DE10116665B4

DE10116665B4 - Verfahren zur Steuerung eines Blasvorgangs bei der Herstellung von Behältern aus einem thermoplastischen Material

Info

Publication number: DE10116665B4
Application number: DE10116665.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Appel Otto
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2001-04-04
Filing date: 2001-04-04
Publication date: 2015-10-29
Anticipated expiration: 2021-04-05
Also published as: DE10116665A1

Abstract

Iteratives Verfahren zur Steuerung eines Blasvorgangs bei der Herstellung von Behältern aus einem thermoplastischen Material, bei dem Vorformlinge wärmekonditioniert, einer Mehrzahl von Blasstationen zugeführt, mechanisch gereckt, mit einem Vorblasdruck und einem Fertigblasdruck in einem Formungshohlraum aufgeblasen werden, und mindestens eine Eigenschaft eines hergestellten Behälters erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass als mindestens eine Eigenschaft die Wandstärke eines Behälters unmittelbar nach dessen Herstellung erfasst und mit einer Sollgröße dieser mindestens einen erfassten Eigenschaft verglichen wird, und ein zur Erwärmung der Vorformlinge erzeugtes Temperaturprofil und/oder mindestens ein Blasparameter in Abhängigkeit von der Größe des Vergleichsergebnisses in Richtung auf eine Verringerung dieser Größe verändert wird wobei Druck-Schaltzeitpunkte bei einzelnen Blasstationen unter Berücksichtigung der Wanddickenmessung geregelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Blasvorgangs bei der Herstellung von Behaltern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 198 43 053 A1 ist ein solches Verfahren bekannt. Mit Hilfe eines derartigen Verfahrens können Vorformlinge aus einem thermoplastischen Material wie PET (Polyethylenterephthalat) durch eine Blasvorrichtung zu Behaltern wie z. B. Getränkeflaschen umgeformt werden. Im Allgemeinen umfasst eine solche Blasvorrichtung eine Heizeinrichtung und mindestens eine Blasstation. In der Blasstation wird ein durch die Heizeinrichtung erwarmter Vorformling zu einem Behälter ausgedehnt. Die Ausdehnung erfolgt mit Hilfe von Druckluft, die in den Vorformling zu dessen Dehnung eingeleitet wird, sowie ggf. durch mechanisches Recken durch eine Reckstange.
Es ist erwünscht, dass Behälter, wenn sie durch ein Blasverfahren erzeugt werden, im Wesentlichen gleiche Herstellungseigenschaften wie z. B. die Materialverteilung im Boden, in der Behälterwand und im Schulterbereich aufweisen. Schwierigkeiten, diese Gleichförmigkeit zu erreichen, konnen z. B. auftreten, wenn zur gleichen Zeit mehrere Vorformlinge innerhalb einer Blasstation aufgeblasen werden, deren Temperaturverteilungen verschieden sind. Dies kann dadurch entstehen, dass die Vorformlinge vor dem Blasvorgang nicht zur gleichen Zeit erwärmt worden sind.
Um diese Schwierigkeiten zu uberwinden, ist in der eingangs genannten Druckschrift DE 198 43 053 A1 vorgeschlagen worden, bei Vorformlingen, die gleichzeitig aufgeblasen werden, unterschiedliche Blasparameter derart vorzusehen, dass unterschiedliche Temperaturverteilungen bei den Behältern vor dem Aufblasen ausgeglichen werden. Dadurch soll erreicht werden, dass die Behalter in ihren Eigenschaften einander möglichst gleich sind.
In dieser Druckschrift ist u. a. in Betracht gezogen, Blasparameter in Abhängigkeit von einer an dem Vorformling durchgeführten Eigenschaftsmessung vorzugeben. Ferner ist erwähnt, dass eine Eigenschaftsmessung an einem fertiggestellten Behälter ausgeführt werden kann. Das Messergebnis soll zu einer adaptiven Bestimmung einer Parametervorgabe herangezogen werden können. Auf welche Weise dies geschehen könnte, ist in der genannten Druckschrift nicht angegeben.
Aus der US 5 139 406 A ist ein Untersuchungssystem für aus thermoplastischem Kunststoff hergestellte Behälter bekannt, mit dem die Wandstärke von durch ein Blasverfahren hergestellten Behältern unmittelbar nach deren Herstellung bestimmt werden kann. In Abhängigkeit von dem Messergebnis werden die Behälter als fehlerhaft oder fehlerfrei festgestellt und entsprechend aus dem Produktionsprozess ausgeschieden oder nicht. Ohne nähere Angaben wird in dieser Druckschrift darauf hingewiesen, dass die Messwerte in den Formungsprozess zurückgeführt werden könnten.
Die EP 0 177 004 B1 beschreibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von Gegenständen, welche in einer Formungsmaschine hergestellt wurden. Dabei schieben sich die Gegenstände nach der Formungsmaschine an einer optischen Erfassungsvorrichtung vorbei, wobei das Ergebnis der Erfassung für eine bestimmte Anzahl von Gegenständen gespeichert wird.
In Abhängigkeit der Ergebnisse der Erfassung kann periodisch auf eine Prozesssteuereinrichtung der Formungsmaschine eingewirkt werden, um erfasste Fehler bei der Herstellung der Gegenstände zu eliminieren.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein iteratives Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass aufgeblasene Behälter mit möglichst übereinstimmenden Eigenschaften zuverlässig hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, ausgehend von einer Wandstärkenmessung an einem hergestellten Behälter, auf die Erwärmung der Vorformlinge und/oder auf die Blasparameter rückwirkend derart Einfluss zu nehmen, dass Behälter mit den erwünschten Eigenschaften, wie der Materialverteilung, gleichbleibend hergestellt werden können.
Bei der Durchführung eines Blasvorgangs werden die Vorformlinge bevorzugt durch mehrere übereinander angeordnete, einzeln ansteuerbare Heizelemente erwärmt. Dies ermöglicht, ein Temperaturprofil der Vorformlinge in axialer Richtung zu erzeugen.
Wenn eine Blasanlage hochgefahren wird, können Anfangswerte fur die Heizleistung der betreffenden Heizelemente zur Erzeugung eines erwünschten Temperaturprofils durch Einzelversuche gewonnen werden, indem z. B. eine geringe Anzahl von Behaltern hergestellt wird und deren Wandstarken vermessen werden. Die Messergebnisse werden einer Steuer- und Regelvorrichtung eingegeben, die mittels geeigneter Software die Heizleistungswerte für die Heizelemente und somit ein wandstärkenorientiertes Temperaturprofil bestimmt. Die einzelnen Heizleistungswerte werden in einer Steuer- und Regeleinrichtung gespeichert und bilden zunächst fur die Betriebsaufnahme Anfangswerte, die in einer Regelschleife in Abhangigkeit von den gemessenen Behälterwandstärken verändert werden. Selbstverständlich kann auch von auf andere Weise gewonnenen Anfangswerten ausgegangen werden, wie von Werten vergangener Betriebslaufe.
Die erwarmten Vorformlinge werden aufgeblasen. Der Blasvorgang erfolgt üblicherweise in zwei Schritten, wobei während eines ersten Schritts mit einem Vorblasdruck P₁ und während eines zweiten Schritts mit einem Fertigblasdruck P₂ aufgeblasen wird, wie es in 2 schematisch gezeigt ist. In dieser Figur ist die Abszisse die Zeit und die linke und rechte Ordinate der Blasdruck bzw. die Reckgröße. Die Gerade, die von der Zeit t₀ ausgeht, stellt den Verlauf des Reckvorgangs dar, der durch eine kurvengesteuerte Reckstange bewirkt wird.
Blasparameter, die für die Qualität des herzustellenden Behälters, d. h., insbesondere eine gleichmaßige Wandstarke, eine Rolle spielen, sind:

– die Blasdrücke, nämlich der Vorblasdruck P₁ und der Fertigblasdruck P₂
– die Zeitdauer Δ₀₁ zwischen einem Reckbeginn zur Zeit t₀ und einem Einblasbeginn zur Zeit t₁ bei einem Vorblasdruck P₁
– die Zeitdauer Δ₁₂ vom Beginn des Vorblasdrucks P₁ zur Zeit t₁ bis zum Beginn des Fertigblasdrucks P₂ zur Zeit t₂. Der Zeitpunkt t₂ wird auch als Druckumschaltzeitpunkt bezeichnet.
– die Zeitdauer Δ₂₃ zwischen Beginn und Ende des Fertigblasdrucks P₂
– die Reckgeschwindigkeit

Ein zur Wandstarkenregelung besonders geeigneter Parameter ist der Umschaltzeitpunkt T₂ zwischen Vorblasdruck P₁ und Fertigblasdruck P₂. Dieser Zeitpunkt lässt sich in Millisekunden ändern. Aber auch die Zeitpunkte T₀, T₁ und T₂ sind zur Regelung gut geeignet, denn durch deren Änderung kann in ms-Intervallen der Druckaufbau verzogert oder vorverlegt werden.
Bei der Herstellung von Behältern nach dem erfindungsgemäßen Blasverfahren wird durch eine Messeinrichtung die Wandstarke von Behältern unmittelbar nach ihrer Herstellung bestimmt. Die Messwerte werden zu einer Steuer- und Regelvorrichtung zuruckgeführt, in der entschieden wird, welche für die Behälterherstellung relevanten Parameter geändert werden sollen. Es erfolgt also eine echte Regelung. Zu den relevanten Parametern gehoren die Heizleistungswerte, die das Temperaturprofil bei der Erwarmung der Vorformlinge bestimmen, sowie die vorstehend angegeben Blasparameter P₁, P₂, Δ₀₁, Δ₁₂, Δ₂₃ und t₂. Die neugewonnenen Werte fur das Temperaturprofil und/oder die Blasparameter werden vorzugsweise gespeichert und als neue Ausgangswerte für zukunftige Wandstärkenmessungen eingesetzt. Man erhält ein iteratives oder selbstlernendes Verfahren zur Behälterherstellung.
Im Rahmen der Erfindung kann mit zwei Schleifen gleichzeitig geregelt werden. In einer ersten Schleife wird das Temperaturprofil der Vorformlinge und in einer zweiten Schleife werden Blasparameter geregelt. Beide Regelkreise sind darauf ausgerichtet, insbesondere die erwünschten Wandstärkenwerte zu erhalten.
Bevorzugt werden der Vorblasdruck P₁ und der Fertigblasdruck P₂ fest eingestellt. Die Änderungsgroße ist dann der Zeitpunkt des Druckübergangs von P₁ nach P₂, d. h. Druck-Schaltzeitpunkt. Bei einer Streckblasmaschine ist im Allgemeinen eine Mehrzahl von Blasstationen vorgesehen. Entsprechend der Erfindung werden dann die einzelnen Blasstationen bevorzugt mit den selben Drucken P₁ und P₂ betrieben, und die Druck-Schaltzeitpunkte werden bei den einzelnen Blasstationen unter Berucksichtigung der dortigen Wandstärkenmessungen geregelt.
Der Erfindungsgegenstand wird im Folgenden anhand eines Ausfuhrungsbeispiels unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren gezeigt, wobei
1 eine schematische Draufsicht auf eine Blasvorrichtung ist und
2 einen Druck- und Reckverlauf als Funktion der Zeit wahrend des Blasvorgangs zeigt.
In 1 ist eine Blasvorrichtung allgemein mit 1 bezeichnet. Vorformlinge 2 werden ihr zugefuhrt und gelangen dabei an ein drehangetriebenes Förderrad 3. Das Förderrad 3 weist über seinen Umfang verteilt Halter 4 zum Halten der Vorformlinge 2 auf. An dem Umfang des Forderrads 3 sind eine Heizeinheit 5 sowie eine Blasstation 6 vorgesehen.
Die Blasstation 6 umfasst eine Formungsvorrichtung 7, die schematisch mit zwei einander gegenüberliegenden Formhalften 8 dargestellt ist. Die Formhälften 8 können unter Bildung eines Formungshohlraums 9 aufeinanderzubewegt und geschlossen werden. Zur Entnahme eines geformten Gegenstands, d. h. eines Behälters wie z. B. einer Flasche, werden die Formhalften 8 geöffnet.
Die Heizeinheit 5 umfasst eine Mehrzahl von nicht dargestellten Heizelementen wie Infrarot-Strahler, die uber einen Umfangsabschnitt des Forderrads 3 stationar angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Infrarot-Strahler in vertikaler Richtung untergliedert und können einzeln und unabhangig angesteuert werden. Dadurch kann ein Temperaturprofil erzeugt werden, das vertikal zu der Bewegungsebene des Forderrads 3 verläuft.
Wenn die Vorformlinge 2 von den Haltern 4 des Forderrads aufgenommen werden, verlaufen ihre Langsachsen vertikal zu der Drehebene des Förderrads 3, das die Vorformlinge 2 durch die Heizeinheit 5 hindurch bewegt. Wahrend der Bewegung werden die Vorformlinge 2 gedreht und erwarmt und erhalten eine Temperaturverteilung, die durch das von den Infrarot-Strahlern in der Heizeinheit 5 erzeugte Temperaturprofil bestimmt ist.
Die Vorformlinge 2 verlassen nach einer vorgegebenen Zeit die Heizeinheit 5 und gelangen in die Blasstation 6. In dieser sind zwischenzeitlich die einander gegenuberliegenden Formhälften 8 voneinander fortbewegt und damit der Formungshohlraum 9 geoffnet worden. Die Vorformlinge 2 werden soweit transportiert, dass jeweils ein Vorformling 2 am Ort eines Formungshohlraums 9 angeordnet wird. Daraufhin werden die Formhalften 8 mit dem zwischen ihnen aufgenommenen Vorformling 2 geschlossen.
In axialer Richtung wird nun in den Vorformling 2 eine kurvengesteuerte Reckstange (nicht dargestellt) eingefuhrt, bis sie an dem geschlossenen Ende des Vorformlings, d. h. dem zukunftigen Bodenbereich des Behalters, anstoßt. Durch eine Weiterbewegung der Reckstange wird auf das geschlossene Ende des Vorformlings eine Kraft ausgeübt, die an dem Vorformling 2 eine Dehnungswirkung in dessen axialer Richtung hervorruft.
In den Vorformling 2 wird z. B. Druckluft eingeblasen, damit sich der Vorformling 2 innerhalb des Formungshohlraums 9 ausdehnt und aufgeblasen wird.
Nachdem der Vorformling 2 die Form des Formungshohlraums 9 und damit diejenige eines Behalters angenommen hat, wird der Behalter zunächst zwecks Druckabbau entluftet und nach Öffnen des Formungshohlraums 9 diesem entnommen und an das Förderrad 3 ubergeben. Der ausgeformte Behalter 12 wird durch das Förderrad 3 an einer Messeinrichtung 13 vorbei geführt, mit der die Wandstärke des Behalters 12 gemessen wird. Nach der Messung übernimmt eine Ausgabeeinrichtung 14 den Behälter 12.
Insgesamt wird die gesamte Blasvorrichtung 1 durch eine elektrische Steuer- und Regeleinrichtung 15 betrieben, die bevorzugt aus einem Prozessrechner oder Computer gebildet und schematisch dargestellt ist. Über Schnittstellen sind die erforderlichen Antriebs- und Heizmittel mit der Steuer- und Regeleinrichtung 15 verbunden, die auch Arbeitsregister und Speicher aufweist. In diesen werden Betriebsanfangsparameter zum Hochfahren der Blasvorrichtung 1 sowie Arbeitsparamter während des Betriebs gespeichert.
Mit der Messeinrichtung 13 wird bevorzugt ein Profil der Wandstarke in axialer Richtung bestimmt. Die Messeinrichtung 13 ist mit der Steuer- und Regeleinrichtung 15 verbunden, in der die Messwerte verarbeitet werden, d. h. mit behälterspezifischen Sollwerten verglichen werden. In Abhangigkeit von der Differenz zwischen Messwert und Sollwert regelt die Steuer- und Regelvorrichtung die Erwarmung der bzw. das Temperaturprofil fur die Vorformlinge und/oder fur den Formungsvorgang relevante Parameter derart, dass diese Differenz in Richtung einer Verringerung beeinflusst wird.
Analog zu der Wandstarke konnen auch andere Parameter, wie z. B. eine Dichtebeurteilung bestimmt werden, durch die die Güte der Behalterherstellung erfasst werden kann. Diese Parameterwerte können dann in ahnlicher Weise wie die Messwerte aus der Wandstarkenerfassung durch Vergleich mit zugeordneten Sollwerten verarbeitet werden.

Claims

Iteratives Verfahren zur Steuerung eines Blasvorgangs bei der Herstellung von Behältern aus einem thermoplastischen Material, bei dem Vorformlinge wärmekonditioniert, einer Mehrzahl von Blasstationen zugeführt, mechanisch gereckt, mit einem Vorblasdruck und einem Fertigblasdruck in einem Formungshohlraum aufgeblasen werden, und mindestens eine Eigenschaft eines hergestellten Behälters erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass als mindestens eine Eigenschaft die Wandstärke eines Behälters unmittelbar nach dessen Herstellung erfasst und mit einer Sollgröße dieser mindestens einen erfassten Eigenschaft verglichen wird, und ein zur Erwärmung der Vorformlinge erzeugtes Temperaturprofil und/oder mindestens ein Blasparameter in Abhängigkeit von der Größe des Vergleichsergebnisses in Richtung auf eine Verringerung dieser Größe verändert wird wobei Druck-Schaltzeitpunkte bei einzelnen Blasstationen unter Berücksichtigung der Wanddickenmessung geregelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Blasparameter ein Vorblasdruck P₁ und/oder ein nachfolgender Fertigblasdruck P₂ verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Durchführung einer Reckphase an einem Vorformling als Blasparameter die Zeitdauer Δ₀₁ zwischen einem Reckphasenbeginn zur Zeit t₀ und einem Einblasbeginn zur Zeit t₁ bei einem Vorblasdruck P₁ verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Blasparameter die Zeitdauer der Reckphase und/oder die Reckgeschwindigkeit verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Blasparameter die Zeitdauer Δ₁₂ vom Beginn des Vorblasdrucks P₁ zu einer Zeit t₁ bis zum Beginn des Fertigblasdrucks P₂ zu einer Zeit t₂ verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Blasparameter die Zeitdauer Δ₂₃ zwischen Beginn und Ende des Fertigblasdrucks P₂ verändert wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn Vorformlinge mehreren Blasstationen zugeführt werden, der Vorblasdruck P₁ und der Fertigblasdruck P₂ in den einzelnen Blasstationen im Wesentlichen konstant gehalten werden und als Blasparameter an den einzelnen Blasstationen der Druck-Umschaltzeitpunkt von P₁ auf P₂ entsprechend den dortigen Wandstärkemessungen verändert wird.