Verfahren zur Herstellung von Behältern aus Kunststoff und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Behältern aus Kunststoff, bei dem ein Kunststoffschlauch mittels einer Vorschubvorrichtung von einem Haspel abgewickelt wird und bei dem ein Teil des Schlauches in einer Heizvorrichtung bis zum Erreichen des plastischen Zustandes erwärmt, in einer Form zum Behälter aufgeweitet und dann abgeschnitten wird.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird von verhältnismässig steifen Schläuchen (Rohren) von kreisförmigem Querschnitt ausgegangen. Dies hat den Nachteil, dass auf dem Haspel nur ein relativ kurzer Schlauch aufgewickelt sein kann, weil das Rohr viel Platz beansprucht. Der Haspel muss daher im Betrieb häufig ersetzt werden, was zeitraubend ist. Ferner ist es nicht möglich, von bedruckten Schläuchen auszugehen.
Beim bekannten Verfahren wird ein Blasautomat benützt, bei welchem in den in der Form befindlichen, plastisch verformbaren Schlauch abschnitt mittels einer Hohlnadel Druckluft eingeführt wird. Solche Blasautomaten sind relativ teuer und arbeiten nicht sehr schnell. Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beheben.
Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass man von einem flachen Kunststoffschlauch ausgeht und in dessen haspelseitiges Ende Druckluft einführt; dass man den Druck in dem in der Heizvorrichtung befindlichen Teil des Schlauches so reguliert, dass dieser Teil sich aufweitet, dass man den Schlauch um einen Schritt vorschaltet und um einen Abschnitt des aufgeweiteten, plastisch verformbaren Schlauchteiles Formbacken schliesst; dass man im Innern der so gebildeten Form einen Unterdruck erzeugt, so dass dieser Schlauchabschnitt sich an die Innenfläche der Form legt, und dass man nach einem weiteren Vorschubschritt den dadurch gebildeten Behälter vom nächstfolgenden, noch in den Formbakken befindlichen Behälter trennt.
Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Diese Einrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Haspel vorgesehen ist, durch dessen hohle Achse die Druckluft dem haspelseitigen Schlauchende zugeführt wird; durch eine Abtastvorrichtung, welche den im Innern der Heizvorrichtung befindlichen, aufgeweiteten Schlauchteil abtastet und eine Vorrichtung zur Drosselung des in diesem Schlauchteil herrschenden Druckes steuert, und durch zwei unter der Heizvorrichtung befindliche, aufeinander zu und voneinander weg bewegliche Formbacken, in denen ein Unterdruck erzeugbar ist.
Es wird noch bemerkt, dass in der schweizerischen Patentschrift 388 611, die zum Teil auf denselben Erfinder wie das vorliegende Patent zurückgeht, ein Verfahren beschrieben ist, bei dem man - im Hinblick auf die spätere Herstellung von Behältern - ebenfalls von einem flachen I Kunststoffschlauch ausgeht. Dieses Ver- fahren liefert aber nur einen Kunststoffschlauch, der sich aus durch röhrenförmige Abschnitte miteinander verbundenen Hohlkörpern zusammensetzt. Dieser Schlauch muss dann mit einer abzufüllenden Flüssigkeit gefüllt werden, worauf man die Hohlkörper abschweisst und dann voneinander trennt. Man erhält also durch das Verfahren keine fertigen, je für sich abfüllbare Behälter.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung schematisch dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 die wesentlichen Teile einer Einrichtung zur Herstellung von Kunststoffbehältern, wobei einige dieser Teile in der Lage gezeichnet sind, die sie in einer ersten Phase eines Arbeitszyklus einnehmen;
Fig. 2-4 einige der in Fig. 1 gezeichneten Teile in einer zweiten bzw. dritten und vierten Phase des Arbeitszyklus; und
Fig. 5 eine Variante einer Einzelheit.
Die dargestellte Einrichtung dient dazu, aus einem Kunststoffschlauch 1 (Fig. 1) z. B. kleine Dosen 2 (Fig. 4) herzustellen. Der Schlauch 1 hat einen flachen Querschnitt - wie dies bei 3 (Fig. 1) punktiert und rein schematisch angedeutet ist - so dass er ohne weiteres bedruckt werden kann, bevor er auf einen Haspel 4 gewickelt wird, um dann im Verlaufe der Arbeit der vorliegenden Einrichtung von demselben sukzessive abgewickelt zu werden. Die Achse 5 des Haspels 4 ist hohl und mit einem radial gerichteten Ausgangsstutzen 6 versehen, auf den ein Ende des Schlauches 1 aufge steckt ist. Der vom Schlauch 1 auf der Achse 5 gebildete Wickel ist in Fig. 1 teilweise weggelassen, um den Stutzen 6 zu zeigen.
Die Achse 5 ist an dem in Fig. 1 sichtbaren Ende über eine nicht dargestellte Stopfbüchse an eine Druckluftleitung angeschlossen, durch welche somit dem Schlauch 1 Druckluft zugeführt werden kann, z.B. mit einem Überdruck von etwa 0,5 atü.
Vom Haspel 4 aus gelangt der Schlauch 1 über nicht dargestellte Führungsmittel zu einem Paar von Quetschrollen 8, 9, deren Zweck später erläutert werden soll. Unter dem Quetschrollenpaar 8, 9 befindet sich ein erstes Paar von Vorschubbacken 10, 11, welches am oberen Ende eines mittels Druckluft vertikal auf und ab bewegbaren Rahmens 12 montiert ist. Am unteren Ende des Rahmens 12 ist ein zweites Paar von Vorschubbacken 13, 14 montiert. Die Backen 10 und 11 bzw. 13 und 14 werden ebenfalls mittels Druckluft aufeinander zu und voneinander weg bewegt, und dienen zum Vorschub des Schlauches 1.
Von den Vorschubbacken 10, 11 kommt der Schlauch 1 an einer Abtastvorrichtung 15 vorbei in eine Heizvorrichtung 16. Die Heizvorrichtung 16 weist ein zylindrisches Gehäuse 17 auf, dessen Deckel 18 mit einem etwa dem flachen Querschnitt 3 des Schlauches 1 entsprechenden Eintrittsschlitz 19 versehen ist, während im Gehäuseboden 20 eine zentrale, kreisförmige Austrittsöffnung 21 vorgesehen ist. Im Gehäuse 17 sind eine Mehrzahl von elektrischen Heizwicklungen 22 in der Nähe des Gehäusemantels übereinander angeordnet und durch kreisringförmige Scheiben 23 voneinander getrennt. Die obersten sechs Heizwicklungen 22 werden in Parallelschaltung über einen Reguliertransformator 24 vom Wechselstromnetz aus gespeist, wobei die Schaltung der Einfachheit halber einpolig dargestellt ist.
Ein zweiter Reguliertransformator 25 dient zur Regulierung der den nächsten fünf Heizwicklungen 22 zugeführten Spannung, und ein dritter Reguliertransformator 26 dient zur Spannungsregulierung der untersten Heizwicklung 22', die sich, wie in der Zeichnung angedeutet ist, im Gegensatz zu den anderen Wicklungen 22 bis in die Nähe des Schlauches 1 erstreckt.
In der Heizvorrichtung 16 wird die Temperatur mittels der Transformatoren 24-26 so reguliert, dass sie von oben nach unten in einem solchen Masse zunimmt, dass das Schlauchmaterial weich wird und der Schlauch 1 sich infolgedessen unter dem Einfluss des in seinem Inneren herrschenden, von seinem haspelseitigen Ende her kommenden kleinen Überdruckes aufweitet und einen kreisförmigen Querschnitt annimmt.
Die Scheibe 23, die ebenso wie das - übrigens aussen mit einer nicht dargestellten Wärmeisolierung versehene - Gehäuse 17 vorzugsweise aus rostfreiem Stahl bestehen können, dienen dazu, die von den Heizwicklungen 22 erzeugte Wärme zuerst durch Wärmeleitung und dann durch Strahlung auf den Schlauch 1 zu übertragen, unter möglichster Vermeidung einer schlecht beherrschbaren Wärmeübertragung durch Konvektion.
Unter der Heizvorrichtung 16 ist eine Pressvorrichtung vorgesehen, von welcher nur zwei mittels Druckluft gegenläufig bewegbare Formbacken 27 dargestellt sind. Die Innenfläche 28 der Formbacken 27 hat die Form der herzustellenden Dose 2. Jede Formbacke 27 weist einen Kanal 29 auf, der mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden ist.
Um eine fertig gepresste Dose von einer nach ihr gepressten Dose abzutrennen, sind die unteren Vorschubbacken 13 und 14 noch mit je einem Messer 30 bzw. 31 versehen.
Die Abtastvorrichtung 15 dient zur Abtastung des im Inneren der Heizvorrichtung 16 aufgeweiteten Teiles 1' des Schlauches 1, um das Quetschrollenpaar 8, 9 so zu steuern, dass der Druck in diesem Schlauchteil 1' den richtigen Wert hat, z. B. den äusseren, im Gehäuse herrschenden Atmosphärendruck nur sehr wenig übersteigt. Hierzu ist die Abtastvorrichtung 15 mit zwei an einem gestellfesten Support 32 schwenkbar angebrachten Tasthebeln 33 versehen, deren freie Enden Taster 34 tragen, die auf gegenüberliegenden Seiten des aufgeweiteten Schlauchteiles 1' liegen. Jeder der beiden Tasthebel 33 ist in der Nähe seiner Schwenkachse 35 mit einem Zahnradsektor 36 versehen, wobei die beiden Zahnradsektoren 36 ineinandergreifen.
Dies hat zur Folge, dass die beiden Tasthebel 33 sich gleichzeitig in gleichem Masse gegenläufig verschwenken müssen, wobei ein mit einem dieser Hebel 33 fest verbundener Betätigungsarm 37, der mit dem Betätigungsknopf 38 eines Mikroschalters 39 zusammenarbeitet, ebenfalls verschwenkt wird. Der Mikroschalter 38 ist in Serie mit der Steuervorrichtung 40' eines Elektroventils 40 in einem ebenfalls nur einpolig gezeichneten Stromkreis an das Wechselstromnetz angeschlossen.
Das Elektroventil 40 ist einerseits an eine nicht gezeichnete Druckluftleitung und anderseits über eine sehr dünne Leitung 41 auch an einen Zylinder 42 angeschlossen, in dem ein Kolben 43 gegen die Kraft einer Druckfeder 44 verschiebbar ist. Der Kolben 43 ist mit einer Kolbenstange 45 versehen, an deren anderem Ende die Quetschrolle 9 angebracht ist. Die Quetschrolle 8 ist gestellfest angeordnet. Der Zylinder 42 ist ferner noch durch eine sehr feine Ausblasöffnung 46 mit der Atmosphäre in Verbindung.
Wenn der Druck im Schlauchteil 1' zu gross ist, werden die beiden Tasthebel 33 gegenläufig nach aussen und der Betätigungsarm 37 somit im Sinne des Pfeiles 47 verschwenkt, wobei er den Betätigungsknopf 38 entlastet und dadurch den Mikroschalter 39 schliesst. Durch Erregung der Steuerwicklung 40 wird das Elektroventil 41 geöffnet, so dass Druckluft durch sehr dünne Leitung 41 langsam gegen die Quetschrolle 8 gedrückt wird. Dadurch wird die Luftzufuhr zu dem sich aufweitenden Schlauchteil 1' gedrosselt, so dass der Druck in demselben nicht unzulässig gross werden kann, was schliesslich ein Platzen desselben zur Folge haben könnte.
Bei Abnahme des Druckes im Schlauchteil 1' wird durch Bewegung der Tasthebel 33 nach innen der Betätigungsknopf 38 nach unten gedrückt und dadurch der Mikroschalter 39 geöffnet; die Steuerwicklung wird stromlos und das Elektroventil 40 somit geschlossen. Die Druckluft entweicht nun durch die Ausblasöffnung 46 langsam aus dem Zylinder 42, so dass die Feder 44 den Kolben 43 verschiebt und damit die Quetschrolle 9 von der Quetschrolle 8 entfernt, so dass nun wieder mehr Luft in den Schlauchteil 1' gelangen kann.
In der Fig. 1 ist die erste Phasenlage eines Arbeitszyklus dargestellt, wobei am unteren Ende des Schlauchteiles 1' noch eine Dose 2 hängt, die im vorherigen Arbeitszyklus gepresst worden ist. Die Formbacken 27 sind offen, d. h. voneinander entfernt. Die Vorschubbacken 10 und 11, sowie 13 und 14 sind geschlossen, wobei die unteren Vorschubbacken 13 und 14 einen in der Mitte des Bodens der Dose 2 abwärts ragenden Lappen 48 fassen. Der Rahmen 12 ist in seiner unteren Endlage.
Um in die in Fig. 2 dargestellte Lage zu kommen, werden die Formbacken 27 geschlossen und wird die Luft aus dem Inneren der so gebildeten Form durch die Kanäle 29 abgesaugt. Infolgedessen legt sich die Wandung des in die Form hängenden unteren Abschnittes des Schlauchteiles 1' unter der Wirkung des Innendruckes an die Innenfläche 28 der Form an. Die so gebildete Dose 2' wird aber von der darunter befindlichen, früher hergestellten Dose 2 durch die aufeinander treffenden Bodenteile der Formbacken 27 nicht abgeschnitten, indem ein über einen Hals 49 der Dose befindlicher Schlauchteil 48' lediglich zusammengequetscht wird, wie Fig. 2 bei 48" zeigt.
Um in die in Fig. 3 dargestellte Lage zu kommen, werden nun nacheinander die Vorschubbacken 10, 11 und 13, 14 geöffnet, der Rahmen 12 nach oben verschoben und schliesslich die Vorschubbacken wieder geschlossen. Dabei quetschen die unteren Vorschubbacken 13 und 14 den Schlauchteil 48" noch weiter zusammen, nämlich zu dem Lappen 48, während gleichzeitig die Messer 30 und 31 den Schlauch unterhalb dieses Lappens 48' schneiden. Die Dose 2 ist nun von der Dose 2' getrennt und fällt ab, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Es kann aber auch sein, dass der von den Messern 30 und 31 bewirkte Schnitt nicht eine vollständige Trennung der Dosen 2 und 2' bewirkt, wobei aber der Schnitt auf alle Fälle den Schlauch an der betreffenden Stelle so sehr schwächt, dass man die Dose 2 mühelos von der Dose 2' abreissen kann.
Um in die Lage nach Fig. 4 zu kommen, werden zunächst die Formbacken 27 gekühlt, zu welchem Zweck sie in bekannter Weise mit I Kühlkanälen verse- hen sein können, worauf die Formbacken 27 geöffnet werden.
Der nächste Schritt besteht lediglich in einem Senken des Rahmens 12, wobei die Vorschubbacken 10, 11 und 12, 13 den Schlauch 1 mitnehmen und somit ein dem Vorschub entsprechender Abschnitt desselben vom Haspel 4 abgewickelt wird. Während der Phasen nach Fig. 2, 3 und 4 nimmt die Erwärmung des Schlauches 1 in der Heizvorrichtung 16 zu, so dass der erweiterte Schlauchteil 1' nach oben hin wächst, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist.
Die Abtastvorrichtung 16 ist in Verbindung mit der beschriebenen, als Ganzes mit 50 bezeichneten Reguliervorrichtung des im Inneren des Schlauchteiles 1' herrschenden Druckes für ein einwandfreies, automatisches Arbeiten der ganzen Einrichtung sehr wichtig. An sich könnte man die Quetschrollen 8, 9 oder eine andere Drosselvorrichtung für die dem aufgeweiteten Schlauchteil 1' zugeführte Druckluft auch von Hand bedienen, wofür eine genaue Beobachtung der Form der erzeugten Dosen als Kriterium dienen kann.
Aber ein solches Verfahren wäre für die Praxis zu kostspielig und nicht genügend zuverlässig. Ohne jegliche Regulierung des Luftdruckes lässt sich das Verfahren nicht durchführen, weil die Länge des Schlauches 1 zwischen dem Haspel 4 und der Heizvorrichtung 16 sich im Laufe der Verarbeitung des Schlauches verkürzt, so dass der Druckabfall in demselben kleiner wird und daher der Druck im aufgeweiteten Schlauchteil 1' sich in Ermangelung einer Regulierung dauernd vergrössern würde.
Es ist klar, dass die Quetschrollen 8, 9 oder eine andere Drosselvorrichtung für die Druckluft nicht unbedingt unmittelbar über den oberen Vorschubbacken 10, 11 angeordnet sein muss; sie könnte auch in der Nähe des Haspels 4 auf den Schlauch 1 einwirken oder sogar schon die Druckluftzufuhr vor dem Haspel 4 steuern. Es ist aber vorzuziehen, die Drosselstelle nicht allzu weit vor der Heizvorrichtung 16 vorzusehen. Es ist klar, dass auch andersartige Steuermittel sowie Varianten der dargestellten Steuermittel zwischen der Abtastvorrichtung 15 und den Quetschrollen 8 und 9 vorgesehen werden können. Insbesondere empfiehlt es sich, zwischen der Kolbenstange und der Quetschrolle 9 noch eine Hebelübersetzung vorzusehen, so dass einem relativ langen Kolbenweg nur ein kleiner Weg der Quetschrolle 9 entspricht.
Ferner ist es klar, dass bei anderer Anordnung des Betätigungsarmes 37 und anderer Auslegung des Mikroschalters 39 ein Schliessen dieses Mikroschalters 39 durch Drücken auf den Bedienungsknopf 38 bewirkt werden könnte statt durch Entlastung desselben.
Das beschriebene Verfahren, das den grossen Vorzug aufweist, von einem flachen, vorzugsweise bedruckten Schlauch auszugehen, von dem z. B. etwa 1000 m auf dem Haspel 4 Platz haben können, liefert in rascher Folge fertige Behälter, die nachher z. B. auf einer Abfüllmaschine automatisch gefüllt werden können. Dabei können bei entsprechender Dimensionierung der Einrichtung auch grosse Behälter hergestellt werden und kann die Form der Behälter durch Austauschen der Formbacken 27 in sehr weiten Grenzen variiert werden.
In Fig. 5 ist eine photoelektrische Abtastvorrichtung 15a in schematischer Draufsicht dargestellt, die anstelle der mechanischen Abtastvorrichtung 15 benützt werden kann. Von der Heizvorrichtung 16 ist nur das Gehäuse 17 angedeutet, welches jetzt mit zwei einander gegenüberliegenden Paaren von Öffnungen 51 und 52 versehen ist. Ausserhalb des Gehäuses 17 sind den Löchern 51 gegenüber zwei Lichtquellen 53 angeordnet, welche je mit einem nicht näher dargestellten optischen System versehen sind, so dass sie zwei scharf gebündelte Lichtstrahlen 54 durch die Löcher 51 und 52 senden. Die Lichtstrahlen 54 verlaufen auf beiden Seiten des aufgeweiteten Schlauchteiles tangential zu demselben und fallen auf zwei ausserhalb des Gehäuses 17 den Löchern 52 gegenüber angeordnete Photozellen 55.
Der Abstand zwischen den beiden zueinander parallelen Strahlen 54 ist gleich dem äusseren Solldurchmesser des aufgeweiteten Schlauchteiles 1'. Zweckmässig ist der Abstand zwischen den beiden Lichtquellen 53, bzw. den beiden Photozellen 55 entsprechend ver schiedenen gewünschten Solldurchmessern einstellbar.
Die beiden Lichtquellen 53 sind parallel zueinander über Leitungen 56 an einen Gerätekasten 57 angeschlossen, der verschiedene, nicht dargestellte elektrische Geräte, insbesondere einen Gleichrichter, einen Verstärker, ein Relais, Einstellwiderstände usw. enthält, welche über Leitungen 58 vom üblichen 220 V Wechselstromnetz gespeist werden. Die beiden Photozellen 55 sind parallel zueinander über Leitungen 59 an den Gerätekasten 57, bzw. den in demselben enthaltenen Verstärker angeschlossen, der seinerseits das Relais beherrscht, in dessen Kontaktstromkreis 60 die Steuerwicklung 40' des Elektroventils 40 liegt.
Die beschriebene Abtastvorrichtung 15a arbeitet wie folgt:
Wenn der Durchmesser des Schlauchteiles 15' zu gross wird, werden dadurch die Strahlen 54 gehindert, zu den Photozellen 55 zu gelangen, und zwar haupt sächlich durch Ablenkung an der Oberfläche dieses
Schlauchteiles 1'. Wenn beide Photozellen 55 nicht mehr erregt sind, wird über den Verstärker das Relais so geschaltet, dass dessen Kontaktstromkreis 60 ge schlossen wird und somit in der Steuerwicklung 40' des Elektroventils 40 ein Strom fliesst. Infolgedessen wird das Elektroventil 40 geöffnet, was auf die anhand von Fig. 1 beschriebene Weise zur Folge hat, dass die
Quetschrollen 8 und 9 Luftzufuhr zum Schlauchteil 1' drosseln.
Die photoelektrische Abtastvorrichtung 15a hat den Vorteil, auch dann noch einwandfrei zu arbei ten, wenn das Material des Schlauchteiles 1' infolge starker Erhitzung sehr weich geworden ist, was für die
Funktion des mechanischen Abtasters 15 wegen des
Abtastdruckes der Taster 34 nachteilig ist.