DE2528598A1 - Behaelter aus kriechfaehigem kunststoffmaterial - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE
DR. CLAUS REINLmNDER DIPL.-ING. !CLAUS BERNHARDT

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Telex 5212744 · Telegramme Interpatent

PlO P4 D

PLASTONA (John Waddington) Limited» Leeds, Großbritannien

Behälter aus kriechfähigem Kunststoffmaterial Priorität: 29. Juni 1974 - Großbritannien - 28977/74

Die Erfindung betrifft Behälter, die für kohlensäurehaltige Getränke geeignet sind und vorzugsweise auch solche enthalten, und die aus dünnwandigem Kunststoff bestehen.

Es sind viele Untersuchungen und Entwicklungen vorgenommen worden, thermoplastische Behälter herzustellen, die dazu geeignet sind, kohlensäurehaltige Getränke zu enthalten, wie Bier oder alkoholfreie Getränke. Bisher werden solche Getränke in großem Umfang in Metallbüchsen mit angebördelten Endkappen, von denen einige Ring-Zug-Öffnungseinrichtungen aufweisen, oder in Glasflaschen aufbewahrt, die mit Schraubverschlüssen oder Kronenverschlüssen verschlossen sind.

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Metallbüchsen und Glasflaschen haben den Markt für kohlensäurehaltige Getränke in großem Umfang beherrscht, hauptsächlich weil sie ausreichende Festigkeit haben, um den überatmosphärischen Drucken zu widerstehen, die in Behältern herrschen, die mit kohlensäurehaltigen Getränken gefüllt und verschlossen sind. Diese Drucke steigen noch in Abhängigkeit von der Temperatur der Umgebung, in der die Behälter gelagert werden. Allgemein gilt, daß der Innendruck, der in den Behältern erzeugt wird, umso höher ist, Je höher die Umgebungstemperatur. Ein weiterer Grund für die Verwendung von Metall und Glas für solche Getränke liegt darin, daß 'diese Materialien gegen Feuchtigkeit und Luft sehr undurchlässig sind, und kohlensäurehaltige Getränke, die in Behältern aus Glas oder Metall aufbewahrt werden, lange Zeit gelagert werden können.

Die Verwendung von Glas und Metall für solche Behälter ruft Jedoch einige Nachteile hervor. Zunächst ist anzunehmen, daß die Kosten dieser Werkstoffe in Zukunft schneller steigen als die von Kunststoff, und vom Standpunkt der Energieeinsparung ist zu berücksichtigen, daß zur Herstellung solcher Behälter sehr viel Energie erforderlich ist, verglichen mit der Energie, die zur Erzeugung von thermogeformten Kunststoffbehältern erforderlich ist. Glasflaschen haben den offensichtlichen Nachteil, daß sie gefährlich sind, und das gilt auch, wenn auch vielleicht in geringerem Maße, für Metallbüchsen. Es besteht also ein echter Bedarf für Behälter aus Kunststoffmaterial, die dazu geeignet sind, kohlensäurehaltige Getränke zu enthalten.

Wenn ein kohlensäurehaltiges Getränk in einem Behälter aus Kunststoff aufbewahrt wird, "kriecht" das Kunststoffmaterial im Verlauf der Zeit und durch den Innendruck, und dehnt sich leicht. Das hat unvermeidbar den Effekt, daß die Basis oder Grundplatte des Behälters sich ungleichmäßig verzieht, so daß, wenn der Behälter vor Beginn des "Kriechens" frei steht,

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er anschließend kippt, was als "Rocker" bezeichnet wird. Das heißt, die Stabilität des Behälters für das freie Stehen wird ernsthaft verschlechtert.

Die Erfindung betrifft dieses Problem und es ist ihre Aufgabe, eine neuartige Form einer Basis oder Grundplatte für einen Kunststoffbehälter verfügbar zu machen, der kriecht, wenn er mit kohlensäurehaltigem Getränk gefüllt und verschlossen ist, so daß er trotz des Kriechens kein "Rocker" wird. Die Erfindung ist zwar hauptsächlich mit verschlossenen Behältern für kohlensäurehaltige Getränke befaßt, ist jedoch nicht vollständig auf diese beschränkt, da selbstverständlich die neuartige Basis nach der Erfindung auch bei Behältern verwendet werden kann, die andere Produkte enthalten, die unter speziellen Umständen höheren Innendruck hervorrufen können.

Wenn die Behälter speziell für kohlensäurehaltige Getränke ausgelegt werden, können sie so aufgebaut werden, daß sie eine Gasbarriere für den Behälterinhalt bilden, so daß ein merklicher Verlust an Kohlensäuregas über eine Lagerperiode hin verhindert wird, nachdem der Behälter verschlossen ist. Im Hinblick darauf kann das Kunststoffmaterial in Laminatform aufgebaut sein oder innen beschichtet sein, so daß ein Außengehäuse und eine Innenauskleidung gebildet werden, die die Gasbarriere bildet, wobei das Außengehäuse mehr für die Festigkeit des Behälters sorgt. Der Behälter kann selbstverständlich aus einer einzigen Dicke Kunststoffbestehen.

Der Behälter kann aus einem Außengehäuse aus Polystyrol, Polypropylen, Polyäthylen oder dergl. bestehen und das Auskleidungsmaterial kann beispielsweise aus hochsperrendem Acrylmaterial bestehen, Polyvinylchlorid oder einem Copolymer derselben oder einer Beschichtung wie SARAN.

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Behälter der erwähnten allgemeinen Art sind bekannt, und sie werden im allgemeinen mit einem kohlensäurehaltigen Getränk gefüllt und mittels eines Deckels verschlossen. Wenn ein solcher Behälter anfänglich verschlossen wird, ist das Getränk gewöhnlich kühl und neigt deshalb dazu, das Kohlensäuregas in Lösung zu halten. Wenn die Temperatur des Getränks nach dem Verschließen des Behälters auf Umgebungstemperatur ansteigt, steigt der Druck innerhalb des Behälters dadurch, daß ein Teil des Kohlensäuregases vom Getränk freigegeben wird. Der Behälter aus Kunststoffmaterial kriecht, wie oben erläutert, und ein solches Kriechen stört nicht, sofern nicht ein "Rocker" entsteht, aber selbstverständlich sollte ein Bersten des Behälters vermieden werden.

Es ist bereits bekannt, einen dünnwandigen Kunststoffbehälter so aufzubauen, daß er die Möglichkeit hat, sich unter einem Anstieg des Gasdrucks innerhalb des Behälters nach dem Verschließen in begrenztem Umfang dehnen zu können, und der bekannte Vorschlag besteht darin, daß der Behälter mit einem Boden versehen wird, der einen sphärisch konkaven Bereich aufweist, der nach außen in sphärisch konvexe Form umklappen kann, wenn der Druck innerhalb des Behälters ein vorgegebenes Maximum übersteigt. Diese Möglichkeit, das effektive Volumen des Behälters zu erhöhen, hat den Vorteil, den Innendruck zu verringern und damit die Gefahr herabzusetzen, daß der Behälter anschließend explodiert, aber selbstverständlich entsteht ein "Rocker", was unerwünscht ist.

Durch die Erfindung soll ein thermogeformter Behälter ver-· fügbar gemacht werden, der eine Basisform aufweist, die so ausgelegt ist, daß sie höheren Innendrucken widerstehen kann, ohne daß grundsätzlich die Form geändert wird, wie das bei den bekannten Behältern geschieht.

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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein dicht verschlossener, dünnwandiger Kunststoffbehälter verfügbar gemacht, der durch hohen Innendruck kriecht, und der eine Wand und eine Basis oder Grundplatte aufweist, und dieser Behälter ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte durch einen Zentralteil definiert ist, der von in Abstand befindlichen Füßen umgeben ist, auf denen der Behälter frei steht, und Bügelteilen, die vom Zentralteil ausstrahlen, sich zwischen den Füßen erstrecken und zur Wand nach oben krümmen, wobei diese Bügelteile die Kriechbewegung des Zentralteils behindern, so daß dieser daran gehindert wird, durch die die Oberflächen der Füße, auf denen der Behälter frei steht, enthaltende Ebene vorzustehen.

Vorzugsweise liegen die Bügelteile und der Zentralteil der Basis auf einer sphärischen Oberfläche und definieren diese zum Teil.

Bei einem solchen Aufbau verläuft der Widerstand der Basis gegen Kriechen um einen hemisphärischen oder teilweise sphärischen Modul, was höhere Festigkeit bedeutet. Die Füße geben der Basis die Stabilität für freies Stehen.

Gemäß einer speziellen Ausbildung der Erfindung hat jeder Fuß allgemein Nieren- oder Bohnen-förraigen Querschnitt und krümmt sich um den Zentralbereich. Vorzugsweise hat dabei die Innenkante jedes Fußes eine zentrale Aussparung. Diese Aussparung auf der Innenseite jedes Fußes sorgt für einen zusätzlichen Widerstand für die ganze Basis, die unter hohem Innendruck im Behälter sphärisch ist. Weiterhin wird die Festigkeit der Basis beibehalten.

Gemäß einer anderen Ausführungsform können die Füße jeweils allgemein dreieckigen Querschnitt haben und sich vom Zentralteil nach außen hin erweitern, wobei die einander gegenüber-

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liegenden Seiten benachbarter Füße im wesentlichen flach und eng beieinander sind, so daß die Bügelteile geringe Breite haben.

Durch die Erfindung wird auch ein Behälter vor dem Füllen und Verschließen verfügbar gemacht.

Das Verschließen kann mittels einer Kappe aus Metall oder Kunststoff erfolgen, und der Oberteil des Behälters wird entsprechend für diesen Zweck geformt.

Die Erfindung soll anhand von in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispielen näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Behälters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vor dem Verschließen;

Flg. 2 eine Seitenansicht des Behälters nach Fig. 1; Fig. 3 eine Untersicht des Behälters nach Fig. 1 und 2; Fig. 4 und

Fig. 5 Schnitte längs der Linien Y-Y bzw. Z-Z in Fig. 3;

Fig. 6 einen Fig. 4 entsprechenden Schnitt des Behälter-Oberteils nach Aufbringen eines Verschließdeckels;

Fig. 7, 8

und 9 den Figuren 1, 2 und 3 entsprechende Darstellungen einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 10

und 11 Schnitte längs der Linien A-A bzw. B-B in Fig. 9.

Der in Figuren 1 bis 6 dargestellte Behälter ist ein dünnwandiger, thermogeformter Becher 10 aus Kunststoff mit einer grundsätzlich kegelßtumpfförmigen Wand 12, an deren

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Boden eine Basis 14 gemäß einer AusfUhrungsform der Erfindung vorgesehen ist, und im Oberteil befindet sich ein Entschachtelungsring 16. Der Entschachtelungsring ist näher in Fig. 4 dargestellt, ersichtlich befindet sich am oberen Ende dieses Rings ein flacher, nach außen vorstehender Flansch 18. Dieser Flansch 10 dient dazu, einen äquivalenten Flansch eines metallenen Deckels 20 in der in Fig. 6 dargestellten Weise aufzunehmen. Der Deckel wird doppelt an den Flansch 18 gebördelt, um eine effektive gasdichte Abdichtung zu bilden, und der Metalldeckel, der übliche Form haben kann, ist mit einer Öffnungsring-Einrichtung 22 versehen, um Zugang zum Behälterinhalt zu haben, in diesem Falle kohlensäurehaltiges Getränk.

Der soweit beschriebene Behälter ist bekannt, abgesehen von der speziellen Basiskonstruktion, die in der Zeichnung dargestellt ist und das neuartige Merkmal dieser Ausführungsform der Erfindung bildet.

Insbesondere in Figuren 1 und 3 sowie 5 ist erkennbar, daß die Basis 14 auf dem Prinzip einer halb- oder teil-sphärischen Form aufbaut, die am besten bei 30 in Fig. 5 erkennbar ist. Die Basis würde vollständig aus dieser halb- oder teilsphärischen Form 30 bestehen, wenn nicht drei in gleichen Winkeln angeordnete Füße 32 vorgesehen wären, die von der sphärischen Form 30 nach unten vorstehen, und eine Einrichtung bilden, mit der der Behälter frei stehen kann. Die Füße 32 sind um einen Teilkreis herum angeordnet, so daß sie einen Zentralteil 34 freilassen, der auf der sphärischen Form liegt, und radiale BUgelteile 36, die ebenfalls auf dieser sphärischen Form liegen und sich vom Zentralteil 34 aus erstrecken und mit diesem einstückig sind; diese Teile krümmen sich nach oben zum unteren Teil der Hauptwand 12.

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Die Füße 32 haben Jeweils einen allgemein flachen Boden 38, und diese Böden liegen in einer gemeinsamen Querebene relativ zur Behälterachse, und jeder Fuß hat allgemein Nieren- oder Bohnen-förmigen Querschnitt, wie am besten in Fig. 3 erkennbar ist. Da die Füße von einem sphärischen Modul aus vorstehen, sind die Außenwände der Füße länger als die Innenwände. Die Außenwände 40 liegen im wesentlichen auf einer Kegelstumpffläche mit dem gleichen Kegelwinkel wie die Wand 12, während sich in der Mitte Jeder der Innenwände 42 eine Aussparung 44 befindet, in die der Zentralteil hineinreicht und die den Effekt hat, die Fläche des zentralen, teil-sphärischen Bereichs 34 zu vergrößern. Der Effekt dieser Aussparungen 44 auf den Innenwänden der Füße besteht darin, eine zusätzliche Festigkeit in diesem kritischen Bereich zu erreichen und einen Widerstand gegen Auslenkung des Zentralteils, wie noch erläutert wird.

Beim Gebrauch des Behälters wird dieser mit kohlensäurehaltigem Getränk gefüllt und die Oberseite wird verschlossen, wie in Fig. 6 dargestellt. Wenn der Innendruck im Behälter sich im Laufe der Zeit erhöht, "kriecht" das Kunststoffmaterial des Behälters. Obwohl ein gewisses Kriechen in der Basis 14 stattfindet, ändert die Basis jedoch praktisch ihre Form nicht, und als Resultat eines solchen Kriechens wird die Basis nicht so verformt, daß der Behälter unstabil wird. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, liegen die Oberflächen der Füße 38, auf denen der Behälter frei steht, in einer mit A bezeichneten Ebene, ehe das Kunststoffmaterial des Behälters kriecht. Während des Kriechens bewegt sich der Mittelteil nach unten in die in Fig. 5 in unterbrochenen Linien dargestellte Position, und die Innenseiten der Füße 38 rollen nach innen und unten. Die Bildung dieser Aussparungen 44 widersteht diesem Einwärts- und Abwärts-Rollen der Innenseiten der Füße, so daß die Grundform der Basis beibehalten wird. Die Funktion der Bügelteile 36 ist wichtig, weil diese

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Bügelteile der Abwärts-Bewegung des Mittelteils 34 widerstehen und diesen daran hindern, durch die neue Ebene B hindurchzuwandern, in der sich die Stützflächen der Füße nach dem Kriechen befinden. Der Behälter steht deshalb nach wie vor frei auf den Füßen, weil der Zentralteil 34 alleinbleibt, wobei die Ebene B die Fußstützflächen enthält. Die Größe des Kriechens, das in der Basis stattgefunden hat, kann als Abstand zwischen den Ebenen A und B gemäß Fig. angesehen werden. Die Abmessungen des Behälters werden durch das Kriechen insgesamt etwas größer, diese Vergrößerung ist jedoch nirgends so groß wie in der Basis, und zwar deshalb, weil der Widerstand der Wand gegen ringförmig verlaufende Beanspruchungen größer ist als der Widerstand der Füße 38 gegen ringförmig verlaufende Beanspruchungen. Im Querschnitt sind die Füße 38 so ausgelegt, daß sie so nahe sphärisch wie möglich sind, um einen optimalen Widerstand gegen ringförmig verlaufende Beanspruchungen zu erhalten. Die spezielle für die Basis ausgewählte Form verleiht dieser extreme Festigkeit, und das kombiniert mit der Vorsehung einer Möglichkeit, daß der Behälter frei auf seiner Basis stehen kann.

Ersichtlich ist die Form der Basis im beschriebenen Ausführungsbeispiel nach dem Kriechen grundsätzlich die gleiche wie vor dem Kriechen. Es ist nicht notwendig, daß das der Fall ist, weil der Zentralteil, wenigstens vor dem Kriechen, einwärts konkav, einwärts konisch oder auswärts konisch sein kann, vorausgesetzt, daß nach dem Kriechen der Zentralteil auf einer Höhe bleibt, die höher liegt als die Stützflächen der Füße (Ebene B in Fig. 5). Wenn also der Zentralteil anfänglich einwärts gerichtet ist, kann er bei Anstieg des Innendrucks im Behälter sowohl nach außen stülpen als auch kriechen, er sollte jedoch nicht in der Lage sein, unter die Ebene B zu gelangen, wenn das gesamte Kriechen der Basis berücksichtigt wird.

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Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 7 bis 11 ist der Behälter grundsätzlich ähnlich dem Behälter nach Fig. 1 bis 6 aufgebaut und wird auch in dieser Weise verwendet. Die Ausnahme liegt darin, daß die Wand 12A sich bis zum oberen Flansch 18A erstreckt und kein Entschachtelungsring 16 vorgesehen ist, und auch darin daß die Basis sechs Füße 32A aufweist, die im allgemeinen rechteckigen Querschnitt haben und sich radial nach außen erweitern, wie in Fig. 9 dargestellt. Im inneren Bereich gehen die Füße 32A allmählich in den Zentralteil 34A über, während im Außenbereich 4OA die Füße auf einer kegelstumpfförmigen Oberfläche mit dem gleichen Kegelwinkel wie die Wand 12A liegen. Die einander gegenüberstehenden Flächen benachbarter Füße haben einen erheblich kleineren Abstand als bei der Ausführungsform nach Figuren 1 bis 6 und sind allgemein flach, so daß schmale Bügelteile 36A definiert werden und enge radiale Spalte 37 zwischen benachbarten Füßen. Alle Ecken und Kanten der Füße sind abgerundet, um einen maximalen Widerstand gegen Kriechen zu erhalten, und, wie bei der vorangegangenen Ausführungsform, ist das Kriechen der Behälterbasis unter Innendruck derart, daß der Zentralteil 34A nicht über die Ebene hervorsteht, auf der der Behälter frei steht.

Ersichtlich sind Behälter mit einer Basiskonstruktion nach der Erfindung prinzipiell für Anwendungen geeignet, in denen sich ein Überdruck innerhalb des Behälters im Gebrauch entwickelt, die Basiskonstruktion kann jedoch gewünschtenfalls auch in Anwendungsfällen verwendet werden, bei denen dieser Überdruck auf Wunsch erzeugt wird, beispielsweise durch Erwärmen des Behälterinhalts, während sich dieser noch im Behälter befindet.

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Der Behälter kann aus irgendeinem geeigneten Kunststoff hergestellt werden, wenn auch, sofern er speziell für kohlensäurehaltige Getränke bestimmt ist, es am besten ist, ein Kunststoffmaterial oder eine Kombination von Kunststoffmaterialien auszuwählen, die die beste Gassperre ergeben, sofern das damit verträglich ist, daß wenig oder kein Monomer aus dem Kunststoffmaterial in das Getränk abgegeben wird. Insbesondere sind die Acrylonitrile für diese Behälter speziell geeignet, vor allem Nitrilpolymere auf der Basis von Acrylonitrilen. Die Polyester-Kunststoffe sind ebenfalls außerordentlich geeignet, ebenso wie einige der Polyolefine, insbesondere Polyäthylen und Polypropylen. Die Polypropylene und Polyäthylene werden am besten verwendet, wenn es möglich ist, eine interne Lage für den Behälter als Gassperre vorzusehen, beispielsweise eine dünne Schicht aus Nitrilpolymer,

Es ist noch zu erwähnen, daß der Behälter vorzugsweise zwar thermogeformt wird, es jedoch auch möglich ist, ihn auf andere Weise zu formen, beispielsweise durch Spritzgießen, wenn auch dieses Verfahren derzeit sich als kostspieliger erweisen kann als Thermoformen.

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Claims (12)

1. Patentansprüche

   Versiegelter, dünnwandiger Behälter aus Kunststoff, der durch höheren Innendruck kriecht und eine Wand und eine Grundplatte aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte durch einen Zentralteil definiert ist, der von in Abstand befindlichen Füßen umgeben ist, auf denen der Behälter frei steht, und Bügelteilen, die vom Zentralteil ausstrahlen, sich zwischen den Füßen erstrecken und zur Wand nach oben krümmen, wobei diese Bügelteile die Kriechbewegung des Zentralteils behindern, so daß dieser daran gehindert wird, durch die die Oberflächen der Füße, auf denen der Behälter frei steht, enthaltende Ebene vorzustehen.
2. 2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder Fuß allgemein Nieren- oder Bohnen-förmigen Querschnitt hat und um den Zentralbereich gekrümmt ist.
3. 3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche Jedes Fußes eine zentrale Aussparung aufweist, in die der Zentralteil hineinreicht.
4. 4. Behälter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei identische und in gleichen Winkeln angeordnete Füße vorgesehen sind.
5. 5. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füße allgemein dreieckigen Querschnitt haben, wobei sie sich vom zentralen Teil nach außen hin erweitern und die einander gegenüberstehenden Seiten benachbarter Füße im wesentlichen flach und eng beeinander sind.

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6. 6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter thermogeformt ist.
7. 7. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mittels Deckel aus Metall

   oder Kunststoff mit einer Vorrichtung zur Erleichterung
   des öffnens dicht verschlossen ist.
8. 8. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bügelteile und der Zentralteil der
   Grundplatte auf einer sphärischen Fläche liegen und
   einen Teil derselben definieren.
9. 9. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Acrylonitril besteht.
10. 10. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Polyester besteht.
11. 11. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter aus Polystyrol besteht und eine Innenlage aus Acrylonitril aufweist, die als Gassperre
    wirkt.
12. 12. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Polypropylen besteht.

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