vorformling eingeleitet und nach einer aus­ reichenden Ausformung aus dem fertiggestellten Behälter gegen einen Umgebungsdruck abgelassen wird. Es ist ebenfalls bereits bekannt, zunächst eine Voraufweitung des Vorformlings, die diesen bereits relativ weit an die Form des herzustellenden Behälters annähert, mit einem geringeren Druck zuzuführen, und erst die Ausprä­ gung der feineren Kontur des Behälters mit einem höhe­ ren Druck vorzunehmen. Auch bei diesem Verfahren wird nach der Fertigung des Behälters die Blasluft gegen einen Umgebungsdruck entlüftet.

Die bislang bekannten Gestaltungen von Vorformlingen können nicht alle Anforderungen erfüllen, die an eine Materialverteilung im fertig hergestellten Behälter gestellt werden. Durch die Geometrie und die Temperie­ rung des Vorformlings wird wesentlich auf die Material­ verteilung im geblasenen Behälter Einfluß genommen. Angestrebt werden aus Kostengründen möglichst geringe Wanddicken, die aufgrund einer sehr hohen bidirek­ tionalen Orientierung aber trotzdem eine hohe Festig­ keit aufweisen. Darüber hinaus wird eine gleichmäßige Wandstärke im Bereich der Seitenwandung des Behälters angestrebt und es ist das Ziel, im Bereich des Bodens des Behälters möglichst wenig nichtorientiertes Mate­ rial zu belassen. Nichtorientiertes Material, das im amorphen Zustand belassen wird, neigt zur Rißanfällig­ keit und beeinträchtigt damit die Beständigkeit des Behälters.

Vom technischen Standpunkt nicht erforderliches Mate­ rial im Bereich des Bodens hat durch den erforderlichen Materialeinsatz zusätzliche Kosten zur Folge, die bei hohen Produktionszahlen zu erheblichen Summen führen. Andererseits muß aber in dem Bereich des Bodens des Vorformlings, aus dem gegebenenfalls ein Standring oder Füßchen des geblasenen Behälters gefertigt werden, genug Material vorhanden sein, um bedingt durch die maximal realisierbare Verstreckung die vorgegebene Kon­ tur auszuprägen.

Die bekannten Verfahrensabläufe zur Temperierung des Vorformlings und zur Durchführung des Aufblas- und Orientierungsprozesses können insbesondere bei der Her­ stellung von kleinen Flaschen noch nicht alle Anforde­ rungen erfüllen, die bezüglich einer langandauernden Lagerfähigkeit für in die Behälter abgefüllte Getränke gestellt werden. Bei kleineren Flaschen liegt ein rela­ tiv ungünstiges Verhältnis von Oberflächengröße zu In­ nenvolumen vor. Dies führt aufgrund der Materialeigenschaften von vielen thermoplastischen Kunststoffen dazu, daß beispielsweise bei kohlendioxid­ haltigen Getränken Kohlendioxid austritt oder Sauer­ stoff von der Flüssigkeit aufgenommen werden kann. Ebenfalls können Durchlaßeigenschaften für andere Stoffe, beispielsweise für Aromastoffe, vorliegen.

Bekannte Verfahren zur Verbesserung der Barriereeigen­ schaften verwenden beispielsweise mehrschichtige Vorformlinge, bei denen eine oder mehrere der Schichten spezielle Eigenschaften zur Verringerung der Gasper­ meabilität aufweisen. Diese mehrschichtigen Vorform­ linge sind jedoch zum einen teuer, zum anderen sind die Möglichkeiten für ein Recycling durch die Materialkom­ binationen stark vermindert. Ebenfalls ist es bekannt, Copolymere einzusetzen oder Blends, beispielsweise aus PET und PEN, zu verwenden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu ver­ bessern, das ohne wesentliche Kostensteigerung die Ei­ genschaften der hergestellten Behälter in Bezug auf die Lagerfähigkeit von abgefüllten Produkten verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verhältnis des Behälterdurchmessers zum Innendurch­ messer des Vorformlings größer als 4,0 gewählt wird, daß der Vorformling eine mittlere Wanddicke von größer als 3 Millimeter aufweist, daß zumindest zu Beginn der Vorblasphase eine Materialtemperatur im zu orientie­ renden Bereich von größer 70 Grad Celsius vorgesehen ist, daß der Vorformling zumindest zu Beginn der Vor­ blasphase im zu orientierenden Bereich eine mittlere Temperatur seiner äußeren Oberfläche aufweist, die höchsten gleich einer mittleren Temperatur der inneren Oberfläche des Vorformlings im zu orientierenden Be­ reich ist, daß die zeitliche Dauer der Vorblasphase geringer als 1,0 Sekunde gewählt wird und daß während der Vorblasphase der Vorformling auf mindestens 50 Pro­ zent des für den fertig geblasenen Behälter vorgese­ henen Volumens expandiert wird.

Die tatsächliche Wahl der mittleren Wanddicke des Vorformlings erfolgt in Abhängigkeit von der konkret vorliegenden Behältergröße, insbesondere in Abhängig­ keit vom Behältervolumen.

Durch die Kombination der in Abhängigkeit von der Be­ hälterdimensionierung gewählten Vorformlingsdimensio­ nierung, der Temperaturwahl relativ zum zeitlichen Ab­ lauf des Expansionsvorganges, der Temperaturverteilung im Vorformling und der zeitlichen Koordinierung von Vorblasphase und Hauptblasphase relativ zum jeweiligen Volumen eines Zwischenproduktes wird erreicht, daß das Endprodukt aufgrund der erzielten Materialeigenschaften relativ zum Stand der Technik deutlich verbesserte Eigenschaften aufweist, um die Gaspermeabilität zu re­ duzieren. Insbesondere in Kombination mit einer geeig­ neten Materialauswahl für das thermoplastische Material lassen sich signifikante Verbesserungen erreichen. In Bezug auf die Durchlässigkeit für Kohlendioxid wurde beispielsweise meßtechnisch ermittelt, daß bei einer Versuchscharge an Behältern innerhalb eines Zeitraumes von 10 Wochen der Verlust an Kohlendioxid weniger als 15 Prozent der in der abgefüllten Flüssigkeit ent­ haltenen Menge an Kohlendioxid betragen hat.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Vorförmling,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen als Flasche ausgebildeten Behälter,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Blas­ station zur Herstellung von Behältern aus Vorformlingen,

Fig. 4 ein Längsschnitt durch eine Blasform, in der ein Vorformling gereckt und expandiert wird,

Fig. 5 eine Skizze zur Veranschaulichung eines grund­ sätzlichen Aufbaues einer Vorrichtung zur Blasformung von Behältern,

Fig. 6 eine Seitenansicht eines geblasenen Behälters,

Fig. 7 eine Seitenansicht eines anderen Behälters und

Fig. 8 ein Zeit-Druck-Diagramm zur Veranschaulichung des Druckverlaufes bei der Behälterherstel­ lung.

Ein Vorformling (1) besteht entsprechend der Ausfüh­ rungsform in Fig. 1 aus einem Mündungsabschnitt (2), einem den Mündungsabschnitt (2) von einem Halsbereich (3) trennenden Stützring (4), einem den Halsbereich (3) in einen Wandungsabschnitt (5) überleitenden Schulter­ bereich (6) sowie einem Boden (7). Der Stützring (4) überkragt den Mündungsabschnitt (2) quer zu einer Längsachse (8). In der Region des Schulterbereiches (6) erweitert sich der Außendurchmesser des Vorformlings (1) ausgehend vom Halsbereich (3) in Richtung auf den Wandungsabschnitt (5). Bei einem aus dem Vorformling (1) herzustellenden Behälter (13) bildet der Wandungsabschnitt (5) im wesentlichen die Seitenwandung des Behälters aus. Der Boden (7) ist gerundet ausge­ bildet.

Der Mündungsabschnitt (2) kann beispielsweise mit einem Außengewinde (12) versehen sein, das es ermöglicht, beim fertigen Behälter (13) einen Schraubenverschluß aufzusetzen. Es ist aber ebenfalls möglich, den Mün­ dungsabschnitt (2) mit einer Außenwulst zu versehen, um eine Angriffsfläche für einen Kronkorken zu schaffen. Darüber hinaus sind auch eine Vielzahl weiterer Gestal­ tungen denkbar, um ein Aufsetzen von Steckverschlüssen zu ermöglichen.

Aus der Darstellung in Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Wandungsabschnitt (5) eine Innenfläche (9) sowie eine Außenfläche (10) aufweist. Die Innenfläche (9) begrenzt einen Vorformlingsinnenraum (11).

Im Schulterbereich (6) kann sich die Dicke einer Vor­ formlingswandung (14) ausgehend vom Halsbereich (3) in Richtung auf den Wandungsbereich (5) mit zunehmender Wandstärke erstrecken. In Richtung der Längsachse (8) weist der Vorformling (1) eine Vorformlingslänge (15) auf. In Richtung der Längsachse (8) erstrecken sich der Mündungsbereich (2) und der Stützring (4) mit einer gemeinsamen Mündungslänge (16). Der Halsbereich (3) weist im Bereich der Längsachse (8) eine Halslänge (17) auf. Im Halsbereich (3) erstreckt sich der Vorformling (3) vorzugsweise mit konstanter Wanddicke.

Im Wandungsbereich (5) weist der Vorformling (1) eine Wanddicke (18) auf und im Bereich des Bodens (7) ist eine Bodendicke (19) anzutreffen. Eine weitere Dimen­ sionierung des Vorformlings (1) erfolgt mit Hilfe eines Innendurchmessers (20) und eines Außendurchmessers (21), die im annähernd zylinderisch verlaufenden Wan­ dungsbereich (5) gemessen werden.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten flaschenförmigen Behäl­ ter (13) sind im wesentlichen unverändert der Mündungs­ abschnitt (2) und der Stützring (4) anzutreffen. Der weitere Bereich des Behälters (13) ist durch die durch­ geführte biaxiale Orientierung sowohl in Querrichtung als auch in Längsrichtung relativ zum Vorformling (1) expandiert. Der Behälter (13) weist hierdurch eine Be­ hälterlänge (22) und einen Behälterdurchmesser (23) auf, der in Anbetracht der zu berücksichtigenden Ge­ nauigkeiten im Folgenden nicht bezüglich des konkreten Innendurchmessers beziehungsweise Außendurchmessers unterschieden werden soll.

Fig. 2 zeigt unter anderem den Bodenbereich des blasge­ formten Behälters (13). Der Behälter (13) weist eine Seitenwandung (24) und einen Behälterboden (25) auf. Der Behälterboden (25) besteht aus einem Standring (26) und einem in Richtung auf einen Behälterinnenraum (27) nach innen gewölbtem Dom (28). Der Dom (28) ist aus einer Domschräge (29) und einem Zentrum (30) ausgebil­ det.

Der Behälter (13) weist eine Behältermündungslänge (31) und eine Behälterhalslänge (32) auf, wobei zumindest die Behältermündungslänge (31) in der Regel gleich der Mündungslänge (16) des Vorformlings (1) ist.

Eine Beheizung des Vorformlings (1) vor dem Orientie­ rungsvorgang ist in unterschiedlichen Variationen denk­ bar. Bei einer Verwendung einer tunnelartigen Heiz­ strecke erfolgt die Temperierung lediglich in Abhängig­ keit von der Verweildauer. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, Heizstrahler zu verwenden, die den Vorformling (1) mit Infrarot- oder Hochfrequenzstrahlung beauf­ schlagen. Mit Hilfe derartiger Strahler ist es möglich, ein Temperaturprofil im Bereich des Vorformlings (1) in Richtung der Längsachse (8) zu erzeugen.

Wird ein derartiger Heizstrahler aus mehreren unabhän­ gig voneinander ansteuerbaren Heizelementen ausgebil­ det, die in Richtung der Längsachse (8) übereinander angeordnet sind, so kann durch eine intensivere An­ steuerung der Heizelemente im Bereich der in Richtung auf den Mündungsabschnitt (2) oberen Ausdehnung des Vorformlings (1) im verdickten Bereich des Wandungsab­ schnittes (5) eine höhere Wärmeenergie eingestrahlt werden, als in dem Bereich des Wandungsabschnittes (5), der dem Boden (7) zugewandt ist. Bei lediglich gleich­ mäßig ansteuerbaren Heizstrahlern kann eine derartige Wärmeprofilierung auch durch eine Anordnung der Heiz­ elemente mit in Richtung der Längsachse (8) unter­ schiedlichen Abständen realisiert werden.

Der prinzipielle Aufbau einer Vorrichtung zur Umformung des Vorformlings (1) in den Behälter (13) ist in Fig. 3 und in Fig. 4 dargestellt.

Die Vorrichtung zur Formung des Behälters (13) besteht im wesentlichen aus einer Blasstation (33), die mit einer Blasform (34) versehen ist, in die ein Vorform­ ling (1) einsetzbar ist. Der Vorformling (1) kann ein spritzgegossenes Teil aus Polyäthylenterephthalat sein. Zur Ermöglichung eines Einsetzens des Vorformlings (1) in die Blasform (34) und zur Ermöglichung eines Heraus­ nehmens des fertigen Behälters besteht die Blasform (34) aus Formhälften (35, 36) und einem Bodenteil (37), das von einer Hubvorrichtung (38) positionierbar ist. Der Vorformling (1) kann im Bereich der Blasstation (33) von einem Transportdorn (39) gehalten sein, der gemeinsam mit dem Vorformling (1) eine Mehrzahl von Behandlungsstationen innerhalb der Vorrichtung durch­ läuft. Es ist aber auch möglich, den Vorformling (1) beispielsweise über Zangen oder andere Handhabungsmit­ tel direkt in die Blasform (34) einzusetzen.

Zur Ermöglichung einer Druckluftzuleitung ist unterhalb des Transportdornes (39) ein Anschlußkolben (40) ange­ ordnet, der dem Vorformling (1) Druckluft zuführt und gleichzeitig eine Abdichtung relativ zum Transportdorn (39) vornimmt. Bei einer abgewandelten Konstruktion ist es grundsätzlich aber auch denkbar, feste Druckluftzu­ leitungen zu verwenden.

Eine Reckung des Vorformlings (1) erfolgt mit Hilfe einer Reckstange (41), die von einem Zylinder (42) po­ sitioniert wird. Grundsätzlich ist es aber auch denk­ bar, eine mechanische Positionierung der Reckstange (41) über Kurvensegmente durchzuführen, die von Ab­ griffrollen beaufschlagt sind. Die Verwendung von Kur­ vensegmenten ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn eine Mehrzahl von Blasstationen (33) auf einem rotie­ renden Blasrad angeordnet sind. Eine Verwendung von Zylindern (42) ist zweckmäßig, wenn ortsfest angeordne­ te Blasstationen (33) vorgesehen sind.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist das Recksystem derart ausgebildet, daß eine Tandem-Anord­ nung von zwei Zylindern (42) bereitgestellt ist. Von einem Primärzylinder (43) wird die Reckstange (41) zu­ nächst vor Beginn des eigentlichen Reckvorganges bis in den Bereich des Bodens (7) des Vorformlings (1) gefah­ ren. Während des eigentlichen Reckvorganges wird der Primärzylinder (43) mit ausgefahrener Reckstange ge­ meinsam mit einem den Primärzylinder (43) tragenden Schlitten (44) von einem Sekundärzylinder (45) positioniert. Insbesondere ist daran gedacht, den Se­ kundärzylinder (45) derart kurvengesteuert einzusetzen, daß von einer Führungsrolle (46), die während der Durchführung des Reckvorganges an einer Kurvenbahn ent­ lang gleitet, eine aktuelle Reckposition vorgegeben wird. Die Führungsrolle (46) wird vom Sekundärzylinder (45) gegen die Führungsbahn gedrückt. Der Schlitten (44) gleitet entlang von zwei Führungselementen (47).

Nach einem Schließen der im Bereich von Trägern (48, 49) angeordneten Formhälften (35, 36) erfolgt eine Verriege­ lung der Träger (48) relativ zueinander mit Hilfe einer Verriegelungseinrichtung (50).

Zur Anpassung an unterschiedliche Formen des Mündungs­ abschnittes (2) ist gemäß Fig. 4 die Verwendung separa­ ter Gewindeeinsätze (51) im Bereich der Blasform (34) vorgesehen.

Fig. 5 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Blasma­ schine, die mit einem rotierenden Heizrad (52) sowie einem rotierenden Blasrad (53) verwenden ist. Ausgehend von einer Vorformlingsausgabe (54) werden die Vorform­ linge (1) von Übergaberädern (55, 56) in den Bereich des Heizrades (52) transportiert. Entlang des Heizrades (52) sind Heizstrahler (57) sowie Gebläse (58) angeord­ net, um die Vorformlinge (1) zu temperieren. Nach einer ausreichenden Temperierung der Vorformlinge (1) werden diese an das Heizrad (52) übergeben, in dessen Bereich die Blasstationen (33) angeordnet sind. Die fertig ge­ blasenen Behälter (13) werden von weiteren Übergaberä­ dern einer Ausgabestrecke (59) zugeführt.

Um einen Vorformling (1) derart in einen Behälter (13) umformen zu können, daß der Behälter (13) Materialei­ genschaften aufweist, die eine lange Verwendungsfähigkeit von innerhalb des Behälters (13) abgefüllten Lebensmitteln, insbesondere von Getränken, gewährleisten, müssen spezielle Verfahrensschritte bei der Beheizung und Orientierung der Vorformlinge (1) eingehalten werden. Darüber hinaus können vorteilhafte Wirkungen durch Einhaltung spezieller Dimensionie­ rungsvorschriften erzielt werden.

Als thermoplastisches Material können unterschiedliche Kunststoffe verwendet werden. Einsatzfähig sind bei­ spielsweise PET, PEN oder PP.

Die Dimensionierung des Vorformlings (1) relativ zum Behälter (13) erfolgt derart, daß ein Verhältnis des Behälterdurchmessers (23) zum Innendurchmesser (20) des Vorformlings (1) von größer als 4,0 gewählt wird. Der Vorformling (1) weist im Wandungsbereich (5) eine Wand­ dicke (18) von größer als 3 Millimeter auf. Vorzugs­ weise wird das Verhältnis von Behälterdurchmesser (23) zum Innendurchmesser (20) größer als 5,0 gewählt. Als besonders zweckmäßig hat sich ein Wertebereich von 5,2 bis 5,8 erwiesen. Darüber hinaus ist bezüglich der Wanddicke (18) insbesondere an eine Dimensionierung größer 4,0 Millimeter gedacht. Als besonders vorteil­ haft hat sich hier ein Intervall im Bereich von 4 Mil­ limeter bis 5 Millimeter erwiesen. Die konkrete Fest­ legung der Wanddicke (18) erfolgt in Abhängigkeit vom Volumen des herzustellenden Behälters (13).

Bezüglich der Temperierung des Vorformlings (1) ist vorgesehen, daß im zu orientierenden Bereich des Vor­ formlings (1) zumindest zu Beginn des Orientierungs­ vorganges eine Temperatur von größer 70 Grad Celsius vorgesehen ist. Insbesondere ist an Temperaturen größer 80 Grad Celsius gedacht. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Intervall von 85 Grad Celsius bis 100 Grad Celsius erwiesen.

Nach einer Übergabe des Vorformlings (1) an die Blas­ station (33) wird die Reckstange (41) in den Vorform­ lingsinnenraum (11) eingefahren. Nach einer Anlage der Reckstange (41) im Bereich des Bodens (7) des Vorform­ lings (1) beginnt der Reckvorgang. Bei der Durchführung des Reckvorganges ist an eine Reckgeschwindigkeit von größer als 0,8 Meter pro Sekunde gedacht. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Intervall von 1,0 Meter pro Sekunde bis 1,2 Meter pro Sekunde erwiesen.

Die Expansion des Vorformlings (1) während des Orien­ tierungsvorganges erfolgt durch Druckluftzuführung. Die Druckluftzuführung ist in eine Vorblasphase, in der Gas mit einem niedrigen Druckniveau zugeführt wird und eine sich anschließende Hauptblasphase unterteilt, in der Gas mit einem höheren Druckniveau zugeführt wird. Während der Vorblasphase wird Druckluft mit einem Druck im Intervall von 10 bar bis 25 bar verwendet und wäh­ rend der Hauptblasphase wird Druckluft mit einem Druck im Intervall von 25 bar bis 40 bar zugeführt. Die zeit­ liche Dauer der Vorblasphase beträgt höchstens 1,0 Sekunde. Während der Vorblasphase wird der herzu­ stellende Behälter (13) mindestens auf 50 Prozent seines vorgesehenen Endvolumens expandiert. Bei speziellen Formen des Behälters (13) können auch Drücke oberhalb von 40 bar zweckmäßig sein, so daß generell ein Druck in der Hauptblasphase von größer als 25 bar zweckmäßig ist.

Durch die Kombination der Reckung des Vorformlings (1) in Richtung der Längsachse (8) sowie durch die blas­ luftunterstützte Expansion quer zur Längsachse (8) wird ein Verhältnis von Querreckung zu Längsreckung von größer als 1,2 realisiert. Als besonders vorteilhaft hat sich für dieses Verhältnis ein Wert größer als 1,5 erwiesen.

Zur Durchführung einer Kristallisation des orientierten Materials ist eine Temperatur der Blasform (34) im Be­ reich von 150 Grad Celsius bis 170 Grad Celsius vorge­ sehen. Vorteilhaft ist insbesondere ein Wert von unge­ fähr 160 Grad Celsius. Die Kristallisationstemperatur wird hierdurch auf größer 140 Grad Celsius vorgegeben.

Generell ist es zweckmäßig, die Blasform (34) auf einen Wert zu temperieren, der oberhalb der Temperatur der Vorformlinge (1) liegt. Grundsätzlich läßt sich das vorstehend beschriebene Verfahren aber auch bei einer kalten Blasform (34) realisieren.

Zur Gewährleistung einer exakten Kontur des Behälters (13) ist vorgesehen, die Blasstation (33) mit einer Formzuhaltung zu versehen, die durch eine pneumatische Vorspannung trotz des wirkenden Innendruckes während der Hauptblasphase eine Spaltbildung im Bereich der Begrenzungsflächen der Formhälften (35, 36) vermeidet.

Nach Abschluß des Stabilisierungsverfahrens weist der Behälter (13) einen Kristallisationsgrad von größer als 30 Prozent auf. Besonders vorteilhaft ist ein Kristal­ lisationsgrad von 35 Prozent bis 40 Prozent. Es erfolgt somit sowohl eine mechanische Streckung als auch eine thermische Kristallisierung.

Bezüglich der Temperierung des Vorformlings (1) ist vorgesehen, daß die Temperatur im Bereich der Innenflä­ chen (9) größer als im Bereich der Außenfläche (10) ist. Zu einer ausreichenden Temperierung innerhalb der Wandung des Vorformlings (1) ist vor einer Übergabe an die Blasstation (33) eine Ausgleichszeit vorgesehen.

Bezüglich der Dauer der Vorblasphase ist insbesondere an einen Zeitraum von kleiner als 0,5 Sekunden gedacht. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Wert im Inter­ vall von 0,1 Sekunde bis 0,3 Sekunde erwiesen.

Bezüglich der Expansion des Vorformlings (1) ist insbe­ sondere daran gedacht, während der Vorblasphase den Behälter (13) mindestens auf 60 Prozent seines vorgese­ henen Endvolumens zu expandieren. Als besonders vor­ teilhaft hat sich hier ein Werteintervall von 70 Pro­ zent bis 90 Prozent erwiesen.

Mögliche Formgebungen für Behälter (13), die gemäß dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, sind in Fig. 6 und Fig. 7 angegeben. Für diese Behälter (13) ist ein Volumen von 0,2 Liter bis 0,7 Liter vorgesehen. Insbesondere ist daran gedacht, die Behälter (13) durch Standringe (26) oder als Außenwölbungen ausgebildete Standfüße selbststehend zu produzieren.

Fig. 8 zeigt in einem Druck-Zeitdiagramm einen Druck­ verlauf während der Umformung des Vorformlings (1) in den Behälter (13). Der Druckverlauf (60) ist dabei in einem Koordinatenkreuz angegeben, das aus einer Zeit­ achse (61) und einer Druckachse (62) ausgebildet ist. Die Zeitachse (61) ist in Sekunden und die Druckachse (62) in bar skaliert. Es ist erkennbar, daß die Vor­ blasphase etwa 0,5 Sekunden nach Beginn des Produkti­ onszyklus gestartet wird. Die Vorblasphase dauert cirka 0,2 bis 0,25 Sekunden. Nach dem Beginn der Hauptblas­ phase steigt der Druck innerhalb des zu erzeugenden Behälters (13) zunächst stark an und geht danach durch eine Überlagerung des Aufweitungsvorganges und von Zuströmvorgängen allmählich in den Endwert über. Nach Erreichen einer hinreichenden Stabilität des thermo­ plastischen Materials durch Abkühlung wird die Blasform (34) entlüftet. Die Hauptblasphase dauert cirka 1,25 Sekunden und für die Entlüftung ist ein Zeitraum im Intervall von 0,3 Sekunden bis 0,4 Sekunden vorgesehen.

Eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere auch bei der Herstellung von tempera­ turstabilen Behältern möglich. Die Verfahrensschritte zur Realisierung der Temperaturstabilisierung werden auch als Heat-Set-Verfahren bezeichnet. Zur Durch­ führung der Temperaturstabilisierung wird der Behälter (13) in einer beheizbaren Blasform (34) expandiert. Beispielsweise ist es möglich, die Wandungen, einen Bodeneinsatz und einen Gewindeeinsatz der Blasform (34) separat zu beheizen.

Die Formtemperatur beträgt typischerweise 150°C bis 170°C. Vorteilhaft sind insbesondere etwa 160°C. Der Bodeneinsatz wird typischerweise mit 130°C temperiert. Hierdurch kann gewährleistet werden, daß eine milchige Kristallisation nicht oder nur ungenügend orientierter Bereiche des Behälterbodens vermieden wird.

Nach einer Anlage der Wandung des Behälters (13) an der beheizten Blasform (34) und nach Durchführung einer ausreichenden Kristallisierung wird durch eine hohle Reckstange (41) hindurch kühle Luft in den Innenraum des Behälters (13) eingeleitet. Die Kühlung erfolgt zweckmäßiger Weise, nachdem ein Auslaßventil zum Ab­ lassen des im Behälter (13) herrschenden Innendruckes geöffnet hat. Bis zu einer ausreichenden Abkühlung des Materials zur Gewährleistung einer Formbeständigkeit wird ein ausreichend hoher reduzierter Innendruck auf­ rechterhalten.

Durch geeignete Ausströmöffnungen in der Reckstange (41) ist es möglich, die Kühlluft gezielt in bestimmte Bereiche der Innenwandung des Behälters (13) zu leiten. Das Verfahren ist insbesondere auch dafür geeignet, Abfülltemperaturen oberhalb von 95°C zu ermöglichen, ohne daß störende Verformungen des Behälters (13) zu befürchten sind.

Die oben beschriebenen Maßnahmen zur Gewährleistung einer erhöhten Temperaturbeständigkeit sind in Kombi­ nation mit den einleitend beschriebenen Verfahrens­ schritten ebenfalls dafür geeignet, eine weitere Ver­ besserung der Barriereeigenschaften der eingesetzten Materialien hervorzurufen.

Claims (25)

1. Verfahren zur Herstellung von Behältern, bei dem ein erwärmter Vorformling aus einem thermoplasti­ schen Material gereckt und mit Hilfe eines unter Druck stehenden Gases aufgeblasen wird und bei dem der Aufblasvorgang in eine Vorblasphase mit einem Gas eines niedrigeren Druckniveaus und in eine sich anschließende Hauptblasphase mit einem Gas eines höheren Druckniveaus unterteilt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verhältnis des Behälterdurch­ messers (23) zum Innendurchmesser (20) des Vorform­ lings (1) größer als 4,0 gewählt wird, daß der Vorformling (1) eine mittlere Wanddicke (18) von größer als 3 Millimeter aufweist, daß zumindest zu Beginn der Vorblasphase eine Materialtemperatur im zu orientierenden Bereich von größer 70 Grad Cel­ sius vorgesehen ist, daß der Vorformling zumindest zu Beginn der Vorblasphase im zu orientierenden Bereich eine mittlere Temperatur aufweist, die höchstens gleich einer mittleren Temperatur der inneren Oberfläche (9) des Vorformlings (1) im zu orientierenden Bereich ist, daß die zeitliche Dauer der Vorblasphase geringer als 1,0 Sekunden gewählt wird und daß während der Vorblasphase der Vorform­ ling (1) auf mindestens 50 Prozent des für den fer­ tig geblasenen Behälter (13) vorgesehenen Volumens expandiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhältnis von Behälterdurchmesser (23) zu Innendurchmesser (20) des Vorformlings (1) ein Wert von größer als 5,0 gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis einen Wert im Intervall von 5,2 bis 5,8 aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Wanddicke (18) des Vorformlings (1) ein Wert größer als 4,0 Millimeter gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Wanddicke (18) ein Wert im Intervall von 4,0 bis 5,0 Millimeter gewählt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialtemperatur im zu orientierenden Bereich einen Wert größer als 80 Grad Celsius aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Materialtemperatur ein Wert im Intervall von 85 Grad Celsius bis 100 Grad Celsius gewählt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Dauer der Vorblasphase ein Zeitraum von kleiner als 0,5 Sekunden gewählt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für den Zeitraum ein Wert im Intervall von 0,1 Sekunden bis 0,3 Sekunden gewählt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß während der Vorblasphase der Vorformling (1) wenigstens auf 60 Prozent des Volu­ mens des zu blasenden Behälters (13) expandiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Vorblasphase eine Expansion auf einen Volumenanteil im Bereich von 70 Prozent bis 90 Prozent vorgesehen ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß der fertig geblasene Be­ hälter mit einer Kristallinität von größer als 30 Prozent versehen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kristallinität ein Wert im Intervall von 35 Prozent bis 40 Prozent gewählt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß zum Temperaturausgleich eine Ausgleichs zeit vorgesehen wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Reckgeschwindigkeit größer als 0,8 Meter pro Sekunde gewählt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß für die Reckgeschwindigkeit ein Wert im Inter­ vall von 1,0 bis 1,2 Meter pro Sekunde gewählt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Konturabweichungen des Behälters (13) im Bereich einer zur Behälterformung vorgesehenen Blasstation (33) eine der Kraftentfaltung der Druckgase ent­ gegenwirkende Formzuhaltung vorgesehen wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß sowohl eine mechanische Streckung als auch eine thermische Kristallisierung durchgeführt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Kristallisierungs­ temperatur von größer als 140 Grad Celsius gewählt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Kristallisierung eine Formtemperatur einer Blasform (34) zur Behälterkon­ turierung von 150 Grad Celsius bis 170 Grad Celsius gewählt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Formtemperatur etwa 160 Grad Celsius ge­ wählt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis von Quer­ reckung zu Längsreckung größer als 1,2 gewählt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient aus Querreckung und Längsreckung einen Wert größer als 1,5 aufweist.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, da­ durch gekennzeichnet, daß der Druck während der Vorblasphase einen Wert im Intervall von 10 bar bis 25 bar aufweist.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, da­ durch gekennzeichnet, daß der Druck während der Hauptblasphase einen Wert im Intervall von 25 bar bis 40 bar aufweist.