CH616875A5 - Process and device for producing a plastic container by inflating a parison - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens.

Zur Herstellung von Kunststoffbehältern benutzt man gewöhnlich sogenannte Formen. Der erhitzte Kunststoff wird mittels eines Extruders durch ein Ende dieser Form hindurch eingeführt. Am entgegengesetzten Ende der Form befindet sich eine Blasdüse, durch die ein gasförmiges Medium eingeleitet wird. Der Külbel in der Form wird dann so geblasen, dass man die gewünschte Form erhält, wonach die Abkühlung erfolgt. Zuerst wird darnach der Behälter aus der Form genommen, um weiter behandelt zu werden.

Bis jetzt wurden verschiedene Verfahren verwendet, um dieses Blasen und Abkühlen der Kunststoffbehälter zu erzielen. Bei einem Verfahren benutzte man Druckluft zum Blasen und sprühte dann Luft in den Behälter, um den Kunststoff bis auf einen bestimmten Steifigkeitsgrad abzukühlen. Dieses Verfahren ist jedoch sehr zeitraubend. Um die Abkühlung dauerhaft zu kürzen, wurden auch schon Wasserkanäle in die Form eingesetzt. Dann wurden Kühlversuche dadurch durchgeführt, dass man in den Behälter flüssiges Kohlendioxid einsprühte, um die Abkühlungsdauer zu verkürzen. Der Nachteil bestand darin, dass das flüssige Kohlendioxid Schäden im Kunststoff verursachte, hauptsächlich sogenannte Kälteschocks. Anstatt flüssiges Kohlendioxid zu benutzen, hat man später flüssigen Stickstoff benutzt, der noch bessere Kühlwirkungen erlaubt, aber auch dann hat man im Kunststoff schwere Schäden aufgrund von Kälteschocks feststellen müssen. Man hat auch schon flüssigen Stickstoff als Kühlmedium über einen Wärmeaustauscher für die obenerwähnte Luft herangezogen. Es ist auch angeregt worden, ein tiefgefrorenes Gas, vorzugsweise Stickstoff, zum Blasen als auch zum Kühlen zu verwenden. Während dieses Verfahrens wird dann das tiefgefrorene Gas nur in gasförmiger Form, als Gemisch der gasförmigen und der flüssigen Form und allein in flüssiger Form verwendet. Im flüssigen Zustand wird der Kunststoffbehälter dann druckentlastet, und das wird vorzugsweise dadurch erzielt, dass man den Blaszapfen aus der Form heraushebt. Alle bekannten Verfahren und Einrichtungen haben also schwerwiegende Nachteile und grosse Schwierigkeiten zur Folge gehabt, insbesondere wurde die Produktionsgeschwindigkeit bisher auf sehr niedrigen Werten gehalten.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens der eingangs genannten Art, das die Nachteile bekannter Ausführungen nicht aufweist und insbesondere eine ganz beträchtliche Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit ohne irgendwelche Beeinträchtigung der Qualität erlaubt. Diese Aufgabe wird beim Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 und bei der Einrichtung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 3 definierten Massnahmen gelöst.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist im Patentanspruch 2 und besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Einrichtung sind in den Patentansprüchen 4 bis 6 umschrieben.

Bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstands sind nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens,

Fig. 2 bis 4 verschiedene Blasdüsenformen im Längsschnitt und

Fig. 5a und 5b eine zweite bzw. dritte Einrichtung.

Die Einrichtung der Fig. 1 arbeitet mit Stickstoff und erlaubt die Herstellung kleinerer Kunststoffbehälter mit weniger als 10 Liter Inhalt. Die Einrichtung hat einen Kryotank 1 mit flüssigem Stickstoff, der über eine wärmeisolierte Leitung 2 mit einem Zufuhr-Magnetventil 3 verbunden ist, welches mittels eines Relais 12 betätigt wird. Das Ventil 3 ist mittels einer nichtwärmeisolierten Leitung 4 einer bestimmten minimalen Länge mit der Blasdüse 5 verbunden. Letztere wird in die Form eingeführt, die gewöhnlich aus zwei voneinander getrennten Hälften besteht. Am gegenüberliegenden Ende der Form wird dann der geschmolzene Kunststoff vom Extruder zugeführt. Mit der Leitung 4 ist ein Magnetventil 10 verbunden, dals als Absaugventil für den Kunststoffbehälter dient, für die Blasdüse und die Leitung 4. Das Magnetventil 10 ist mit einer Absaugeinheit 11 mit der Umgebung verbunden. Das Ventil 10 ist auch mit dem Relais 12 verbunden, das seinerseits mit der Steuereinrichtung für die Blasmaschine über eine elektrische Leitung verbunden ist.

Die Fig. 2 zeigt eine Blasdüse während des Blaszyklus und die Fig. 3 die Gasströmung während des Absaugzyklus. Die Blasdüse weist einen Düsenkörper 5 auf, in dessen Mittelachse ein Rohr 14 angeordnet ist (Fig. 4). Die Mündung der Düse ist mit einer Gassprühvorrichtung versehen. Letztere weist eine Hülse 19 auf, die eine Drosselwirkung ausübt. Das Rohr 14 hat auch eine Anzahl von Bohrungen 20. Im Düsenkörper 5 befindet sich auch eine Bohrung, so dass rund um das Rohr 14 eine zylindrische Kammer 16 entsteht. Am unteren Teil der Kammer ist eine Anzahl von schräg verlaufenden Kanälen 18 eingearbeitet, welche in Bohrungen 17 des Düsenkörpers 5 führen. Diese Bohrungen 17 können mittels einer einstellbaren Hülse 9 geöffnet oder geschlossen werden, die am Düsenkörper 5 mittels Anzapfungen 23 angeordnet ist.

Wie die Fig. 1 und 4 zeigen, wird ein Teil der Blasdüse in die Form 6 eingeführt. Hier befindet sich der Külbel, der zu einem Kunststoffbehälter 8 ausgeblasen und danach abgekühlt

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wird. In Fig. 4 ist der untere Teil der Form 6 wie auch der obere Teil des geblasenen Kunststoffbehälters 21 erkennbar. Während des Blasens kann etwas restliches Kunststoffmaterial ausserhalb der Form auftreten, das dort einen Kragen 22 bildet, Die Blasdüse liefert in diesem speziellen Falle Kunststoff-behäjter, die im Oberteil eine verhältnismässig grosse Wanddicke haben.

Das Relais 12 wird mittels der Steuereinrichtung betätigt, wenn das Blasen erfolgt. Dabei wird das Ventil 3 geöffnet, welches flüssigen Stickstoff in die Leitung 4 aus der wärmeisolierten Rohrleitung 2 einlässt. Der Kunststoff wird dann bis zu diesem Zeitpunkt bereits vom Extruder in die Form 6 eingebracht. Wegen der Hitze von der Maschine und der Form wird sowohl die Blasdüse 5 als auch die Leitung 4 erwärmt. Dabei wird Stickstoff in der Leitung 4 verdampft und strömt über das Rohr 14 in den Külbel und bläst ihn auf. Ein Teil des strömenden Gases strömt ständig in die Umgebung, und zwar über die zylindrische Kammer 16 und die Kanäle 18. Das Ausmass dieses Verluststroms kann auf einen gewünschten Wert mittels der Hülse 9 eingestellt werden.

Weil ein Teil des benutzten Gases ständig aus dem Behälter in die Umgebung entweicht, wird eine vorteilhafte Strömung in der Form erzielt, beispielsweise eine turbulente Strömung, was zur Folge hat, dass der geblasene Kunststoffbehälter eine gleichmässige Wanddicke erhält. Aufgrund dieser ständigen Verlustströmung erhält man ferner eine sehr gute Abkühlungswirkung auf den geblasenen Behälter, die ihn bereits nach einer sehr kurzen Zeit erstarren lässt. Daher kann die Stickstoffzufuhr unterbrochen werden, wenn der Stickstoff noch gasförmig während der Einführungsperiode ist, bevor dann Stickstoff in flüssiger Form im Külbel erscheint. Die Stickstoffzufuhr wird durch Schliessen des Ventils 3 und durch Öffnen des Ventils 10 unterbrochen, so dass der Kunststoffbehälter und die Blasdüse 5 über die Leitung 4 zur Umgebung evakuiert werden. Während der Evakuierung erhält man durch die Kammer 16 und die Kanäle 18 sowie die Bohrungen 17 hindurch eine Gasströmung.

Fig. 4 zeigt, dass die permanente Evakuierungsströmung des Stickstoffs eine weitere Wirkung hat. Das evakuierte Gas strömt durch Bohrungen 17 nach aussen in Richtung auf den genannten Kragen 22 unter sehr schneller Abkühlung. Das ist von ganz besonderer Bedeutung, wenn die Blaszeiten kurz sind. Wenn der Kragen nämlich nicht schnell abgekühlt wird, kann er nicht steif genug werden, und es wird dann schwierig, das Gefäss von dem restlichen Material in befriedigender Weise zu befreien. Fig. 4 zeigt, dass man von der Umgebung der Blasdüse teilweise eine Gasströmung längs der Mittelachse des Behälters und teilweise eine Gasströmung in Richtung auf die Seitenflächen des Behälters erhält. Der Hauptteil strömt jedoch in Richtung auf den Halsabschnitt des Behälters, wo die grössere Materialdicke eine wirksamere Kühlung erfordert.

Das Volumen des Behälters, der mit der Einrichtung geblasen wird (Fig. 1 bis 4), ist in der Grössenordnung von weniger als 10 Litern. Die Blas- und Kühlzeit für solche Behälter liegt zwischen 5 und 15 Sekunden. Das bedeutet eine Produktionssteigerung einer gegebenen Blasmaschine, welche in den meisten Fällen um 50 % beträgt. Die Mündung der Blasdüse 5 hängt natürlich von der Form des geblasenen Behälters ab, damit man das bestmögliche Ergebnis erzielen kann.

Wenn man Behälter mit grösserem Inhalt bläst, nämlich mit mehr als grössenordnungsmässig 10 Liter, benutzt man die in Fig. 5a und 5b dargestellten Einrichtungen. Beide benutzen Luft und Stickstoff, um den Stickstoffverbrauch so niedrig wie möglich zu halten, und zwar aus wirtschaftlichen Gründen.

Gemäss Fig. 5a werden Luft und Stickstoff gleichzeitig in die Blasdüse 24 eingeführt. Die Luft wird mittels eines Magnetventils 31 und einer Leitung 26 zugeführt. Der Stickstoff wird einem Kryotank entnommen, und zwar mittels der wärmeisolierten Leitung 2, des Zufuhrventils 3 und der nichtisolierten Leitung 4. Die Blasdüse 24 weist einen speziellen Einblaskanal für den Stickstoff auf. An der Mündung des Ventils befindet sich eine Dispergiervorrichtung für das Gas. Letztere hängt von der Form des zu blasenden und abzukühlenden Behälters ab. Wenn letzterer beispielsweise eine geringe Höhe und einen grossen Durchmesser hat, weist die Dispergiervorrichtung nicht nur eine mittige Bohrung auf, sondern auch Bohrungen, welche gegen die Seitenflächen gerichtet sind. Wenn der Behälter eine grosse Höhe und einen kleinen Durchmesser hat, ist die Mündung so geformt, dass der Hauptgasstrom längs der Mittelachse des Behälters strömt.

Die Luft von der Leitung 26 wird durch die Düse in ein Ventil eingeblasen, das das Stickstoffventil umgibt. Am Luftkanal ist noch ferner ein Evakuierungskanal 29, der über eine Evakuierungsleitung und ein Evakuierungsventil 10 mit der Umgebung verbunden ist, vorgesehen. Mit der Evakuierungsleitung oder dem Evakuierungskanal der Blasdüse ist ein einstellbares Evakuierungsventil 30 verbunden. Letzteres ermöglicht es, den ständigen Evakuierungsgasstrom von der Form auf einen geeigneten Wert einzustellen bzw. nachzustellen. Die Blasdüse weist auch Kühlkanäle auf, in denen ein Kühlmedium wie Wasser umgewälzt wird.

Das Wasser ist mit der Düse über Leitungen 27, 28 angeschlossen. Das Magnetventil 31 für die Luft ist über die Vorrichtung 33 angeschlossen, die zur Steuereinrichtung der Blasmaschine gehört. Auch das Relais 32 ist mit der Vorrichtung 33 und dem Zufuhrventil 3 verbunden, und letzteres sowie das Evakuierungsventil 10 werden mittels der Steuereinrichtung 32 betätigt. Während des Blasens und Kühlens werden die Ventile 3, 31 zuerst betätigt, so dass Stickstoff und Luft gleichzeitig in die Blasdüse eingeblasen werden. Letztere wird in die Form eingesetzt, so dass der Külbel aufgeblasen und dann abgekühlt wird. Nachdem die Ventile 3, 31 geschlossen sind, um die Zufuhr von Stickstoff und Luft zu unterbrechen, wird das Ventil 10 geöffnet, um Luft und Stickstoff aus dem Behälter in die Umgebung zu evakuieren. Ein bestimmter Anteil des zugeführten Stickstoffs und der Luft geht jedoch durch den Kanal 29 in der Blasdüse und das Evakuierungsventil 30 während des Blasens wie auch während der Evakuierung in die Umgebung. Aufgrund dieser ständigen Evakuierung des Behälters erhält man gemäss Fig. 1 vorteilhafte Strömungsbe-dinungen im Külbel. Das führt zu einer gleichmässigen Wanddicke des Behälters. Ausserdem wird ein sehr guter Kühleffekt in bezug auf den geblasenen Behälter erzielt. Bei dieser Einrichtung erhält man auch typische Kühlwirkungen auf die Blasdüse während des Blasens als auch während des Evakuierungszyklus.

Das Volumen der zu blasenden Külbel gemäss Fig. 5a liegt vorzugsweise im Bereich 10 bis 50 Liter. Da Luft zusammen mit Stickstoff benutzt wird, kann dessen Menge sehr stark heruntergedrückt werden. In vielen Fällen kann sie sogar kleiner sein als bei der Einrichtung der Fig. 1 (berechnet in kg Stickstoff je kg Kunststoff).

Fig. 5b zeigt die dritte Einrichtung zum Blasen von Behältern mit grossem Volumen. Hier wird der Külbel zuerst mit Luft aufgeblasen und dann mit Stickstoff gekühlt. Die Blasdüse ist von derselben Art wie in Fig. 5a, und die Einrichtung weist ein Ventil 31 für Luft, ein Stickstoffzufuhrventil 3 und ein Evakuierungsventil 10 auf. Letzteres steht in Verbindung mit der Umgebung. Die Einrichtung weist auch ein einstellbares Evakuierungsventil 30 auf, welches mit der Evakuierungsleitung oder mit dem Evakuierungskanal in der Düse verbunden ist. Zwischen den Magnetventilen 3, 31,10 und der Einheit 33 ist eine Zeitgeberschaltung 34 angeordnet. Letztere wird so eingestellt, dass sie zuerst das Ventil 31 während der notwendigen Zeitdauer zum Aufblasen des Külbels mit einem Behälter verbindet. Dann wird das Ventil 31 geschlossen und

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das Ventil 3 geöffnet, so dass Stickstoff einströmen und den Behälter abkühlen kann. Nach der notwendigen Abkühlungszeit wird auch das Ventil 3 geschlossen und anstatt dessen das Ventil 10 geöffnet. Jetzt werden Stickstoff und Luft aus dem Behälter und der Düse evakuiert. Während des Blasens mit 5 Luft und Stickstoff als auch während des Evakuierungszyklus findet eine Evakuierung des Behälters mittels des Evakuierungsventils 30 statt. Auf diese Weise erhält man sehr vorteilhafte Strömungsbedingungen im Kunststoffkörper als auch eine sehr wirksame Abkühlung desselben bei Benutzung dieser Einrichtung. Ausserdem wird die Abkühlung der Blasdüse durch die Gasströmung in den Evakuierungskanälen der Blasdüse verstärkt.

Mit der Einrichtung der Fig. 5 können verhältnismässig grosse Behälter geblasen werden, manchmal bis zu 800 Liter fassend. Der Stickstoffverbrauch ist hier von ähnlicher Grössen-ordnung wie bei Fig. 5 a oder noch niedriger.

Auf diese Weise wird eine sehr gute Qualität der geblasenen Behälter erzielt, was unter anderem eine gleichmässige Wanddicke umfasst. Zur gleichen Zeit ist es möglich geworden, und zwar aufgrund der maximalen Kühlwirkung auf den Behälter, ihn aus der Form zu entfernen und zu besprühen,

beispielsweise um restliches Material zu entfernen. Dieses Verfahren kann nur bei Blasen mit Stickstoff allein durchgeführt werden sowie beim Blasen des Stickstoffs und Luft gleichzeitig oder mit Stickstoff und Luft getrennt voneinander. Die Änderungen der Blasmaschine zur Anwendung dieses Verfahrens sind verhältnismässig bescheiden und stellen keine hohen Anforderungen an die Aufwendungen. Auf die beschriebene Weise wird es möglich, die Produktionsgeschwindigkeit einer gegebenen Blasmaschine auf wirtschaftliche Weise ganz beträchtlich zu vergrössern, so dass dieser Umstand auch bei der Berechnung der Umbaukosten und der zusätzlichen Betriebskosten in Erwägung gezogen werden muss, beispielsweise die Kosten für den flüssigen Stickstoff und die notwendigen Wärmeisolierungen. Die Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit ist aber in Wirklichkeit sehr stark von der Maschinenart abhängig. Die erzielbare Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit liegt gewöhnlich im Bereich 30 bis 10.

Das Verfahren und die Einrichtung können auf viele Arten abgewandelt werden. Beispielsweise ist die Form des Evakuierungsventils und dessen Ort beliebig veränderbar, und das gleiche gilt für die Mündung der Blasdüse. Ferner können anstatt Luft und Stickstoff auch andere Gase benutzt werden, wie z. B. Argon.

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4 Blatt Zeichnungen

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1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbehälters durch Aufblasen eines Kübels, wonach der geblasene Kunststoffbehälter mittels eines tiefgefrorenen Gases oder mittels mehrerer Gase gleichzeitig oder nacheinander, wovon mindestens ein tiefgefrorenes, abgekühlt wird, wobei das bzw. die Gase mittels mindestens einer Blasdüse in die Fertigform eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass man eine bestimmte Menge des oder der in die Fertigform eingeführten Gase ständig durch die Blasdüse hindurch in die Umgebung leitet, um einen optimalen Kühleffekt auf den geblasenen Behälter auszuüben, und dass man das eingeführte, tiefgefrorene Gas nur in gasförmigem Aggregatzustand in die Fertigform leitet.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als tiefgefrorenes Gas Stickstoff verwendet.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kühlgas-Evakuierungskanal (16 bzw. 29) in der Blasdüse (5 bzw. 24), durch den der ständige Gasstrom strömt, welcher Evakuierungskanal (16 bzw. 29) mit einem einstellbaren Evakuierungsventil (9, 23 bzw. 30) verbunden ist, das dazu bestimmt ist, die Menge des ständigen Gasstroms zu regeln.

4. Einrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Evakuierungsventil (9, 23) ein Bestandteil der Blasdüse (5) ist.

5. Einrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Evakuierungsventil (30) mit einer Evakuierungsleitung verbunden ist, die ihrerseits mit der Blasdüse (24) verbunden ist.

6. Einrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Evakuierungsventil Absaugkanäle (17) hat, um mittels des ständigen Gasstromes aus jedem dieser Kanäle restliches Material ausserhalb der Fertigform abzuscheiden.