DE3020969A1

DE3020969A1 - Herstellung von artikeln durch ziehen und blasen

Info

Publication number: DE3020969A1
Application number: DE3020969A
Authority: DE
Inventors: Kjell Mosvoll Jakobsen; Claes Torsten Nilsson
Original assignee: PLM AB
Current assignee: Rexam AB
Priority date: 1979-06-11
Filing date: 1980-06-03
Publication date: 1981-01-08
Also published as: FR2458375A1; FR2458375B1; GB2052363B; HK45188A; CA1273175C; BE883733A; SG15084G; JPH0323325B2; SE424420B; CA1240114A; CH649251A5; US4381279A; SE7905047L; GB2052363A; NL8003112A; AT382553B; JPS562116A; US4758452A; ATA301780A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Artikeln aus thermoplastischem Kunststoff vom Typ Polyester oder Polyamid, vorzugsweise aus Polyethylenterephthalat, wobei die Artikel aus einem Element gebildet werden, das aus einem Randteil besteht, der einen im Verhältnis zum Randteil versenkt angeordneten Körper umgibt. Das Element wird aus einem Rohling aus hauptsächlich amorphem Werkstoff oder aus einem Werkstoff mit einer Kristallinität von weniger als 10% geformt. Der Rohling besteht z.B. aus einer ebenen Platte, einer Rohlingschale usw. Der Körper oder Teile dessen werden durch Strecken bis zum. Fließen des Werkstoffs beim Rohling, der sich innerhalb der Werkstoffabschnitte des Rohlings befindet, die beim Element den Randteil bilden, geformt, wobei der bis zum Fließen gestreckte Werkstoff im Körper eine Kristallinität von zwischen 10% und 25% annimmt, während die Kristallinität im Werkstoff im Randteil und in den ungestreckten Teilen ihren früheren Wert von weniger als 10% beibehält. Der Randteil wird vom Körper abgetrennt, wobei letzterer durch eine Anzahl von Ziehvorgängen in axialer Richtung verlängert wird, während gleichzeitig die Ausbreitung des Körpers rechtwinklig hierzu abnimmt. Durch ein Blasverfahren wird der Körper des Elements oder der gezogene Teil in den Artikel umgeformt.

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

Beim negativen Thermoformen wird eine warme Folie oder ein warmer Film über Hohlräume gelegt, wonach der Werkstoff des Films bzw. der Folie durch äußeren Druck und inneren Unterdruck in die Hohlräume gedrückt und gesaugt wird. Dies führt mit sich, daß der Werkstoff gestreckt und dünn wird_s wenn er in die jeweiligen Hohlräume eingesaugt wird. Wenn es sich bei dem Hohlraum um einen Becher handelt, erhält man einen dünngestreckten Boden und eine zunehmende Wanddicke in Richtung zur Becherkante.

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

Um beim negativen Thermoformen eine ausreichende Werkstoffdicke im Bodenteil des Bechers zu erhalten, muß beim Ausgangswerkstoff eine ausreichende Dicke gewählt werden. Um beim positiven Thermoformen eine ausreichende Dicke im Randbereich des Bechers zu erzielen, was für die Stabilität des Bechers erforderlich ist, muß ebenfalls ein Ausgangswerkstoff in ausreichender·Dicke gewählt werden. Beim negativen Thermoformen verbleiben die Werkstoffbereiche zwischen den geformten Bechern unbeeinflußt und werden anschließend, nach Herstellung der eigentlichen Becher, abgetrennt. Beim positiven Thermoformen wird der Werkstoff zwischen den Bechern in Vertiefungen eingezogen und von den geformten Bechern abgetrennt. Beim positiven Thermoformen erhält man somit Becherböden von im großen ganzen gleicher Dicke wie beim Ausgangswerkstoff. Beide Formverfahren

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bedingen unnötig hohen WerkstoffVerbrauchs was bei der Massenherstellung von Artikeln von wirtschaftlicher Bedeutung ist.

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

Die Erfindung eignet sich vorzugsweise für die Herstellung von Artikeln aus thermoplastischem Kunststoff vom Typ Polyester oder Polyamid= Beispiele solcher Werkstoffe sind Polyethylenterephthalat, Polyhexamethylen-Adipamid, Polycaprolactam, Polyhexamethylen-Sebacamid, Polyäthylen-2,6- und 1,5-Naphthalat, Polytetramethylen-1,2-Dioxybensoat und Copolymere von Äthylenterephthalat, Äthylenisophthalat und anderen, ähnlichen Polymeren. Die Beschreibung der Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf Polyethylenterephthalat, im weiteren oft mit PET bezeichnet, aber die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht ausschließlich auf die Anwendung weder dieses Werkstoffes noch anderer, bereits genannter Werkstoffe,, sondern sie eignet sich auch für viele andere thermoplastische Kunststoffe.

Zum besseren Verständnis der Problemstellung und der Erfindung werden nachstehend einige charakteristische Eigenschaften des Polyesters Polyethylenterephthalat beschrieben. Aus dem Schrifttum_s z.B. Properties of Polymers, von D W van Krevelen, Elsevier Scientific Publishing Company₃ 1976, ist bekannt, daß sich die Eigenschaften des Werkstoffes bei einer Orientierung amoprhen PoIyäthylenterephthalats verändern. Einige dieser Veränderungen sind in den Diagrammen, Abb.14.3 und 14.4 auf den Seiten 317 und 319 im Buch „Properties of Polymers" dargestellt. Die in nachstehender Diskussion verwendeten Bezeichnungen entsprechen den Bezeichnungen im genannten Buch.

PET, ebenso wie viele andere thermoplastische Kunststoffe, läßt sich durch Recken des Werkstoffes orientieren. Normalerweise erfolgt dieses Recken bei einer Temperatur oberhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg des Werkstoffes. Durch die Orientierung verbessern sich die Festigkeitseigenschaften des Werkstoffes. Aus den Schrifttum geht hervor, daß beim thermoplastischen Kunststoff PET eine Erhöhung des Reckverhältnisses-/\_ , d.h. Quotient zwischen Länge des gereckten Werkstoffes und Länge des ungereckten Werkstoffes, auch eine Erhöhung der Verbesserung der Werkstoffeigenschaften mit sich führt. Bei einer Erhöhung des Reckverhältnisses «^ von ca„ 2- bis etwas über 3mal liegen besonders große

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Veränderungen der Werkstoffeigenschaften vor. Hierbei verbessert sich die Festigkeit in Orientierungsrichtung markant, während gleichzeitig die Dichte / ebenso wie die Kristallinitat Xc ansteigt und die Glasumwandlungstemperatur Tg erhöht wird. Aus dem Diagramm auf S.317 geht hervor, daß der Werkstoff nach dem Recken, wobei -^V den Wert 3,1 annimmt, einer Kraft pro Flächeneinheit widersteht, die α =10 entspricht, und dies bei sehr geringer Dehnung, während die Dehnung bei -^- = 2,8 wesentlich größer ist. Im weiteren wird manchmal der Begriff „Schritt" verwendet, um einen Orientierungsverlauf zu bezeichnen, der durch ein Recken bzw. eine Dickenverminderung von mindestens ca. 3mal erzielt wird, und bei dem oben angegebene, markante Verbesserungen der Werkstoffeigenschaften eintreten.

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

Verbesserte Werkstoffeigenschaften, entsprechend denen, die man bei dem oben definierten „Schritt" erhält, erhält man auch dann, wenn ein amorpher Werkstoff bis zum Fließen gereckt wird und der Werkstoff vor dem Fließen eine Temperatur hat, die unter der Glasumwandlungstemperatür Tg liegt. Bei einem Zugstab ergibt sich in der Fließzone eine Durchmesserverminderung um das ca. 3fache. Bein Ziehen wird die Fließzone kontinuierlich in den amorphen Werkstoff hineinversetzt, während gleichzeitig der Werkstoff, der bereits den Fließzustand durchgemacht hat, die Zugkräfte des Prüfstabs ohne hinzukommende, verbleibende Rekkung aufnimmt.

Gemäß der Erfindung wird ein Element hergestellt, das aus einem Randteil und einem Becherteil besteht, wobei man von einem in der Hauptsache ebenen Rohling aus amorphem Werkstoff oder mit einer Kristallinität von weniger als 10% ausgeht. Durch einen Ziehvorgang wird der Werkstoff in ringförmigen Abschnitten beim Rohling in den Fließzustand versetzt. Hierbei wird der Becherteil ge bildet. Bei bestimmten Anwendungen stehen die radiale und die axiale Ausbreitung des Bechers in solchem Verhältnis zueinander, daß eine Herstellung des Be chers in einem einzigen Ziehvorgang nicht möglich ist. Gemäß der Erfindung er hält man die gewünschten Verhältnisse durch eine Anzahl Neuziehungen des Bechers, wobei der Durchmesser des Bechers bei jedem Neuziehen vermindert wird, während die Werkstoffdicke im großen ganzen beibehalten bleibt.

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Durch ein Blasverfahren wird der Becherteil des Elements oder der gezogene Becher in den Artikel umgeformt.

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

Das Element besteht aus einem Randteil, der einen im Verhältnis zum Randteil versenkten Körper umgibt. Der Werkstoff im Randteil ist hauptsächlich amorph oder hat eine Kristallinitat von weniger als 10%. Der Körper hat einen Wandteil und einen Bodenteil. Der Wandteil besteht aus Werkstoff, der bei einer Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg bis zum Fließen gezogen worden ist, und bei dem die Kristallinität zwischen 10% und 25% beträgt. In der Grundausführung des Elements besteht der Boden aus hauptsächlich amorphem Werkstoff oder aus Werkstoff mit einer Kristallinität unter 10%. In Ausführungsformen der Erfindung besteht der Boden wahlweise aus Werkstoff, der bei einer Temperatur unter der Glasumwandlungstemperatur Tg und bei einer Kristal-1inität zwischen 10% und 25% bis zum Fließen gezogen worden ist, d.h. aus Werkstoff mit Eigenschaften, die in der Hauptsache mit den Werkstoffeigenschaften des Wandteils des Elements übereinstimmen, oder aus Werkstoffabschnitten, die bis zum Fließen gezogen worden sind, abwechselnd mit Werkstoffabschnitten mit in der Hauptsache amorphem Werkstoff oder Werkstoff mit einer Kristallinität von weniger als 10%. In bestimmten Ausführungsformen sind die bereits genannten Werkstoffgebiete im Boden in axialer Richtung im Verhältnis zum unteren Rand des Wandteils versetzt.

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Bei der Herstellung eines Elements wird ein in der Hauptsache flacher Rohling aus thermoplastischem Kunststoff und mit einer Kristallinitat von weniger als 10% und mit einer Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg zwischen Gegenhaltern eingespannt so daß sich ein Gebiet bildete das völlig von den eingespannten Werkstoffabschnitten umschlossen wird. Gegen dieses Gebiet wird eine Preßvorrichtung angesetzt« deren Anliegefläche kleiner ist als die Fläche des Gebietes. Hierbei entsteht zwischen den eingespannten Werkstoffabschnitten des Rohlings und dem Teil des Gebietes„ der gegen die Preßvorrichtung anliegts ein geschlossenes_s streifenförmiges Werkstoffgebiet. Eine Antriebsvorrichtung verschiebt danach die Preßvorrichtung im Verhältnis zum Gegenhalter bei weiterem Anliegen der Preßvorrichtung gegen das Gebiet. Hierbei wird der Werkstoff in dem streifenähnlichen Gebiet so gestreckt_s daß ein Fließen des Werkstoffes auftritt_s wobei der Werkstoff orientiert wird_s während gleichzeitig die Dicke des Werkstoffes bei PET um das ca. 3fache vermindert wird. Beim Streckvorgang wird der Wandteil des Elements geformt.

Bedingt dadurch, daß der Umkreis der Anliegefläche der Preßvorrichtung kleiner ist als der innere Umkreis der Einspannvorrichtungen., wird der Werkstoff im Anschluß an den Rand der Preßvorrichtung der größten Beanspruchung ausgesetzt₅ weshalb das Fließen des Werkstoffes normalerweise hier beginnt. Die sich hieraus ergebende Wirkung wird dadurch noch verstärkt;, daß der Obergang zwischen Anliegefläche der Preßvorrichtung und Seitenwänden der Preßvorrichtung verhältnismäßig scharfkantig ausgeführt wird. Wenn das Fließen eingetreten ist, wird das Gebiet für das Fließen des Werkstoffes nach und nach in Richtung zu den Einspannvorrichtungen verschoben. Bei bestimmten Anwendungsbeispielen wird der Preßvorgang unterbrochen_s wenn die Fließzone bei den Preßvorrichtungen angelangt ist. Bei anderen Anwendungsbeispielen setzt der Preßvorgang fort, wobei ein erneutes Fließen des Werkstoffes im Anschluß an die Kanten der Preßvorrichtung stattfindet und von diesen Gebieten zur Mitte des Werkstoffes hin versetzt wird. Wenn der gesamte Werkstoffs der gegen die Anliegefläche der Preßvorrichtung anliegt, ein Fließen durchgemacht hat, wird bei bestimmten Anwendungsbeispielen der zwischen den Einspannvorrichtungen liegende Werkstoffs der sich am nächsten am inneren Umkreis der Einspannvorrichtungen befindet_s für einen weiteren Ziehvorgang ausgenutzt. Um dies zu ermöglichen, ist normalerweise eine etwas erhöhte Temperatur bei diesem Werkstoff erforderlich. Die Ausgangstemperatur untersteigt jedoch noch immer die Glasumwand]ungstemperatür Tg.

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Bei gewissen Anwendungsbeispiel en ist eine beschleunigte Kühlung des gezogenen Werkstoffes erforderlich. Kierbsi ist vorzugsweise die Preßvorrichtung mit einer Kühl vorrichtung verseheil; die so angeordnet ist_D daß die Gebiete des Werkstoffes _s die während des Ziehens des Werkstoffes fließen^ gegen die Kühlvorrichtung anliegen.

Bei gewissen Anwendungen läßt man das Fließen des Merkstoffes im Anschluß an die Einspannvorrichtungen beginnen= Dies wird dadurch erzielt., daß die Einspannvorrichtungen mit Erwäraiungsvorrichtungen versehen werden_s die die Temperatur der Werkstoffabschnitte erhöhen_s wo das Fließen beginnen soll» Die Temperatur beim Werkstoff untersteigt jedoch noch immer die Glasumwandlungstemperatur Tg des Werkstoffes» Wenn das Fließen eingetreten ist₉ verläuft dieses weiter in Richtung zur Änliegeflache der Preßvorrichtung und, in vorkommenden Fällen₅ am Obergang zwischen den Seitenwänden und aer Anliegefläche der Preßvorrichtung vorbei= Zur Sicherstellung₉ daß die Einspannvorrichtungen den Rohling in den zukünftigen Randabschnitten des Elements festhalten,, werden die Einspannvorrichtungen in der Regel mit Kühlvorrichtungen versehen.

Der Gedanke der Erfindung umfaßt auch die Möglichkeit_s durch eine Reihe von aufeinanderfolgenden Ziehvorgänge sowohl im Wandteil als auch im Bodenteil des Körpers Werkstoffabschnitte zu erziel en_s die abwechselnd aus Werkstoffabschnitten bestehen, die bis zum Fließen gezogen sind und auf diese Weise eine'verminderte Wanddicke erhalten haben_s und aus ungezogenen Werkstoffabschnitten, die ihre Wanddicke beibehalten haben. Bei im Bodenteil des Körpers gelegenen Werkstoffabschnitten erfolgt bei bestimmten Anwendungsbeispielen im Zusammenhang mit dem Ziehvorgang eine Verschiebung von Werkstoff auch in der Axial richtung des Körpers .

Von dem geformten Element wird der Randteil entfernt, und das Element wird durch eine Anzahl von Ziehvorgängen umgeformt. Diese Ziehvorgänge finden bei einer Temperatur unterhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg statt und bewirken eine Verminderung des Durchmessers des Suchers_s während der Körper gleichzeitig in Axial richtung verlängert wird. Der Ziehvorgang bedeutet eine ausschließliche Umverteilung des Werkstoffes_s ohne daß ein Fließen eintritt.

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Der nach Abschluß des Ziehvorgang gebildete Becher hat am einen Ende eine öffnung, während er am anderen Ende einen Bodenteil hat. Je nachdem, auf welche Weise das Element geformt worden ist, besteht der Bodenteil völlig oder teilweise aus amorphem Werkstoff oder aus unorientiertem Werkstoff„ Im erstgenannten Fall behält somit der Bodenteil die Dicke des Ausgangswerkstoffes im amorphen Gebiet bzw. in den amorphen Gebieten bei. Der amorphe Werkstoff ist dazu geeignet, als Befestigungswerkstoff zum Anschweißen hinzukommender Teile am Becher zu dienen. Dieser Bedarf wird z.B. dann vorliegen, wenn der Becher als Behälter verwendet wird und der Bodenteil des Bechers gleichzeitig den Bodenteil des Behälters darstellt. Hierbei ist es zweckmäßig:, einen äußeren Fuß am Behälter anzuschweißen. Der auf beschriebene Weise geformte Becher hat einen Öffnungsteil, der nach eventuellem Nacharbeiten vorzugsweise ausgeweitet wird, so daß sich eine umgebördelte Kante ergibt, wobei die Stabilität der umgebördelten Kante durch Erhitzen bis zur maximalen Kristallisationstemperatur des Werkstoffes erhöht wird. Die umgebördelte Kante eignet sich hierdurch gut zum Zusammenfalzen z.B. mit einem losen Deckel aus geeignetem Werkstoff, z.B. Metall.

In einem anderen Anwendungsbeispiel wird das Ziehen des Bechers unterbrochen, so daß Teile des Bechers im Vergleich zum Ausgangsdurchmesser einen verringerten Durchmesser aufweisen. Durch Entfernen des Bodens in diesem Teil mit kleinerem Durchmesser, Aufweiten der gebildeten Kante und Stabilisierung der Mündung, die auf in vorherigem Abschnitt beschriebene Weise entstanden ist, erhält man einen Mündungsteil, der sich zum Anbringen z.B. eines Verschlusses oder eines Kronenkorkens eignet. Der andere, noch geöffnete Teil des Bechers, wird beispielsweise, auf ähnliche Weise wie bereits beschrieben, mit einem Deckelspiegel verschlossen.

Beim Blasverfahren geht man entweder von einem Becher, der normalerweise vom Randteil des Elements abgetrennt worden ist, oder von einem neugezogenen Becher aus. Durch das Blasen gegen warme Formwände wird der Becher, dessen Werkstoff eine Temperatur oberhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg aufweist, so umgeformt, daß er mit der Form des vorgesehenen Endproduktes übereinstimmt. Bei bestimmten Anwendungsfällen verwendet man einen warmen Blasdorn, um übermäßiges Abkühlen des Werkstoffes während des Blasvorganges zu verhindern.

Aus dem Gesagten geht hervor, daß die Kombination eines Ziehens bis zum Fließen zwecks Erhalten eines Elements, ein Neuziehen des Bechers des gebildeten Elements und ein Blasverfahren viele wahlweise Möglichkeiten zur Formung verschiedener Arten von Artikeln bietet.

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Ein auf oben beschriebene Weise hergestellter Artikel ist somit nicht ausschließlich zur Anwendung als Behälter geeignet, sondern viele Anwendungen sind möglich.

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

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

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

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

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

Abb. 12 den Becher des Elements vor dem Neuziehen zeigt, Abb. 13 den Becher des Elements teilweise neugezogen zeigt, Abb. 14 den Becher des Elements völlig neugezogen zeigt,

Abb. 15 den Becher des Elements mit dem teilweise neugezogenen Teil des Bechers gem. Abb.15 erneut neugezogen zeigt,

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

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

Abb. 20 - 22 wahlweise Ausführungen von geblasenen Artikeln zeigen.

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Abb. 1-2 zeigen ein Band oder einen Rohling 14', 14" aus thermoplastischem Kunststoffs wobei man die Bänder oder Rohlinge von oben sieht. In den Abbildungen sind ringförmige Werkstoffgebiete 16% 16" bzw. 17'₉ 17" dargestellt. Weiterhin ist ein Werkstoffgebiet 15', 15" erkennbar_a das von dem früheren rinförmigen Werkstoffgebiet 17', 17" umgeben ist. Das Werkstoffgebiet 16 bezeichnet das Gebiet, das beim Ziehen des Rohlings zwischen den Einspannvorrichtungen 30 a-b (siehe Abb.4) eingespannt wird. Das Werkstoffgebiet 15 bezeichnet das Gebiet₂ das beim Ziehen des Rohlings gegen die Preßfläche der Preßvorrichtung 20 (siehe Abb.4) anliegt. Das Werkstoffgebiet 17 bezeichnet das Gebiet, das beim Ziehen des Rohlings in den Fließzustand gebracht wird.

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

In Abb. 4-8 erkennt man eine Anzahl von Einspannvorrichtungen 13, die den Rohling 14 fixieren. Eine Preßvorrichtung 20 befindet sich zwischen den Einspannvorrichtungen 30 und weist eine Preßfläche 21 auf. In Abb.4 hat die Preßvorrichtung eine Stellung, bei der sich die Preßfläche 21 unmittelbar neben der oberen Oberfläche des Rohlings 14 befindet. In Abb. 5 wurde die Preßvorrichtung nach unten verschoben₃ wobei das Fließen des Werkstoffes begonnen hat. In Abb.6 ist die Preßvorrichtung so weit verschoben worden, daß ein Element gem. Abb.3 entstanden ist. In Abb.7 wurde die Preßvorrichtung noch weiter verschoben, wobei ein weiteres Fließen des Werkstoffes stattgefunden hat. Hierbei ist ein Element 10' entstanden, dessen Körper 13' einen Bodenteil 11 aufweist, der in seinen mittigen Abschnitten aus amorphem, ungezogenem Werkstoff besteht, der von gezogenem, orientiertem Werkstoff umgeben ist, bei dem ein Fließen stattgefunden hat. In Abb.8 schließlich wurde die Preßvorrichtung 20 so weit verschoben, daß praktisch der gesamte Werkstoff im Bodenteil 11" des Körpers 13" im Fließzustand gewesen ist. Hierbei entstand ein Element 10'_s bei dem sowohl der Wandteil als auch der Bodenteil des Körpers dadurch eine verminderte Wanddicke aufweist_s daß der Werkstoff im Fließzustand gewesen ist und gleichzeitig eine Orientierung erhalten hat.

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In Abb.9-10 erkennt man eine wahlweise Äusfuhrungsform der Einspannvorrichtungen 33 a-bs die mit Kühl kanälen 31 und Erwärmungskanal en 34 versehen sind. in den Abbildungen ist nur die Zulaufleitung für die Erwärmungskanale dargestellt., während die Ablaufleitung von den Erwärmungskanälen in den Abbildungen hinter der ZuIaufleitung liegt und durch den aufwärts gerichteten Pfeil angedeutet ist. Die Kühlkanäle_s ebenso wie die Erwärmungskanale_s sind durch plattenähnliche Abdeckungen 35 abgedeckt., deren andere Oberfläche gleichzeitig die Anliegefläche der Einspannvorrichtungen für das Einspannen des Rohlings darstellt. Eine Isolierung 32 trennt den gekühlten Bereich der Einspannvorrichtungen vom erwärmten Bereich. Bei gewissen Anwendungen werden die Erwärmungskanälle gleichermaßen als Kühlkanäle verwendet.

Die Abbildungen zeigen außerdem eine wahlweise Äusfuhrungsform einer Preßvorrichtung 20a, auch diese mit Kühkanälen 22. Die Kühlkanäle sind durch einen Kühlmantel 23 abgedeckt, der gleichzeitig die äußere Anliegefläche der Preßvorrichtung gegen den Werkstoff während des Ziehvorgangs darstellen. Abb.9 zeigt eine Stellung der Preßvorrichtung₃ die der in Abb.5 gezeigten Stellung entspricht, und Abb.10 zeigt eine Stellung der Preßvorrichtung, die der Stellung in Abb.8 entspricht. Die Preßvorrichtung ist mit einer rotationssymmetrischen, gewölbten Fläche ausgeführt, die so geformt ist_s daß der Werkstoff beim Ziehen im Fließbereich immer gegen den Kühlmantel anliegt, während der Werkstoff, der noch nicht im Fließzustand gewesen ist, im Bereich zwischen der Preßvorrichtung und den Einspannvorrichtungen an keiner Stelle gegen irgendeine Vorrichtung anliegt.

Die Erwärmung des Werkstoffes mit Hilfe der Erwärmungskanale 34 dient dem Zweck« die Fließwilligkeit des Werkstoffes zu erhöhen. Die Erwärmung wird jedoch so begrenzt, daß die Temperatur des Werkstoffes immer unter der Gl asumwand!ungstemperatur Tg liegt. Durch die Erwärmung ist es möglich, den Ziehvorgang des Werkstoffes ein Stück in das Gebiet zwischen den Backen der Einspannvorrichtungen fortsetzen zu lassen, so wie dies in Abb.10 dargestellt ist. Eine andere, wahlweise Anwendung, bei der die erhöhte Fließwilligkeit des Werkstoffes ausgenutzt wird, ergibt sich dadurch, daß man beim Ziehvorgang den Anfangsbereich für das Fließen des Werkstoffes zum Gebiet neben den inneren Kanten der Einspannvorrichtungen lenkt. Wenn das Fließen eingetreten ist, verschiebt sich die Fließzone nach und nach in Richtung von den Einspannvorrichtungen weg zum Boden der Preßvorrichtung_a nach und nach wie die Preßvorrichtung in den Abbildungen nach unten verschoben wird.

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Hierdurch wird erreicht, daß sich das Fließen immer in der gleichen Richtung fortpflanzt, wodurch der erneute Beginn des Fließens, der bei Anwendung der in den Abbildungen 4-8 dargestellten Ausführungsform der Erfindung stattfindet, vermieden wird.

In Abb.11 erkennt man eine Vorrichtung zum Neuziehen des früher geformten Elements. Die Abbildung, die die Vorrichtung nur teilweise wiedergibtj zeigt einen Preßdorn 40, einen GEgehaltering 41, einen Ziehring 42 und einen Wandteil 18 beim Element, wobei sich dieser Wandteil im Umformen befindet. Weiterhin erkennt man einen Boden 11" beim Körper 13 des Elements. Der Ziehring 42 ist mit einer Kalibriervorrichtung 43 ausgeführt, die die Dicke des erneut gezogenen Werkstoffes des Wandteils 18 bestimmt.

In Abb.12 erkennt man einen mit der Preßvorrichtung 20a gem. Abb.9 geformten Elementkörper 50, bei dem der Randteil des Elements aus dem Körper hergestellt wurde. In Abb.13 wurde der Umformvorgang des Körpers 50 mit Hilfe einer in Abb.11 dargestellten Vorrichtung eingeleitet. Der Umformvorgang ist so weit fortgeschritten, daß sich ein in der Hauptsache zylindrischer, größerer Teil, dessen Durchmesser mit dem Durchmesser des Körpers 50 übereinstimmt, und ein kürzerer Teil 59 gebildet haben. In Abb.14 ist der Umformvorgang abgeschlossen, wobei ein in der Hauptsache zylindrischer Körper 52 mit gleichem Durchmesser wie bei dem kürzeren Teil in Abb.13 entstanden ist.

In Abb.15 erkennt man einen Körper 53, dessen kürzerer Teil 59 im Sinne einer weiteren Verminderung des Durchmessers beim kürzeren Teil 59' mit Hilfe einer in Abb.11 dargestellten Vorrichtung umgeformt worden ist. Zwischen dem kürzeren, zylindrischen Teil 59* und dem größeren Teil des Körpers 53 erkennt man einen Übergang 58.

Abb. 16 zeigt einen geblasenen, flaschenähnlichen Behälter 70', der aus einem Körper 53 gem. Abb. 15 hergestellt worden ist. Der Bodenteil des kürzeren Teils 59' ist abgetrennt und durch einen Verschluß 55, z.B. eine Kapsel, ersetzt worden. Beim Abtrennen des Bodenteils entstandenen Mündungskanten wurde ausgeweitet und umgebördelt, wonach der Werkstoff in den umgebördelten Werkstoff abschnitten durch Erwärmen des Werkstoffes bis zur Kristallisationstemperatur vorzugsweise eine erhöhte Kristallinitat erhalten hat. Auf diese Weise ergibt sich eine erhöhte Festigkeit bei der Mündungskante, so daß diese sich gut für

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ein Verschließen des Behälters, z.B. durch eine Kapsel oder einen Kronenkorkens eignete Der bereits genannte übergang zwischen dem kürzeren Teil und dem größeren Teil des Körpers bildet nun eine Fiaschenbrust 58'. Aus der Abbildung ist auch erkennbar wie ein Deckelspiegel 56 nach Befüllen des Behälters am anderen Ende des Behälters 70" fixiert wird. Durch das Ausweiten., Umbördein und Erwärmen des Werkstoffes ergeben sich auch hier Werkstoffabschnitte;, die Z=Bo zum Zusammenfalzen mit dem Deckelspiegel zwecks Verschließen des Behälters geeignet sind.

Die Abbildungen 17-19 zeigen Gegenstücke zu den Abbildungen 12-14. Die Abbildungen lassen erkennen, wie ein, aus einem Körper II¹ gem. Abb.7 geformter Elementkörper einer axialen Verlängerung bei gleichzeitiger Verminderung des Durchmessers des Körpers ausgesetzt wird und einen in der Hauptsache völlig zylindrischen Körper 61 bildet, wobei der Bodenteil dieses Körpers aus einem Werkstoffabschnitt 62 aus hauptsächlich amorphem Werkstoff besteht. Während des Umformvorganges entsteht eine Zwischenform des Körpers, die in Abb.18 mit 60 bezeichnet ist.

Bei der Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Körper gebildet wird, der einen amorphen Bodenabschnitt umfaßt, erhält man auch ein Werkstoffgebiet, daß sich als Befestigungswerkstoff zum Anschweißen hinzukommender Teile am Körper eignet. Durch die Kristallinisierung des Werkstoffes erhält man ein äußerst formbeständiges Gebiet, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, den Behälter zur Aufbewahrung von Flüssigkeiten unter Druck, z.B. kohlensäureversetzten Getränken, zu verwenden, ohne daß die Gefahr einer Verformung des Bodenteils vorliegt. Der Gedanke der Erfindung umfaßt auch das Ersetzen der dargestellten, ebenen Ausführungsform des Bodenteils durch eine konvexe oder konkave Fläche, je nach den besonderen Wünschen, die bei den einzelnen Anwendungsfall en vorliegen.

Die Abbildungen 20-22 zeigen wahlweise Ausführungsformen von geblasenen Behältern. Sämtliche Behälter sind auf die im Anschluß an Abb.16 bereits beschriebene Weise durch Deckelspiegel verschlossen. Natürlicherweise ist diese Kombination von geblasenem Behälter und Deckelspiegel lediglich als ein Beispiel für die vorliegenden Verschlußmöglichkeiten zu betrachten. .

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Abb.20 zeigt eine Ausführungsfomi_s bei der oer gesamte Werkstoff in dem geblasenen Behälter aus früher gezogenem Werkstoff besteht. Der Behälter wird wahlweise aus einem Körperteil gem. Abb.12 oder gem. Abb.14 geformt.

In Abb.21 erkennt man eine Ausführungsform eines geblasenen Behälters_s der aus einem Körperteil gem. Abb.17 oder Abb.19 geformt worden ist. Beim Blasen wurde das amorphe Werkstoffgebiet 22 in unverändert amorphem Zustand beibehalten und stellt einen dickeren Abschnitt im Bodenteil des Behälters dar. In gewissen Ausführungsformen wird dieser Abschnitt bis zur Kristallisationstemperatür des Werkstoffes erhitzt,, damit sich ein Bodenabschnitt bildet., der besonders dafür geeignet ist₅ Verformungskräften, z.B. aufgrund eines inneren Drucks beim Behälter zu widerstehen. Der amorphe Werkstoff ist weiterhin dazu geeignete, zum Anschweißen hinzukommender Kunststoffteile verwendet zu werden.

Abb.22 zeigt eine Ausführungsform eines geblasenen Behälters₉ der aus einem Körperteil geformt worden ist«, wobei der Boden des Körperteils abwechselnd aus bis zum Fließen gezogenen Werkstoffabschnitten und abwechselnd aus solchen Werkstoffabschnitten besteht, die ihre ursprüngliche Dicke beibehalten haben. Auf diese Weise ist ein mittiger, amorpher Werkstoffabschnitt 21 entstanden₉ der von einem ringförmigen,, amorphen Abschnitt 72 umgeben ist_s der unter dem mittigen Abschnitt liegt. Der mittige Abschnitt und der ringförmige Abschnitt sind durch Werkstoff verbunden«, der bis zum Fließen gezogen worden ist. Der ringförmige Werkstoffabschnitt bildet auf diese Weise Standflächen für den Behälter. Die Teile₃ die die Mantelfläche des Behälters bilden₃ sind in der Regel aus neugezogenem Werkstoff geformt. Zumindest in den Fäll en_s wenn der Behälter eine verhältnismäßig große axiale Ausbreitung aufweist«, ist ein derartiges Neuziehen erforderlich.

Das Blasen erfolgt auf irgendeine bekannte Weise bei einer Temperatur beim Werkstoff,, die über der Glasumwandlungstemperatur Tg liegt» Normalerweise erfolgt das Blasen gegen erwärmte Formwände. Bei gewissen Anwendungsbeispielen ist ein erwärmter₉ langgestreckter Blasdorn erforderlich., um übermäßig starkes Abkühlen des Werkstoffes während des Blasvorganges zu vermeiden.

Der durch das Fließen orientierte Werkstoff besitzt verbesserte Festigkeitseigenschaften in der Orientierungsnchtung_o die in der Hauptsache mit der-Ziehrichtung des Werkstoffes übereinstimmt. Durch das Erwärmen des Werkstoffes

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auf eine Tempsratur oberhalb der Glasumwandlungstemperatur Tg bestehen keine Schwierigkeitens bei einem Blasverfahren das Element durch Strecken des Merkstoffes in einer hauptsächlich rechtwinklig zur genannten Örientierungsnchtung liegenders Richtung umzuformen. Ein auf diese Weise umgeformtes Element bildet ZoB. einen Behälter mit einer mittigen Mantelfläche mit einem Durchmessers der den -Durchmesser der öffnung übersteigt., und mit einem Boden₂ der aus einer Standfläche besteht_s die den übergang zwischen der unteren Kante -der Mantelfläche und der Bodenfläche darstellt«, wobei die Bodenfläche wahlweise etwas konkav ist oder wahlweise aus ringförmigen Werkstoffabschnitten besteht₃ die in Axial richtung des Behälters im Verhältnis zueinander verschoben sind.

Obige Beschreibungstellt lediglich Beispiele für Anwendungen der Erfindung dar, Die Erfindung erlaubt natürlicherweise;, daß eine Anzahl von Kombinationen von Ziehvorgängen vorgenommen a1rd₅ wobei sich auch abwechselnd Gebiets mit gezogenen« und ungezogenem Werkstoff bilden» Dar Körper besteht beispielsweise aus t'Jandteilen mit Absätzen₅ die ongezogensn Merkstoff enthalten., währarsd der Bodenteil aus Abschnitten besteht _Ό ζ„Β, ringförmigen., die ungezogenen Merkstoff enthalten=, wobai diese Abschnitte in A;n al richtung des Körpers im Verhältnis zur unteren !'ante des Handteiles versetzt sind.

Der Gedanke der Erfindung umspannt viele wahlweise Ausführungsformeno Gemäß einer selcher erfolgt das Ziehen bis zum Fließen des Merkstoffes im Körper des Elements durch eine Anzahl aufeinanderfolgender Ziehvorgange_s wobei für jeden Ziehvorgang die Anliegefläche der Preßvorrichtung kleiner wird. Hierdurch wird erreicht., daß die Breite des Herkstoffgebietes 15 darauf abgestimmt wird_s wie weit der Ziehvorgang fortgeschritten ist.

über obenstehende Beschreibung hinaus geht die Erfindung auch aus beiliegenden Patentansprüchen hervor.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines Artikels aus thermoplastischem Kunststoff, z.B. eines Behälters oder eines Teiles eines Behälters, dadurch gekennzeichnet,daß ein in der Hauptsache ebener Rohling (14) aus vorzugsweise Polyäthylenterephthalat mit einer Kristallinität von weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5%, zwischen Einspannvorrichtungen (30) zur Bildung eines oder mehrerer, von geschlossenen, bandförmigen, eingespannten Werkstoffabschnitten (16) völlig umgebener Gebiete (15), eingespannt wird, daß gegen jedes Gebiet eine Preßvorrichtung (20) angesetzt wird, deren Anliegefläche (21) ge-, gen das Gebiet (15) kleiner ist als das Gesamtgebiet (15), wodurch sich ein geschlossenes, streifenähnliches Werkstoffgebiet (17) zwischen den eingspannten Werkstoffabschm*tten (16) und dem gegen die Preßvorrichtung (20) anliegenden Teil des Gebietes (15) bildet, daß die Preßvorrichtung (20) mittels Antriebsvorrichtungen im Verhältnis zu den Einspannvorrichtungen (30) bei fortlaufendem Anliegen gegen das Gebiet (15) verschoben wird, wodurch der Werkstoff im streifenähnlichen Werkstoffgebiet (17) durch Ziehen so weit gereckt wird, daß ein Fließen im Werkstoff und eine dadurch bedingte Orientierung des Werkstoffes stattfinden, wobei sich Abschnitte eines Elements (10) bilden, die aus einem Randteil (12) aus Werkstoff von den eingespannten Werkstoffabschnitten (16) und einem im Verhältnis zum Randteil versenkt liegenden Körper (13) bestehen, wobei genannter Körper (13) Abschnitte aus Werkstoff aufweist, die bis zum Fließen gezogen sind und aus dem.geschlossenen, streifenähnlichen Gebiet (17) stammen, wobei die Kristallinität dieses Werkstoffes zwischen 10% und 25%, vorzugsweise zwischen 12% und 20%, liegt, während die Kristallinität des Werkstoffes im Randteil und in den ungezogenen Teilen des Körpers, vorzugsweise den im Boden (11) des Körpers gelegenen, ihren früheren Wert von weniger als 10% beibehält, daß der Körper (13) vorzugsweise vom Randteil (12) abgetrennt wird, daß der Körper (13) oder Teile desselben mit dem Werkstoff bei einer Temperatur oberhalb der Glasumwandlungstemperatur (Tg) durch Blasen gegen vorzugsweise warme Formwände so umgeformt wird, daß sich die Form des Endproduktes ergibt.

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2. Verfahren gem. Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichne t , d a ß der Körper (13) oder Teile desselben vor dem Blasen durch eine Anzahl von Neuziehvorgängen in der Axial richtung verlängert wird und eine verminderte Ausbreitung rechtwinklig hierzu bei im großen ganzen unveränderter Dicke des gezogenen Werkstoffes beibehält.
3. Verfahren gem. Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehvorgang für das Fließen des Werkstoffes so weit fortsetzt, bis annähernd der gesamte Werkstoff im Werkstoffgebiet

(15) ein Fließen durchgemacht hat, wodurch annähernd der gesamte Werkstoff im Körper (13) aus Werkstoff besteht, der den Fließvorgang durchgemacht hat.
4. Verfahren gem. einem der Patentansprüche 1-3, dadurch gekennzeich-net, da-β- die Anliegefläche der Preßvorrichtung (20) kleiner ist als die Oberfläche des von den geschlossenen, bandförmigen, eingespannten Werkstoffabschnitten (16) völlig umschlossenen Gebietes (15), um zu bewirken, daß das Fließen des Werkstoffes bei der Preßvorrichtung beginnt.
5. Verfahren gem. einem der Patentansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der eingespannten Werkstoffabschnitte

(16) so gewählt ist, daß das Fließen des Werkstoffes am Ende des Ziehvorganges in die genannten Abschnitte hineinreicht und in diesen endet.
6. Verfahren gem. einem der Patentansprüche 1-6, dadurch gekenn zeichnet ,daß der Werkstoff unmittelbar vor dem Ziehen bis zum Fließen eine Temperatur aufweist, die unter der Glasumwandlungstemperatur (Tg) liegt, und dabei vorzugsweise der Raumtemperatur entspricht.
7. Verfahren gem. einem der Patentansprüche 1-6, dadurch gek e η η ζ e i c h η e t , d a ß der Werkstoff im Gebiet des Fließens zumindest während des Ziehvorganges einer beschleunigten Kühlung ausgesetzt wird.

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8. Verfahren gem. Patentanspruch 7„ dadurch gekennzeichne t , da β die Preßvorrichtung (20a) mit Kühlvorrichtungen (22, 23) versehen ist, welche so angeordnet sind, daß beim Ziehen des Werkstoffes die Gebiete, in denen der Werkstoff fließt, gegen die Kühlvorrichtungen anliegen.
9. Verfahren gem. einem der Patentansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff aus Polyester oder Polyamid besteht, z.B. Polyethylenterephthalat, PoIyhexamethylen-Adi pami d, Polycaprolactam, Polyhexamethylen-Sebacami d, Polyäthylen-2,6- und 1,5-Naphthalat, Polytetramethylen-1,2-Dioxybensoat und Copolymeren aus Äthylenterephthai at, Äthylenisophthalat oder anderen, ähnlichen polymerischen Kunststoffen.
10. Gemäß einem der Patentansprüche 1-9 hergestellter Behälter (70), bestehend aus einem Mündungsteil einschl. einer Mündungskante, einem Behälterteil, einem übergang zwischen Mündungsteil und Behälterteil sowie einem Bodenteil zuzüglich einem Obergang zwischen Behälterteil und Bodenteil , dadurch gekennzeichnet,daß in der Hauptsache sämtlicher Werkstoff orientiert ist und eine Kristallinität aufweist, die höchstens 60% beträgt und vorzugsweise bei einem Wert zwischen 10 und 40% liegt.
11. Gemäß einem der Patentansprüche 1, 2, 4 - 9 hergestellter Behälter (70), bestehend aus einem Mündungsteil einschl. einer Mündungskante, einem Behälterteil, einem Obergang zwischen Mündungsteil und Behälterteil sowie einem Bodenteil zuzüglich einem Obergang zwischen Bodenteil und Behältertei 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Werkstoff im Mündungsteil, Obergang zwischen Mündungsteil und Behälterteil, im Behälterteil und vorzugsweise im übergang zwischen Behälterteil und Boden orientiert ist und eine Kristallinität aufweist, die höchstens 60% beträgt und vorzugsweise einen Wert zwischen 10 und 40% hat, während man im Boden orientierte Werkstoffabschnitte vorfindet, deren Dicke in der Hauptsache mit der Dicke des Rohlings übereinstimmt.

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