CN102039668A - 用于制造合成材料物品的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
介绍用于制造合成材料物品的方法和设备，所述合成材料物品特别是指包装，其中，预先制成的中间产品通过将剪力导入材料厚度中而得到拉延。
Description
技术领域
本发明涉及在权利要求1和9的前序部分中所阐述类型的用于制造合成材料物品的方法和设备。
背景技术
这样的设备由DE 197 37 697有所公知。所公知的设备和所公知的方法涉及合成材料容器的制造，合成材料容器诸如用于灌装饮料，合成材料容器特别是指瓶子。在制造合成材料容器方面，常见的实践中首先通过注模制造出呈所谓预成型件形式的中间产品。随后，将该预成型件通过在吹制型模中吹制而得到拉延(verstrecken)，由此一方面降低壁厚，并使预成型件变成所希望的造型，并且另一方面通过拉延来强化合成材料的分子结构。这种吹制必要时可以通过使用为了使预成型件在轴向上拉长而起机械作用的拉伸连杆而得到支持。但合成材料容器是大批量物品，并且应尽可能成本低廉地生产。降低合成材料容器或者其他合成材料物品操作成本的可行性方案在于，减少制造合成材料物品所必需的材料用量。但该材料用量是有极限的，这是因为合成材料物品必须一如既往地具有必需的强度。
发明内容
本发明的任务在于，提供用于减少材料用量而又不损失强度的方法和设备。
该任务在方法方面通过权利要求1的特征以及在设备方面通过权利要求9的特征得以解决。
通过依据本发明的构造方案，可以达到比迄今的制造步骤明显更高的拉延度。此外，对合成材料物品根据本发明的剪切负荷可以为了拉延而被非常有效地实施，从而可以按照简单方式实现材料中稳定性的提高并因此实现更小的壁厚并且节省了材料。
具有优点的改进方案由从属权利要求获悉。
根据材料和/或者所要制造的合成材料物品的类型，剪力导入可以通过能彼此相对运动的处理单元进行，这些处理单元要么摩擦配合地(reibschlüssig)、要么形状配合地(formschlüssig)或者摩擦且形状配合地与合成材料物品相联。
相对运动可以是相对扭转和/或者是平动式相对移动。
优选的是，拉延在吹制成型之前在前置的单独拉延装置中进行。但拉延也可以在注塑装置(Spritzeinrichtung)中进行或者作为制造最终产品的最后步骤被加入。
最后，通过引入剪力的拉延同样可以用于实现工件处确定的热量布设方式为：处理单元与加热回路和/或者冷却回路连接。
附图说明
下面，结合附图对本发明的实施例进行详细说明。其中：
图1示出用于制造合成材料物品的依据本发明构造的设备的实施例的示意图，
图2示出依据本发明的拉延设备的示意透视分图，
图3示出依据图2的两个处理单元及拉延模具中间产品的纵剖图，
图4A示出依据本发明的拉延模具的另一实施例，
图4B示出依据图4A的运行中的拉延模具，
图5示出依据本发明的拉延模具的另一实施例，
图6示出依据本发明的力导入的视图，
图7示出用于制造合成材料物品的依据本发明的设备另一实施例的示意图，
图8示出依据本发明的拉延模具的另一实施例，
图9示出中间产品的另一实施例，
图10示出依据本发明的拉延模具的另一实施例，
图10A示出图10中的细节，以及
图11示出用于制造合成材料物品的依据本发明的设备的另一实施例。
具体实施方式
图1示出在应用中间产品的情况下用于制造合成材料物品的依据本发明的设备1的一实施例，确切地说，是制造用于灌装饮料的容器或瓶子。中间产品例如可以是不同构型的预成型件(参见图2的预成型件18或者图6的预成型件118)或者是已直至根据依据本发明的处理而制成的合成材料物品。适用于依据本发明的过程的合成材料物品除了优选的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)外，例如还有聚乳酸(PLA)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚苯乙烯(Polystyrol，PS)、聚乙烯(Polyethylen，PE)、乙烯-乙烯醇共聚物(Ethylenvenylalkohol，EVOH)、乙烯-偏氯乙烯(Ethylenvenylidenchlorid)、乙烯-醋酸乙烯酯聚乙烯共聚物
EVA/PE)、聚碳酸酯(Polycarbonat，PC)、聚氯乙烯(Polyvinylchlorid，PVC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylennaphthalat，PEN)、可生物分解的聚合物、纤维素和纤维素衍生物以及天然聚合物，如赛璐玢和含蛋白的聚合物及含淀粉的聚合物，以及这些合成材料的共聚物或混合物。也可以设想具有纸、纸板、纸壳的层复合体系的合成材料层或者合成材料单层或者是上述合成材料的层复合体系。
设备1按照两阶段过程工作，也就是说，中间产品在注塑成型(Spritzform)后且在最终成型之前冷却，并在这里仅部分示出。该设备具有炉子2(红外线或者微波等)，通过输送给料机3向炉子2输送已经预先制成的中间产品。在炉子2内，中间产品达到依赖于材料的变形和拉延温度，该变形和拉延温度高于特定合成材料的玻璃转变温度。在通常用于合成材料瓶的PET情况下，玻璃转变温度约为65℃，其中，为了拉延和成型，在80℃到85℃之间的温度是最佳的，但温度不应超过140℃。对于PET，用于拉延的优选温度范围在80℃到120℃之间。
与炉子2连接的是用于实施依据本发明的方法的拉延设备4。在所示的实施例中，拉延设备4构造为模块，并且包括在图2中详细示出的星形给料机5，星形给料机5以可环绕垂直的居中轴线转动的方式被驱动，并且在星形给料机的周向上设置有大量的拉延模具6。
中间产品从炉子2通过给料机转动件7到达拉延设备4的星形件5上，并从星形件5通过另一给料机转动件8到达吹制星形件9上，这些构件均已常见的方式构成。连到同样构造为吹制模块的吹制星形件上的是其他处理阶段和处理设备，例如清洗机10、灌装机11和封口机12。接着，依次是贴标签机13、包装机14和托盘机15。
正如图2和3所示地，每个拉延模具6包含能彼此相对运动的第一处理单元16和第二处理单元17。第一处理单元16构造为模芯(Dorn)，或者包含至少一个模芯区16a，模芯16延伸到常见造型的预成型件18的内腔内，并以其模芯区16a以如下方式充满内腔，即，模芯区16a至少部分地，在所示的实施例中，整面地(在底部18c上和在圆柱形区域18d内直至口部段18e)紧贴在预成型件18的内表面18a上。第一处理单元或者第一处理单元的续接部通过星形件5内的开口延伸并与驱动装置20(例如伺服电动机)连接，该驱动装置20使第一处理单元16至少在模芯区16a内在箭头S的方向上转动。此外，设置有弹簧21，弹簧21将第一处理单元朝向其中轴线18’的方向上预紧。通过凸轮滚轮(Kurvenrolle)22，第一处理单元可以沉入预成型件18内并重新从预成型件18中移出。
第二处理单元17构造为夹板，夹板17在图2中分为下夹板17a和上夹板17b，但在图3中一体地构成。夹板17a、17b包含夹板空腔23，夹板空腔23至少在所要拉延的区域内，在图3中除了底部18c和口部段18e外还在圆柱形部分18d之上紧贴到预成型件18的外表面18b上。
两个处理单元16和17以如下方式共同作用，在夹板17的闭合状态下使处理单元16或17为了力传递而与内表面18a和外表面18b联接。这种联接优选地并且主要地通过摩擦进行，但也可以实现为形状配合的联接，例如通过压入预成型件18材料内的隔片24，隔片24在预成型件18的轴线18’方向上延伸，并且在图3中仅示例性示出。隔片可以设置在一个或者两个处理单元上。适当地，夹板17向预成型件18施加确定的压紧力，从而无论是形状配合还是摩擦配合一同均足够牢固，这一点在所示的实施例中例如可以通过安设真空垫来进行。如果这时第一(和/或者第二)处理单元16被置于转动S，那么预成型件18的分别与处理单元16和17接触的表面层通过剪力导入而彼此相对移动，从而在材料厚度d中获得图6中所示的拉延方向V。按照这种方式，材料厚度d内部的层彼此相对移动，从而可以说成是层拉延。相对运动的程度依赖于所要达到的壁厚，通常足够的是，相对扭转小于60°，优选小于30°，并且特别优选在5°与15°之间。
拉延也可以仅在一部分表面之上在预成型件18的轴向上进行，例如方式为：通过仅夹板17a或夹板17b中的一个以力传递的方式联接。
为使与预成型件的表面18a、18b的联接变得容易，例如可以考虑的是，第一处理单元16可张开地构造，即，例如设有可径向运动的周向颚板等。这样，由附加的凸轮滚轮独立地控制的模芯可以作为凸轮作用，并且在第一处理单元16的内部通过轴向移动而使可径向运动的周向颚板向外运动。模芯优选相对于处理单元弹性地安设。同样可行的是能充起的构造方案，如图4所示的那样。
图4示出这样改造的第一处理单元16，该第一处理单元16也构造有模芯区116a，并且与第一实施例同样地是可以转动的。在第一处理单元116的周向上设置有气球25，气球25构造作为圆柱形套管，并且通过夹紧夹板26a、26b固定以及在模芯116a的在预成型件18的圆柱体部分18d的区域内与内表面18a发生接触的区域之上延伸。气球25借助气态介质或者液态介质充起，所述介质通过通道27导入，直至如图4B所示那样，在中间的圆柱形区域内紧贴到预成型件18的内表面18a上。如果然后闭合夹板17，那么以如下的介质相应压力为前提，即，为最佳的剪力传递，达到处理单元116和17至预成型件18的内表面和外表面的单纯摩擦配合式联接。介质可以通过未示出的转动分配器在星形给料机的情况下通过管路分配到单个处理单元116。优选的是，将介质控温在50℃与100℃上。由此，在预加热中所施加的热量布设不会受到太大妨害。同样可以考虑的是，通过多个安设在处理单元116上的气球25才将温度布设施加到预成型件18上。因此，可以取消预加热时昂贵的布设。在此，不仅可以考虑多个在预成型件18纵向上分配的、被控温的气球25，而且也可以考虑在周向上分布的气球25，以便可以进行所谓的优选加热(Preferential Heating)。优选的是，在预成型件18的周向上或者纵向上的多个气球25被不同地控温。
图5示出依据本发明的拉延模具的另一实施例，其中，在这里应仅需在预成型件18的底面上实现层拉延，这是因为在该区域内，壁厚分布特别重要。为此目的，第二处理单元217是底部型模，该底部型模可以相对于已经介绍的夹板17附加地或者可选择地设置。底部型模217与预成型件18的底部18c的形状相配合，并且在所示的实施例中具有可形状配合地压入底部18c的材料内的隔片224，隔片224在预成型件18的中心线18’中交汇。这种肋或者隔片224除了形状配合支持导入剪力的联接外，也可以用于产生凹痕(Einkerbung)，以便在这些部位上提高以后瓶子的底部稳定性。同样在该实施例中，设置有第一处理单元16，但出于概览的原因没有示出。
但本发明不仅可以通过单独的拉延设备4来实现，而且也可以被整合到常规的制成装置中，其中，在必要时该制成装置的模具或者夹持部得到相应改造。
于是，例如图5中的第二处理单元217可以在常规的吹制装置9的吹制成型中构造为底部型模的部件。剪切在同样可以用作预成型件18纵向拉延的拉伸连杆的通过容器的口部段引入的模芯与吹制型模217的底部部件之间进行。在这种情况下，要么转动模芯，要么转动在这种情况下具有优点地至少分两部分构成的底部型模217的内部部分。在一实施方式中，两个模具也可以反向地转动。按照这种方式，可以通过剪切仅拉延成品容器的底部临界区域。在底部中心区域内对预成型件典型的注塑点(Anspritzpunkt)可以通过一个或者两个处理单元217内的凹处与处理单元217脱开接触。
此外，依据本发明的拉延模具可以被整合到用于制造中间产品，也就是例如用于制造预成型件18的注塑装置28中。图7示出在单阶段过程中用于制造合成材料物品的设备100，也就是“新注塑的”预成型件被带着尚存在的注塑热量直接继续给送到吹制装置，以省去再次加热。为实施本发明，在这里包含注塑星形件29的注塑设备28必须被相应改造。
在注塑星形件29上，在周向侧上设置有大量的注塑成型模30，注塑成型模30由模芯状的内型模31和分体的有待打开的外型模32组成。为实施依据本发明的方法，仅须采取的措施是可以使外型模和内型模以已经介绍的方式与相应冷却的预成型件联接，并且一旦处于注塑成型模内的材料已冷却到最佳拉延温度，则要么转动外型模(优选)，要么转动内型模。如上面所介绍地，同样在该设置方案中，最佳的拉延温度高于玻璃转变温度并且低于结晶状态下的转变温度，也就是例如对于PET而言在80℃与120℃之间。
特别是在注塑设备中，注塑成型模可以这样构造，使图9中所示的预成型件118获得稍后容器长度的至少60％，优选为至少80％的长度，以便可以取消通过拉伸进行的附加纵向拉延。
在吹制过程之前的剪切拉延的所述情况和其他情况下，可以这种方式选择预成型件的轴向长度，即，纵向上的拉延通过两阶段方法中常见的拉伸连杆不再必需。拉延在这种情况下只通过仅在轴向上的剪切(行程(Hub))或者至少利用轴向分量以及在径向上通过对着型模壁充起来进行。于是，预成型件的长度同样是稍后的容器长度的至少60％，优选为至少80％。
于是，已拉延的预成型件从注塑设备28，如在依据图1的设备中那样，转移给也可以带或者不带拉延装置地进行工作的吹制设备9，并且然后通过清洗机10、灌装机11、封口机12、贴标签机13到达包装机14和托盘机15。
但本发明同样整合到吹制设备中，方式为：吹制型模依据本发明被改造。这样改造的吹制型模90在图10中示出。吹制型模90包含常见的在竖向上分开的外型模91，外型模91围绕空腔92，空腔92相应于成品容器的外形。外型模91在所示的实施例中还横向于其中轴线91’地分成上部区域91a和下部区域91b。下部区域91b具有空腔区92b，空腔区92b相应于成品容器的底部区域。外型模的上部区域91a包含与容器的侧壁区相应的空腔区域92a。整个外型模91可以打开，以便装入预成型件18和取出完成吹制的容器。
底部区域中的空腔92b由呈盘片形式构成的可运动的壁部件93来界定。在所示的实施例中，盘片93对称地环绕中轴线91’布置并且与轴94相连，轴94可以通过驱动装置95，优选通过伺服电动机而置于转动状态。
在吹制型模90的空腔92内，以常见的方式引入拉伸连杆96。拉伸连杆96支持预成型件在中心线91’方向上的拉延，而通过以常见方式引入的吹制气体，例如像空气，来进行主要在径向上的拉延。在所示的实施例中，无论是拉伸连杆96还是吹制型模的下部区域均设有用于控温的可行性方案，也就是例如设有管路97和钻孔98，通过它们可以引入控温介质，优选为冷却介质。但如果所要拉延的材料通过在吹制过程时的冷却使吹制过程低于玻璃转变温度的话，控温介质也可以是热的介质。在后一种情况下，温度优选高于70℃。
如图10A所示，在拉伸连杆96和盘片93的彼此相向的端面93a、96a之间具有造型化部，该造型化部在所示的实施例中包括各两个互补的半球形或截球形压印件
93b、96b。如果拉伸连杆96作为第一处理单元紧贴到预成型件或容器的内侧上并且盘片93作为第二处理单元紧贴到预成型件的外侧上，预成型件(例如注塑初坯)和稍后的容器的底部的材料被包围在这些压印件内。如果两个端面96a或93a相对于容器稍后的壁厚有距离，并且容器在径向上也完成吹制的话，那么盘片93被置于转动，由此，将剪力导入底部的壁部内。两个处理单元在轴向上的压紧压力可以要么由未示出的拉伸连杆驱动装置引发，要么由盘片93的未示出的附加驱动装置引发。
但取代转动盘片93，也可以转动拉伸连杆96；或者拉伸连杆96和盘片93彼此相对在不同的转动方向上扭转。
在该实施例中，容器的部分首先双轴向地并且随后通过剪切得到拉延。
但本发明也可以在这种情况下实施，即剪力导入不是通过两个处理单元彼此的相对扭转而进行，而是作为选择或者附加也通过沿预成型件18的中心线18’轴向移动来进行。通过这种措施同样可行的是，紧贴于预成型件内表面和外表面的层也可以通过剪力导入而彼此相对拉延。此外，可行的是，两个处理单元能以反向的方向扭转和/或者在轴向上移动。
特别是在单独设置的拉延装置4中，而同样在改造的注塑装置28或者改造的吹制装置中，适当的是，处理单元中的一个或两个可与热传递介质，也就是例如用于加热介质或者冷却介质的回路相连接，通过该回路，相应的处理单元可以全部或者部分地得到加热或者冷却，从而可以实现有或者不具有不同层次的温度布设。这样例如模具6可以用于所谓的“优选加热”，其中，确定的壁区获得不同的温度，从而拉制出不同的壁厚，也就是，提高的温度对应较薄壁厚并且较低的温度对应为较高的壁厚。优选导热介质的温度在50℃与100℃之间。介质优选是空气或者水，在从90℃起的较高温度下，介质优选是油。
为提高摩擦，处理单元上的相应表面可以弄粗糙，或者设有提高摩擦的涂层等。也可以使用温度耐受性的橡胶类材料。
为通过形状配合连接的处理单元进行剪切，也可以考虑的是，在预成型件内注塑出作用点，例如肋。这些作用点一方面可以作为对稍后容器的附加加固，也可以用作容器设计标识。
图11示出制造合成材料物品，特别是包装薄膜方面的另一应用领域。图11示出用于拉延作为中间产品的薄膜33的拉延装置40，而该中间产品直至拉延便已制造完成。薄膜33为剪力导入而在第一处理单元34与第二处理单元35之间导过，其中，处理单元构造为辊并摩擦配合地与薄膜33的相反表面联接。辊34和35具有不同的圆周速度，从而薄膜33如箭头所示地在材料厚度d上经受层拉延V。附加地，也可是设置一个或者两个辊的组合式的轴向运动，这导致了进一步的拉延。另外，依照图11的方法类似于拉延预成型件地实施。该步骤优选在横向上拉延薄膜33之前进行，以便将辊34、35的长度保持得很小。如果该步骤也加在纵向拉延薄膜33之前，那么提供较厚的层。两个辊34、35中的一个圆周速度高于另一个辊的圆周速度的1.5倍，特别优选高于另一个辊的圆周速度的2倍。
Claims (15)
1.用于制造合成材料物品的方法，所述合成材料物品特别是指包装，在所述方法中，预先制成的中间产品(18、118、33)被拉延，其特征在于通过将剪力导入材料厚度(d)中而进行的拉延。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述剪力导入通过摩擦配合地联接在所述中间产品(18、118、33)的相反表面上的处理单元(16、17、116、217、31、32、34、35、93、96)的相对运动来进行。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述剪力导入通过形状配合地联接在所述中间产品(18、118、33)的相反表面上的处理单元(16、17、116、217、31、32、34、35、93、96)的相对运动来进行。
4.按权利要求2或3所述的方法，其特征在于，将所述相对运动实施为相对转动。
5.按权利要求2至4之一所述的方法，其特征在于，将所述相对运动实施为纵向移动。
6.按权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述拉延在吹制成型之前进行。
7.按权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，所述拉延在拉延装置(4)中进行，所述拉延装置(4)接在注塑成型装置与吹制装置(9)之间。
8.按权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，所述拉延在用于所述中间产品的制成装置中进行，特别是在注塑装置(28)或者吹制装置(9)中进行。
9.用于制造合成材料物品的设备(1、100)，所述合成材料物品特别是指包装，所述设备(1、100)具有用于预先制成的中间产品(18、118、33)的制成装置以及拉延装置，其特征在于为剪力导入而构造的拉延装置(4、28)，所述拉延装置具有：第一作用于所述中间产品(18、118、33)的表面(18a、118a、33a)的第一处理单元(16、116、31、34、93)和第二作用于相反表面(18b、118b、33b)的第二处理单元(17、217、32、35、96)，所述第一处理单元(16、116、31、34、93)和所述第二处理单元(17、217、32、35、96)能彼此相对运动。
10.按权利要求9所述的设备，其特征在于，为制造合成材料容器，设置有：预成型件(18、118)，所述预成型件(18、118)具有中轴线(18’、118’)以及内表面(18a、118a)和外表面(18b、118b)；至少部分地作用于所述内表面(18a、118a)的第一处理单元(16、116、31、96)和至少部分地紧贴在所述外表面(18b、118b)上的第二处理单元(17、217、32、93)，所述第一处理单元(16、116、31、96)和所述第二处理单元(17、217、32、93)能彼此相对地绕所述中轴线(18’，118’)扭转。
11.按权利要求9或10所述的设备，其特征在于，为制造合成材料容器，设置有：预成型件(18、118)，所述预成型件(18、118)具有中轴线(18’、118’)以及内表面(18a、118a)和外表面(18b、118b)；至少部分地作用于所述内表面(18a、118a)的第一处理单元(16、116、31)和至少部分地紧贴在所述外表面(18b、118b)上的第二处理单元(17、217、32)，所述第一处理单元(16、116、31)和所述第二处理单元(17、217、32)能沿所述中轴线(18’)彼此相对移动。
12.按权利要求9至11之一所述的设备，其特征在于，所述第一处理单元(16、116、31、96)是紧贴在所述内表面(18a、118a)上的、能运动的模芯元件并且所述第二处理单元(17、217、32、93)是能压紧到所述外表面(18b、118b)上的型模。
13.按权利要求12所述的设备，其特征在于，所述模芯元件是能张开的。
14.按权利要求9至11之一所述的设备，其特征在于，所述第一处理单元(31)是注模工具的内型模并且所述第二处理单元(32)是注模工具的外型模，其中，所述内型模和所述外型模能彼此相对运动，优选能彼此相对扭转。
15.按权利要求9至14之一所述的设备，其特征在于，至少一个处理单元(16、17、116、217、31、32、34、35、93、96)与用于对所述中间产品(18、118、33)进行控温的加热回路和/或者冷却回路连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110504 |