DE60015577T2

DE60015577T2 - Blasformverfahren und blasformvorrichtung zum herstellen von pasteurisierbaren behältern

Info

Publication number: DE60015577T2
Application number: DE60015577T
Authority: DE
Inventors: J. Timothy BOYD; G. Dwayne VAILLIENCOURT
Original assignee: Schmalback Lubeca AG
Current assignee: Amcor Pty Ltd
Priority date: 1999-09-14
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2020-09-09
Also published as: EP1212187A1; US20020053760A1; MXPA02002697A; CA2384304A1; DE60015577D1; WO2001019594A9; US6485669B1; WO2001019594A1; EP1212187B1; BR0013960A; US6749415B2; ES2233438T3

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft im allgemeinen Blasformverfahren und Maschinen zur Herstellung von warmausgehärteten Kunststoffbehältern. insbesondere betrifft die Erfindung Blasformverfahren und Maschinen zur Herstellung von biaxial orientierten Kunststoffbehältern mit Seitenwänden mit einer hohen Kristallinität.
Hintergrund
In letzter Zeit haben Hersteller von Polyethylenterephthalat- Behältern (PET-Behältern) begonnen, Kunststoffbehälter für Waren vorzusehen, die in der Vergangenheit in Glasbehältern verpackt wurden. Die Hersteller als auch die Endverbraucher haben erkannt, dass PET-Behälter leicht, kostengünstig, recycelbar und in großen Mengen herstellbar sind. Derzeit liefern Hersteller PET-Behälter für verschiedene flüssige Waren, wie beispielsweise für Säfte. Sie wollen auch PET-Behälter für feste Waren, beispielsweise eingelegte Gemüse, herstellen. Viele feste Waren benötigen jedoch eine Pasteurisierung oder Retort-Verfahren, was große Anforderungen für die Hersteller von PET-Behältern darstellt.
Die Pasteurisierung und das Retort-Verfahren sind beides Verfahren zur Sterilisierung des Inhalts eines Behälters, nachdem dieser befällt wurde. Beide Verfahren umfassen das Erwärmen des Inhalts des Behälters auf eine bestimmte Temperatur, im allgemeinen über 70°C, für einen vorbestimmten Zeitraum. Das Retort-Verfahren unterscheidet sich von der Pasteurisierung dadurch, dass auch ein Überdruck auf den Behälter ausgeübt wird. Dieser Überdruck ist notwendig, da oft ein Heißwasserbad verwendet wird und der Überdruck verursacht, dass das Wasser oberhalb der Siedepunkttemperatur in auch flüssiger Form verbleibt. Diese Verfahren stellen technische Anforderungen an die Hersteller von PET-Behältern dar, da neue pasteurisierbare und im Retort-Verfahren behandelbare PET-Behälter für diese Nahrungsprodukte ein besseres Verhalten als herkömmliche in Wärme ausgehärteten Behälter aufweisen müssen. Die PET-Behälter gemäß dem heutigen Stand der Technik können nicht wirtschaftlich hergestellt werden, so dass sie ihre Werkstoffeigenschaften während der Wärmebehandlung bei der Pasteurisation und dem Retort-Verfahren und während des nachfolgenden Transports beibehalten.
PET ist ein kristallisierbares Polymer, d.h. dass es in einer amorphen (nichtkristallinen) Form oder in einer semi-kristallinen Form verfügbar ist. Die Eigenschaft eines PET-Behälters, seine Werkstoffeigenschaften beizubehalten, ist abhängig von dem Prozentanteil des PET-Behälters in kristalliner Form, auch bekannt als die „Kristallinität" des PET-Behälters. Die Kristallinität ist als Volumenanteil durch die folgende Formel charakterisiert
wobei p die Dichte des PET-Werkstoffs kennzeichnet, ρ_a die Dichte des reinen amorphen PET-Werkstoffs (1,333 g/cm³) kennzeichnet und ρ_c die Dichte des rein kristallinen Werkstoffs (1,455 g/cm³) kennzeichnet.
Die Kristallinität eines PET-Behälters kann durch mechanische Behandlung und durch Wärmebehandlung erhöht werden.
Das mechanische Behandlungsverfahren umfasst das Orientieren des amorphen Werkstoffs, um eine Kaltverfestigung zu erzielen. Dieses Verfahren umfasst im allgemeinen das Strecken eines PET-Behälters entlang einer Längsachse und Aufwei ten des PET-Behälters entlang einer Querachse. Die Kombination unterstützt die biaxiale Orientierung. Hersteller von PET-Flaschen verwenden momentan ein mechanisches Verfahren, um PET-Flaschen herzustellen, die eine ungefähre Kristallinität (durchschnittliche Seitenwandkristallinität) von 20 % aufweisen.
Die Wärmebehandlung umfasst das Erwärmen des Werkstoffs (entweder eines amorphen oder semi-kristallinen Werkstoffs), um das Kristallwachstum zu unterstützen. Wenn die Wärmebehandlung alleine bei einem amorphen Werkstoff verwendet wird, führt die Wärmebehandlung des PET-Werkstoffs zu einer sphärolithischen Morphologie, die die Durchleitung von Licht negativ beeinflusst. Anders gesagt, der resultierende kristalline Werkstoff ist undurchsichtig (und im allgemeinen nicht erwünscht als Seitenwand des Behälters). Bei Anwendung eines mechanischen Behandlungsverfahrens führt jedoch die Wärmebehandlung zu einer höheren Kristallinität und exzellenter Klarheit. Die Wärmebehandlung eines orientierten PET-Behälters, was als Aushärten in Wärme bekannt ist, umfasst im allgemeinen Blasformen eines PET-Vorformlings gegen eine beheizte Blasform bei einer Temperatur von 120°C – 130°C und Halten des blasgeformten Behälters für ungefähr 3 Sekunden. Hersteller von PET-Saftflaschen, die bei einer Temperatur von ungefähr 85°C heiß befüllt werden müssen, verwenden zurzeit ein Wärmeaushärtverfahren, das PET-Saftflaschen ergibt, die einen Kristallinitätsbereich von 25% – 30% aufweisen. Obwohl diese PET-Behälter zur Heißbefüllung eine starke Verbesserung zu den nicht heißbefüllbaren PET-Behältern aufweisen, können diese nicht ihre Werkstoffeigenschaften während der Wärmebehandlung für die Pasteurisation und das Retort-Verfahren beibehalten.
Eine logische Weiterentwicklung dieses Aushärteverfahrens in Wärme umfasst das Blasformen eines PET-Vorformlings gegen eine Blasform, die auf einer weit höheren Temperatur von bis zu 250°C gehalten wird, was in der Jabarin Druckschrift ( US 4,476,170 und US 4,512,948 ) beschrieben ist. Theoretisch kann ein Hersteller, der dieses Verfahren verwendet, einen PET-Behälter herstellen, der eine Kristallinität von über 50% aufweist, was ermöglicht, dass der PET-Behälter seine Werkstoffeigenschaften sowohl während der nachfolgenden Pasteurisation oder Retort-Behandlung des Inhaltes des PET-Behälters als auch während eines nachfolgenden Transports des PET-Behälters beibehält. Sobald das Warmaushärten beendet ist, muss jedoch der PET-Behälter aus der Blasform entfernt werden. Bei einer Temperatur von ungefähr 250°C tritt nach dem Herausnehmen des PET-Behälters ein Schrumpfen und möglicherweise auch ein Zusammenfallen desselben ein.
Hinsichtlich dieses Nachteils schlagen die Jabarin Druckschriften zwei Möglichkeiten zur Entnahme der PET-Behälter vor: (1) Verringern der Blasformtemperatur auf eine Temperatur, bei der der PET-Behälter ohne eine Verformung entfernt werden kann, und (2) Entnahme des PET-Behälters, während ein Innendruck aufgebracht wird, der ausreicht, um jegliches nachfolgendes Schrumpfen zu verhindern und nachfolgendes Verringern des Drucks, wenn die Flasche eine selbsterhaltende Temperatur erreicht hat. Keine der beiden Möglichkeiten ist wirtschaftlich sinnvoll. Die erste Möglichkeit umfasst sehr lange Zykluszeiten (es sei denn, dass teure Ausrüstung mit Flüssigstickstoff verwendet wird), während die zweite Möglichkeit sehr komplexe Verfahrensschritte umfasst, um die innenwohnenden Schwankungen des Systems zu steuern.
Die Druckschrift JP-A-59129125 beschreibt ein Herstellungsverfahren eines thermoplastischen Polyester-Behälters, bei dem ein thermoplastisches Polyester mittels einer Blasform geformt, biaxial in der Form gestreckt und durch Dampf in Wärme ausgehärtet und dann mit Luft gekühlt wird. Die Druckschrift JP-A-58018230 offenbart ein Warmbehandlungsverfahren eines Behälters, bei dem ein thermoplastisches Polyester durch Spritzgießen oder durch Extrudieren zu einem Vorformling geformt wird. Nachdem der Vorformling auf eine Temperatur, die zum Strecken geeignet ist, erwärmt ist, wird er in eine geteilte Form eingeführt, die erwärmt ist. Danach wird ein Druckmedium in den Vorformling geblasen, um diesen zu strecken und aufzublasen. Der gestreckte und aufgeblasene Behälter wird dann einer Wärmebehandlung unterzogen. Dann wird der Behälter gekühlt und aus der geteilten Form entfernt.
Die Druckschrift JP-A-53078268 offenbart ein Herstellungsverfahren für einen in Wärme ausgehärteten Blasformbehälter. Das Verfahren umfasst als Schritte das Strecken und das Blasformen eines erwärmten Vorformlings in einer Form und das nachfolgende Einleiten von erwärmter Druckluft in den Kunststoffbehälter und das Auslassen eines Teils der erwärmten Luft aus dem Kunststoffbehälter mittels einer Leitung. Die erwärmte Luft wird für eine Dauer von 3 Sekunden mit einer Temperatur von 200°C und mit 9 kg/cm² zugeführt.
Die Hersteller von PET-Behältern wünschen ein effektives und kostengünstiges Verfahren und Vorrichtung, die PET-Behälter erzeugen, die eine durchschnittliche Seitenwandkristallinität von wenigstens 30% aufweisen, wodurch ermöglicht wird, dass die PET-Behälter ihre Werkstoffeigenschaften während jeglicher nachfolgenden Pasteurisierung oder Retort-Behandlung des Inhalts des PET-Behälters und während des Transports der PET-Behälters beibehalten. Es ist daher Aufgabe dieser Erfindung, einen Behälter vorzusehen, der die Probleme und Nachteile der herkömmlichen Verfahren löst.
Zusammenfassung der Erfindung
Anspruch 1 sieht dementsprechend ein Blasformverfahren vor, das PET-Behälter erzeugt, die eine durchschnittliche Seitenwandkristallinität von wenigstens 30% aufweisen, wodurch ermöglicht wird, dass diese PET-Behälter ihre Werkstoffeigenschaften während der nachfolgenden Hochleistungspasteurisierung oder Retort-Behandlung des Inhalts der PET-Behälter und während des Transports der PET-Behälter erhalten. Dabei meint die Verwendung des Begriffs „Hochleistung" die Pasteurisierung und die Retort-Behandlung und zur Pasteurisierung und zum Retort-Verfahren, bei denen der Behälter Temperaturen von mehr als 80°C ausgesetzt wird.
Die Erfindung gemäß Ansprüchen 12 und 14 umfasst ferner Blasformvorrichtungen zum Herstellen von blasgeformten und in Wärme ausgehärteten Containern aus Kunststoffvorformlingen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren. Im wesentlichen umfasst solch eine Vorrichtung eine Blasform, die Abschnitte aufweist, die einen Formhohlraum definieren, der einen Kunstoffvorformling aufnehmen kann. Eine Hochdruckmediumquelle und eine Hochtemperaturmediumquelfe stehen mit einer Blasdorneinheit, die beweglich ist, um mit dem Plastikvorformling in Eingriff gebracht zu werden, wenn der Kunststoffvorformling in dem Formhohlraum aufgenommen ist, in Verbindung. Die Blasdorneinheit umfasst auch wenigstens eine Einlassöffnung, die mit der Hochdruckmediumquelle und der Hochtemperaturmediumquelle und dem Innenraum des Kunstoffvorformlings in Verbindung steht. Die Blasdorneinheit umfasst ferner eine Auslassöffnung, die mit einem Auslassventil verbunden ist, das eine Offen-Position aufweist, die das Auslassen des Mediums durch das Auslassventil ermöglicht. Das Auslassventil weist ferner eine Schließ-Position auf, die ein Austreten des Mediums durch die Auslassöffnung verhindert. Eine Systemsteuerung, die mit der Hochdruckmediumquelle verbunden ist, steuert die Zuführung des Hochdruckmediums zu der Blasdorneinheit nach Wahl. Die Systemsteuerung ist ferner mit der Hochtemperaturmediumquelle verbunden, um die Zuführung des Hochtemperaturmediums zu der Blasdorneinheit nach Wahl zu steuern. Die Systemsteuerung ist ferner mit dem Auslassventil verbunden, um die Schaltposition des Auslassventils zu steuern. Während des Erwärmens kann die Innenfläche des Behälters auf mindestens 120°C erwärmt werden, um die Aufgaben, wie oben beschrieben, zu lösen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen offensichtlicher.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 – 4 sind schematische Schnittdarstellungen eines Abschnitts einer Blasformmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung während verschiedener Stadien und Verfahren entlang einer Linie, die im allgemeinen die Blasformvorrichtung halbiert.
5 ist ein Zeitablaufdiagramm für die Steuerventile der Blasformmaschine gemäß dem Blasformverfahren nach der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Abschnitts einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
7 ist ein Zeitablaufdiagramm für die in 5 dargestellte Ausführungsform.
Spezifische Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Wie in 1 dargestellt, weist die Blasformmaschine nach der vorliegenden Erfindung eine Blasformstation 10 auf, die im wesentlichen eine Blasform 12, einen Halsring 13, eine Blasdorneinheit 14, einen Streckdorn 16 und ein Heizelement 18 umfasst. Obwohl die Maschine weitere Stationen und Bauteile aufweist, brauchen diese, da sie konventionell sind, folgend nur kurz beschrieben zu werden.
Es existieren zwei Arten von Blasformmaschinen, nämlich einstufige und zweistufige Maschinen. Der Unterschied zwischen diesen ist, dass bei einer einstufigen Maschine ein Kunststoffvorformling spritzgegossen und blasgeformt wird, während bei einer zweistufigen Maschine ein bereits geformter Kunststoffvorformling der Maschine zugeführt und dann blasgeformt wird. Jede Maschine umfasst mehrere Stationen. Die Anzahl und Art dieser Stationen unterscheiden sich von Maschine zu Maschine. Die Stationen können im allgemeinen entweder eine Vorformlingspritzgießstation oder eine Vorformlingzuführstation, eine Vorformlingbehandlungsstation, eine Blasformstation und eine Flaschenentnahmestation umfassen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Blasformstation 10 einer entweder einstufigen oder zweistufigen Maschine. Nur die Blasformstation 10 wird im Detail beschrieben.
Die Blasform 12 umfasst zwei trennbare Hälften (hydraulisch oder pneumatisch gesteuert, die Betätigungselemente sind nicht dargestellt), die zusammenwirken, um einen Formhohlraum 20 zu bilden, der zur Aufnahme eines Vorformlings 22 aus Kunststoff dient, der zum Blasformen vorbehandelt ist. Die Blasform 12 ist aus einem geeigneten Werkstoff, beispielsweise Stahl, hergestellt, so dass sie Temperaturen von ungefähr 120°C – 250°C, im allgemeinen 130°C – 170°C widerstehen und halten kann. Der Formhohlraum 20 ist entsprechend den Konturen der Außenfläche des gewünschten Kunststoffbehälters ausgelegt.
Der Halsring 13 (der auch hydraulisch oder pneumatisch betätigt wird, wobei die Betätigungselemente nicht dargestellt sind) ist über der Blasform 12 angeordnet und so angepasst, dass er den Vorformling 22 aus Kunststoff in einer geeigneten Position relativ zu dem Formhohlraum 20 während des Blasformens und der Wärmebehandlungsverfahren aufnimmt, hält und positioniert. Um diese Funktion zu erzielen, bildet der Halsring 13 einen ringförmigen Aufnahmehohlraum 28 mit einer Form und Größe zur Aufnahme des Halses des Vorformlings 22 aus Kunststoff.
Die Blasdorneinheit 14 greift in das Oberteil des Vorformlings 22 aus Kunststoff ein, um ein Einführen eines flüssigen, gas- oder dampfförmigen Mediums in den Vorformling 22 aus Kunststoff zu ermöglichen. Um diese Funktion zu erzielen, umfasst die Einheit 14 einen Blasdornverteiler 15, an dem in konventioneller Weise eine Blasdichtung 31 montiert ist. Die Blasdichtung 31 bildet einen Ringkanal 32, der, wie nachfolgend beschrieben, mit einer ersten Einlassöffnung 24 und einer zweiten Einlassöffnung 26 in Verbindung steht. Sowohl der Halsring 13 als auch der Blasdornverteiler 15 und die Blasdichtung 31 sind aus einem festen Werkstoff, beispielsweise Stahl, hergestellt.
Der Streckdorn 16, der auch ein Teil der Blasdorneinheit 14 ist, erstreckt sich im allgemeinen durch das Zentrum des Blasdornverteilers 15 und ist von einer zurückgezogenen Position, die in 1 dargestellt ist, in eine ausgefahrene Position, die in 2 dargestellt ist, bewegbar. Der Streckdorn 16 dient zum Strecken des Vorformlings 22 aus Kunststoff entlang einer Längsachse und zur Erzielung einer axialen Orientierung in dem Kunststoffwerkstoff des Vorformlings 22 aus Kunststoff. Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Streckdorn 16 mehrere Auslassöffnungen 34. Die Auslassöffnungen 34 dienen zum Auslass von flüssigen, gas- oder dampfförmigen Medien aus dem Vorformling 22 aus Kunststoff, wie nachfolgend weiter beschrieben. Die Auslassöffnungen 34 stehen mit einem Kanal 35 innerhalb des Streckdorns 16 in Verbindung, um die flüssigen, gas- oder dampfförmigen Medien zu einem Auslassbereich (nicht dargestellt) zu leiten. Der Streckdorn 16 ist aus einem festen Werkstoff, beispielsweise Stahl, hergestellt.
Wie in 1 und 3 dargestellt, ist die erste Einlassöffnung 24 mit einer Hochdruckleitung 36 verbunden, die ein Hochdruckmedium 38 von einer Hochdruckmediumquelle 39 liefert. Das Hochdruckmedium 38 dient zum Expandieren des Vorformlings 22 aus Kunststoff gegen den Formhohlraum 20, um dadurch einen biaxialen orientierten Kunststoffbehälter 40 nach einem Verfahren, das im allgemeinen Blasformen genannt wird, zu bilden. Das Steuerventil 42 steuert den Fluß des Hochdruckmediums 38. Das Steuerventil 42 kann entweder manuell oder elektronisch ge steuert werden, bei der bevorzugten Ausführungsform wird das Steuerventil 42 durch eine Systemsteuerung 43, wie nachfolgend beschrieben, automatisch oder systematisch gesteuert. Die Hochdruckleitung 36 ist aus einem flexiblen Werkstoff hergestellt, der ein Bewegen und ein Verkürzen der Blasdorneinheit 14 ermöglicht, wenn es während des Blasformverfahrens in Eingriff oder außer Eingriff gebracht wird.
Wie in den 1 und 4 dargestellt, ist die zweite Einlassöffnung 26 mit einer Hochtemperaturleitung 44 verbunden, die ein Hochtemperaturmedium 46 von einer Hochtemperaturmediumquelle 47 zuführt. Das Hochtemperaturmedium 46 dient zum Wärmeaushärten des Kunststoffbehälters 40 mittels Konvektionswärmetransfer, um dadurch einen biaxial orientierten wärmeausgehärteten Kunststoffbehälter 40 zu bilden. Unter dem Begriff „Konvektionswärmetransfer" ist ein Wärmetransfer von einem flüssigen, gas- oder dampfförmigen Medium zu einem Festkörper durch das Strömen des Mediums über oder nahe der Fläche des Festkörpers zu verstehen. Der Begriff „Konvektionswärmetransfer" umfasst sowohl eine Wärmeleitung als auch Konvektion, wobei die Kombination dieser beiden Arten im allgemeinen einfach „Konvektionswärmetransfer" genannt wird. Das Hochtemperaturmedium 46 kann Luft, Dampf, Wasser oder irgend ein anderes flüssiges, gas- oder dampfförmiges Medium, das die Wärmeenergie an den Kunststoffbehälter 40 leiten kann, umfassen.
Für die Zuleitung des Hochtemperaturmediums 46 wird ein Medium aus einer Mediumquelle 49 durch einen Filter 50 und das Heizelement 18 geleitet. Das Heizelement 18 kann aus einer Vielzahl bekannter Arten gewählt werden, beispielsweise ein elektrisches Widerstandsheizelement, das eine Eisenlegierung, die um einen (nicht dargestellten) Keramikstab gewickelt ist. Der Fachmann kennt die verschiedenen Wirkungsweisen der verschiedenen Filtertypen und Heizelemente, die bei der Erfindung verwendet werden können, um die gewünschten Wirkungen zu erzielen. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Heizelement 18 größenmäßig klein und weist eine hohe Leistung auf, um das Medium von der Umgebungslufttemperatur auf eine ungefähre Temperatur von 370°C des Hochtemperaturmediums 46 erwärmen zu können.
Zwischen dem Heizelement 18 und der zweiten Einlassöffnung 26 sind ein Steuer ventil 52 und ein Sperrventil 54 angeordnet. Ähnlich wie das Steuerventil 42 steuert das Steuerventil 52 den Strom des Hochtemperaturmediums 46 und kann entweder manuell oder elektronisch gesteuert werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird das Steuerventil 52 automatisch und systematisch mittels der Systemsteuerung 43, wie nachfolgend beschrieben, gesteuert. Das Sperrventil 54 dient dazu zu verhindern, dass das Hochdruckmedium 38 durch die zweite Einlassöffnung 26 und in die Hochtemperaturleitung 44 strömt. Der Fachmann hat das Wissen über die geeigneten Steuerventile und Sperrventile.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines biaxial orientierten, in Wärme ausgehärteten Kunststoffbehälters, der eine Seitenwand mit hoher Kristallinität aufweist, umfasst im allgemeinen ein Blasformverfahren und ein Verfahren zum Aushärten unter Wärmeeinwirkung. Das Blasformverfahren umfasst den Schritt des Bereitstellens eines korrekt vorbehandelten Vorformlings 22 aus Kunststoff in dem Formhohlraum 12 der Blasform 12 und das Schließen der Blasform 12. Der Vorformling 22 aus Kunststoff ist vorzugsweise aus einem PET-Werkstoff hergestellt, kann aber auch aus anderen kristallinisierbaren Werkstoffen hergestellt sein. Die Blasdorneinheit 14 wird dann in den Vorformling 22 aus Kunststoff derart eingeführt, dass ein Kragen 33 der Blasdichtung innerhalb der Abschlusskante oder des Halses des Vorformlings 22 aus Kunststoff angeordnet wird und ein Flansch 37 zum oberen Ende des Vorformlings 22 aus Kunststoff, wie in 1 dargestellt, zur Anlage gebracht wird. Der Streckdorn 16 wird dann durch das pneumatische oder hydraulische Betätigungselement von seiner zurückgezogenen Position in seine verlängerte Position, wie in 2 dargestellt, bewegt. Diese Verlängerung des Streckdorns 16 in den Vorformling 22 aus Kunststoff streckt die Seitenwand 56 des Vorformlings 22 aus Kunststoff in axialer Richtung und aktiviert die Mediumbeaufschlagung.
Der Mediumbeaufschlagungszyklus umfasst das Öffnen und Schließen der Steuerventile 42 und 52 und eines Steuerventils 58, um den Vorformling 22 aus Kunststoff blaszuformen und um das Hochtemperaturmedium 46 über eine Innenfläche 59 des Vorformlings 22 aus Kunststoff, wie in 2 – 4 dargestellt ist, strömen zu lassen. Die Verlängerung des Streckdorns 16 löst den Mediumbehandlungszyklus zum Zeitpunkt = t₀, wie in 5 dargestellt, aus. Nach Ablauf der Zeitspanne 62, ausge hend von dem Zeitpunkt = t₀ zu dem Zeitpunkt = t₀, wird das Steuerventil 52 geöffnet und das Hochtemperaturmedium 46 wird durch die zweite Einlassöffnung 26 und den Ringkanal 32 in den Vorformling 22 aus Kunststoff eingeführt. Das Vorblasstadium 64 tritt während des Streckens des Vorformlings 22 aus Kunststoff auf und steuert den Streckdorn 16, dass der gestreckte Vorformling 22 aus Kunststoff nicht den Streckdorn 16 kontaktiert. Das Vorblasstadium 64 dient zur Vorbereitung des Blasformvorgangs 66 und ist relativ kurz. Zum Zeitpunkt = t₂ wird das Steuerventil 42 geöffnet und das Hochdruckmedium 38 wird durch die erste Einlassöffnung 24 und den Ringkanal 32 in den Vorformling 22 aus Kunststoff hereingedrückt. Dieser Blasformvorgang 66 beginnt, wenn der Vorformling 22 aus Kunststoff durch den Streckdorn 16 gegen den Boden der Blasform 12 angedrückt wird. Wenn das Hochdruckmedium 38 in den Vorformling 22 aus Kunststoff gedrückt wird, wenn das Hochtemperaturmedium 46 nicht mittels des Steuerventils 52 abgestellt ist, bewirkt das Hochdruckmedium. 38, dass das Sperrventil 54 geschlossen wird, wodurch das Hochtemperaturmedium 46, wie durch die gestrichelten Linien in 5 dargestellt ist, effektiv getrennt wird. Das Hochdruckmedium 38, das vorzugsweise einen Druck von 500 – 600 psi (35 – 42 kg/cm²) aufweist, bläst den Vorformling 22 aus Kunststoff auf, erweitert diesen gegen den Formhohlraum 20 der Blasform 12. Beim Strecken und Erweitern des Vorformlings 22 aus Kunststoff wird ein Kunststoffbehälter 40 mit biaxialer Orientierung gebildet. Während des Blasformvorgangs 66 wird die Blasform 12 auf einer Temperatur von ungefähr 120 – 250°C, vorzugsweise 130 – 170°C, gehalten.
Sobald der Kunststoffbehälter 40 vollständig gestreckt und expandiert ist, wird zum Zeitpunk = t₃ das Steuerventil 58 geöffnet und das Steuerventil 42 geschlossen, während das Steuerventil 52 offen bleibt. Während des Zirkulationsvorgangs 68 wird das Hochdruckmedium durch die Auslassöffnungen 34 des Streckdorns 16 ausgestoßen. Insbesondere dienen das Steuerventil 52 und das Steuerventil 58 zur Zirkulation des Hochtemperaturmediums 46 über eine Innenfläche 60 der Seitenwand 56 des Kunststoffbehälters 40. Das Hochtemperaturmedium 46 tritt durch die Auslassöffnungen 34, den Kanal 35 im Streckdorn 16 über das Steuerventil 58 in den (nicht dargestellten) Auslassbereich aus. Das Hochtemperaturmedium 46 kann durch den Filter 50 und das Heizelement 18, um Energie zu sparen, wieder rückgeführt werden.
Das Hochtemperaturmedium 46 strömt für einen ausreichenden Zeitraum über die Innenfläche 60 des Kunststoffbehälters 40, um zu ermöglichen, dass die Innenfläche 60 des Kunststoffbehälters 40 auf eine Temperatur von wenigstens 120°C erwärmt wird. Der Zeitraum hängt von der Zusammensetzung des Hochtemperaturmediums 46, der Temperatur und dem Druck des Hochtemperaturmediums 56 und der Strömungsleistung des Hochtemperaturmediums 46 über die Innenfläche 60 ab. Bei dem bevorzugten Verfahren ist das Hochtemperaturmedium 46 Luft, die eine Temperatur von 285°C bis 370°C und einen Druck von herkömmlicherweise zwischen 17,5 bis 21 kg/cm² (250 – 300 psi) aufweist. Andere Medien, beispielsweise Dampf, können verwendet werden. Das Hochtemperaturmedium 46 zirkuliert über die Innenfläche 60 des Kunststoffbehälters 40 für einen Zeitraum von 3 bis 7 Sekunden, um die notwendige Wärmeenergie zu übertragen und um den geeigneten Kristallinitätswert in dem Kunststoffbehälter 40 zu erzielen.
Nach dem Abschluss des Zirkulationsvorgangs 68 wird zum Zeitpunkt = t₄ das Steuerventil 52 geschlossen und das Steuerventil 42 geöffnet. Während des Kühlvorgangs 70 wird das kühlere Hochdruckmedium 38 an der Innenfläche 60 zirkuliert, um die Temperatur des Kunststoffbehälters 40 zu verringern. Die Temperatur des Kunststoffbehälters 40 muss auf eine Temperatur verringert werden, die ermöglicht, dass der Kunststoffbehälter 40 aus dem Formhohlraum 20, ohne dass eine Schrumpfung oder andere Verformungen eintreten, entfernt werden kann. Nach dem Kühlvorgang 70 wird das Steuerventil 42 geschlossen und kurz danach wird als Endschritt 72 das Hochdruckmedium 38 ausgestoßen, das Steuerventil 58 geschlossen, der Formhohlraum 20 geöffnet und der Kunststoffbehälter 40 herausgenommen. Dieser gesamte Vorgang wird dann für die nachfolgende Produktion weiterer Kunststoffbehälter wiederholt. Da der gesamte Prozess in ungefähr 6 Sekunden ausgeführt werden kann, sieht er ein effektives und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbehältern vor, die eine hohe Kristallinität aufweisen, die ermöglicht, dass die Kunststoffbehälter ihre Werkstoffeigenschaften während der nachfolgenden Pasteurisation oder Retort-Verfahrens und während des Transports beibehalten.
Durch Verwenden des Verfahrens gemäß der Erfindung kann ein Kunststoffbehälter 40 hergestellt werden, der eine Seitenwand 56 mit einer durchschnittlichen Dichte von größer als 1,367 g/cm³ aufweist. Diese durchschnittliche Dichte entspricht ungefähr einer 30%-igen Kristallinität und ermöglicht, dass die Kunststoffbehälter 40 ihre Werkstoffeigenschaften während der nachfolgenden Hochleistungspasteurisation oder Retort-Behandlung des Inhalts der Kunststoffbehälter 40 und während des Transports der Kunststoffbehälter 40 beibehalten. Wie hier beschrieben, werden Kristallinitätswerte von mehr als 30% als „hohe Kristallinitätswerte" betrachtet. Andere durchschnittliche Dichten, die größer als 1,367 g/cm³ und einschließend 1,375 g/cm³ (entsprechend ungefähr 34,4% Kristallinität), 1,38 g/cm³ (entsprechend ungefähr 38,5 % Kristallinität), 1,385 g/cm³ (entsprechend ungefähr 42,6 % Kristallinität) und sogar 1,39 g/cm³ (entsprechend ungefähr 46,7 % Kristallinität) sind, sind mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung und ohne eine wesentliche Wirkung auf die visuell wahrnehmbare Transparenz oder Klarheit der Kunststoffbehälter 40 möglich.
Wie in 6 gezeigt, ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung speziell auf Mehrfachhohlraummaschinen anwendbar, die mehr als einen Formhohlraum aufweisen, wobei das Strecken und das Blasformen gleichzeitig ausgeführt werden. Bei dieser Ausführungsform sind das Hochtemperaturmedium 46 und das Hochdruckmedium 38 wie bei der ersten Ausführungsform vorgesehen ( und daher wird auf die obige Beschreibung verwiesen), ausgenommen, dass sie durch den Streck-/ Blasdorn 16' miteinander in Verbindung stehen. Über die Länge eines Streck-/ Blasdorns 16' sind eine große Anzahl von Blasöffnungen 74 mit kleinem Durchmesser vorgesehen, die vorzugsweise alle den gleichen Durchmesser aufweisen. Die Öffnungen 74 leiten das Hochtemperaturmedium 4 auf die Innenfläche des Vorformlings aus Kunststoff und leiten das Durchdruckmedium 38 auf die Innenfläche 60 des Kunststoffbehälters 40, und zwar im wesentlichen senkrecht. Die konstanten und kleinen Durchmesser der Öffnungen 74 verstärken die Geschwindigkeit, mit der die Medien eingeleitet werden und ermöglichen ferner einen gleichmäßigeren Auslass der Medien über die Länge des Streck-/ Blasdorns 16'.
Das Austreten des Hochtemperaturmediums 46 und des Hochdruckmediums 38 wird über einen Kanal 76, der innerhalb der Blasdichtung 31 ausgebildet ist, erzielt. Ein Auslassventil 78, das von der Systemsteuerung 43 gesteuert wird, wird geöffnet, falls es während des Blasformvorgangs notwendig ist. Ein Schalldämpfer 80 kann an dem Ende der Auslassleitung 82 befestigt werden, um eine Geräuschverringerung während des Austretens zu erzielen.
Ein weiterer Unterschied zur ersten Ausführungsform ist, dass das Vorblasmedium nicht mehr durch das Hochtemperaturmedium 46 bereitgestellt wird, sondern anstelle dessen ein Niedrigdruck-/ Niedrigtemperaturmedium 84 von einer Quelle 86 über eine Leitung 88 und in den Vorformling 22 aus Kunststoff durch einen Kanal 90, der auch in der Blasdichtung 31 ausgebildet ist, bereitgestellt wird. Wie in 6 dargestellt, wird das Vorblasmedium 84, das vorzugsweise Luft mit Umgebungstemperatur und mit einen Druck von ungefähr 200 psi (14 kg/cm²) ist, durch Öffnen eines Steuerventils 92 mittels der Systemsteuerung 43 während der Streckung des Streck-/Blasdorns 16' und während des Streckens des Vorformlings 22 aus Kunststoff bereitgestellt. Für die beste Steuerung des Vorblasmediums 84 wird jeweils ein Steuerventil 92 für jeden Formhohlraum der Vorrichtung 10 verwendet.
Wie in 7 gezeigt, wird zum Zeitpunkt = t₁ das Steuerventil 92 geöffnet und das Vorblasmedium 84 durch den Kanal 90 in den Vorformling 22 aus Kunststoff eingeleitet. Dieser Vorblasvorgang 64' wird während des Streckens des Vorformlings 22 aus Kunststoff ausgeführt und verhindert, dass der Vorformling 22 aus Kunststoff den Streck-/ Blasdorn 16' kontaktiert. Zum Zeitpunkt = t₂ wird das Steuerventil 92 geschlossen und das Steuerventil 42 geöffnet, um das Hochdruckmedium 38 durch den Streck-/Blasdorn 16' einzuleiten und den Vorformling 22 aus Kunststoff aufzublasen und gegen den Formhohlraum 20 zu drücken, wodurch der Kunststoffbehälter 40 gebildet wird. Zum Zeitpunkt = t₃ wird das Steuerventil 42 geschlossen.
Vorzugsweise wird zu einem Zeitpunkt zwischen dem Zeitpunkt = t₁ und dem Zeitpunkt = t₃ das Steuerventil 52 durch die Systemsteuerung 43 geöffnet. Hierdurch strömt sofort, wenn das Steuerventil 42 zum Zeitpunkt = t₃ geschlossen wird, das Hochtemperaturmedium 46 durch die Öffnungen 74 und wird auf die Innenfläche 60 des Plastikcontainers 40 geleitet.
Die restliche Verfahrensreihenfolge entspricht der oben beschriebenen, so dass Be zug auf diese Abschnitte der Beschreibung genommen wird.
Das oben Beschriebene offenbart und beschreibt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines warmhärtbaren Kunststoffbehälters die folgenden Schritte umfassend Bereitstellen eines Vorformlings aus Kunststoff in einem Formhohlraum, Dehnen und Strecken des Vorformlings in Konformität mit Flächen, die den Formhohlraum bilden, Erzeugen einer Kristallinität in dem Kunststoffbehälter durch Aufbringen von Wärme von einem Innenabschnitt des Kunststoffbehälters auf eine Innenfläche des Kunststoffbehälters, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Wärme von einem Innenabschnitt des Kunststoffbehälters, ein Anheben der Temperatur der Innenfläche auf mindestens 120°C mittels Zirkulieren eines Hochtemperaturmediums durch den Innenabschnitt des Kunststoffbehälters mit einer Temperatur im Bereich von 285°C bis 370°C und mit einem Druck im Bereich von 17,5 kg/cm² bis 21 kg/cm² (250 psi bis 300 psi) für einen Zeitraum von 3 bis 7 Sekunden umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Erzeugungsvorgang die Verwendung von Konvektionswärmetransfer umfasst, um die Innenfläche des Kunststoffbehälters zu erwärmen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Hochtemperaturmedium Luft umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Erzeugungsvorgang das Leiten des Hochtemperaturmediums in das Innere des Kunststoffbehälters hinein und aus diesem heraus umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei des Zirkulieren des Hochtemperaturmediums kontinuierlich während des Erzeugungsvorgangs ausgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Zirkulieren des Hochtemperaturmediums das Einleiten des Hochtemperaturmediums in den Kunststoffbehälter während das Hochtemperaturmedium ebenfalls aus dem Kunststoffbehälter ausgelassen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Einleiten des Hochtemperaturmediums simultan mit dem Auslassen des Hochtemperaturmediums ausgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Zirkulieren des Hochtemperaturmediums das Richten des Hochtemperaturmediums auf die Innenfläche des Kunststoffbehälters umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Richten des Hochtemperaturmediums das Richten des Hochtemperaturmediums im wesentlichen senkrecht auf die Innenfläche des Kunststoffbehälters umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Erzeugungsvorgang ausgeführt wird, wenn der Kunststoffbehälter in dem Formhohlraum ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Flächen, die den Formhohlraum bilden, eine Temperatur im Bereich von 120°C bis 250°C aufweisen.
Blasformmaschine zur Herstellung eines warmausgehärteten Kunststoffbehäl ters, umfassend eine Blasform (12), die zur Aufnahme eines Vorformlings (22) geeigneten Formhohlraum (20) bildet, eine Hochdruckmediumquelle (39} und eine Hochtemperaturmediumquelle (47), eine Blasdorneinheit (14), die mit dem Vorformling (22) in Eingriff bringbar ist und mit der Hochdruckmediumquelle (28) und der Hochtemperaturmediumquelle (47) verbunden ist, um ein Hochdruckmedium (38) und ein Hochtemperaturmedium (46) zu einem Innenabschnitt (59) des Vorformlings (22) zu leiten, wobei die Blasdorneinheit (14) einen Auslass zum Auslassen von Medium aus dem Innenabschnitt des Vorformlings (22) und einen Streckdorn (16), der von einer eingefahrenen Position in eine ausgefahrene Position bewegbar ist, um den Vorformling (22) axial zu strecken, umfasst, wobei der Streckdorn (16) einen inneren Kanal (35) und wenigstens eine Öffnung umfasst, um das Medium zum Innenabschnitt des Vorformlings (22) zu leiten, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Kanal (35) des Streckdorns (16) wahlweise mit wenigstens einer der beiden Mediumquellen, nämlich der Hochtemperaturmediumquelle (47) und der Hochdruckmediumquelle (39), verbindbar ist und gekennzeichnet durch eine Steuerung, die mit der Hochdruckmediumquelle (39) und der Hochtemperaturmediumquelle (47) verbunden ist, um wahlweise die Zufuhr des Hochdruckmediums (38) und des Hochtemperaturmediums (46) zu steuern, wobei die Steuerung ferner mit dem Auslass verbunden ist, um wahlweise das Auslassen des Mediums zu steuern.
Blasformmaschine gemäß Anspruch 12, wobei die Öffnung derart ausgerichtet ist, dass das Medium im wesentlichen senkrecht zu einer Innenfläche des Vorformlings (22) geleitet ist.
Blasformmaschine zur Herstellung eines warmhärtbaren Kunststoffbehälters umfassend eine Blasform (12), die einen zur Aufnahme eines Vorformlings (22) geeigne ten Formhohlraum (20) bildet, eine Hochdruckmediumquelle (39), eine Hochtemperaturmediumquelle (47) und eine Blasdorneinheit (14), die mit dem Vorformling (22) in Eingriff bringbar ist und mit der Hochdruckmediumquelle (28) und der Hochtemperaturmediumquelle (47) verbunden ist, um ein Hochdruckmedium (38) und ein Hochtemperaturmedium (46) zu einem Innenabschnitt (59) des Vorformlings (22) zu leiten, wobei die Blasdorneinheit (14) einen Auslass zum Auslassen von Medium aus dem Innenabschnitt des Vorformlings (22) und einen Streckdorn (16) umfasst, der von einer eingefahrenen Position in eine ausgefahrene Position bewegbar ist, um den Vorformling (22) axial zu strecken, wobei der Streckdorn (16) einen inneren Kanal (35) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Kanal (35) des Streckdorns (16) mit dem Auslass verbunden ist und gekennzeichnet durch eine Steuerung, die mit der Hochdruckmediumquelle (39) und dem Hochtemperaturmediumquelle (47) verbunden ist, um die Zuleitung des Hochdruckmediums (38) und des Hochtemperaturmediums (46) wahlweise zu steuern, wobei die Steuerung ferner mit dem Auslass verbunden ist, um das Auslassen des Mediums wahlweise zu steuern.
Blasformmaschine gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14 ferner umfassend eine Vorblasmediumquelle, um ein Vorblasmedium zuzuführen, wobei die Blasdorneinheit (14) mit der Vorblasmediumquelle verbunden ist, um das Vorblasmedium in den Innenabschnitt des Vorformlings (22) zu leiten.