CN101959668B - 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。由热塑性材料制成的预制坯件首先沿着一个输送路径在加热段的区域中经历热条件处理。接着所述预制坯件在吹塑模具内部通过吹塑压力作用而变形为容器。在预制坯件变形为容器的过程中，测量至少一个表征所述变形的参数(49，50)并且由控制装置对该参数进行分析处理。根据所述分析处理，使至少一个影响所述变形过程的调节参量(48，46)在一个闭合的调节回路内部改变，以便将所测量的参数校正为对应的给定值。由此允许的是，在吹塑过程中展开的容器泡经历预给定的、确定的展开。

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，由热塑性材料制成的预制坯件在沿着输送路径在加热路段的区域中热条件处理之后在吹塑模具内部通过吹塑压力作用变形为容器。
本发明还涉及一种用于吹塑成型由热塑性材料制成的容器的装置，该装置具有至少一个沿着预制坯件的输送路径设置的加热路段和一个设有吹塑模具的吹塑站。
背景技术
在通过吹塑压力作用来成型容器时，由热塑性材料制成的预制坯件、例如由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成的预制坯件在吹塑机内部被供给到不同的工作站。典型地，这种吹塑机具有一个加热装置以及一个吹塑装置，在该吹塑装置的区域中，事先被温度处理的预制坯件通过双轴向的定向膨胀成容器。该膨胀借助于引导到待膨胀的预制坯件中的压力空气进行。在DE-OS 43 40 291中解释了在预制坯件的这种膨胀时的工艺过程。本文开头所提及的处于压力下的气体的导入也包括压缩气体到展开中的容器泡中以及压缩气体在吹塑过程开始时到预制坯件中的导入。
在DE-OS 42 12 583中描述了用于形成容器的吹塑站的基本结构。在DE-OS 23 52 926中解释了用于温度处理预制坯件的可能性。
在用于吹塑成型的装置内部，预制坯件以及经吹塑的容器可以借助于不同的操作装置输送。尤其是输送芯棒的应用被证实是有利的，预制坯件插套在输送芯棒上。但是，预制坯件也可以用其它承载装置操作。用于操作预制坯件的夹钳的应用以及为了夹持而可以导入到预制坯件的嘴部区域中的撑开芯棒的应用同样属于可用的设计结构。
例如在DE-OS 199 06 438中描述了在使用转送轮的情况下操作容器，其中转送轮设置在吹塑轮与输出路段之间。
预制坯件的已经解释过的操作一方面在所谓的双级方法中进行，在该方法中，预制坯件首先以注射成型方法被制造、紧接着被中间存储并且以后在其温度方面进行条件处理并且被吹塑成容器。另一方面在所谓的单级方法中实现应用，在该方法中，预制坯件直接在其注射成型技术的制造和充分固硬化之后被合适地温度处理并且紧接着被吹塑成型。
在使用的吹塑站方面公开了不同的实施形式。在设置于旋转的输送轮上的吹塑站中，经常遇见模具承载件的书式的可翻性。但是也可能的是，采用可相对于彼此移动的或者以其它方式被导向的模具承载件。在位置固定的吹塑站中(这些吹塑站尤其是适合于接收多个用于成型容器的模腔)，典型的是使用彼此平行设置的板作为模具承载件。
在进行加热之前，预制坯件典型地被插到输送芯棒上，所述输送芯棒将预制坯件要么输送穿过整个吹塑机要么仅仅在加热装置的区域中环绕运行。在对预制坯件进行竖直式加热、即预制坯件的嘴部沿竖直方向向下定向时，预制坯件通常插到输送芯棒的套筒形保持元件上。在预制坯件的悬挂式加热时(这时预制坯件的嘴部沿竖直方向向上定向)，通常将撑开芯棒插入到预制坯件的嘴部中，所述撑开芯棒将预制坯件固定地夹紧。
在进行吹塑技术的容器成型时存在的重要任务是，在容器壁中实现预给定的材料分布。用于预给定所得到的材料分布的重要参数是在吹塑成型之前在预制坯件中实现的热分布的分布。
所述热分布典型地这样实现，即，在预制坯件的圆周方向上产生相同的温度水平并且在预制坯件的纵向方向产生温度曲线。此外，也穿过所述预制坯件的壁从外向内进行合适的温度曲线的预给定。原则上的出发点是，具有较低温度的预制坯件区域导致吹塑而成的容器的较厚的壁区域并且在进行吹塑成型时预制坯件的较热区域被更强地拉伸并且由此导致吹塑而成的容器的较薄的壁区域。
预制坯件区域中的温度可以借助所谓的高温计测量。吹塑而成的容器区域中的具体壁厚度的测量技术的检测可以借助所谓的壁厚传感器进行，所述壁厚传感器例如光学地或者在使用声波的情况下工作。
然而已经证实仅仅合适地预给定预制坯件内部的热分布不足以在吹塑而成的容器内产生最佳的材料特性。相反，在拉伸过程的执行、正在展开的容器泡内的压力建立、预制坯件中的材料分布和预制坯件的温度分布之间存在相对复杂的相互作用。
发明内容
本发明的任务在于，这样地改善本文开头所述类型的方法，使得以小的机器结构耗费实现吹塑成型的高品质，同时产率高。
根据本发明，所述任务通过以下方式解决，即，在预制坯件变形为容器的过程中测量至少一个表征所述变形的参数并且由控制装置对该参数进行分析处理，并且根据所述分析处理在一个闭合调节回路内部使至少一个影响所述变形过程调节参量改变以便将所测量的参数校正为对应的给定值。
本发明的另一任务是，这样地设计一种开头所述类型的装置，使得在设计结构简单以及产品质量良好的情况下实现高的产率。
根据本发明，所述任务通过以下方式实现，即，将至少一个用于检测至少一个表征所述预制坯件变形为所述容器的变形的参数与控制装置连接，该控制装置具有用于所述参数的分析处理单元并且该控制装置生成至少一个影响所述变形过程的调节参量，并且该控制装置被设置用于在闭合的调节回路中使所述测量到的参数与对应的给定值适配。
根据本发明将获知，可通过以下方式实现极其有利的方法实施，即，不仅测量完成吹塑的容器，而且在吹塑模具内部监控容器泡的展开，所述展开在预制坯件变形为容器时产生。通过分析处理所述容器泡的展开并且通过直接影响所述影响该展开的参数可以显著更精确且更有效地控制经吹塑的容器的材料特性并且将所述材料特性校正为期望的特性。
正在展开的容器泡的具体成型可以特别是通过以下方式检测，即，至少有时并且至少区段地测量所述正在展开的容器泡在吹塑模具内侧上的贴靠。
可通过测量拉伸杆的位置来测量另外的、表征所述容器泡展开的参数。
同样可考虑，测量拉伸杆的速度。
另一变型方案在于，测量拉伸力。
此外也可以的是，测量吹塑压力。
另外也可以的是，测量吹塑气体体积。
特别是可通过以下方式实现容器泡的预给定的展开的确定的遵守，即，根据在时间上改变的给定值曲线来调节所述参数。
一般情况下被证实符合目的的是，调节容器泡在吹塑模具上的贴靠。
同样可考虑，调节拉伸杆的速度。
此外也可以的是，调节拉伸力。
另一实施例变型方案在于，调节吹塑压力。
最后也可以的是，调节吹塑气体体积。
可通过以下方式来影响所述泡展开，即，使用拉伸速度作为调节参量。
另一实施方式在于，使用拉伸杆位置作为调节参量。
此外可考虑，使用拉伸力作为调节参量。
同样可以的是，使用吹塑压力作为调节参量。
最后也可以的是，使用吹塑气体体积作为调节参量。
可通过以下方式来考虑单因素的复杂关联和相互影响，即，将所述测量值供应给一个调节技术的模块，所述模块生成所述调节参量。
附图说明
在附图中示意性示出本发明的实施例。其中：
图1是一个用于由预制坯件制造容器的吹塑站的透视图；
图2是一个吹塑模具的纵剖视图，一个预制坯件在该吹塑模具中被拉伸和膨胀；
图3是一个用于吹塑成型容器的装置的基本结构的草图；
图4是一个改型的、加热能力增大的加热路段；
图5是用于表明容器泡在吹塑模具内壁上的贴靠的时间变化曲线的示意图；
图6是用于表明预制坯件内部、容器泡内部和吹塑好的容器内部的时间上的压力变化曲线、拉伸力发展以及拉伸杆定位之间的关系的图表；
图7是图6中的变化曲线的放大的部分示图，其具有附加的参考线；
图8是用于调节容器泡的展开的调节方案的示意图。
具体实施方式
在图1和2中示出一个用于使预制坯件1成型为容器2的装置的原理结构。
用于使容器2成型的装置基本上包括一个吹塑站3，该吹塑站设有一个吹塑模具4，预制坯件1可以被放入到该吹塑模具中。预制坯件1可以是由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的注射成型件。为了允许将预制坯件1放入到吹塑模具4中并且为了允许成品容器2的取出，吹塑模具4由一些半模5、6和一个底部件7构成，该底部件可以由一个提升装置8定位。预制坯件1可以由一个输送芯棒9保持在吹塑站3的区域中，该输送芯棒与预制坯件1一起经过该装置内部的多个处理站。但是也可能的是，例如通过钳子或者其它操作机构将预制坯件1直接置入到吹塑模具4中。
为了允许供入压力空气，在输送芯棒9下方设置一个连接活塞10，该连接活塞向预制坯件1供应压力空气并且同时进行相对于输送芯棒9的密封。但是在变换的构型中原则上也可以考虑的是，使用固定的压力空气输入管路。
在本实施例中，预制坯件1的拉伸借助于一个拉伸杆11进行，该拉伸杆由一个缸12定位。根据另一种实施形式，通过凸轮段进行拉伸杆11的机械式定位，这些凸轮段被一些作用轮加载。当在一个旋转的吹塑轮上设置多个吹塑站3时，凸轮段的采用尤其是符合目的的。
在图1所示的实施形式中，拉伸系统被这样构成，使得提供了两个缸12的串联布置。拉伸杆11由一个初级缸13首先在开始真正的拉伸过程之前一直移动到预制坯件1的底部14的区域中。在真正的拉伸过程期间，初级缸13通过伸出的拉伸杆与一个承载该初级缸13的滑座15一起由次级缸16或者通过一个凸轮控制装置定位。尤其是考虑，次级缸16被凸轮控制地以如下方式安装，使得由一个导向滚轮17预给出当前的拉伸位置，在执行拉伸过程期间，该导向滚轮沿着一个凸轮轨道滑动。导向滚轮17由次级缸16压到导轨上。滑座15沿着两个导向元件18滑动。
当设置在承载件19、20的区域中的半模5、6闭合之后，借助于一个锁止装置20进行这些承载件19、20相对于彼此的锁止。
为了适配于预制坯件1的嘴部区段21的不同形状，根据图2，在吹塑模具4的区域中采用了单独的螺纹嵌入件22。
图2除了经吹塑的容器2之外用虚线也示出预制坯件1并且示意性示出正在展开的容器泡23。
图3示出吹塑机的基本结构，其设有一个加热路段24以及一个旋转的吹塑轮25。从预制坯件入口26起，预制坯件1由转送轮27、28、29输送到加热路段24的区域中。沿着加热路段24设置了一些加热元件30以及风扇31，以便对预制坯件1进行温度处理。在预制坯件1经过充分温度处理之后，该预制坯件被转送到吹塑轮25，在该吹塑轮的区域中设置了一些吹塑站3。完成吹塑的容器2由另外的转送轮供应给一个输出路段32。
为了可使预制坯件1这样地成型为容器2，使得容器2具有如下所述的材料特性：所述材料特性保证填充在容器2内的食品、尤其是饮料的长的应用可能性，在加热和定向预制坯件1时必须遵守特定的方法步骤。此外，可以通过遵守特定的尺寸设计规定而获得有利的效果。
可以采用不同的合成材料作为热塑性材料。例如可采用PET、PEN或者PP。
预制坯件1在定向过程期间的膨胀通过供入压力空气实现。压力空气的供入分成一个预吹塑阶段和一个紧接着的主吹塑阶段，在预吹塑阶段供入具有低压力水平的气体、例如压缩空气，在主吹塑阶段供入具有较高压力水平的气体。在预吹塑阶段期间，典型地采用压力区间在10巴至25巴的压力空气，并且在主吹塑阶段期间供入压力区间在25巴至40巴的压力空气。
由图3同样可见，在所示的实施形式中，加热路段24由多个环绕的输送元件33构成，这些输送元件链式地依次排列并且沿着一些转向轮34被导向。尤其是考虑，通过链式布置而展开一个基本上矩形的基本轮廓。在所示的实施形式中，在加热路段24的向着所述转送轮29和一个输入轮35的伸展区域中使用一个单个的、尺寸较大的转向轮34以及在相邻转向部的区域中设置两个尺寸较小的转向轮36。但是原则上也可以考虑任意其它的导向装置。
为了允许转送轮29和输入轮35相对彼此的尽可能紧密的布置，所述的布置方式被证明是特别有利的，因为在加热路段24的相应的伸展区域中定位了三个转向轮34、36，确切地说分别是较小的、定位在通向加热路段24的直线延伸的过渡区域中的转向轮36和较大的、定位在向着转送轮29和输入轮35的直接过渡区域中的转向轮34。取代应用链式的输送元件33地，例如也可能的是，采用旋转的加热轮。
在容器2完成吹塑之后，所述容器由一个取出轮37从吹塑站3的区域中导出并且通过转送轮28和输出轮38输送至输出路段32。
在图4所示的改型的加热路段24中，通过加大数量的加热元件30可以在单位时间内对更大量的预制坯件1进行温度处理。在此，风扇31将冷却空气导入到冷却空气通道39的区域中，这些冷却空气通道分别位于配属的加热元件30对面并且通过流出开口给出冷却空气。通过流出方向的设置，对于冷却空气实现了一个基本上横向于预制坯件1的输送方向的流动方向。这些冷却空气通道39可以在位于加热元件30对面的表面的区域中提供用于加热辐射的反射器，同样可能的是，通过给出的冷却空气也实现加热元件30的冷却。
图5以一个示意图示出模具半部5和容器泡23的对应关系。容器泡23在吹塑过程期间在容器纵轴线的方向上以及横向于容器纵轴线地展开。容器泡23横向于容器纵轴线膨胀的结果是，容器泡23贴靠在吹塑模具4的内壁上。所述贴靠典型地在所述吹塑模具4的向着容器2嘴部区段21的区域中开始并且然后向着底部件7的方向发展。图5示出不同时刻所述容器泡23与吹塑模具4的贴靠的进展。
图6以一个图表示出时间上的吹塑压力变化曲线42、拉伸力发展43以及拉伸杆定位44的对应关系。在此，时间轴的刻度以毫秒表示，幅值以巴、牛顿或毫米表示。
图6表明，在拉伸杆11的定位方面，该拉伸杆首先基本上在无拉伸力发展的情况下进入到预制坯件1中。在拉伸杆11贴靠在预制坯件1的底部上之后，该预制坯件被拉伸并且进行拉伸力的相对高的展开。在纵向拉伸结束之后，由于需将预制坯件在考虑预制坯件材料内部的弹性复位力的情况下稳定在经拉伸的位置中，所述拉伸力保留。吹塑压力变化曲线42表明了所述划分(划分为执行拉伸过程期间的预吹塑阶段和在拉伸过程实质上结束之后的主吹塑阶段)。
容器泡23与吹塑模具4的贴靠可以例如在使用接触敏感的传感器的情况下来检测。同样也可以考虑无接触的检测，例如通过电场测量或通过光学传感器。附加的测量信息通过检测所述压力变化曲线、供应给容器泡23的气体体积、拉伸速度、拉伸力或待变形预制坯件材料中的温度来提供。能够可选择地对上述参数中的一个或多个进行分析处理。上述参数的测量技术的检测同样包括通过对可与上述参数对应的辅助参数的测量技术的测量和相应换算的间接得出。
在使用所述提供的测量信息的情况下特别是可以的是，获得在吹塑成形期间供应给所述材料的变形功或变形能。
根据一个优选的实施方式，所测量的或者基于测量获得的表征容器泡23的展开的参数被供应给一个调节技术模块并且在此以合适的方式和方法被分析处理以产生调节参量。优选使用拉伸速度和/或拉伸杆定位和/或拉伸力可控制或可调节的拉伸系统。例如可使用具有滚珠丝杠的拉伸系统、经调节的气动拉伸系统或基于直线电机或伺服电机的拉伸系统。
根据一个实施例，可以检测泡展开速度并且例如在泡展开太快时提高拉伸过程的速度，由此使得拉伸杆定位可以跟随所述泡展开并且由此通过拉伸杆11保证展开的容器泡23的导向和对中。
根据另一个实施方式，可以在容器泡23的展开速度太慢时降低拉伸速度并且由此实现横向拉伸和纵向拉伸的预给定的时间对应关系。
根据一个另外的实施方式，测量拉伸杆11的位置并且控制吹塑压力的供应。这可以例如在使用比例阀的情况下进行。根据另一实施例，不是预给定吹塑压力，而是预给定供应给正在展开的气泡23的吹塑空气体积。
根据另一个实施例，测量拉伸力。如果在预给定拉伸速度时拉伸力降低，则可以由此推断出，容器泡23的展开速度太快了并且所述纵向拉伸至少仅还至少部分地通过拉伸杆11并且至少部分地通过容器泡23中的内压力进行。在识别出这种状态时，可以降低单位时间内供入的吹塑气体的体积。反过来，可以在拉伸力上升(其归因于容器泡23的展开速度太慢)时提高吹塑气体的流入。
根据一个另外的优选实施方式，前面已经提及的调节技术的模块包括给定值的多维参数空间。只要获得的实际值处于相应的多维目标空间之内，则可以推断出最佳的过程控制。如果相关的参数中的至少一个离开所述给定值空间，则需要对可供使用的调节参量中的至少一个进行校正。
图7对于处于时间点t1与t2之间的预吹塑阶段示出压力上升速度通过合适地改变调节参量而可能的改变。t1与t2之间的区间典型地具有50至100毫秒的持续时间。泡展开的影响通过在执行拉伸过程的第一阶段期间或在第一压力建立之后吹塑压力变化曲线42的斜率的两个所示的变化进行。
图8示意性地并且以大大简化的实施方式示出一个可能的用于影响容器泡23的展开的调节回路。在所示的实施例中，存在双环的级联调节。在内部的调节回路中在此考虑容器泡23的体积45，该体积通过吹塑气体供应46来影响。在外部的调节回路中考虑容器泡23的模具贴靠47，该模具贴靠附加地通过所述拉伸系统48来影响。实际的调节系统由于各个调整和调节参量存在复杂的且部分地非线性的关系而显著较复杂。
上述测量参数的检测可以例如在使用流量传感器49的情况下进行，该流量传感器的测量值被换算为得出的体积并且所述模具贴靠可以在使用位置传感器50的情况下检测。

Claims (39)

1.一种用于吹塑成型容器的方法，其中，由热塑性材料制成的预制坯件在沿着输送路径在加热路段的区域中热条件处理之后在吹塑模具内部通过吹塑压力作用变形为容器，其特征在于，在所述预制坯件（1）变形为容器（2）期间在吹塑模具为了内部监控容器泡的展开而测量至少一个表征该变形的参数并且由控制装置对该参数进行分析处理，并且根据对所述容器泡的展开的分析处理使至少一个影响所述变形过程的调节参量在闭合调节回路内部改变以便将所测量的参数校正为对应的给定值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：至少有时并且至少区段地测量正在展开的容器泡（23）在吹塑模具（4）的内侧上的贴靠。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：测量拉伸杆（11）的位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：测量拉伸杆（11）的速度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：测量拉伸力。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：测量吹塑压力。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：测量吹塑气体体积。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据在时间上变化的给定值曲线调节所述参数。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：调节所述容器泡（23）在吹塑模具（4）上的贴靠。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：调节拉伸杆（11）的位置。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：调节拉伸杆（11）的速度。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：调节拉伸力。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：调节吹塑压力。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：调节吹塑气体体积。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：使用拉伸速度作为调节参量。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：使用拉伸杆位置作为调节参量。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：使用拉伸力作为调节参量。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：使用吹塑压力作为调节参量。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：使用吹塑气体体积作为调节参量。
20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将测量值供应给一个调节技术的模块，该模块生成所述调节参量。
21.一种用于吹塑成型由热塑性材料制成的容器的装置，该装置具有至少一个沿着预制坯件的输送路径设置的加热路段和一个设有吹塑模具的吹塑站，其特征在于：将至少一个用于检测至少一个表征所述预制坯件（1）变形为容器（2）的变形的参数的传感器连接至一控制装置，该控制装置具有用于所述参数的分析处理单元并且生成至少一个影响所述变形过程的调节参量，并且该控制装置设置在一个闭合的调节回路中，该调节回路用于使所测量的参数与对应的给定值适配，其中，设置有传感器，该传感器被设置用于检测吹塑模具内部的容器泡的展开，并且其中，所述控制装置被设置用于分析处理容器泡的展开。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于：所述传感器被构造用于检测容器泡（23）在吹塑模具（4）上的贴靠。
23.根据权利要求21或22所述的装置，其特征在于：所述传感器被构造用于检测拉伸杆位置。
24.根据权利要求21或22所述的装置，其特征在于：所述传感器被构造用于检测拉伸速度。
25.根据权利要求21或22所述的装置，其特征在于：所述传感器被构造用于检测拉伸力。
26.根据权利要求21或22所述的装置，其特征在于：所述传感器被构造用于检测吹塑压力。
27.根据权利要求21或22所述的装置，其特征在于：所述传感器被构造用于检测吹塑气体体积。
28.根据权利要求21所述的装置，其特征在于：所述控制装置被构造用于调节容器泡（23）在吹塑模具（4）上的贴靠的时间变化。
29.根据权利要求21所述的装置，其特征在于：所述控制装置被构造用于调节拉伸杆位置。
30.根据权利要求21所述的装置，其特征在于：所述控制装置被构造用于调节拉伸速度。
31.根据权利要求21所述的装置，其特征在于：所述控制装置被构造用于调节拉伸力。
32.根据权利要求21所述的装置，其特征在于：所述控制装置被构造用于调节吹塑压力。
33.根据权利要求21所述的装置，其特征在于：所述控制装置被构造用于调节吹塑气体体积。
34.根据权利要求21所述的装置，其特征在于：所述控制装置被构造用于生成拉伸速度来作为调节参量。
35.根据权利要求21所述的装置，其特征在于：所述控制装置被构造用于生成拉伸杆位置来作为调节参量。
36.根据权利要求21所述的装置，其特征在于：所述控制装置被构造用于生成拉伸力来作为调节参量。
37.根据权利要求21所述的装置，其特征在于：所述控制装置被构造用于生成吹塑压力来作为调节参量。
38.根据权利要求21所述的装置，其特征在于：所述控制装置被构造用于生成吹塑气体体积来作为调节参量。
39.根据权利要求21所述的装置，其特征在于：所述控制装置具有调节技术的模块，用于使至少一个所测量的参数与至少一个调节参量关联。
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