CH698331B1 - Vorrichtung zur Herstellung eines formgepressten Objekts. - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Herstellung eines formgepressten Objekts, insbesondere eines Vorformlings für Flaschen, aus einem Pressling (300) aus Kunststoff, umfasst ein erstes Werkzeug (100) mit einer matrizenartigen Ausnehmung (110) und ein zweites Werkzeug (200) mit einem Werkzeugkern (210), wobei die Ausnehmung (110) des ersten Werkzeugs (100) und der Werkzeugkern (210) des zweiten Werkzeugs (200) entlang einer gemeinsamen geometrischen Achse linear gegeneinander beweglich sind und die Werkzeuge (100, 200) so ausgebildet sind, dass der Pressling (300) in einem Pressraum zwischen dem Werkzeugkern (210) und der Ausnehmung (110) zum Objekt formgepresst werden kann. Die Vorrichtung umfasst ausserdem Abschlussmittel (111, 240) zum Abschliessen des Pressraums, welche einen eigenen Antrieb (150) umfassen, welcher unabhängig ist von einem Antrieb (250) zum Bewirken des Pressvorgangs. Die Vorrichtung ermöglicht einen schnellen Formpressvorgang und erlaubt einen flexiblen Einsatz mit verschiedenem Kunststoff-Material (insbesondere PET) und/oder für verschiedene herzustellende Objekte, besonders für langgestreckte Objekte wie Flaschen-Vorformlinge.

Description

  Technisches Gebiet

  

[0001]    Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines formgepressten Objekts, insbesondere eines Vorformlings (Preform) für Flaschen, aus einem Pressling (Pellet) aus Kunststoff. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Werkzeug mit einer matrizenartigen Ausnehmung und ein zweites Werkzeug mit einem Werkzeugkern, wobei die Ausnehmung des ersten Werkzeugs und der Werkzeugkern des zweiten Werkzeugs entlang einer gemeinsamen geometrischen Achse linear relativ gegeneinander beweglich sind und die Werkzeuge so ausgebildet sind, dass der Pressling in einem Pressraum zwischen dem Werkzeugkern und der Ausnehmung zum Objekt formgepresst werden kann. Weiter umfasst die Vorrichtung Abschlussmittel zum Abschliessen des Pressraums.

   Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung, eine Steuereinrichtung für eine solche Vorrichtung sowie ein Computerprogrammprodukt zum Betreiben einer Steuereinrichtung einer solchen Vorrichtung.

Stand der Technik

  

[0002]    Vorrichtungen der oben genannten Art sind bekannt. Üblicherweise ist eines der Werkzeuge fest angeordnet, während das andere einen Antrieb aufweist, durch welchen es entlang der genannten geometrischen Achse verschoben werden kann. Damit zunächst ein Hohlraum, in welchem der Formpressvorgang ablaufen soll, verschlossen und anschliessend der Pressling im Hohlraum zum Objekt verpresst werden kann, weist zumindest eines der Werkzeuge ein Abschlussmittel auf. So können zwei entlang der genannten Achse relativ zueinander verschiebbare, konzentrische Teile vorgesehen sein, wobei einer der Teile über eine Druckfeder am anderen gelagert ist.

   Das bewegliche Werkzeug wird mittels eines Antriebs auf das fest angeordnete Werkzeug zu bewegt, bis der äussere der konzentrischen Teile mit einem entsprechenden Gegenstück am anderen Werkzeug dichtend zusammenwirkt und somit den Hohlraum abschliesst. Die weitere Bewegung des beweglichen Werkzeugs erfolgt unter Überwindung der Federkraft, wobei der innere der konzentrischen Teile den Pressling zum gewünschten Objekt verpresst.

  

[0003]    Insbesondere bei der Herstellung von Vorformlingen (Preforms) für Flaschen (z.B. Getränkeflaschen aus PET), welche in einem Streckblasprozess in einer anschliessenden Fertigungsstufe auf die endgültige Flaschenform und -grösse aufgeblasen werden, weisen die bekannten Vorrichtungen Nachteile auf.

  

[0004]    Die übliche, langgestreckte Flaschenform bedingt nämlich entsprechend langgestreckte Vorformlinge mit einem Verhältnis zwischen dem Durchmesser und der Länge von beispielsweise 1:3 oder mehr. Bei derartigen Objekten hat die Verwendung von Federn (z.B. Schraubenfedern) zur Gewährleistung der Abdichtung während des Formpressvorgangs eine nachteilige Kraftentwicklung während des Pressvorgangs zur Folge: Damit die Abdichtung bereits zu Beginn des Pressvorgangs sichergestellt ist, ist eine gewisse Anfangskraft notwendig. Der Form des Vorformlings entsprechend wird in der Folge während des Pressens ein langer Weg überwunden, wobei sich durch den entsprechenden Anstieg der Federkraft eine grosse Endkraft ergibt. Damit diese erreicht werden kann, sind entsprechend dimensionierte Antriebe erforderlich, ausserdem wird die Dynamik der Vorrichtung eingeschränkt.

   Die bekannten Vorrichtungen sind zudem bereits von ihrer Konstruktion her (z.B. was die gewählten Federn oder die eingesetzten Antriebe angeht) auf ein bestimmtes Kunststoffmaterial und eine bestimmte Form des herzustellenden Objekts ausgerichtet und somit wenig flexibel.

  

[0005]    Weil PET im Vergleich mit anderen Kunststoffen wie Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) dünnflüssiger ist und ein wesentlich kleineres Temperaturfenster für die Verarbeitung aufweist, erfordert dessen Verarbeitung überdies eine besonders genaue Einstellung von Prozessparametern, welche mit herkömmlichen Vorrichtungen nur schwer kontrollierbar und wenig variabel sind.

Darstellung der Erfindung

  

[0006]    Aufgabe der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Vorrichtung zu schaffen, welche einen schnellen Formpressvorgang ermöglicht und einen flexiblen Einsatz mit verschiedenem Kunststoff-Material (insbesondere PET) und/oder für verschiedene herzustellende Objekte erlaubt.

  

[0007]    Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung umfassen die Abschlussmittel einen eigenen Antrieb, welcher unabhängig von einem Antrieb zum Bewirken des Formpressvorgangs betätigbar ist.

  

[0008]    Weil für das Abschliessen des Pressraums ein eigener Antrieb vorgesehen ist, können die Schliess- und Presskräfte unabhängig voneinander eingestellt und geregelt werden. Die zu erzielenden Geschwindigkeiten und Kräfte können der Objektform als auch dem Kunststoffmaterial angepasst werden. Weil keine Federmittel zur Gewährleistung der Abdichtung notwendig sind, erfolgt während des Pressvorgangs kein zusätzlicher Kraftanstieg, was besonders bei langgestreckten Objekten wie Flaschen-Vorformlingen ins Gewicht fällt.

  

[0009]    Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist insbesondere für Flaschen-Vorformlinge aus PET geeignet; der Anwendungsbereich der Erfindung erstreckt sich aber auch auf andere Objekte und andere Kunststoff-Materialien, z.B. PP oder PE.

  

[0010]    Bei einem erfindungsgemässen Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Herstellung eines formgepressten Objekts, insbesondere eines Vorformlings für Flaschen, aus einem Pressling aus Kunststoff, werden somit folgende Schritte durchgeführt:
<tb>a)<sep>Einbringen des Presslings in einen Bereich zwischen einem ersten Werkzeug mit einer matrizenartigen Ausnehmung und einem zweiten Werkzeug mit einem Werkzeugkern;


  <tb>b)<sep>Betätigen von Abschlussmitteln, so dass zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeug ein abgeschlossener Hohlraum gebildet wird;


  <tb>c)<sep>lineares Bewegen des Werkzeugkerns des zweiten Werkzeugs unabhängig von den Abschlussmitteln, so dass der Pressling zwischen dem Werkzeugkern und der Ausnehmung zum Objekt formgepresst wird; und


  <tb>d)<sep>Öffnen der Vorrichtung durch Auseinanderbewegen des Werkzeugkerns und der Ausnehmung.

  

[0011]    Bevorzugt sind sowohl die Ausnehmung des ersten Werkzeugs als auch der Werkzeugkern des zweiten Werkzeugs entlang der gemeinsamen Achse verschiebbar. Sowohl das erste Werkzeug als auch das zweite Werkzeug weisen zudem eigene, unabhängig voneinander betätigbare Antriebe auf zum Bewirken der Bewegungen entlang der gemeinsamen Achse. Die Abschlussmittel sind am ersten und/oder am zweiten Werkzeug ausgebildet. Einer der Werkzeug-Antriebe stellt also den Antrieb für die Abschlussmittel dar, während der andere Antrieb unabhängig davon den Pressvorgang bewirken kann. Die an den beiden Werkzeugen angeordneten und somit räumlich voneinander distanzierten Antriebe ermöglichen zudem einen einfachen und kostengünstigen Aufbau der Vorrichtung.

  

[0012]    Eine derartige Vorrichtung wird beispielsweise derart gesteuert, dass zunächst die Abschlussmittel dadurch betätigt werden, dass die matrizenartige Ausnehmung des ersten Werkzeugs linear in eine erste Richtung entlang einer geometrischen Achse an das zweite Werkzeug heran bewegt wird. Anschliessend wird zum Formpressen der Werkzeugkern des zweiten Werkzeugs unabhängig von den Abschlussmitteln in eine zweite Richtung bewegt, welche der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Schliesslich wird die Vorrichtung geöffnet, indem die Ausnehmung des ersten Werkzeugs in die zweite Richtung zurückgezogen wird.

  

[0013]    Alternativ ist eines der zwei Werkzeuge fest angeordnet, und das andere Werkzeug weist durch zwei gesonderte Antriebe unabhängig voneinander verschiebbare, koaxial angeordnete Elemente auf. Das äussere Element kann zunächst zur Abdichtung des Pressraums auf das andere Werkzeug zu bewegt werden. Anschliessend wird unabhängig davon durch einen gesonderten Antrieb das innere Element betätigt, um das Objekt im Pressraum zu formen.

  

[0014]    Mit Vorteil ist die gemeinsame geometrische Achse, entlang welcher die Werkzeuge linear gegeneinander beweglich sind, vertikal orientiert, und das zweite Werkzeug ist oberhalb des ersten Werkzeugs angeordnet. So kann der Pressling zu Beginn des Herstellungsvorgangs in die Ausnehmung des ersten Werkzeugs eingelegt werden und wird in der Ausnehmung sicher gehalten, bis der Hohlraum zwischen den Werkzeugen abgeschlossen ist. Die vertikale Anordnung der Werkzeuge fördert eine gleichmässige Verteilung des zu formenden Materials im Raum zwischen der Ausnehmung und dem Werkzeugkern.

  

[0015]    Alternativ - bei geeignetem Kunststoffmaterial und geeigneter Form des Werkzeugkerns - kann das zweite Werkzeug unterhalb des ersten Werkzeugs angeordnet sein, wobei der Pressling vor dem eigentlichen Pressvorgang beispielsweise auf den Werkzeugkern aufgelegt wird. Die gemeinsame Bewegungsachse kann ausserdem auch anders als vertikal orientiert sein, d.h. schräg oder horizontal. Im Rahmen des Formpressens erfolgt durch den ausgeübten Druck eine gleichmässige Verteilung des Kunststoffmaterials im Raum zwischen der Ausnehmung und dem Werkzeugkern.

  

[0016]    Bevorzugt weist das zweite Werkzeug an einem dem ersten Werkzeug zugewandten Ende offenbare Gewindeformbacken zum Formen eines Gewindes am Objekt auf. Nach dem Pressvorgang kann das Objekt an den Gewindeformbacken gehalten werden. Später, zu einem Entnahmezeitpunkt, werden dann die Gewindeformbacken zur Entnahme des Objekts geöffnet. Somit kann ein bei der Herstellung von Vorformlingen für Flaschen ohnehin notwendiges Element gleichzeitig zum Halten des Vorformlings genutzt werden. Der Gewindegang dient gleichzeitig als Halteprofil für den Gewindeteil des Objekts.

  

[0017]    Alternativ - besonders wenn Objekte ohne Gewinde geformt werden sollen - können gesonderte Haltemittel vorgesehen sein, welche zum gewünschten Zeitpunkt das Objekt freigeben können.

  

[0018]    Mit Vorteil umfassen das erste Werkzeug im Bereich seiner Ausnehmung und das zweite Werkzeug im Bereich des Werkzeugkerns Kühlvorrichtungen zum Kühlen des formgepressten Objekts. Dadurch kann der Kühlvorgang, welcher einen erheblichen Anteil an der Prozesszeit in Anspruch nimmt, verkürzt und somit der Ablauf des Prozesses beschleunigt werden. Gleichzeitig wird verhindert, dass Material in der Ausnehmung oder am Werkzeugkern haftet. Die Kühlvorrichtungen können derart ausgebildet sein, dass die Kühlleistung abhängig vom jeweiligen Prozessstadium geregelt wird, oder die Kühlleistung ist während des Betriebs der Vorrichtung im Wesentlichen konstant.

  

[0019]    Werden nicht alle mit dem Pressling bzw. dem geformten Objekt in Kontakt kommenden Elemente der Vorrichtung gekühlt, so sind die nicht gekühlten Elemente mit Vorteil aus einem antihaftenden Material hergestellt oder mit einer antihaftenden Beschichtung versehen.

  

[0020]    Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung ein drehbares Karussell, auf welchem entlang seines Umfangs eine Mehrzahl von jeweils zusammenwirkenden ersten und zweiten Werkzeugen angeordnet sind. Das Karussell wird während des Ablaufs der genannten Verfahrensschritte mit Vorteil kontinuierlich gedreht, was eine Optimierung des Prozessablaufs ermöglicht. An einer Stelle des Karussells ist ein Ladebereich zum Einbringen des Presslings vorgesehen, worauf - während der Rotation des Karussells - der eigentliche Pressvorgang erfolgt. Während der weiteren Drehbewegung des Karussells wird das Objekt gekühlt, bis es bei einem Entladebereich aus dem entsprechenden Werkzeug entnommen wird. Die Steuerung der einzelnen Werkzeuge erfolgt somit in Abhängigkeit einer Drehposition des Karussells und einer Position der Werkzeuge auf dem Karussell.

   Je nach Prozessgeschwindigkeit und benötigter Zeit für das Einbringen des Presslings, den Pressvorgang, das Abkühlen und Entnehmen des Objekts kann ein kontinuierlich rotierendes Karussell 18 bis 48 (oder mehr) Werkzeugpaare umfassen.

  

[0021]    Alternativ rotiert das Karussell schrittweise, oder die erfindungsgemässe Vorrichtung ist linear aufgebaut mit jeweils einander zugeordneten Gruppen von Lade- und Entladestationen sowie Formwerkzeugen.

  

[0022]    Bei einer Vorrichtung mit einem Karussell, auf welchem die Werkzeugpaare angeordnet sind, erfolgt das Öffnen der Gewindeformbacken mit Vorteil kurvengesteuert, abhängig von einer Rotationsposition des jeweiligen auf dem Karussell angeordneten zweiten Werkzeugs. Die Betätigung der Öffnungsvorrichtung für die Gewindeformbacken kann somit auf einfache Weise mechanisch erfolgen, abhängig von der momentanen Drehposition des Karussells; gegenüber einer alternativen Lösung mit zusätzlichen Servomotoren und einer zugehörigen Steuereinrichtung kann der Aufbau somit vereinfacht werden.

  

[0023]    Eine Steuereinrichtung einer Vorrichtung zur Herstellung eines formgepressten Objekts, insbesondere eines Vorformlings für Flaschen, aus einem Pressling aus Kunststoff, ist derart ausgebildet,
<tb>a)<sep>dass die Abschlussmittel derart betätigbar sind, dass zwischen einer matrizenartigen Ausnehmung eines ersten Werkzeugs und einem Werkzeugkern eines zweiten Werkzeugs ein abgeschlossener Hohlraum gebildet wird;


  <tb>b)<sep>dass anschliessend ein Werkzeugkern des zweiten Werkzeugs unabhängig von der Betätigung der Abschlussmittel derart bewegt werden kann, dass der zwischen dem Werkzeugkern und der Ausnehmung befindliche Pressling zum Objekt formgepresst wird; und


  <tb>c)<sep>dass anschliessend die Vorrichtung durch Auseinanderbewegen des Werkzeugkerns und der Ausnehmung geöffnet werden kann.

  

[0024]    Die Steuereinrichtung kann mechanisch sein, z.B. Kurvensteuereinrichtungen, elektronisch (computergesteuert) oder teilweise mechanisch und teilweise elektronisch.

  

[0025]    Bei einem Computerprogrammprodukt zum Betreiben einer Steuereinrichtung einer Vorrichtung zur Herstellung eines formgepressten Objekts, insbesondere eines Vorformlings für Flaschen, aus einem Pressling aus Kunststoff, erfolgt der Betrieb der Steuereinrichtung derart,
<tb>a)<sep>dass Abschlussmittel derart betätigt werden, dass zwischen einer matrizenartigen Ausnehmung eines ersten Werkzeugs und einem Werkzeugkern eines zweiten Werkzeugs ein abgeschlossener Hohlraum gebildet wird;


  <tb>b)<sep>dass anschliessend ein Werkzeugkern des zweiten Werkzeugs unabhängig von der Betätigung der Abschlussmittel derart bewegt wird, dass der zwischen dem Werkzeugkern und der Ausnehmung befindliche Pressling zum Objekt formgepresst wird; und


  <tb>c)<sep>dass anschliessend die Vorrichtung durch Auseinanderbewegen des Werkzeugkerns und der Ausnehmung geöffnet wird.

  

[0026]    Das Computerprogrammprodukt läuft insbesondere auf einer zentralen, mikroprozessorgesteuerten Ablaufsteuereinrichtung ab, welche neben der erfindungsgemässen Vorrichtung auch weitere Teile einer Anlage zur Flaschenherstellung kontrollieren kann.

  

[0027]    Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

  

[0028]    Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Herstellung eines Vorformlings;


  <tb>Fig. 2-4<sep>verschiedene Verfahrensstufen der Herstellung eines Vorformlings für eine Flasche mit der erfindungsgemässen Vorrichtung; und


  <tb>Fig. 5<sep>eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit einem drehbaren Karussell.

  

[0029]    Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

  

[0030]    Die Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Herstellung eines Vorformlings für eine Flasche. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Werkzeugstation 2 mit einem unteren Werkzeug 100 sowie einem vertikal darüber angeordneten oberen Werkzeug 200. Das untere Werkzeug 100 weist auf seiner oberen Seite eine um eine vertikale Achse rotationssymmetrische Ausnehmung 110 auf (siehe auch Fig. 4), deren Querschnitt sich ausgehend vom oberen, offenen Ende zunächst etwas verjüngt, dann in einen zylindrischen Abschnitt übergeht und schliesslich am unteren Ende kalottenartig abgeschlossen ist.

   Der sich verjüngende und der zylindrische Abschnitt der Ausnehmung 110 sind innerhalb eines ersten Werkzeugteils 111 ausgebildet, der kalottenförmige Abschluss ist an einem zweiten, unter dem ersten Werkzeugteil 111 angeordneten Werkzeugteil 112 ausgebildet. Der zweite Werkzeugteil 112 ist auf der Werkzeugbasis 120 abgestützt und zwischen der Werkzeugbasis 120 und dem ersten Werkzeugteil 111 gehalten. Ein Anschlussstück 130 ist konzentrisch aussen am ersten Werkzeugteil 111 angeordnet und übergreift dessen oberes Ende. Ein Haltering 140 ist wiederum konzentrisch ausserhalb des Anschlussstücks 130 angeordnet und übergreift eine entsprechende Ausnehmung desselben.

   Der Haltering 140 ist fest an der Werkzeugbasis 120 gehalten, z.B. über ein Gewinde, so dass die zwei die Ausnehmung 110 bildenden Werkzeugteile 111, 112 und das Anschlussstück 130 fest an der Werkzeugbasis 120 gehalten sind.

  

[0031]    In der Werkzeugbasis 120, dem Anschlussstück 130 und den Werkzeugteilen 111, 112 sind Kühlleitungen 160 vorgesehen, so dass Wärme von der Wand der Ausnehmung 110 abgeführt werden kann und sich der Bereich der Ausnehmung 110 mittels eines flüssigen Kühlmittels auf eine gewünschte Temperatur abkühlen lässt. Die Werkzeugbasis 120 ist an ihrem unteren Ende fest mit einem vertikal beweglichen Hydraulikkolben 150 verbunden, so dass sich das gesamte untere Werkzeug 100 vertikal nach oben und nach unten bewegen lässt. Die Fig. 1 zeigt das untere Werkzeug 100 in seiner unteren Endstellung.

  

[0032]    Das obere Werkzeug 200 umfasst einen Werkzeugkern 210, welcher in einem zylindrischen Führungsrohr 220 vertikal beweglich gelagert ist. Der Werkzeugkern 210 besteht aus einem oberen Teil 211, an dessen unteren Ende ein Pressstempel 212 auswechselbar befestigt ist. Die äussere Form des Pressstempels 212 entspricht der Form der Ausnehmung 110 im unteren Werkzeug 100, wobei die bezüglich seiner vertikalen Symmetrieachse radiale Ausdehnung verringert ist, so dass im Rahmen des Pressvorgangs zwischen der Ausnehmung 110 und dem Pressstempel 212 ein Vorformling mit einer gewünschten Wandstärke gefertigt werden kann. Im Werkzeugkern 210 ist entlang seiner vertikalen Achse ein Kühlsystem 213 vorgesehen mit konzentrischen Zuführungs- und Abführungsrohren für eine Kühlflüssigkeit.

   Das Kühlsystem erstreckt sich über den oberen Teil 211 des Werkzeugkerns 210 hinaus bis zum unteren Ende des Pressstempels 212. Der obere Teil 211 des Werkzeugkerns 210 umfasst drei zylindrische Abschnitte 211a, 211b, 211c, wobei der radiale Durchmesser der Abschnitte 211a, 211b, 211c von oben nach unten in zwei Stufen abnimmt. Im Bereich des untersten Abschnitts 211a wird somit auf der Aussenseite des oberen Teils 211 eine Ausnehmung zur Aufnahme des Pressstempels 212 gebildet, der mittlere Abschnitt 211b gleitet passend in einem im unteren Abschnitt des Führungsrohrs 220 angeordneten Führungsteil 230.

  

[0033]    An der unteren Seite des Führungsteils 230 ist ein Anschlussteil 240 auswechselbar befestigt. Dieser wird durch zwei sich ergänzende Hälften 241, 242 gebildet, welche von der in den Fig. 1-4 dargestellten geschlossenen Stellung in entgegengesetzten Richtungen horizontal nach aussen in eine geöffnete Stellung verfahren werden können.

  

[0034]    In der geschlossenen Stellung wird zwischen den Hälften 241, 242 des Anschlussteils 240 eine zylindrische Öffnung gebildet. Deren Begrenzung, d. h. die durch die Hälften 241, 242 gebildete Innenwand des Anschlussteils 240, ist als Gewindeformbacke 243 ausgebildet zum Formen eines Aussengewindes am Vorformling während des Formpressvorgangs. Die Aussenwand des Anschlussteils 240 läuft in ihrem unteren Bereich nach unten konisch zu und ist somit der Innenwand des Anschlussstücks 130 des unteren Werkzeugs 100 angepasst. Aussen anschliessend an das obere Ende der konisch zulaufenden Aussenwand ist eine horizontale, kreisringförmige Schulter 244 ausgebildet. An der Stirnseite des Anschlussteils 240 wird durch die Hälften 241, 242 eine ringförmige Stirnfläche 245 gebildet, welche angrenzend an die Öffnung des Anschlussteils 240 eine ringförmige Vertiefung 246 aufweist.

  

[0035]    Der Werkzeugkern 210 ist an seinem oberen Ende fest mit einem vertikal beweglichen Hydraulikkolben 250 verbunden, so dass er sich vertikal nach oben und nach unten bewegen lässt. Die Fig. 1 zeigt den Werkzeugkern 210 in seiner oberen Endstellung. Das Führungsrohr 220, an welchem sämtliche weiteren Teile des oberen Werkzeugs 200 gehalten oder geführt sind, ist an einer (hier nicht näher beschriebenen) Halterung 260 fest angebracht.

  

[0036]    Die Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit einem um eine vertikale Drehachse 401 drehbaren Karussell 400. Auf diesem sind entlang seines Umfangs in gleichmässigen Winkelabständen achtzehn Werkzeugstationen 2.1... 2.18 angeordnet, welche jeweils übereinander ein unteres und ein oberes Werkzeug aufweisen, wie sie im Zusammenhang mit den Fig. 1-4 beschrieben worden sind. Die jeweiligen geometrischen Achsen, entlang welcher die Ausnehmungen der unteren Werkzeuge sowie die Werkzeugkerne der oberen Werkzeuge linear verschiebbar sind, stehen senkrecht auf der Hauptebene des Karussells 400 und somit parallel zur Drehachse 401 des Karussells 400.

  

[0037]    Ein Laderad 500 mit acht Ladestationen 501.1 ... 501.8 ist angrenzend an das Karussell 400 angeordnet und dient zum Einbringen der Presslinge in die Ausnehmungen der am Karussell 400 angeordneten unteren Werkzeuge. Das Laderad 500 ist in derselben Ebene angeordnet wie das Karussell 400 und um eine parallele Achse 502 drehbar. Zum Erzeugen der Pellets ist das Laderad 500 beispielsweise mit einem Extruder verbunden (nicht dargestellt).

  

[0038]    Ebenfalls angrenzend an das Karussell 400 ist ein Entladerad 600 mit acht Entladestationen 601... 601.8 zum Entnehmen der hergestellten Vorformlinge angeordnet. Auch dieses Entladerad 600 ist in derselben Ebene angeordnet wie das Karussell 400 und um eine parallele Achse 602 drehbar. Der Drehsinn des Lade- und des Entladerads 500, 600 ist dem Drehsinn des Karussells 400 entgegengesetzt, so dass an den Übergabepositionen möglichst kleine Relativgeschwindigkeiten der Lade- bzw. Entladestationen 501.1 ... 501.8 bzw. 601.1 ... 601.8 bezüglich den Werkzeugstationen 2.1... 2.18 erzielt werden können.

  

[0039]    Die Fig. 2-4 zeigen neben der Fig. 1 verschiedene Verfahrensstufen der Herstellung eines Vorformlings für eine Flasche mit der erfindungsgemässen Vorrichtung. Im Rahmen eines erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens eines Vorformlings für Flaschen wird zunächst in geöffnetem Zustand der beiden Werkzeuge 100, 200 (siehe Fig. 1) einer Werkzeugstation 2.1 (siehe Fig. 5) durch eine Ladestation 501.1 ein Pressling 300 in die Ausnehmung 110 im unteren Werkzeug 100 eingebracht. Dieser Vorgang erfolgt in dem Moment, in dem die entsprechende Werkzeugstation 2.1 mit der Ladestation 501.1 des Laderads 500 zusammenwirken kann.

   Weil der Vorgang eine gewisse Zeitspanne erfordert, werden das Laderad 500 und das Karussell 400 entweder intermittierend bewegt und zur Übergabe angehalten, sobald sich die entsprechenden Stationen in der Übergabestellung befinden, oder das Laderad 500 und/oder das Karussell 400 drehen kontinuierlich, und mindestens eine der einander entsprechenden Stationen ist mit einem Mechanismus versehen, welcher eine Positionsanpassung der jeweiligen Station erlaubt, so dass trotz der kontinuierlichen Bewegung die beiden Stationen während der benötigten Zeitspanne relativ zueinander fest in einer Übergabestellung positioniert sind. Auf Details solcher Mechanismen wird an dieser Stelle nicht eingegangen.

  

[0040]    Der in die Ausnehmung 110 im unteren Werkzeug 100 eingebrachte Pressling 300 besteht aus verflüssigtem PET, wobei die Materialmenge genau auf den zu fertigenden Vorformling abgestimmt ist. Als Nächstes wird nun mittels des entsprechenden Hydraulikzylinders 150 das untere Werkzeug 100 vertikal nach oben verfahren, bis sein Anschlussstück 130 und der erste, obere Werkzeugteil 111 mit dem Anschlussteil 240 des oberen Werkzeugs 200 in Kontakt kommen. Die konisch zulaufende Aussenwand des Anschlussteils 240 zentriert dabei über das Anschlussstück 130 das obere Werkzeug 200 mit dem unteren Werkzeug 100.

   Der Kontaktbereich zwischen dem unteren Werkzeug 100 und dem oberen Werkzeug 200 wird zwischen der Stirnfläche 245 des Anschlussteils 240 des oberen Werkzeugs 200 und der oberen, entsprechend ausgebildeten Stirnfläche des ersten Werkzeugteils 111 des unteren Werkzeugs 100 gegen einen Austritt des PET-Materials abgedichtet. Der Hydraulikzylinder 150 stellt den für den Formpressvorgang notwendigen Werkzeug-Schliessdruck bereit. Zwischen der im unteren Werkzeug 100 gebildeten Ausnehmung 110 und dem Pressstempel 212 des Werkzeugkerns 210 des oberen Werkzeugs 200 wird somit ein abgedichteter Hohlraum gebildet, in welchem im Folgenden der Formpressvorgang stattfinden kann.

   Die Stirnfläche des ersten Werkzeugteils 111 des unteren Werkzeugs weist angrenzend an die Ausnehmung 110 eine ringförmige Vertiefung auf, so dass zwischen dieser Vertiefung und der entsprechenden Vertiefung 246 des Anschlussteils 240 des oberen Werkzeugs 200 ein Haltering 311 für den Vorformling 310 gebildet wird (siehe Fig. 4).

  

[0041]    Nun wird der Werkzeugkern 210 des oberen Werkzeugs 200 durch den oberen Hydraulikzylinder 250 nach unten bewegt, bis das PET-Material vollständig verpresst ist (Fig. 3). Diese Position kann mechanisch fest vorgegeben sein, z. B. durch einen Anschlag 221 auf der oberen Fläche des Führungsrohrs 220, welcher mit dem Hydraulikkolben 250 zusammenwirkt.

  

[0042]    Während des gesamten Formpressvorgangs wird das Karussell 400 weiter gedreht. Die Steuerung der Hydraulikkolben 150, 250 erfolgt abhängig von der Drehposition der jeweiligen Werkzeugstation 2. Dabei kann die Drehposition durch entsprechende Sensoren ermittelt und zur Steuerung der Hydraulikkolben 150, 250 herangezogen werden, oder die gesamte Vorrichtung (d.h. die Drehung des Karussells 400 sowie die Betätigung der Hydraulikkolben 150, 250) wird zentral, durch eine computerbasierte Steuereinrichtung kontrolliert. Der eigentliche Formpressvorgang ist bereits dann beendet, wenn sich das Karussell 400 bezogen auf die Übergabestelle des Presslings 300 lediglich um etwa einen Drittel eines Vollkreises gedreht hat.

   Der Hauptteil des weiteren Wegs bis zur Übergabestelle mit dem Entladerad 600 wird zur Kühlung des zwischen dem Pressstempel 212 und der Ausnehmung 110 geformten Vorformlings 310 eingesetzt. Die benötigte Kühlzeit ist abhängig vom für den Vorformling 310 verwendeten Material und von den Dimensionen des Vorformlings 310, insbesondere von seiner Wandstärke. Nachdem eine genügende Abkühlung des geformten Vorformlings 310 erfolgt ist, kann das untere Werkzeug 100 wieder nach unten in seine Anfangsposition zurück bewegt werden. Gleichzeitig wird auch der Werkzeugkern 210 des oberen Werkzeugs 200 wieder in seine Ausgangsposition bewegt (siehe Fig. 4). Der Vorformling 310 ist nun am oberen Werkzeug 200, nämlich an den Gewindeformbacken 243 des Anschlussteils 240 gehalten.

  

[0043]    Sobald die Übergabestelle zum Entladerad 600 erreicht ist, wird der Vorformling 310 entlang seines unteren, frei zugänglichen Teils von der entsprechenden Entladestation erfasst, und die Gewindeformbacken 243 werden geöffnet, so dass der Vorformling 310 freigegeben wird und vom Entladerad 600 übernommen werden kann. Das Öffnen der Gewindeformbacken 243 kann beispielsweise durch eine Kurvensteuereinrichtung in Abhängigkeit von der Drehposition der entsprechenden Werkzeugstation auf dem Karussell 400 erfolgen.

  

[0044]    Bei einer Variante einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Herstellung eines formgepressten Objekts ist das untere Werkzeug, in welchem die matrizenartige Ausnehmung ausgebildet ist, in vertikaler Richtung fest angeordnet. Dafür lassen sich das obere Werkzeug sowohl als Ganzes, das heisst inklusive Führungsrohr und Anschlussteil, durch einen ersten Antrieb als auch der Werkzeugkern unabhängig davon durch einen zweiten Antrieb in vertikaler Richtung bewegen. Statt dass das untere Werkzeug zunächst nach oben bewegt wird, um die Abdichtung des Pressraums zu erreichen, wird also bei der Variante im ersten Verfahrensschritt zunächst das obere Werkzeug als Ganzes nach unten auf das zweite Werkzeug hin bewegt.

   Die weiteren Verfahrensschritte laufen analog zum beschriebenen Verfahren ab, wobei die Vorrichtung wiederum geöffnet wird, indem das obere Werkzeug als Ganzes nach oben zurückgezogen wird. Die in den Fig. 1-4 im Detail gezeigte Vorrichtung hat gegenüber dieser Variante den Vorteil eines einfacheren Aufbaus durch die örtlich klar getrennten Antriebe. Zudem kann dort die Masse der zu bewegenden Teile minimiert werden, weil die Führung für den Werkzeugkern vertikal fest ist.

  

[0045]    Auch Detailaspekte des dargestellten Ausführungsbeispiels können im Rahmen der Erfindung anders ausgeführt werden; so kann beispielsweise die Anordnung der einzelnen Elemente des unteren und des oberen Werkzeugs auf die zu fertigenden Vorformlinge und auf das verwendete Material angepasst werden. Der untere und/oder obere Anschlussteil, zwischen welchen die Abdichtung des Pressraums erfolgt, kann federnd gelagert sein, um eine zuverlässige Abdichtung sicherzustellen, wobei die Feder wegen des unabhängig bewegbaren Pressstempels während des eigentlichen Pressvorgangs nicht wesentlich weiter komprimiert wird.

  

[0046]    Auch die Zahlen der auf dem Karussell bzw. dem Lade- oder Entladerad angeordneten Stationen können von den entsprechenden Zahlen beim dargestellten Ausführungsbeispiel abweichen; sie werden insbesondere in Abhängigkeit von der Karussell-Drehzahl und den benötigten Zeiten für die Übergabevorgänge, den Formpressvorgang und das Abkühlen gewählt. Die Zahl der Werkzeugstationen auf dem Karussell kann beispielsweise 18 bis 48 (oder noch mehr) betragen.

  

[0047]    Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines formgepressten Objekts geschaffen werden, welche einen schnellen Formpressvorgang ermöglichen, wobei die Vorrichtung einen flexiblen Einsatz erlaubt.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Herstellung eines formgepressten Objekts (310), insbesondere eines Vorformlings für Flaschen, aus einem Pressling (300) aus Kunststoff, umfassend

a) ein erstes Werkzeug (100) mit einer matrizenartigen Ausnehmung (110);

b) ein zweites Werkzeug (200) mit einem Werkzeugkern (210), wobei die Ausnehmung (110) des ersten Werkzeugs (100) und der Werkzeugkern (210) des zweiten Werkzeugs (200) entlang einer gemeinsamen geometrischen Achse linear relativ gegeneinander beweglich sind und die Werkzeuge (100, 200) so ausgebildet sind, dass der Pressling (300) in einem Pressraum zwischen dem Werkzeugkern (210) und der Ausnehmung (110) zum Objekt (310) formgepresst werden kann; und

c) Abschlussmittel (111, 240) zum Abschliessen des Pressraums;

d) eine Steuereinrichtung;

dadurch gekennzeichnet, dass

e) die Abschlussmittel (111, 240) einen eigenen Antrieb (150) umfassen, welcher unabhängig von einem Antrieb (250) zum Bewirken des Formpressvorgangs betätigbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Ausnehmung (110) des ersten Werkzeugs (100) als auch der Werkzeugkern (210) des zweiten Werkzeugs (200) entlang der gemeinsamen Achse verschiebbar sind und dass sowohl das erste Werkzeug (100) als auch das zweite Werkzeug (200) jeweils eigene, unabhängig voneinander betätigbare Antriebe (150, 250) zum Bewirken der Bewegungen entlang der gemeinsamen Achse aufweisen, wobei die Abschlussmittel (111, 240) am ersten und/oder am zweiten Werkzeug (100, 200) ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame geometrische Achse vertikal orientiert ist, und dass das zweite Werkzeug (200) oberhalb des ersten Werkzeugs (100) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkzeug (200) an einem dem ersten Werkzeug (100) zugewandten Ende offenbare Gewindeformbacken (243) zum Formen eines Gewindes am Objekt (310) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeug (100) im Bereich seiner Ausnehmung (110) und das zweite Werkzeug (200) im Bereich des Werkzeugkerns (210) Kühlvorrichtungen (160, 213) zum Kühlen des formgepressten Objekts (310) umfassen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein drehbares Karussell (400), auf welchem entlang seines Umfangs eine Mehrzahl von jeweils zusammenwirkenden ersten und zweiten Werkzeugen (2.1... 2.18) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen der Gewindeformbacken (243) kurvengesteuert, abhängig von einer Rotationsposition des jeweiligen auf dem Karussell (400) angeordneten zweiten Werkzeugs (200) erfolgt.

8. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung eines formgepressten Objekts (310), insbesondere eines Vorformlings für Flaschen, aus einem Pressling (300) aus Kunststoff, mit folgenden Schritten:

a) Einbringen des Presslings (300) in einen Bereich zwischen einem ersten Werkzeug (100) mit einer matrizenartigen Ausnehmung (110) und einem zweiten Werkzeug (200) mit einem Werkzeugkern (210);

b) Betätigen von Abschlussmitteln (111, 240), so dass zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeug (100, 200) ein abgeschlossener Hohlraum gebildet wird;

c) lineares Bewegen des Werkzeugkerns (210) des zweiten Werkzeugs (200) unabhängig von den Abschlussmitteln (111, 240), so dass der Pressling (300) zwischen dem Werkzeugkern (210) und der Ausnehmung (110) zum Objekt (310) formgepresst wird; und

d) Öffnen der Vorrichtung durch Auseinanderbewegen des Werkzeugkerns (210) und der Ausnehmung (110).

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussmittel (111, 240) durch ein lineares Bewegen der matrizenartigen Ausnehmung (110) des ersten Werkzeugs (100) in eine erste Richtung entlang einer geometrischen Achse an das zweite Werkzeug (200) heran betätigt werden, dass der Werkzeugkern (210) des zweiten Werkzeugs (200) anschliessend in eine zweite Richtung, welcher der ersten Richtung entgegengesetzt ist, bewegt wird und dass das Öffnen der Vorrichtung durch Zurückziehen der Ausnehmung (110) des ersten Werkzeugs (100) in die zweite Richtung erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (310) nach dem Pressvorgang an Gewindeformbacken (243) des zweiten Werkzeugs (200) gehalten ist und dass später, zu einem Entnahmezeitpunkt, die Gewindeformbacken (243) zur Entnahme des Objekts (310) geöffnet werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeug (100) und das zweite Werkzeug (200) auf einem drehbaren Karussell (400) angeordnet sind, wobei das Karussell (400) während eines Ablaufs der genannten Schritte kontinuierlich gedreht wird.

12. Steuereinrichtung einer Vorrichtung zur Herstellung eines formgepressten Objekts (310), insbesondere eines Vorformlings für Flaschen, aus einem Pressling (300) aus Kunststoff, nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist,

a) dass die Abschlussmittel (111, 240) derart betätigbar sind, dass zwischen einer matrizenartigen Ausnehmung (110) eines ersten Werkzeugs (100) und einem Werkzeugkern (210) eines zweiten Werkzeugs (200) ein abgeschlossener Hohlraum gebildet wird;

b) dass anschliessend ein Werkzeugkern (210) des zweiten Werkzeugs (200) unabhängig von der Betätigung der Abschlussmittel (111, 240) derart bewegt werden kann, dass der zwischen dem Werkzeugkern (210) und der Ausnehmung (110) befindliche Pressling zum Objekt (310) formgepresst wird; und

c) dass anschliessend die Vorrichtung durch Auseinanderbewegen des Werkzeugkerns (210) und der Ausnehmung (110) geöffnet werden kann.

13. Steuereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die matrizenartige Ausnehmung (110) des ersten Werkzeugs (100) in eine erste Richtung entlang einer geometrischen Achse an ein zweites Werkzeug (200) heran bewegt werden kann, um den abgeschlossenen Hohlraum zu bilden, dass anschliessend der Werkzeugkern (210) des zweiten Werkzeugs (200) zum Bewirken des Formpressvorgangs in eine zweite Richtung, welche der ersten Richtung entgegengesetzt ist, bewegt werden kann, und dass anschliessend die Ausnehmung (110) des ersten Werkzeugs (100) in der zweiten Richtung zurückgezogen werden kann, um die Vorrichtung zu öffnen.

14. Steuereinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, für eine Vorrichtung mit offenbaren Gewindeformbacken (243), welche das Objekt (310) nach dem Formpressen halten können, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Gewindeformbacken (243) zu einem Entnahmezeitpunkt geöffnet werden.

15. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, für eine Vorrichtung mit einem kontinuierlich drehbaren Karussell (400), auf welchem entlang seines Umfangs eine Mehrzahl von jeweils zusammenwirkenden ersten und zweiten Werkzeugen (100, 200) angeordnet sind, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Werkzeuge (100, 200) in Abhängigkeit einer Drehposition des Karussells (400) und einer Position der Werkzeuge (100, 200) auf dem Karussell (400) betätigt werden.

16. Computerprogrammprodukt zum Betreiben einer Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Computerprogrammprodukt die Steuereinrichtung derart betreibt,

a) dass die Abschlussmittel (111, 240) derart betätigt werden, dass zwischen einer matrizenartigen Ausnehmung (110) eines ersten Werkzeugs (100) und einem Werkzeugkern (210) eines zweiten Werkzeugs (200) ein abgeschlossener Hohlraum gebildet wird;

b) dass anschliessend ein Werkzeugkern (210) des zweiten Werkzeugs (200) unabhängig von der Betätigung der Abschlussmittel (111, 240) derart bewegt wird, dass der zwischen dem Werkzeugkern (210) und der Ausnehmung (110) befindliche Pressling zum Objekt (310) formgepresst wird; und

c) dass anschliessend die Vorrichtung durch Auseinanderbewegen des Werkzeugkerns (210) und der Ausnehmung (110) geöffnet wird.