CN108349138A

CN108349138A - 模制组件

Info

Publication number: CN108349138A
Application number: CN201680062203.0A
Authority: CN
Inventors: 亨里克·霍尔姆; 克拉斯·斯尤伯格
Original assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2018-07-31
Anticipated expiration: 2036-10-25
Also published as: CN108349138B; KR20180079338A; BR112018008563A2; JP6893922B2; RU2738386C2; RU2018120323A3; US20180319065A1; MX2018005124A; EP3370941A1; US10695967B2; RU2018120323A; WO2017076703A1; JP2018533511A

Abstract

一种模制组件(100)具有：用于接收待喷射的原料的入口(117)；用于收集并处理通过所述入口(117)接收的原料的料筒(112)；用于使所述料筒中原料接合的螺杆(110)；第一驱动单元(170)，所述第一驱动单元被配置成用于使所述螺杆(110)旋转以便将所述原料研磨成液体形式，其中所述模制组件还包括第二驱动单元(120)，所述第二驱动单元被配置成根据所述料筒(112)内的压力使所述螺杆(110)在与所述旋转方向基本上垂直的方向上移动进出所述料筒(112)。

Description

模制组件

技术领域

本发明涉及容器模制领域。更具体地说，本发明涉及用于模制容器的模制组件以及用于模制容器的方法。

背景技术

注射模制和挤出模制是用于从聚合物、玻璃、陶瓷或者甚至金属制造物品并且已经知道并研究几十年的两种众所周知的技术。

在注射模制过程中，颗粒形式的原料被供给到颗粒入口，并且原料从颗粒入口进入料筒中，原料在料筒中在热和机械力的作用下转变成液态熔体。通常，在料筒内侧可旋转并且在料筒内运动的螺杆在颗粒上施加机械力。一旦料筒中已收集一定量的熔融颗粒，由于熔融物料的体积增加，螺杆从料筒中缩回。在接下来的步骤中，螺杆被推回到其原始位置，在压力下将原料熔融材料的物料推出到料筒外。为了将加压的熔融原料释放到模具中，封闭注模入口的注射针被打开，并且加压的熔融原料被释放到模具中。通常，存在多于一个注射针，使得熔融物料可以从若干个位置进入模具。通常，在这种注射模制设备中也存在多个模具。在模具中冷却后，熔融物料硬化成固体材料，然后固体材料被推出或吹出模具，从而为另一固体物品的注射模制腾出空间。然后重复整个过程。

通常，任何可以转变成液相的材料都可以用作注射模制的原料，诸如金属、玻璃、陶瓷和各种类型的聚合物。挤出模制与注射模制有许多共同之处，因为在挤出模制中，原料通过旋转螺杆和热量熔化成液体形式。然而，主要区别在于熔融原料通过二维模头连续地从料筒中送出到模具中。这两种方法之间的另一个区别是，在挤出模制中，挤出机螺杆在被释放到料筒之前不会从料筒中缩回。

在工业过程中连续使用注射模制或挤出模制时会出现一些问题。

首先，传统的注射模制和挤出模制工艺由于挤出螺杆的运动而具有固有的惯性，挤出螺杆需要时间来加速或减慢其运动。因此，这种传统系统中的液体压力不能以期望的速度进行控制。这使得它们不太适用于速度至关重要的注射模制方法。

其次，现有的解决方案依赖于作为原料熔体缓冲液的储液器的存在。传统的储液器有渗漏液体原料和使原料“燃烧”的风险。此外，当将一种颜色的原料换成不同颜色的另一种材料时，可能会出现问题。在这里，例如在储液器中发生所谓的死胡同问题(dead-endproblem)，这意味着例如可能是白色的旧的原料的剩余部分与可能是黑色的新原料混合，导致淡灰色的注射模制物体。当然，这在最终产品中是不合需要的。因此，需要提供一种解决至少一些与已知技术相关的问题的改进的注射模制方法和设备。

发明内容

根据本发明的方案的一个方面是一种模制组件，所述模制组件包括：

-用于接收待喷射的原料的入口；

-用于收集并处理通过所述入口接收的原料的料筒；

-用于使所述料筒中原料接合(engaging)的螺杆；

-第一驱动单元，所述第一驱动单元被配置成用于使所述螺杆旋转以便将所述原料研磨成液体形式，

其特征在于

所述模制组件还包括第二驱动单元，所述第二驱动单元被配置成根据所述料筒内的压力使所述螺杆在与所述旋转方向基本上垂直的方向上移动进出所述料筒。

以这种方式，这种模制组件可以更快地对组件中的压力积聚作出反应，以便在料筒内保持一定的液体压力值，或者当料筒内存在临界液体压力积聚时通过几种方法来改变压力值。

其中一种措施是提供具有空气入口和空气出口的驱动单元，在空气入口和空气出口之间具有弹簧加载的活塞，其中控制空气入口和空气出口之间的空气压力差可以使活塞移位。另一方面，活塞连接到(挤出机)螺杆，使得活塞的运动促使螺杆在相同的方向上移动。这种运动可以是进入或离开被研磨的液体原料所处的料筒，从而使料筒内的液体压力增大或减小。

现有方案的模制组件的一个主要优点是注射模制过程可以得到显著加速，因为可以更快控制系统中的液体压力。这通过挤压机螺杆的压力调节位移和/或旋转来实现。另外，由于不存在缓冲室，所以不出现死胡同，即，一种类型和/或颜色的原料不会卡在缓冲室中，而是可以通过影响挤出机螺杆和注射针运动的压力调节和压力反馈装置被快速排出。

根据本发明的模制组件的另一个优点是它可以容易地制成适用于容纳食物的容器的旋转式灌装机的旋转模制组件。

根据本发明的方案的另一方面是一种用于在模制组件中模制产品的方法，所述方法包括：

-通过入口提供原料并提供到料筒中；

-使螺杆在料筒中旋转以将所述原料研磨成熔融/液体形式；

-测量所述料筒内原料的液体压力；

-将料筒中测得的液体压力值与临界阈值压力值进行比较；并且

-在达到临界阈值压力值的情况下，通过使所述螺杆移出所述料筒和/或调节所述螺杆的旋转速度来调节所述料筒中的压力。

上述方法的优点在于，在模制组件接收到停止信号的情况下，该停止信号可能是由于灌装机(模制组件作为其一部分)的出口处的问题造成的，通过控制螺杆在料筒中的平移运动和/或其旋转速度，可以缓解料筒内超过阈值的任何液体压力积聚。因此，系统在任何情况下都是安全的，并且一旦停止条件被消除，大多数情况下可以继续进行注射模制。

附图说明

图1A示出了根据本发明的模制组件的一个实施例。

图1B示出了图1A中的模制组件的实施例，其中更详细地示出了下部。

图1C示出了图1A的实施例中关于原料的供给的更多细节。

图2显示了根据本发明的一个实施例的具有用于模制组件的启动顺序的流程图。

图3显示了描述当系统处于“异常模式”时采取的步骤的流程图。

具体实施方式

在下面给出本发明的可行的实施例的详细描述之前，应该强调的是，这些实施例仅出于说明目的而给出，而不是作为对本发明的限制。技术人员在研究下面的描述之后将能够开发其他实施例，然而这些实施例仍然落在所附权利要求书的范围内。因此最终，本发明仅受所附权利要求书的限制。

图1A示出了根据本发明的模制组件100的一个实施例。

首先，挤出机螺杆110可旋转地布置在料筒112中，在料筒中收集在该实施例中以塑料颗粒形式存在的原料。原料通过进料口117进给。如前面在本申请的背景部分中提及的，塑料颗粒的使用仅是示例性的。原料可以是在挤出机螺杆110的旋转运动产生的机械力以及促进从固态向液相的转变的热量的存在下可以磨成液体形式的任何原料。

返回图1A，加热装置118围绕料筒112布置，其与研磨原料的挤出机螺杆110的旋转一起辅助将料筒112中的原料转变为熔融液体物料。挤出机螺杆110的旋转运动还对从料筒112流出并流入一个或多个导管152、154的熔融原料产生压力。熔融原料从料筒112中被供给到一个或多个导管152、154中，这些导管通过分配中枢件160(图1B中示出)连接到料筒112，分配中枢件具有与多个导管对应的多个孔，加压的液体原料被供给到这些导管中。

在图1A的实施例中，示出了两个导管152、154，但是模制组件100可以包括多个导管，每个导管连接到对应的喷射出口182、184。喷射出口是熔融原料在被喷射到模具中之前所处的位置。熔融原料的喷射通过注射针168、169来实现，注射针借助于可编程驱动单元控制，该可编程驱动单元指示注射针移动并因此打开或关闭用于熔融原料流入模具的注射出口。由于图1A中所示的注射针168、169的控制不是本专利申请的焦点，因此在此省略对可编程驱动单元的任何详细描述。这里应该提及，模制组件100中的熔融原料被加压并且因此存在于模制组件中并且进入模具。

现在，标准模制组件和图1A中的根据本发明的实施例的模制组件之间的区别在于，挤出机螺杆110不仅可旋转地布置在料筒112中，而且还部分地布置在储液器室120中。这里应该注意的是，术语“储液器室”并不意味着任何液体或固体原料在那里积聚。通过入口117供给的任何原料将存在于料筒110中或包括喷射出口182、184的导管152、154中。相反，术语“储液器室”用于积聚在料筒110中建立的潜在的液体压力的背景中，这将在下文中进一步讨论。

现在，储液器室120包括具有空气入口132和空气出口136的腔体，弹簧加载的活塞(未示出)位于其中。弹簧加载的活塞连接到线性引导件134，线性引导件可以以细长金属杆的形式存在，将活塞的任何平移运动转换成沿图1A中所示箭头方向的线性向上或向下运动。在该具体实施例中，储液器室120被分成两部分，即，料筒112左侧和右侧的室。然而，同样可能的是仅具有一个储液器室120，该储液器室仅具有一个线性引导件134。我们将仅限于描述其内部在图1A中可见的那部分储液器室120，即，右手侧很好地分辨该描述对储液器室120的两侧同样有效。挤出机螺杆110机械连接至线性引导件134，该线性引导件可沿线性引导件134内部所示的箭头的方向移动。此外，差分调压器130连接到储液器室120以及空气能够进入和离开储液器室120的空气入口132和空气出口136。通过利用调压器130来控制气压差，即通过空气入口132喷射到储液器室的空气量和通过空气出口136离开储液器室120的空气量，并且经由线性引导件134连接到挤出机螺杆110的储液器室120内的活塞能够使挤出机螺杆110沿着其中心轴线A-A的方向移入和移出料筒112。

这里应该提及，为了使这个构思有效，任何流体都可以用在储液器室120中并且可以由调压器130调节，该调压器控制通过入口132进入储液器室120的流体与通过出口136离开储液器室的流体之间的差异。流体可以是其他气体、液体以及其他可流动物质，诸如油。

由于挤出机螺杆110的旋转运动，料筒112中的研磨原料将膨胀并在压力下从料筒112中出来，于是其将如前所述进入导管152和154。这里可以提及的是，导管152、154可以由能够承受热量和高液体压力的任何材料制成。在一个示例中，导管152、154可以由钢或其他耐热和耐压的金属制成。为了保持导管152、154中熔化的原料的均匀温度，它们可以配备有加热装置(未示出)。

现在，人们可以通过改变挤出机螺杆110的旋转速度(这可由第一驱动单元170(诸如伺服马达)来完成)和/或通过控制挤出机螺杆110的平移运动(这通过用作挤出机螺杆110的第二驱动单元的调压器130进行)来控制料筒112中的液体压力。

一旦将熔融原料注入模具中，注射针168、169缩回，使加压液体原料离开喷射出口182、184并进入模具。通常，注射过程非常快，使得注射针168、169在它们再次关闭之前将打开喷射出口几分之一秒。

在图1A的实施例中，压力传感器131布置在料筒112中并连接到调压器130。利用来自压力传感器131的信号，调压器可以确定是否应该调节储液器室120中的压差(入口132与出口136之间的压力差)。可以选择压力传感器131的采样间隔，使得快速的压力变化不会影响调压器130，或者压力传感器131本身可以是积分类型，从而使快速的压力变化平均化。其原因在于，通常在调节这种快速变化可能不足并且可能在系统中引入不期望的振荡的这种短时间间隔期间发生注射针168、169的打开和关闭。

在其他实施例中，压力传感器131可以布置在分配中枢件160中或系统中的其他地方，这些地方可以容易地检测到大的压力变化。

调压器130可以以这样的方式设置，即当系统处于注射模制模式时，即默认情况下，其不调节空气入口和出口132、136上的压差，即，将熔融原料连续地喷射到模具中。

但是，如果模制组件100处于停止操作模式，则注射针168、169也将被关闭，因为在模制组件100的出口处存在注入模制产品离开设备而出现事故或者由于模制组件的入口侧出现问题。另一种可能性是系统不处于停止操作模式，即在模制组件的输入端或输出端没有检测到故障，但没有满足注射针打开的条件列表。即使在这种情况下，注射针168、169也将保持关闭。

无论什么原因，挤出机螺杆110首先将不会停止，并且其转速将保持与在模制组件100已被命令停止将熔融原料喷射到一个或多个模具中之前的转速相同。但是，由于原料的熔融物料膨胀，会在料筒112和导管152、154中形成压力，因此需要在模制组件中处理这种压力增大。压力积聚将由压力传感器131记录，并且调压器130可以指示挤出机螺杆110向上移动并且从料筒110出来和/或指示伺服马达170降低挤出机螺杆110的转速。

如果料筒112中的液体压力继续升高，则调压器130要采取的最后措施是指示伺服电机170完全停止挤出机螺杆110的运动。但是，为了快速重新启动模制组件，一旦停止事件得到解决，这应该是最后的手段，以防止系统由于过大的液体压力而爆炸。

图1B更详细地示出了模制组件100的下部。从图中可以看出，具有连接到每个对应导管的孔162的分配中枢件160的任务是将加压和熔融原料分配到每个相应导管中，其中两个导管在图1A中示出。由于分配中枢件是另一个专利申请的对象，因此在此不再详述。另外，模制组件被分成三部分：旋转的第一部分，如图1A所示，其包括下部至分配中枢件160的模制组件100；可旋转的第二部分192(其包括分配中枢件160、导管152、154和热流道164、166)以及静止的第三部分194，锚固模制组件100。

具有用于模制组件的可旋转部分192的一个原因在于，其旨在成为旋转式灌装机中的旋转传送带的一部分，其中注射模制需要比索引式灌装机中执行得快得多。因此，除了要保持固定的锚固部分194之外，模制组件100的所有部分旨在围绕中心轴线可旋转，该中心轴线可以与料筒112的对称轴线A-A相同。模制组件100还旨在以与旋转灌装机相同的速度旋转。

此外，图1B示出了每个注射针168、169和注射出口位于热流道164、166内，热流道基本上是被布置成在将熔融原料注入模具之前使其中的熔融原料的温度保持均匀的加热部件的组件。

图1C显示了供给管116，通过该供给管供给颗粒形式的原料并且如前所述通过原料入口117到达料筒112中。

图2显示了根据本发明的一个实施例的具有用于模制组件的启动顺序的流程图。我们在此假设，在启动时，挤出机螺杆(诸如图1A中的模制组件100中的挤出机螺杆110)静止，即不旋转，并且注射针(诸如图1A的注射针168、169)处于关闭位置。我们还假定模制组件本身静止，即不旋转。

现在，在步骤200，模制组件中的挤出机螺杆(诸如挤出机螺杆110)开始转动。如前所述，通过驱动挤出机螺杆的驱动单元(诸如驱动单元170)启动转动。同时，挤出机螺杆的旋转具有如下效果：存在于原料入口处的塑料颗粒形式的原料被抽入模制组件的料筒中，例如来自图1A的料筒112

可能的是，挤出机螺杆旋转的步骤和通过入口接收原料的步骤不同时发生，即挤出机螺杆开始旋转并且稍后将原料通过入口供给。

如前文所述，尽管下面的方法描述了从塑料颗粒注射模制塑料，但注射模制的原料也可以是玻璃或金属、陶瓷或任何其他在加热下可被研磨成熔融形式的原料。

现在，当挤出机螺杆的旋转运动将原料研磨成液体形式时，通过布置在料筒110周围的加热装置进一步促进原料从固体向液相的转变。研磨的和液体的原料将离开料筒110并进入一个或多个导管，诸如图1A所示的导管152、154。由于料筒中积聚的原料以及来自螺杆旋转的在研磨的原料上的压力，液体原料将在料筒的壁上和一个或多个导管的壁上施加液体压力。压力传感器，诸如图1A的压力传感器131，可以布置在料筒中以测量其中的液体压力。

基于在步骤210从压力传感器接收的压力值，调压器，诸如调压器130，被布置成接收来自压力传感器的压力值，可以在步骤220确定料筒中的液体压力是否已经达到目标压力值。料筒中的目标液体压力值可以例如是240巴。

在没有达到目标压力值的情况下，在执行任何压力调节功能之前，调压器可以被预编程为在步骤230中启动之后等待一定量的时间。其原因在于，在启动过程开始时，料筒将包含相对较少的熔融原料，因此压力传感器不会记录到显著的压力积聚。一旦料筒完全被熔融原料填充，则压力传感器将记录料筒中更显著的压力增大。如果是这种情况并且调压器在步骤220中检测到还没有达到目标压力，则可以在步骤230中指示驱动单元增加挤出机螺杆的转速。这将导致料筒内的液体压力增大。可以在几次迭代中指示挤出机螺杆的旋转速度的增加，直到调压器从压力传感器接收到表明已达到料筒中的目标液体压力的液体压力值。

在那种情况下，第一驱动单元将在步骤240中维持挤出机螺杆的转速，而控制模制组件中注射针的打开和关闭的控制系统将在步骤250中等待指示一个或多个注射针打开的所有条件都已得到满足的信号。这些条件除了别的以外可以是：已经达到料筒内的目标液体压力，用于注射模制的一个或多个模具关闭，并且没有收到停止信号。

如果在步骤240中并非注射针打开的所有条件都得到满足，则模制组件不会发生变化，即第一驱动单元将保持挤出机螺杆的转速并且一个或多个注射针将保持关闭。然而，如果控制注射针的打开和关闭的控制系统已经接收到注射针打开的所有条件得到满足的信号，则控制系统在步骤260中指示注射针打开并且正常的注射模制过程开始。

在步骤270中，模制组件处于正常操作，但是正在监视是否在用于注射针或调压器的控制系统处接收到指示异常情况的任何信号。一种可能性是打开注射针的条件突然不再满足并且需要关闭注射针。另一种可能性是在模制组件的输入侧或输出侧出现了一些问题，从而导致必须停止注射模制工艺

如果是这种情况，则在步骤280中将模制组件设置为异常模式，并执行图3中的方法步骤。

图3因此图示了模制组件在异常模式下如何运转。

在步骤300中，模制组件已经接收到停止信号。只要异常情况仍然存在，控制注射针的开启和关闭的控制单元将指示它们关闭并保持关闭。同时，驱动装置将继续以与异常情况之前的转速相同的转速驱动螺杆。然而，由于注射针被关闭，所以将在料筒内产生液体压力积聚，这将在步骤310中被位于料筒内的压力传感器检测到。

在步骤320中，在液体压力未达到预定的临界阈值的情况下，调压器不会影响储液器室中的压力差的任何变化，也不会指示第一驱动单元(图1A中的伺服马达170)在步骤240中减慢挤出机螺杆的运动。因此在步骤320中将保持挤出机螺杆的转速。这种做法的一个原因是，一旦清除了异常情况，模制组件就可以快速进行正常的注射模制，而没有任何明显的延迟。

然而，如果压力传感器在步骤320中检测到已经达到料筒内压力的临界阈值，则调压器将在步骤340中尝试通过首先调节模制组件的储液器室(诸如图1A中的储液器室120)中的压力差来将压力调节到临界阈值以下，使得与通过储液器室的入口进入的流体相比，更多的流体将从出口流出。这将具有这样的效果，即储液器室内的活塞以及线性引导件(诸如图1A中的线性引导件134)将沿图1A中的箭头方向向上移动。这将产生挤出机螺杆移出料筒的效果。

另外，调压器可以以这样的方式进行编程：在压力传感器的多个测量周期内的压力的快速上升可以由调压器在达到料筒内的压力的阈值之前的时刻t进行补偿。

现在，在步骤350中，再次测量料筒内的压力，以检查挤出机螺杆从料筒的平移运动是否导致压力降低。

如果在步骤360中料筒内的液体压力仍然过高，则调压器在步骤370中指示第一驱动单元减慢挤出机螺杆的旋转运动。可以提及的是，如果挤出机螺杆旋转的减速没有影响料筒中的液体压力降低到低于阈值，则调压器可以指示第一驱动单元(诸如图1A的伺服单元)完全停止螺杆旋转。另一方面，如果在步骤360中由料筒中的压力传感器检测到压降/变化，则调压器在步骤380中等待清除信号，即等待消除异常情况。在这种情况下，调压器将改变储液器室中的压差，使得挤出机螺杆再次向下移动到料筒中的默认位置。与离开流体出口的流体量相比，通过流体入口增加进入储液器室的流体量可以实现这种改变。在步骤380之后，模制组件将返回到正常操作并跳回到步骤210。

本发明的这些和其他实施例对于研究上述详细描述和所附权利要求书的技术人员将更加明显。

Claims

1.一种模制组件，其包括：

-用于接收待喷射的原料的入口；

-用于收集并处理通过所述入口接收的所述原料的料筒；

-用于使所述料筒中原料接合的螺杆；

其特征在于

2.根据权利要求1所述的模制组件，其中，所述模制组件能围绕第二轴线旋转，所述第二轴线基本平行于所述第一轴线。

3.根据权利要求1或2所述的模制组件，其还包括至少一个导管，所述至少一个导管被构造成从所述料筒接收熔融的所述原料并且将其输送到喷射出口。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的模制组件，其中所述多个导管被加热。

5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的模制组件，其还包括第一加热单元，所述第一加热单元被配置成用于加热所述料筒中研磨的所述原料。

6.根据前述权利要求1-5中任一项所述的模制组件，其中，所述第一驱动单元是伺服马达。

7.根据前述权利要求1-6中任一项所述的模制组件，其中，所述第二驱动单元包括空气入口和空气出口以及弹簧加载的活塞，所述第二驱动单元被构造成通过改变所述空气入口和所述空气出口之间的空气压力差来控制所述活塞的运动并且因此控制所述螺杆的运动。

8.根据前述权利要求1-7中的任一项所述的模制组件，其中，所述第二驱动单元被配置成通过另外接收关于所述料筒中的压力的反馈来控制所述螺杆的运动。

9.根据前述权利要求1-7中任一项所述的模制组件，所述模制组件在旋转布置的灌装机中居中，所述模制组件被构造成通过注射模制来模制包装容器的至少一部分。

10.一种模制组件，其包括用于将熔融原料从所述料筒输送到多个相应的喷射出口的多个导管，所述多个导管在所述模制组件旋转期间将所述熔融原料供应到相应的多个模具中。

11.根据前述权利要求1-3中任一项所述的模制组件，其中所述原料是聚合物颗粒、金属颗粒、二氧化硅或类似物中的一种。

12.一种用于在模制组件中模制产品的方法，其包括：

-通过入口提供原料并提供到料筒中；

-使螺杆在所述料筒中旋转以将所述原料研磨成熔融/液体形式；

-测量所述料筒内所述原料的液体压力；

-将所述料筒中测得的液体压力值与临界阈值压力值进行比较；并且

-在达到所述临界阈值压力值的情况下，通过使所述螺杆移出所述料筒和/或调节所述螺杆的旋转速度来调节所述料筒中的压力。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述螺杆运动到所述料筒外受到调压器的影响。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述调压器凭借调节进入储液器室的流体量以及离开所述储液器室的流体量来影响所述螺杆的运动。

15.根据权利要求14所述的方法，其中由于所述储液器室中的压力差，所述螺杆的运动受到所述储液器室中的线性引导件的运动的影响，并且其中所述线性引导件与所述螺杆机械连接。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中当接收到指示所述模制组件停止的异常信号时对所述料筒中的压力执行调节。