CN101415952B - 用于吹塑成型容器的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于吹塑成型容器的方法和装置。一个预成型坯在热处理之后在一个吹塑机(41)的吹塑模的内部通过吹塑压力的作用成形为一个容器。所需的吹塑气体由一个压缩机(42)提供。一个压缩机控制装置(44)与吹塑机的一个控制装置连接，使得该吹塑机的控制装置产生一个用于由压缩机通过的输出压力的额定值(49)。

Description

用于吹塑成型容器的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于吹塑成型容器的方法，其中，一个预成型坯在热处理之后在一个吹塑机的吹塑模的内部通过吹塑压力的作用成形为一个容器并且所需的吹塑气体由一个压缩机提供。
此外，本发明还涉及一种用于吹塑成型容器的装置，该装置具有至少一个带一吹塑模的吹塑站，该吹塑站与一个压缩机连接，该压缩机具有一个压缩机控制装置，
背景技术
在通过吹气压力的作用进行容器成型时，由热塑性材料制成的预成型坯、例如由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成的预成型坯在吹塑机内部被输送给不同的处理站。通常这种吹塑机具有一个加热装置和一个吹塑装置，在该吹塑装置的区域中，先前被加热的预成型坯通过双轴定向膨胀为一个容器。该膨胀借助于导入到待膨胀的预成型坯中的压缩空气来实现。在DE-OS 43 40 291中已阐述了预成型坯的这种膨胀成型的工艺流程。开头所述的处于压力作用下的气体导入包括压缩气体到展开的容器泡中的导入以及压缩气体在吹塑过程开始时到预成型坯中的导入。
在DE-OS 42 12 583中描述了用于容器成型的吹塑站的基本结构。在DE-OS 23 52 926中介绍了一些用于加热预成型坯的可能性。
在吹塑成型装置内部，预成型坯以及被吹塑成型后的容器借助于不同的操纵装置传送。传送芯轴的使用被证实是合适的，预成型坯可被插套在所述传送芯轴上。但是，也可以用其它的承载装置来操纵预成型坯。用于操纵预成型坯的夹钳的使用和可导入到预成型胚的开口区域中以进行夹持的卡钳的使用同样属于可使用的结构。
例如在DE-OS 199 06 438中描述了在使用转移轮的情况下对容器的操纵，其中在吹塑轮和输出区之间设置一个转移轮。
以上提及的对预成型坯的操纵一方面在所谓的两级工艺中进行，其中首先通过注射成型方法制造预成型坯，接着使这个预成型坯暂时存放并且之后对其温度进行条件处理并且将其吹塑成型为一个容器。另一方面，使用所谓的单级工艺，其中，预成型坯在通过注射成型技术制造出并且在足够地硬化后直接进行合适的温度处理并且接着被吹塑成型。
在所使用的吹塑站方面，已经公知了不同的实施形式。在设置在旋转的传送轮上的吹塑装置中，经常出现模具承载件的像书一样的可翻开性。但是也可能的是，使用可相对彼此移动或者以其他方式被导向的模具承载件。在位置固定的吹塑装置(其特别是适合于容纳多个用于容器成型的空腔)中，典型的是使用彼此平行设置的板作为模具承载件。
通常通过一个或多个压缩机对吹塑站供给吹塑气体、特别是压缩空气。典型的方式是，所使用的压缩机设有一个压缩机控制装置并且在该压缩机与吹塑机之间安装一个压缩空气储存器。压缩机控制装置这样地控制该压缩机，使得在压缩空气储存器的区域中保持一个预给定的压力水平。典型的方式是，该压缩机控制装置被这样调节，使得在压缩空气储存器的区域中提供一个大约38bar的压力水平。吹塑机设有一个压力控制装置，该压力控制装置将由压缩空气储存器提供的压力降低到用于成形所述容器具体所需的压力水平。
典型的方式是，在普通吹塑机上吹塑成型尺寸差异非常大的瓶子。吹塑后的瓶子的容积在0.15至3.0升之间的范围内波动。根据当时的瓶体积和所设置的瓶尺寸，用于成型容器所需的吹塑压力也相对强地变化。典型的吹塑压力在22至38bar之间的范围内。
用于通过吹塑技术制造容器的连续的运行成本的一个很重要的部分来自于必要的吹塑空气的提供。为了降低该成本，例如已经公知了：多次使用所使用的吹塑空气并且被消耗的、高压力水平的吹塑空气被以较低的压力水平重新用于容器成形。因为吹塑空气的这种循环利用不是在每种情况下都能广泛应用，所以仅仅通过这种循环利用的实现不能以完全令人满意的方式满足明显降低运行成本的要求。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于，改进一种开头所述类型的方法，使得支持运行成本的降低。
根据本发明，该目的是通过以下方式来实现，即一个压缩机控制装置与吹塑机的一个控制装置连接，使得该吹塑机的控制装置产生一个用于由所述压缩机提供的输出压力的额定值。
本发明的另一目的在于，这样设计一种开头所述类型的装置，使得实现运行成本的减小。
根据本发明，该目的是通过以下方式来实现，即压缩机控制装置与吹塑机的一个控制装置连接并且该吹塑机的控制装置的一个输出端与所述压缩机控制装置的一个额定值输入端连接。
具体地，根据本发明提供一种用于吹塑成型容器的方法，在该方法中，预成型坯在热处理之后在吹塑机的吹塑模的内部通过吹塑压力的作用成形为容器，并且在该方法中，由压缩机提供吹塑气体，其特征在于，压缩机控制装置与吹塑机的控制装置连接，使得该吹塑机的控制装置产生用于由所述压缩机提供的输出压力的额定值，并且压缩机的输出压力通过所述吹塑机所需的吹塑压力和附加的压差的相加来确定。
根据本发明还提供一种用于吹塑成型容器的装置，该装置具有至少一个带吹塑模的吹塑站，该吹塑站与压缩机连接，该压缩机具有压缩机控制装置，其特征在于，该压缩机控制装置与吹塑机的控制装置连接，吹塑机的控制装置的输出端与所述压缩机控制装置的额定值输入端连接，并且吹塑机的控制装置具有计算单元，用于通过具体的吹塑压力和压差的相加来求得压缩机的输出压力。
通过压缩机控制装置与吹塑机控制装置的耦合能够使压缩机在能量方面最佳地运行。由此，该压缩机的输出压力不提高到不必要地高的水平(该水平接着又被降低)，而是该压缩机仅仅产生对于当时的应用情况必需的压力水平。
通过压缩机控制装置和吹塑机控制装置的耦合，在吹塑机和压缩机设备之间提供了一个组合系统，使得降低压缩机设备的电功率消耗并且从而节省运行成本。
为了考虑不同的应用要求，规定，压缩机根据压缩机控制装置以不同的、可预给定的输出压力运行。
在吹塑机生产开始时的微小的时间延迟可以通过以下方式实现，即压缩机控制装置在没有通过吹塑机的控制装置预给定一个额定值的情况下控制压缩机以产生一个最大设置的输出压力。
为了提供必要的通信途径，提出，一个在吹塑机和压缩机之间的耦合装置执行至少单向的数据传输。双向的数据传输也是有利的。
通过以下方式支持较小的实际应用耗费，即通过吹塑机的操作程序预给定用于待由压缩机产生的输出压力的预给定额定值。
通过以下方式考虑由技术原因引起的压力损失，即压缩机的输出压力通过吹塑机需要的吹塑压力与附加的压差的相加来确定。
特别是考虑，所述压差通过吹塑机的一个压力调节器的一个压差、连接管路的压力损失以及压缩机控制装置的滞后(Hysterese)之和来求得。
根据一个实施例变型，考虑，至少两个吹塑机与至少一个压缩机连接。
同样可能的是，至少两个压缩机与至少一个吹塑机连接。
为了在压缩空气的消耗量不时地改变的情况下提供稳定的供给压力，提出，由压缩机提供的压缩空气的至少一部分被一个蓄压器储存。
附图说明
在附图中示意性地示出了本发明的实施例。其中：
图1是用于由预成型坯制造容器的吹塑站的透视图；
图2是吹塑模的纵剖面图，预成型坯在该吹塑模中被拉延和膨胀；
图3是用于表明用于吹塑成型容器的装置的基本结构的草图；
图4是改型的、具有增大的加热能力的加热区；
图5是用于显示一个由压缩机、蓄压器和吹塑机组成的总设备的框图；
图6是相对于图5中的图改型的图；
图7是用于显示一个由多个压缩机和多个吹塑机组成的系统的图。
具体实施方式
在图1和图2中示出一种用于将预成型坯1成形为容器2的装置的原理结构。
用于成形所述容器2的装置主要包括一个吹塑站3，该吹塑站设有一个吹塑模4，预成型坯1可被插入到该吹塑模中。该预成型坯1可以是由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的注射成型部件。为了允许将预成型坯1插入到吹塑模4中和并且允许将制完的容器2取出，吹塑模4由一些半模5，6和一个底部件7组成，该底部件可以由一个提升装置8定位。预成型坯1可以在吹塑站3的区域中由一个传送芯轴9固定，该传送芯轴与预成型坯1一起经过该装置内部的多个处理站。但是也可能的是，例如通过钳或其它的操作机构将预成型坯1直接插入到吹塑模4中。
为了允许压缩空气的供入，在传送芯轴9的下方设置了一个连接活塞10，该连接活塞将压缩空气供入到预成型坯1并且同时相对于传送芯轴9进行密封。但是，在改型的设计中原则上也可考虑的是，使用固定的压缩空气供入装置。
在该实施例中，预成型坯1的拉延(Reckung)借助一个拉延杆11实现，该拉延杆被一个缸12定位。根据另一种实施形式，拉延杆11的机械定位通过凸轮段进行，这些凸轮段由分接辊(Abgriffrollen)加载。当在一个旋转的吹塑轮上设置多个吹塑站3时，凸轮段的使用是特别符合目的的。
在图1所示的实施形式中，拉延系统被这样构成，使得提供两个缸12的串联布置。拉延杆11在实际的拉延过程开始之前首先由一个主缸13一直移动到预成型坯1的底部14的区域中。在实际的拉延过程中，具有移动出的拉延杆的主缸13与一个承载该主缸13的滑块15一起被一个副缸16或通过一个凸轮控制装置定位。特别是考虑，副缸16被凸轮控制地使用，使得由导向辊17预给定当前的拉延位置，该导向辊在拉延过程的实施过程中沿着一个凸轮轨道被引导。导向辊17由副缸16压靠到导轨上。滑块15沿着两个导向元件18被引导。
在设置于承载件19，20的区域上的半模5，6闭合之后，承载件19，20借助一个锁止装置20相对彼此锁止。
为了适配于预成型坯1的开口区段21的不同形状，根据图2，考虑在吹塑模4的区域中使用单独的螺纹插件22。
图2中除了被吹塑后的容器2外还用虚线示出了预成型坯1并且示意性示出了一个展开的容器泡23。
图3示出了一个吹塑机的基本结构，其设置有一个加热区24以及一个旋转的吹塑轮25。从预成型坯输入装置26开始，预成型坯1被一些转移轮27，28，29传送到加热区24的区域中。为了加热预成型坯1，沿着加热区24设置有一些热辐射器30以及风机31。在被充分加热之后，预成型坯1被转移到吹塑轮25，所述吹塑站3设置在该区域中。完成吹塑的容器2被另外的转移轮供给到一个输出区32。
为了使一个预成型坯1成形为这样一个容器2——该容器2具有以下的材料特性：即可以保证装在容器2内的食品、特别是饮料具有较长的使用能力，那么必须在温度处理和定向预成型坯1时遵循特殊的工艺步骤。此外，通过特殊的尺寸规定的遵循可以实现有利的效果。
作为热塑性材料可以使用不同的塑料。可使用的例如有PET，PEN或PP。
预成型坯1在定向过程期间的膨胀是通过压缩空气的供给实现的。压缩空气的供给被分为一个预吹塑阶段和一个随后的主吹塑阶段，在预吹塑阶段中供入具有低压力水平的气体、例如压缩空气，在主吹塑阶段中供入具有较高压力水平的气体。在预吹塑阶段期间，典型的是使用压力区间在10bar到25bar之间的压缩空气，而在主吹塑阶段期间供入压力区间在25bar到40bar之间的压缩空气。
从图3中也可以看出，在所示的实施形式中，加热区24由多个环绕的传送元件33构成，它们链式地彼此按顺序排列并且沿着转向轮34被引导。特别是考虑，通过链式布置形成一个基本上矩形的基本轮廓。在所示的实施形式中，在加热区24的向着转移轮29和一个输入轮35的伸展区域中使用了一个单独的、尺寸相对较大的转向轮34并且在邻近的转向区域中使用了两个尺寸相对较小的转向轮36。但是，原则上也可以考虑其它任意的方案。
为了允许转移轮29和输入轮35相对彼此的尽可能紧密的设置，所示的设置方式被证实是特别符合目的的，因为在加热区24的相应伸长的区域中定位了三个转向轮34，36，确切地说分别是在通往加热区24的直线区段的过渡区域中的、较小的转向轮36和在通往转移轮29和通往输入轮35的直接过渡区域中的、较大的转向轮34。作为对链式传送元件33应用的替换，例如也可以使用一个旋转的加热轮。
容器2在完成吹塑之后被一个取出轮37从吹塑站3的区域中导出并且通过转移轮28和输出轮38被传送到输出区32。
在图4中所示的改型的加热区24中，通过大量热辐射器30可以在每个时间单位中加热大量预成型坯1。在此，风机31将冷却空气引导到冷却空气通道39的区域中，这些冷却空气通道分别位于所对应的热辐射器30的对面并且通过流出口排出冷却空气。通过流出方向的设置，可以对于冷却空气实现一个基本上横向于预成型坯1的传送方向的流动方向。这些冷却空气通道39可以在与热辐射器30相对的表面上提供用于热辐射的反射器，同样也可能的是，通过排出的冷却空气也实现热辐射器30的冷却。
图5示意性示出在使用一个压缩机42以及一个蓄压器43的情况下对吹塑机41的压缩空气供给。该蓄压器43典型地被构造为一个锅炉。压缩机42具有一个压缩机控制装置44并且吹塑机41设有一个控制装置45。该蓄压器43设有一个压力测量装置46，该压力测量装置将一个用于由压缩机42提供的输出压力的实际值提供给所述压缩机控制装置44。
压缩机控制装置44和吹塑机41的控制装置45通过一个耦合装置47彼此连接。该耦合装置47可以根据当时的使用要求来支持单向的或者双向的数据传输。在技术上，该耦合装置47能够以不同的变型来实现。例如可以考虑有线连接或者无线连接。在有线连接中，数据传输例如能够以电或光的方式进行。无线连接可以通过无线电通信间隔(Strecke)、红外间隔或者其他无接触的通信途径被提供。
由图6中的相对于图5变型的图示中可以看出，吹塑机41的控制装置45在一个额定值输入端48的区域中对压缩机控制装置44提供一个预给定值。此外，压缩机控制装置44具有一个用于一基本额定值的输入部49。所述额定值输入端48和输入部49可以与一个优先级控制装置连接。这意味着，压缩机在出现吹塑机41的主导值(Führungswert)时将该主导值考虑为额定值，但是在缺少这种外部的控制值时考虑由输入部49提供的额定值。
在考虑前述的优先级控制的情况下例如可能的是，在吹塑机41没有接通的情况下在蓄压器43的区域中提供一个基本压力。这例如可以是由该压缩机产生的最大输出压力、例如38bar的压力。由此保证了，与吹塑机41的具体所需的吹塑压力无关地在没有时间延迟的情况下提供所需的吹塑压力。然后，在吹塑机41接通之后，一个用于实际所需的吹塑压力的额定值施加在额定值输入端48上并且压缩机42在蓄压器43的区域中提供一个对应的输出压力。
对于压缩机42的最佳控制需要考虑的是：由压缩机42提供的输出压力并不是全被供入到吹塑站3，而是必须考虑压力损失。因此，压缩机42以有利的方式提供吹塑站3实际需要的压力连同一个压差。压缩机储存器系统中的输出压力Pk-s可以通过下列公式的求值来确定：
Pk-s＝PBd+ΔPBr+ΔPDV+ΔPK-S-H
其中，
PBd＝吹塑机中所需的吹塑压力，
ΔPBr＝吹塑机上的吹塑压力调节器用于调节所需的压差，
ΔPDV＝由于在储存器与吹塑压力调节器之间的流动引起的压力损失，
ΔPK-S-H＝通过压缩机的接通和关断压力得出的压缩机储存系统滞后。
在下面的例子中阐述前述公式的求值。它表明，压缩空气的需用控制是如何作用到储存器压力并且从而也作用到压缩机的功率消耗的。
Figure GSB00000755267700081
上述表格的求值表明，在通过吹塑技术制造瓶B时需要压缩机42的输出压力比制造瓶A时低大约12bar。通过降低压缩机的输出压力，该压缩机不必将提供的空气压缩到不必要地高的压力水平。由此，在典型的压缩空气消耗量在每小时1000至3000标准立方米时获得显著的能量节约潜能。
图7示出一个较复杂的生产设备，该生产设备由两个压缩机42和两个吹塑机41组成，它们通过一个共同的蓄压器43彼此耦合。在这种配置中，这两个压缩机42优选以相同的额定值运行。这些吹塑机41分别提供用于压缩机控制装置44的额定值，这些额定值由个别地待生产的容器42得出。压缩机控制装置44提供所需压力水平的较高的那一个。
原则上可以根据具体的应用要求使任意数量的压缩机42和吹塑机41彼此耦合。在此仅需考虑的是，吹塑机41的所需的压缩空气的总需求由这些压缩机42提供并且对需要最高吹塑压力的吹塑机41供入至少该压力水平。
典型的是，吹塑机41的控制装置45包括一个操作装置，该操作装置包括用于制造容器3的预给定方案(Rezepturen)的存储和改变。这些方案包含必需的吹塑压力作为生产参数。根据该吹塑压力参数来控制吹塑机41的压力调节装置。因此，该吹塑压力参数也可以无需显著耗费地供压缩机控制装置44使用。具体必需的压差(压缩机42的输出压力以该压差比具体所需的吹塑压力高)不仅可以在吹塑机41的控制装置45的区域中而且可以在压缩机控制装置44的区域中被计算。优选该计算在吹塑机41的控制装置45的区域中进行，因为在此可提供所有必需的信息并且避免了压缩机控制装置44的改型。

Claims (18)

1.一种用于吹塑成型容器的方法，在该方法中，预成型坯在热处理之后在吹塑机的吹塑模的内部通过吹塑压力的作用成形为容器，并且在该方法中，由压缩机提供吹塑气体，其特征在于，压缩机控制装置(44)与吹塑机(41)的控制装置(45)连接，使得该吹塑机(41)的控制装置(45)产生用于由所述压缩机(42)提供的输出压力的额定值，并且压缩机(42)的输出压力通过所述吹塑机(41)所需的吹塑压力和附加的压差的相加来确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该压缩机(42)根据该压缩机控制装置(44)以不同的、可预给定的输出压力运行。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该压缩机控制装置(44)在没有通过吹塑机(41)的控制装置(45)预给定一个额定值的情况下控制该压缩机(42)以产生一个最大设置的输出压力。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，一个在吹塑机(41)和压缩机(42)之间的耦合装置(47)执行至少单向的数据传输。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用于由压缩机(42)提供的输出压力的额定值通过吹塑机(41)的一个操作程序预给定。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该压差通过吹塑机的压力调节器的压差、连接管路的压力损失以及压缩机控制装置(44)的滞后之和求得。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少两个所述吹塑机(41)与至少一个所述压缩机(42)连接。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少两个所述压缩机(42)与至少一个所述吹塑机(41)连接。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由压缩机(42)提供的压缩空气的至少一部分被一个蓄压器(43)储存。
10.一种用于吹塑成型容器的装置，该装置具有至少一个带吹塑模的吹塑站，该吹塑站与压缩机连接，该压缩机具有压缩机控制装置，其特征在于，该压缩机控制装置(44)与吹塑机(41)的控制装置(45)连接，吹塑机(41)的控制装置(45)的输出端与所述压缩机控制装置(44)的额定值输入端(48)连接，并且吹塑机(41)的控制装置(45)具有计算单元，用于通过具体的吹塑压力和压差的相加来求得压缩机(42)的输出压力。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述压缩机控制装置(44)被构造用于预给定所述压缩机(42)的不同的输出压力。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述压缩机控制装置(44)具有一个在处理优先级方面在所述额定值输入端(48)之后的、用于一基本额定值的输入部(49)。
13.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，在吹塑机(41)与压缩机(42)之间构造有一个至少用于执行单向的数据传输的耦合装置(47)。
14.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，吹塑机(41)的控制装置(45)具有一操作程序，用于预给定用于一具体的吹塑压力的额定值。
15.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，该计算单元被构造用于由吹塑压力调节器的压差、沿着流动路径的压力损失以及压缩机(42)的一个调节器滞后形成和所述具体的吹塑压力相加的所述压差。
16.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，至少两个所述吹塑机(41)与至少一个所述压缩机(42)连接。
17.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，至少两个所述压缩机(42)与至少一个所述吹塑机(41)连接。
18.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，一个将所述压缩机(42)与所述吹塑机(41)连接起来的压缩空气耦合装置具有至少一个蓄压器(43)。
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