Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von nahtlosen Hohlkörpern aus wärmeverformbaren Kunststoffen.
I) ie vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Herstellung von nahtlosen Hohlkörpern aus warmeverformbaren Kunststoffen. Das Ver tahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man im Bereiche der lündung eines zur Auf nahme der Kunststoffmasse vorgesehenen Be halters von aussen her einen Stempel so anordnet.
dass der Stempel mit dem Behälterrand eine Ringdüse bildet, und dass man die Kunst stoffmasse in eine Form zur Bildung des Kör- perhalses presst und darauf den Behälter und den Stempel gemeinsam entgegen der Kolbenwirkung wegbewegt, derart, dass Kunststoff aus der Bingdüse tritt, schliesslich, dass man ein Druckmittel in die Kunststoffmasse einführt und diese zum fertigen Hohlkörper aus- (lehnt.
Die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens, bei welcher Kunststoff aus einer Ringdüse ausgepresst und zu einem Hohlkörper aufgeblasen wird, ist dadurch gekenn- zeichnet, dass die Ringdüse aus einem Behälter und aus einem sich zum Behälter in entgegen f, esetzter Riehtung erstreckenden Stempel ge I) ildet ist, wobei Behälter und Stempel gemein sam in axialer Richtung des Stempels bewegbar sind.
In den Zeiehnungen zeigen :
Fig. 1 und 2 zwei bekannte Ausführungen zur Herstellung von nahtlosen Hohlkörpern, während die
Fig. 3 bis 12 versehiedene Ausführungsbeispiele der Vorrichtung darstellen, an Hand welchen auch das Verfahren erläutert wird.
Glemäss der aus den Fig. 1 und 2 ersicht- lichen Ausführung wird aus einem ringförmi- den Schlitz 1 Kunststoff ausgepresst und unmittelbar nach dem Austreten aus diesem ringförmigen Schlitz zu einem Hohlkörper 2 aufgeblasen. Der ringförmige Schlitz wird dabei von einem Behälter 3 und einem Stempel 4 gebildet. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren beginnt die Herstellung des Hohlkörpers mit dessen Boden 5, bei dem in Fig. 2 gezeig- ten Verfahren dagegen mit dessen Hals 6.
In beiden Fällen erstrecken sich dabei Behäl- ter 3 und der Stempel 4, die den ringförmigen Schlitz 1 bilden, in der gleichen Richtung von diesem Schlitz aus gesehen. In der Darstellung der Fig. 1 erstrecken sich dabei Behälter 3 und Stempel 4 nach oben, in der Darstellung der Fig. 2 dagegen nach unten.
Gemäss der in der Fig. 1 dargestellten Ausführung ist es nicht ohne weiteres möglieh, Hohlkörper 2, insbesondere solche schlanker Form, herzustellen, wenn nur für den Hals 6 des Hohlkörpers 2 eine verkürzte Form verwendet, dagegen der Bauch 8 des Hohlkörpers 2 ohne die vollständige Hohlform 7 frei geblasen werden soll, wie das in manchen Fällen erwünscht ist. Bei der Ausführung gemäss Fig. 1 ist nämlich in diesem Fall der Hohlkörper 2 während seiner Herstellung nur an seinem Hals 6 durch den Behälter 3 und den Stempel 4, nicht aber am Boden 5 sicher festgehalten, so dass der entstehende Hohlkörper 2 während seiner Herstellung unter Umständen zur Seite ausweichen und daher unsymme- trisch werden kann.
Ausserdem ist es bei dieser Ausführungsweise nicht möglich, den Hohlkörper 2 während des Aufblasens in die Lange zu ziehen. Bei der durch die Fig. 2 dargestellten Ausführung wird dieser Nachteil vermieden. Hier ist der Hohlkörper 2 während seines Herstellungsganges sowohl am Hals 6 wie auf der entgegengesetzten Seite, der Bodenseite festgehalten, auch wenn die Hohlform nur den Hals 6 des Hohlkörpers 2 um sehliesst, während der Bauch 8 des Hohlkörpers 2 ohne die Verwendung einer Hohlform 7 frei geblasen wird.
Beiden Ausführungsarten ist ferner eigentümlieh, dass der Stempel 4 konzentriseh dureh den Behälter 3 hindurch- geführt wird, so dass der dem Ringschlitz l zufliessende Kunststoff insbesondere bei der Herstellung sehr kleiner Flaschen relativ enge Kanäle passieren muss, was vielfach von Nachteil ist.
Bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführung wird Kunststoff aus einer von einem Behälter 3 und einem gegenüber diesem Behälter 3 beweglichen Stempel 4 gebildeten Ringdüse 1 ausgepresst und zu einem Hohlkörper 2 aufgeblasen. Der Behälter 3 und Stempel 4 erstrecken sich von der Ringdüse 1 aus gesehen in entgegengesetzter Richtung. In der Fig. 3, die diese Anordnung besonders ver deutlicht, erstreekt sich dabei der Behälter 3 naeh unten und der Stempel 4 nach oben.
Die Fig. 4 zeigt in stark vereinfachter, sehematiseher Form die wesentlichsten Bauteile der Vorrichtung. Sie weist einen Stempel 4 auf, welcher dichtend in einem Körper 9 be weglich angeordnet ist. Der Körper 4 ist mit einer Flaschenhohlform 7 verbunden. Im Behälter 3 ist ein Kolben 10 beweglich angeordnet, welcher Kunststoff 11 durch eine Ringdüse 1 auspresst. Die Ringdüse 1 ist dureh den Band der Mündung des Behälters 3 sowie durch den Stempel 4 gebildet, welcher unmit- telbar vor der Behältermündung angeordnet ist und sich in entgegengesetzter Richtung zum Behälter erstreckt. Unmittelbar nach dem Austreten aus der Ringdüse 1 wird der Kunststoff 11 zu einem Hohlkörper 2 aufgeblasen.
Die notwendige Blaseluft wird durch einen Kanal 12 zugeführt, der in dem Körper 9 untergebracht ist. Bei der Herstellung eines Hohlkörpers werden Körper 9 und Flaschenhohlform 7 einerseits sowie der Behälter 3 und Stempel 4 anderseits voneinander ent fernt, während sieh gleiehzeitig der Kolben 10 gegen die Austrittsöffnung des Behälters 3 zu bewegt und Luft durch den Kanal 1: zugeführt wird. Der Behälter 3 und der Stempel 4 bewegen sich dabei grundsätzlich nieht oder nur in dem Ma#e gegeneinander, indem die Weite der Ringdüse 1 während des Her stellungsganges verändert werden soll.
In der beschriebenen Weise wird ein nennenswerter technischer Fortsehritt erzielt. Der Hohlkörper 2 wird während seiner Herstel lung sowohl am Hals 6 als auch auf der ge genüberliegenden Bodenseite sicher festgehal- ten. Das maeht es möglich, den entstehenden Hohlkörper 2 während des Aufblasens in Längsrichtung auseinanderzuziehen bzw. zu recken.
Besonders wenn Hohlkörper 2 ohne Zuhilfenahme einer vollständigen Hohlform für den Bauch des entstehenden Hohlkörpers 2 unter Verwendung einer verkürzten Hohlform 18 hergestellt werden sollen, ist diese Möglichkeit, den entstehenden Hohlkörper 2 in die Länge zu ziehen, zweckmässig, um die Form des entstehenden Hohlkörpers 2 (schlank, kugel-oder ellipsoidförmig) beeinflussen zu können. Ausserdem ist es bei manchen Kunststoffen erwünscht, die Reckung in zwei Rich tungen, die die Wand eines jeden Hohlkör- pers beim Aufblasen erfährt, dureh eine zu- sätzliche Reekung in Längsriehtung zu verstärken.
Schliesslich wird durch das beider seitige Festhalten des entstehenden Hohlkörpers das Entstehen unsymmetrischer Hohlkörper ersehwert. Bei der zuletzt beschrie- benen Ausführung wird die Herstellung eines einwandfreien Flaschenbodens einfacher, wie dies später an fland der Fig. 9 bis 12 nach gewiesen wird. Weiterhin ist der freie Querschnitt des Behälters 3, durch den der Kunst stoff 11 der Ringdüse 1 zuströmt, unter sonst gleichen Verhältnissen wesentlich weiter als gemä den in den Fig. l. und 2 gezeigten Beispielen, weil der Stempel 4 nieht durch den Be hälter 3 hindurchgeführt ist und somit hier keinen Quersehnitt beansprucht. Das ist in vielen Fällen ein beträchtlicher Vorteil.
Der im Be hälter 3 laufende Kolben 10 hat die übliche zylindrische Form, während ein entsprechender Kolben gemäss den Fig. 1 und 2 die kon struktiv weniger zweckmässige Ringform haben müsste.
Die Fig. 5 bis 9 zeigen an einem Ausfüh- rungsbeispiel einige weitere wesentliehe Ein zelheiten. Dabei sind Bauteile, die in der Kunststofftechnik üblich sind, und die im Zusammenhang mit der beschriebenen Einrichtung keine besondere Bedeutung haben, wie zum Beispiel Hohlräume für Heiz-und Kühlflüssigkeiten oder Temperaturmessgeräte usw. weggelassen.
In Fig. 5 ist die erste Phase des Herstel lungsganges eines Hohlkörpers am Beispiel einer Flasche gezeigt. Der Behälter 3 dichtet gegen die Flasehenhohlform 7 ab und setzt sich nach unten in Form eines Ringsehiebers 1 fort. Behälter 3, Stempel 4, Körper 9, Flaschenhohlform 7 und Kolben 10 bilden einen Hohlraum, welcher als Vorform 14 bezeichnet wird. In der in Fig. 5 dargestellten Phase des Herstellungsganges sind der Kolben 10 und der Ringsehieber 13 so weit zurüek- gezogen, dass sie einen Ringkanal 15 freigeben, dureh den Kunststoff 11 in die Vorform 14 eingepresst wird.
Der Behälter 3 ist von einem auf dem Behälter 3 längsbewegli- ehen Heizkörper 16 umschlossen, der in der gezeigten ersten Phase des Herstellungspro- zesses so weit von dem Austrittsende des Be hälters 3 wegbewegt wird, dass er nieht an die Flasehenhohlform 7 anstosst oder diese aufheizt.
Naehdem die Vorform 14 durch den Ringkanal 15 mit Kunststoff 11 gefüllt ist, wird die Vorform 14, wie die Fig. 6 zeigt, durch den Ringsehieber 13 von dem Ringkanal 15 abgeschlossen, so dass eine gefüllte Vorform 14 entsteht. Sodann wird gleichzeitig der Kolben 10 in Richtung der Austrittsöffnung des Behälters 3 verschoben und der Behälter 3 von der Flaschenhohlform 7 wegbewegt, so dass Kunststoff 11 aus der Vorform 14 durch die vom Behälter 3 einerseits und dem Stempel 4 anderseits gebildete Ringdüse 1 ausgepresst wird.
Der Stempel 4 verharrt so lange in der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Endlage, in der er mit seinem verdickten Ende an den Körper 9 anschlägt und dabei den Kanal 12 abschliesst, durch den die Blaseluft zugeführt wird, bis der Behälter 3 so weit von dem Körper 9 bzw. der Flaschenhohlform 7 wegbewegt ist, dass der Stempel 4 nicht mehr in den Behalter 3 hineinragt. Von diesem Zeitpunkt an wird der Stempel 4 derart mit dem Behälter 3 mitbewegt, dass der Zwischenraum zwischen dem Behalter 3 und dem Stempel 4 und damit die Weite der Ringdüse 1 in der Hauptsache gleieh bleibt. Der Heizkörper 16 wird gegen das Ende des Behälters 3 zu bewegt, so dass er diesen bis zu dessen Austrittskante wirksam beheizt.
Fig. 7 zeigt die nächste Phase des Herstellungsganges. Der Körper 9 und die Fla schenhohlform 7 einerseits, sowie der Behälter 3 und der Stempel 4 anderseits sind so weit voneinander entfernt worden, dass zwischen dem kappenartig ausgebildeten untern Ende des Stempels 4 und dem Körper 9 der Kanal 12 zur Zuführung der Luft zum Aufblasen des Hohlkörpers 2 freigegeben wird.
Dieser Kanal ist entweder im Körper 9 oder im Stempel 4 angeordnet. Körper 9 und Fla sehenhohlform 7 einerseits sowie Behälter 3 und Stempel 4 anderseits werden nun laufend weiter voneinander entfernt, und es wird laufend weiter Kunststoff 11 aus der Ringdüse 1 ausgepre#t, sowie Blaseluft durch den Kanal 12 zugeführt. Dabei werden die Bewegungsgeschwindigkeiten der genannten Bauteile so aufeinander und auf die Menge des ausgepressten Kunststoffes sowie der zugeführten Blaseluft abgestimmt, dass sich der Kunststoff unmittelbar naeh dem Austreten aus der Ring düse 1 an die Wand der Hohlform 7 anlegt, und dass der entstehende Hohlkörper 2 wäh rend des Herstellungsganges eine Längsrek- kung erfährt.
Bei der in Fig. 8 gezeigten Phase der Herstellung des Hohlkörpers 2 ist die Flaschen- hohlform 7 durch eine mehrteilige Bodenform 17 ergänzt, die mit der Flaschenhohlform 7 verbunden wird, und die den Behälter 3 umschliesst. Um für die Bodenform 17 Platz zu sehaffen, ist der Heizkörper 16 ausreichend weit von der Austrittsöffnung des Behälters 3 wegbewegt worden.
Die Endphase der Herstellung der anzufertigenden Flasche ist in Fig. 9 gezeigt. Der Kolben 10, der Behälter 3 und die Bodenform 17 bilden eine ebene Fläehe, auf der sich der Flasehenboden 5 des Hohlkörpers 2 abformt. Zweekmässigerweise wird dabei der Stempel 4 vom Behälter 3 etwas entfernt, bevor die Bodenform 17, das Gehäuse 3 und der Kolben 10 die in Fig. 9 gezeigte Endlage erreicht haben. Dadurch wird es möglieh, Narben auf der innern Wand des Bodens 5 des Hohlkörpers 2 zu vermeiden. Durch die Bohrung 18 des Kolbens 10 wird vor dem Herausnehmen des Hohlkörpers 2 aus der Flasehenhohlform 7 ein Kühlmedium zugeführt, das durch den Ringkanal 19 wieder abströmt. Dadurch wird ein leichtes Abtren- nen des Hohlkörpers 2 von dem Kolben 10 gewährleistet.
Naeh der Fertigstellung des Hohlkörpers 2 wird der Stempel 4 bis in die in den Fig. 5 und 6 gezeigte Endlage zuriiekbewegt. Behälter 3 und Kolben 10 einerseits und die Bodenform 17 anderseits werden ausreichend weit voneinander entfernt und der fertige Hohlkörper 2 aus der Hohlform 7 herausgenommen, nachdem diese in bekannter Weise geöffnet wurde.
In der beschriebenen Weise ist es auf besonders zweckmässige Art möglieh, Hohlkörper 2 ohne Zuhilfenahme einer Hohlform 7 für den Bauchteil 8 des herzustellenden Hohlkörpers 2 anzufertigen, weil der herzustellende Hohlkörper 2 während des ganzen Herstel lungsganges sowohl am Boden 5 wie am Hals 6 sicher festgehalten ist. Die Fig. 10, 11 und 12 zeigen an einem Beispiel, dass die Hohlform 18 nur den Halsteil 6 des herzustellen- den Hohlkörpers 2 umsehliesst, während der Bauch 8 frei geblasen wird.
Der Herstellungs- gang ist im übrigen grundsätzlich der gleiche wie oben beschrieben, jedoch wird die Ge sehwindigkeit, mit der der Kunststoff 11 aus der Ringdüse ausgepresst wird, die Menge der zugeführten Blaseluft, sowie die Geschwindig- keit, mit der sich Flaschenhohlform und Körper einerseits, sowie Behälter 3 und Stempel 4 anderseits voneinander wegbewegen, so aufeinander abgestimmt, dass ellipsoidförmig ab- geplattete, kugelförmige, oder in die Länge gezogene, schlanke Hohlkörper entstehen.
Der Behälter 3, der Kolben 10 und der Heizkörper 16 sind an ihrem freien Ende (in Fig. 10 am untern Ende) so ausgebildet, dass sie in die eigentliche Blasevorrichtung, die den Stempel 4 und den Körper 9 trägt, patronenartig eingesetzt bzw. aus dieser entfernt werden können. Der zu einem Hohlkör- per zu verarbeitende Kunststoff 11 wird ausserhalb der eigentliehen Blaseeinrichtung in kaltem oder bereits erhitztem Zustand in den Behälter 3 eingebracht.
Nach dem Ein- setzen des mit Kunststoff 11 gefüllten Behälters 3, des Kolbens 10 und des Heizkörpers 1 in die Blaseeinrichtung wird der Kolben 10 naeh oben geschoben und damit die durch den Behälter 3, den Stempel 4, den Körper 9 und Kolben 10 gebildete Vorform 14 mit Kunststoff 11 gefüllt. Der weitere Verlauf der Herstellung eines Hohlkörpers erfolgt in g Weise wie in den Fig. 5 bis 9 dargestellt. Dabei ist in den Fig. 11 und 1. gezeigt. dass die Hohlform 18 nur den Hals 6 des lerzustellenden Hohlkörpers 2 umschlie#t, während der Bauch 8 des lIohlkörpers frei geblasen wird. Die Bodenform 17 hat im Falle des in Fig. 12 gezeigten Beispiels eine plattenartige Form.
Die beschriebene Variante des Verfahrens macht es unter anderem möglieh, den azurer- halb der Blaseeinrichtung mit Kunststoff 11 gefüllten Behälter 3 mit dem Kolben 10 und mit oder ohne Heizkörper 16, in Fig. 10, vor dem Einsetzen in die Blaseeinrichtung so lange in einem Wärmeraum zu belassen, bis die genaue Verarbeitungstemperatur erreicht ist, und bis sich auch sehr geringe Temperatur diff erenzen innerhalb des Kunststoffes 11 aus gegliehen haben. Das ist besonders dann wich tig, wenn der Hohlkörper 2 unter Verwendung einer Hohlform 18 hergestellt werden soll, die nur den Hals 6 nicht aber den Bauch 8 des herzustellenden Hohlkörpers 2 umsehliesst r EL2),
da in diesem Fall auch relativ geringe Temperaturunterschiede innerhalb des Kunststoffes 11 schon zu unrunden bzw. unsymmetrischen oder in der Wanddieke un gleichmässigen Hohlkörpern 2 führen können.
Sollen farbig gemusterte Hohlkörper hergestellt werden, so muss Kunststoff, der aus Komponenten verschiedener Farbe gemischt ist, verarbeitet werden. In diesem Fall ist es oft wünsehenswert, dass die verschiedenen Komponenten während der Verarbeitung in möglichst geringem Masse durchmischt werden.
Eine solche Durchmisehung der zu verarbeitenden Kunststoffe findet beispielsweise statt, wenn, wie die Fig. 5 zeigt, die Vorform 14 durch den Ringkanal 15 mit Kunststoff gefüllt wird Der Kunststoff 11 wird demgegenüber während des Herstellungsganges des Hohlkörpers in weit geringerem masse durchmischt, wenn man entsprechend Fig. 10 den patronenartig ausweehselbaren Behälter 3 ausserhalb der Blaseeinriehtung mit gemahlenem Kunststoff in gewünschter Farbenzusam- menstellung füllt und innerhalb des Gehäuses 3 unter Anwendung mechanischer Pressung und gegebenenfalls von Vakuum sehmilzt oder sinter.
In diesem Fall hat es sich als zweckmässig erwiesen, Kunststoff mit einer Teil chengrösse von weniger als 1 mm zu verwenden, da bei grösseren Teilchen inhomogene Schmelzen oder Sinterungen entstehen können, die unter Umständen zu ungleichmässigen Hohlkörpern führen. Anderseits ergeben sich Hohlkörper mit Oberflächen, die erwünschte
Ungleichmässigkeiten und Lichteffekte zeigen, wenn eine geringe Menge von Teilchen, die eine Grösse von mehr als 1 mm aufweisen, mit einer grossen Menge von Teilchen, die eine Grolle von 1 mm und darunter zeigen, miteinander gemischt werden.
Mischt man den zu verarbeitenden Kunststoff statt aus mehreren Komponenten verschiedener Farbe aus mehreren Komponenten versehiedener physikalischer oder chemischer Konstanten (beispielsweise versehiedener K Werte), so kann man, wenn man den Bauch 8 des Hohlkörpers, wie beschrieben, ohne Zuhilfenahme einer Hohlform 7 frei bläst, Oberflächen mit kleinen Unebenheiten, die bestimmte erwünsehte Lichteffekte ergeben, erzielen. Wird der Bauch 8 des Hohlkörpers 2 ganz oder teilweise ohne Zuhilfenahme einer Hohlform 7 geblasen, wie das in Fig. 12 gezeigt ist, dann ist es möglich, Oberflächen- effekte auch dadurch zu erzielen, dass man auf den Bauch 8 des Hohlkörpers 2 während der Herstellung Tropfen von Kühlmedien aufspritzt oder -sprüht.
An den von den Tropfen des Kühlmediums getroffenen Stellen wird der Kunststoff punktförmig abgekühlt. Diese Stellen reeken sich beim weiteren Aufblasen des Hohlkörpers 2 nicht in gleichem Masse wie die nicht gekühlten Stellen und es entstehen punkt-oder linsenförmige Musterungen auf dem Hohlkörper 2.
Eine weitere Möglichkeit, Oberflächen- musterungen zu erzielen, besteht darin, die obere Austrittskante des Behälters 3 in Fig. 4 und 8 während des Austretens des Kunststoffes 11 aus diesem Behälter abzukühlen. Durch die Abkühlung wird die äusserste Haut des Kunststoffes fest und zerreisst beim weiteren Aufblasen des Hohlkörpers, so dass sich nar bige. Oberflächenmusterungen ergeben. Der gleiche Effekt lässt sich auf der Innenwand des Hohlkörpers 2 erzielen, wenn das untere Ende des Stempels 4 in den Fig. 4 und 8 abgekühlt wird, während Kunststoff 11 aus dem Ringsehlitz 1 austritt.
Diese Kühlung kann während des ganzen Herstellungsganges vorgenommen werden, es hat sich jedoch in gewissen Fällen als zweckmässig erwiesen, die Kühlung nur während bestimmter Phasen des Herstellungsprozesses vorzunehmen, dagegen die betreffenden Teile während anderer Phasen des Herstellungsprozesses zu heizen.