CN102427928B - 用于吹塑成型容器的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于吹塑成型容器的方法和设备。预制坯件(1)在热条件处理之后在吹塑机的吹塑模具内部通过吹塑压力作用而成型为容器(2)。由供给装置提供所需的吹塑气体(P1，P2)。将至少一部分存储在吹塑后的容器内部的气动压力能量转换为其他形式的能量。

Description

用于吹塑成型容器的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于吹塑成型容器的方法，预制坯件在热条件处理之后在吹塑机的吹塑模具内部通过吹塑压力作用而成型为容器，由供给装置提供吹塑气体。

此外，本发明还涉及用于吹塑成型容器的设备，其包括至少一个带有吹塑模具的吹塑站，所述吹塑站与气动的供给装置连接。

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力气体到展开中的容器泡中以及压力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。

在用于吹塑成型的设备内部，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。输送芯棒的使用被证实是有利的，预制坯件插套到该输送芯棒上。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保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，在该双级方法中，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，在该单级方法中，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方式。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。

通常通过一个或多个压缩机供入吹塑气体、特别是压力空气。典型的是，所使用的压缩机设有压缩机控制装置并且在压缩机与吹塑机之间安装压力空气储存器。所述压缩机控制装置这样地控制所述压缩机，使得在压力空气储存器的区域中保持预给定的压力水平。典型的是这样地调节所述压缩机控制装置，使得在压力空气储存器的区域中提供约38巴的压力水平。吹塑机设有压力控制装置，所述压力控制装置将由压力空气储存器提供的压力降低到一个具体地用于使容器成型所需的压力水平上。

目前对于以吹塑技术制造容器的运行成本的一个重要部分是提供所需的吹塑空气所产生的费用。为了降低所述成本，例如公知的是，重复使用用过的吹塑空气并且将消耗过的高压力水平的吹塑空气在较低的压力水平上重新用于容器成型。因为吹塑空气的这种循环不能在任何情况下全面使用，因此仅仅通过实现这种循环不能完全以令人满意的方式满足显著降低运行成本的要求。

此外，在已经公知的用于吹塑空气循环的方法中将包含在容器中的经压缩压力空气的绝大部分排出到大气中。在将所使用的吹塑空气从旋转的吹塑空气起回输到固定的车间部分的情况下出现显著的管路长度并且导致复杂的气动系统。

发明内容

因此本发明的任务是，这样地改善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，所述任务通过以下方式实现，即，将至少一部分存储在吹塑后的容器内部的气动压力能量转换为其他形式的能量。

本发明的另一任务是，这样地设计本文开头所述类型的设备，使得实现运行成本的降低。

根据本发明，所述任务通过以下方式实现，即，使吹塑站这样地与转换装置耦合，使得至少一部分存储在吹塑后的容器内部的气动压力能量能够转换为其他形式的能量。

通过将气动能量转换为不同于气动能量的能量形式，可以回收大部分包含在消耗过的吹塑空气中的能量。在公知在用于直接地以气动方式重新使用压力空气的变型方案中，一种重要的问题在于，不可能再实现初始的压力水平。消耗过的吹塑空气因此在执行吹塑过程时只能在工作空气范围内或者作为预压力使用。但是，大部分的能量没被利用。而将压力能量转换为其他形式的能量可以在使用所述能量的情况下将气体压缩到原则上任意的可预给定的压力水平上并且特别是由此又重新提供所需的主吹塑压力。

特别是考虑，不仅压力能量向其他形式能量的转换而且吹塑压力的重新产生都在吹塑机本身的区域中进行。由此提供了非常紧凑的并且条理清楚的设备，工厂主不必再关心复杂的和在空间上分布的设备部件。

通过以下方式支持一种紧凑的实施方式，即，将所述压力能量转换为用于吹塑机的吹塑轮的机械驱动能量。

通过以下方式提供增大的设计空间，即，将所述压力能量转换为电能。

通过以下方式实现了一种机械上稳定的实施方式，即，在使用至少一个活塞-缸-布置结构的情况下转换所述压力能量。

为了在压缩过程和解压缩过程中允许尽可能的力补偿，提出，在所述吹塑轮上设置至少两个吹塑站。

通过以下方式支持简单的能量转换，即，通过凸轮滚子与凸轮滚道之间的接触将所述压力能量转换为机械驱动能量。

为了接收力，被证明有利的是，所述凸轮滚子与所述吹塑轮一起旋转并且所述凸轮滚道位置固定地设置。

通过以下方式支持以恒定的运行参数进行连续运行，即，在使用至少一个活塞-缸-布置结构的情况下将所述吹塑轮的驱动能量的一部分转换为气动压力能量，将所述气动压力能量供应给储备罐。

通过以下方式实现可再现的过程流程，即，能量转换的至少一部分通过凸轮控制地进行。

通过以下方式支持预给定压力水平的遵守，即，通过至少一个止回阀预给出一个可预给定的气体流动方向。

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设备的基本结构的草图；

图4是一个改型的、加热能力增大的加热路段；

图5是用于转换能量以及用于在吹塑机的区域中生成吹塑压力的示意图；

图6是吹塑压力变化曲线和缸形转换装置区域中的压力变化曲线的示意图。

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的设备的原理结构。

用于使容器2成型的设备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由一些模具半部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1一起经过所述设备内部的多个处理站。但是也可以的是，例如通过夹钳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。

为了允许导入压力空气，在输送芯棒9下方设置一个接合活塞10，该接合活塞向预制坯件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。根据另一种实施方式，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所示的实施方式中，拉伸系统这样构成，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连同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的区域中的模具半部5、6闭合之后，借助于锁止装置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的区域中使用单独的螺纹嵌入件22。

图2除了经吹塑的容器2之外也用虚线示出预制坯件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以及风机31，用于对预制坯件1进行温度处理。在预制坯件1的充分温度处理之后，该预制坯件转送到吹塑轮25，吹塑站3设置在该吹塑轮的区域中。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，在所示的实施方式中，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。在所示的实施方式中，在加热路段24的向着转送轮29和输入轮35的伸展区域中使用一个单个的尺寸较大的转向轮34并且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彼此间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辐射器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，风机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辐射器30对面并且通过流出开口输出冷却空气。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可以在位于加热辐射器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辐射器30的冷却。

图5示意性示出用于吹塑站4的气动供给装置。所述吹塑站4分别配备有阀单元41，所述阀单元包括主压力阀42、预压力阀43、转送阀44以及排气阀45，所述排气阀典型地连接在消音器46上。相应的预压力典型地在5至10巴的范围内，优选约8巴。所述预压力由预压力供给装置47提供。为了操纵所述阀41、42、43、44，设置控制压力供给装置48，所述控制压力控制装置以约10巴的压力工作。

在储备罐49的区域中提供具有相应于主吹塑压力的压力水平的压力气体。所述储备罐49通过连接管路50与所述主压力阀42连接。由此在接通主压力阀42时将主压力引导至待膨胀的预制坯件1或正在展开的容器2的内空间中。

在所示的实施例中，给每个吹塑站3配置至少一个缸51，活塞52在所述缸中被导向。所述活塞52通过活塞杆53与凸轮滚子54连接。所述凸轮滚子54沿着凸轮滚道55被导向。缸内空间56在其背离活塞杆53的伸展区域中通过管路57和止回阀58连接在储备罐49上。所述止回阀58这样布置，使得气体只能从缸内空间56朝储备罐49的方向流动。所述缸内空间56的面向所述管路57的区域此外通过连接管路59和止回阀60与预压力供给装置47连接。

所述连接管路59此外通过另一止回阀61和管路62与转送阀44连接。所述止回阀60这样接通，使得气体只能从预压力供给装置47朝缸内空间56的方向流动。所述止回阀61这样接通，使得气体只能从转送阀44朝缸内空间56的方向流动。

图5示意性示出具有四个吹塑站3的布置结构，所述吹塑站布置在旋转的吹塑轮25上。在附图平面左边所示的位置中，将预制坯件1放入到配属的吹塑站3中。在配属吹塑站3的在图5的附图平面右边所示的运行状态中，在已经完成吹塑的容器2中进行压力降。其他图示出过程技术上的中间位置。

在下面大大简化地描述所述方法流程。为了开始吹塑过程，首先给预制坯件1供应来自预压力供给装置47的预压力并且接着在接通主压力阀42之后供应来自储备罐49的主吹塑压力。在容器2完成吹塑之后，打开转送阀44并且处于压力下的吹塑介质从吹塑后的容器2中流入到缸内空间46中。为了开始所述过程，活塞52占据一个位置，所述位置相应于缸内空间56的包围在活塞52与管路57的配属接头区域之间的部件的最小容积。

流入到缸内空间56中的吹塑空气在缸内空间56生成压力，所述压力由凸轮滚子54传递到凸轮滚道55上。在所述活塞52的运动区域中，凸轮滚道55相对于吹塑轮25的圆周方向具有倾斜的布置结构，从而由所述凸轮滚子54将一个力施加到凸轮滚道55上，其配属的反作用力在吹塑轮25的运动方向上具有力分量并且由此致使吹塑轮25工作。处于压力下的吹塑气体的存储在吹塑后容器2中的压力能量由此被转换为用于吹塑轮25的机械驱动能量。

在活塞55占据缸内空间56内部的一个位置之后(所述位置导致包围在所述活塞52与所述管路57的接头区域之间的最大可实现的容积)这样地进行凸轮滚道55的延伸，使得活塞52实施回程运动并且在此又压缩包围的空气。在达到主吹塑压力时，止回阀58打开并且将处于压力下的气体供入到储备罐48中。吹塑轮25的机械动能由此又被转换为气动的压力能。可达到的气动压力的高度仅仅与所选择的机械设计边界条件有关。

因此结果是将在吹塑气体膨胀时生成的机械驱动能量用来在随后的过程阶段期间重新生成处于压力下的气体。

为了在时间上确定地在吹塑过的容器2内部实施压力降过程，提出，气动的压力能量向机械的驱动能量的转换仅仅在可预给定的压力阈值之前实施。所述压力阈值例如可以为8巴。在达到所述阈值时，排气阀45打开并且处于容器2中的剩余压力被针对环境压力排放。在压力完全降低到环境压力之后可以将吹塑后的容器2从吹塑站3中取走。止回阀61确保即使在容器2的区域中压力完全降低之后也在缸内空间56内部根据预给定的压力阈值维持压力。

由于容器2的内空间针对环境压力在最后一个过程阶段中进行排气，因此得出，在气动-机械系统内部不可能实现完全的能量回输。因此在气体膨胀时不会释放对于压缩足够量的吹塑气体所需的用于吹塑轮25的机械驱动能。相应的能量差由吹塑轮25的驱动电机提供。因此，与传统的吹塑轮驱动器相比需要更强力的驱动电机，典型的是使用三相交流电动机。所述电机区域中的功率升高虽然会在吹塑机的区域中导致能耗增高，但是省掉了在否则使用的高压压缩机的区域中的显著能耗。

在优化系统设计时期望的是，吹塑轮驱动器的功率必须比否则所需的高压压缩机的功率升高约20％。因此总的能量节省处于传统所需高压压缩机的驱动功率的约80％的数量级内。

在图5的实施例中示出将气动压力能量转换为用于吹塑轮的机械驱动能量并且由吹塑轮25的运动重新引起压力气体产生，其显著优点是，机构极其紧凑，只需要与周围环境相对少地相互影响。但是替代地也可以考虑各式各样的用于能量回收或转换的其他变型方案。

根据一个实施例变型方案例如考虑：将存储在吹塑后容器2内部的压力能量不是转换为用于吹塑轮25的机械驱动能，而是在使用所述压力气体的情况下驱动发电机，所述发电机将所述压力气体能量转换为电能。所述电能例如可用来对单独的压缩机进行供给，但是也可考虑的是，仅仅在使用由吹塑轮25控制的缸结构的情况下进行气体压缩并且给吹塑轮25的相应地确定尺寸的驱动电机供应相应地产生的电流。

本发明的基本构思的重要之处在于，在使用储存在制完的容器2的吹塑气体中的能量的情况下产生处于压力下的吹塑气体，所述吹塑气体处于主吹塑压力的压力水平上或者将导出的压力气体重新又提升到该压力水平上。

在该实施例中所示的将缸51中的内压力降低到环境压力与主吹塑压力之间的值上被证明是有利的，因为由此可以降低缸51的体积。缸51的体积由用于吹塑容器2所需的吹塑气体体积和在压缩阶段期间在缸51中所需的压力升的因数得出。

图6示出吹塑压力变化曲线63，所述吹塑压力变化曲线在实施吹塑过程期间在容器2内部产生，同时示出缸内空间56内部的压力变化曲线64。在一个时间间隔65期间进行压缩并且在一个时间间隔66之内将压力从容器的内空间导入到缸内空间56中。整个过程流程在所示的360°的过程角度上延伸，所述过程角度相应于吹塑轮25转一整圈。压力P2相应于30至40巴范围内的值，典型地约为32巴。压力PLC相应于缸内空间56中的剩余压力并且约为8巴。

在吹塑机的启动方面考虑：在使用预压力供给装置47的情况下首先预加载缸内空间56并且然后在使用吹塑轮的主驱动器的情况下使吹塑轮25在不以吹塑技术制造容器2的情况下这样长时间地旋转，直到在储备罐49的区域中调节出工作压力为止。因此对于启动也不需要额外的高压力。为了在所述启动过程期间避免太高的工作能量，吹塑轮25可以在所述加载期间以相对于常规的生产速度大大降低的圆周速度工作。

Claims (13)

1.用于吹塑成型容器的方法，在该方法中，预制坯件在热条件处理之后在吹塑机的吹塑模具内部通过吹塑压力作用而成型为容器，由供给装置提供吹塑气体，其特征在于，将至少一部分存储在吹塑后的容器(2)内部的气动压力能量转换为其他形式的能量，

将所述压力能量转换为用于吹塑机的吹塑轮(25)的机械驱动能量，

在使用至少一个活塞-缸-布置结构的情况下将所述吹塑轮(25)的驱动能量的一部分转换为气动压力能量，将所述气动压力能量供应给储备罐(49)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在使用至少一个活塞-缸-布置结构的情况下转换所述压力能量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述吹塑轮(25)上设置至少两个吹塑站(3)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过凸轮滚子(54)与凸轮滚道(55)之间的接触将所述压力能量转换为机械驱动能量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述凸轮滚子(54)与所述吹塑轮(25)一起旋转并且所述凸轮滚道(55)位置固定地设置。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，能量转换的至少一部分通过凸轮控制地进行。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过至少一个止回阀预给出可预给定的气体流动方向。

8.用于吹塑成型容器的设备，其包括至少一个带有吹塑模具的吹塑站，所述吹塑站与气动的供给装置连接，其特征在于，所述吹塑站(3)与转换装置这样地耦合，使得至少一部分存储在吹塑后的容器(2)内部的气动压力能量能够转换为其他形式的能量，

所述转换装置被构造用于产生机械驱动能量，

在一吹塑轮(25)的区域中设置至少一个用于产生压力气体的活塞-缸-布置结构，

所述活塞-缸-布置结构与用于压力空气的储备罐(49)连接。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述转换装置包括至少一个活塞-缸-布置结构。

10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，在旋转的吹塑轮(25)上设置至少两个吹塑站(3)。

11.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述活塞-缸-布置结构设置在所述吹塑轮(25)上并且通过凸轮滚子(54)配合到一位置固定地布置的凸轮滚道(55)中。

12.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，转换装置与一凸轮控制装置耦合。

13.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，用于压力气体的引导管路包括至少一个用于预给定流动方向的止回阀。