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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Blasformung von Behältern, bei
dem ein Vorformling nach einer thermischen Konditionierung innerhalb
einer Blasform von einer Reckstange gereckt und durch Blasdruckeinwirkung
in den Behälter
umgeformt wird.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus eine Vorrichtung zur Blasformung von Behältern, die mindestens eine
Blasstation mit einer Blasform sowie mindestens einer Reckstange
aufweist.
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Bei
einer Behälterformung
durch Blasdruckeinwirkung werden Vorformlinge aus einem thermoplastischen
Material, beispielsweise Vorformlinge aus PET (Polyethylenterephthalat),
innerhalb einer Blasmaschine unterschiedlichen Bearbeitungsstationen
zugeführt.
Typischerweise weist eine der artige Blasmaschine eine Heizeinrichtung
sowie eine Blaseinrichtung auf, in deren Bereich der zuvor temperierte
Vorformling durch biaxiale Orientierung zu einem Behälter expandiert
wird. Die Expansion erfolgt mit Hilfe von Druckluft, die in den
zu expandierenden Vorformling eingeleitet wird. Der verfahrenstechnische
Ablauf bei einer derartigen Expansion des Vorformlings wird in der
DE-OS 43 40 291 erläutert. Die einleitend
erwähnte
Einleitung des unter Druck stehenden Gases umfaßt auch die Druckgaseinleitung in
die sich entwickelnde Behälterblase
sowie die Druckgaseinleitung in den Vorformling zu Beginn des Blasvorganges.
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Der
grundsätzliche
Aufbau einer Blasstation zur Behälterformung
wird in der
DE-OS 42 12 583 beschrieben.
Möglichkeiten
zur Temperierung der Vorformlinge werden in der
DE-OS 23 52 926 erläutert.
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Innerhalb
der Vorrichtung zur Blasformung können die Vorformlinge sowie
die geblasenen Behälter
mit Hilfe unterschiedlicher Handhabungseinrichtungen transportiert
werden. Bewährt
hat sich insbesondere die Verwendung von Transportdornen, auf die
die Vorformlinge aufgesteckt werden. Die Vorformlinge können aber
auch mit anderen Trageinrichtungen gehandhabt werden. Die Verwendung
von Greifzangen zur Handhabung von Vorformlingen und die Verwendung
von Spreizdornen, die zur Halterung in einen Mündungsbereich des Vorformlings
einführbar
sind, gehören
ebenfalls zu den verfügbaren
Konstruktionen.
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Eine
Handhabung von Behältern
unter Verwendung von Übergaberädern wird
beispielsweise in der
DE-OS
199 06 438 bei einer Anordnung des Übergaberades zwischen einem
Blasrad und einer Ausgabestrecke beschrieben.
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Die
bereits erläuterte
Handhabung der Vorformlinge erfolgt zum einen bei den sogenannten Zweistufenverfahren,
bei denen die Vorformlinge zunächst
in einem Spritzgußverfahren
hergestellt, anschließend
zwischengelagert und erst später
hinsichtlich ihrer Temperatur konditioniert und zu einem Behälter aufgeblasen
werden. Zum anderen erfolgt eine Anwendung bei den sogenannten Einstufenverfahren,
bei denen die Vorformlinge unmittelbar nach ihrer spritzgußtechnischen
Herstellung und einer ausreichenden Verfestigung geeignet temperiert
und anschließend
aufgeblasen werden.
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Im
Hinblick auf die verwendeten Blasstationen sind unterschiedliche
Ausführungsformen
bekannt. Bei Blasstationen, die auf rotierenden Transporträdern angeordnet
sind, ist eine buchartige Aufklappbarkeit der Formträger häufig anzutreffen.
Es ist aber auch möglich,
relativ zueinander werschiebliche oder andersartig geführte Formträger einzusetzen. Bei
ortsfesten Blasstationen, die insbesondere dafür geeignet sind, mehrere Kavitäten zur
Behälterformung
aufzunehmen, werden typischerweise parallel zueinander angeordnete
Platten als Formträger
verwendet.
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Bei
der Blasformung der Behälter
wird typischerweise zunächst
ein Vordruck von etwa 5 bar in den Behälter eingeleitet, nach Ablauf
einer mit diesem Vordruck durchgeführten Vorblasphase wird Hochdruck
mit einem Druck von etwa 30 bar bis 40 bar dem Behälter zugeführt. Die
Zuführung
des Vordruckes und des Hochdruckes erfolgt durch geschaltete Ventile,
die zu einem steilen Druckanstieg und somit zu einer kurzfristigen
Füllung
des Behälters
mit dem benötigten
Druckgasvolumen führen.
Insbesondere ist auch bereits versucht worden, sehr schnell schaltende
Ventile einzusetzen, um Verzögerungen beim
Druckaufbau im Behälter
zu minimieren.
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Zusätzlich zu
einer möglichst
schnellen Blasformung des Behälters
besteht ein weiteres Ziel darin, die blasgeformten Behälter mit
möglichst
geringen Spannungen im orientierten Wandungsmaterial zu versehen,
um die Neigung zu späteren
Rißbildungen
zu verringern. Generell stellt die jeweils realisierte Gesamtheit
der Blasparameter einen Kompromiß zwischen einer schnellen
Behälterformung
und einer Formung qualitativ möglichst
hochwertiger Behälter dar.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend
genannten Art derart zu verbessern, daß sowohl geringe Blaszeiten
als auch eine hohe Behälterqualität erreicht
werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß der
Blasdruck im Behälter
innerhalb eines Druckintervalles von 10 bar bis 20 bar höchstens
mit einer Druckanstiegsgeschwindigkeit von 200 bar/sek erhöht wird.
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Weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der
einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß die Produktion
qualitativ hochwertiger Behälter
bei gleichzeitig geringer Prozeßzeit
unterstützt
wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß eine
Steuereinrichtung für
die Blasdruckzuführung
mit einer Steuercharakteristik derart versehen ist, daß ein Druckanstieg
innerhalb des Behälters
in einem Druckbereich von 10 bar bis 20 bar eine maximale Steigung
von etwa 200 bar/sek aufweist.
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Durch
die gegenüber
einem sprunghaften Druckanstieg erfolgte Begrenzung des Druckanstieges
kann in über raschender
Weise trotz der während des
Druckaufbaues verlängerten
Zeitspanne für
die Füllung
des Behälters
mit dem Druckgas insgesamt eine Prozeßzeitverkürzung bei gleichzeitig verbesserter
Flaschenqualität
erreicht werden. Der verzögerte
Druckaufbau zu Beginn des Blasvorganges führt zu einer deutlichen Verringerung
von Spannungsbildungen im Wandungsmaterial und ermöglicht hierdurch
eine Vorgabe der weiteren Blas- und Temperierungsparameter derart,
daß schneller
eine für
die Entformung des Behälters
erforderliche Formstabilität
erreicht wird.
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Grundsätzlich ist
es bei einer Begrenzung der maximalen Steigung des Druckanstieges
auf einen geeigneten Wert auch möglich,
die gemäß dem Stand
der Technik vorgesehene Aufteilung des Blasvorganges in eine Vorblasphase
mit einem niedrigen Druck und einer Hauptblasphase mit einem höheren Druck
miteinander zu kombinieren und beginnend mit dem Anfang der Blasphase
eine kontinuierlich steigende Druckentwicklung mit geeigneter Begrenzung
der Druckanstiegsgeschwindigkeit im Innenraum des Behälters zu
erreichen. Der Begriff des Behälters
wird hierbei synonym für
den zu Beginn des Blasvorganges vorhandenen Vorformling, die sich nach
einer Druckbeaufschlagung entwickelnde Behälterblase sowie den während des
Ablaufes der Behälterformung
zunehmend weiter ausgeformten endgültigen Behälter verwendet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
sowie die Vorrichtung erweisen sich als besonders vorteilhaft, wenn
flaschenförmige
Behälter
mit einem Behälterboden
mit Standfüßen, einem
sogenannten Petaloid-Boden, gefertigt werden. Hier kann im Bodenbereich
eine besonders hohe Widerstandsfähigkeit
gegen Streßcrack
erreicht werden.
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Eine
weitere verringerung von Spannungen im Wandungsmaterial des Behälters kann
dadurch erreicht werden, daß der
Druck höchstens
mit einer Druckanstiegsgeschwindigkeit von 100 bar/sek erhöht wird.
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Insbesondere
erweist es sich als vorteilhaft, daß die Begrenzung der Druckanstiegsgeschwindigkeit
bis zu einem Druck von etwa 30 bar durchgeführt wird.
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Darüber hinaus
ist es zweckmäßig, daß die Begrenzung
der Druckanstiegsgeschwindigkeit ab einem Druck von etwa 5 bar durchgeführt wird.
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Besonders
gute Materialeigenschaften werden dadurch unterstützt, daß die Begrenzung
der Druckanstiegsgeschwindigkeit innerhalb eines Druckintervalls
von 5 bis 40 bar durchgeführt
wird. Die vorstehenden Definitionen der Druckbereiche sind gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
jeweils derart zu verstehen, daß innerhalb
des gesamten jeweils definierten Druckintervalls eine mittlere Druckanstiegsgeschwindigkeit
die spezifizierten Werte nicht übersteigt.
Kurzfristige Druckspitzen erweisen sich als unkritisch, da diese
durch die vorliegenden Materialträgheiten nicht zu nennenswerten Effekten
führen.
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Eine
weitere Optimierung des Blasvorganges erfolgt dadurch, daß eine Begrenzung
der Druckanstiegsgeschwindigkeit innerhalb eines Zeitintervalles
ab Beginn des Blasvorganges bis zum Ablauf von 1 Sekunde durchgeführt wird.
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Insbesondere
ist daran gedacht, daß eine Begrenzung
der Druckanstiegsgeschwindigkeit innerhalb eines Zeitintervalles
ab Beginn des Blasvorganges bis zum Ablauf von 0,7 Sekunden durchgeführt wird.
Die vorstehenden Zeitdefinitionen sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
derart zu ver stehen, daß innerhalb
des gesamten Zeitraumes ab Beginn des Blasvorganges bis zum definierten Zeitwert
die Druckanstiegsgeschwindigkeit wie definiert begrenzt ist. Auch
hierbei sind wiederum kurzfristige Druckanstiegsspitzen aufgrund
der Materialträgheiten
unkritisch.
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Ein
typisches prozeßtechnisches
Zeitintervall für
die Begrenzung der Druckanstiegsgeschwindigkeit wird dadurch definiert,
daß die
Druckanstiegsgeschwindigkeit innerhalb eines Zeitintervalles nach Beginn
des Blasvorganges von 0,2 bis 1,5 Sekunden begrenzt wird.
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In
den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1 Eine
perspektivische Darstellung einer Blasstation zur Herstellung von
Behältern
aus Vorformlingen,
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2 einen
Längsschnitt
durch eine Blasform, in der ein Vorformling gereckt und expandiert wird,
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3 eine
Skizze zur Veranschaulichung eines grundsätzlichen Aufbaus einer Vorrichtung
zur Blasformung von Behältern,
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4 eine
modifizierte Heizstrecke mit vergrößerter Heizkapazität und
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5 eine
Gegenüberstellung
eines im oberen Bereich dargestellten Druckverlaufes gemäß dem Stand
der Technik und einem im unteren Bereich dargestellten Druckverlauf
mit begrenzter Druckanstiegsgeschwindigkeit.
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Der
prinzipielle Aufbau einer Vorrichtung zur Umformung von Vorformlingen
(1) in Behälter
(2) ist in 1 und in 2 dargestellt.
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Die
Vorrichtung zur Formung des Behälters (2)
besteht im wesentlichen aus einer Blasstation (3), die
mit einer Blasform (4) versehen ist, in die ein Vorformling
(1) einsetzbar ist. Der Vorformling (1) kann ein
spritzgegossenes Teil aus Polyethylenterephthalat sein. Zur Ermöglichung
eines Einsetzens des Vorformlings (1) in die Blasform (4)
und zur Ermöglichung
eines Herausnehmens des fertigen Behälters (2) besteht
die Blasform (4) aus Formhälften (5, 6) und
einem Bodenteil (7), das von einer Hubvorrichtung (8)
positionierbar ist. Der Vorformling (1) kann im Bereich
der Blasstation (3) von einem Transportdorn (9)
gehalten sein, der gemeinsam mit dem Vorformling (1) eine
Mehrzahl von Behandlungsstationen innerhalb der Vorrichtung durchläuft. Es
ist aber auch möglich,
den Vorformling (1) beispielsweise über Zangen oder andere Handhabungsmittel
direkt in die Blasform (4) einzusetzen.
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Zur
Ermöglichung
einer Druckluftzuleitung ist unterhalb des Transportdornes (9)
ein Anschlußkolben
(10) angeordnet, der dem Vorformling (1) Druckluft
zuführt
und gleichzeitig eine Abdichtung relativ zum Transportdorn (9)
vornimmt. Bei einer abgewandelten Konstruktion ist es grundsätzlich aber
auch denkbar, feste Druckluftzuleitungen zu verwenden.
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Eine
Reckung des Vorformlings (1) erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel
mit Hilfe einer Reckstange (11), die von einem Zylinder
(12) positioniert wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform
wird eine mechanische Positionierung der Reckstange (11) über Kurvensegmente
durchgeführt,
die von Abgriffrollen beaufschlagt sind. Die Verwendung von Kurvensegmenten
ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn
eine Mehr zahl von Blasstationen (3) auf einem rotierenden
Blasrad angeordnet sind
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Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das Recksystem
derart ausgebildet, daß eine Tandem-Anordnung
von zwei Zylindern (12) bereitgestellt ist. Von einem Primärzylinder
(13) wird die Reckstange (11) zunächst vor
Beginn des eigentlichen Reckvorganges bis in den Bereich eines Bodens
(14) des Vorformlings (1) gefahren. Während des
eigentlichen Reckvorganges wird der Primärzylinder (131) mit
ausgefahrener Reckstange gemeinsam mit einem den Primärzylinder
(13) tragenden Schlitten (15) von einem Sekundärzylinder
(16) oder über
eine Kurvensteuerung positioniert. Insbesondere ist daran gedacht,
den Sekundärzylinder
(16) derart kurvengesteuert einzusetzen, daß von einer
Führungsrolle
(17), die während
der Durchführung
des Reckvorganges an einer Kurvenbahn entlang gleitet, eine aktuelle
Reckposition vorgegeben wird. Die Führungsrolle (17) wird
vom Sekundärzylinder
(16) gegen die Führungsbahn
gedrückt.
Der Schlitten (15) gleitet entlang von zwei Führungselementen
(18).
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Nach
einem Schließen
der im Bereich von Trägern
(19, 20) angeordneten Formhälften (5, 6)
erfolgt eine Verriegelung der Träger
(19, 20) relativ zueinander mit Hilfe einer Verriegelungseinrichtung (20).
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Zur
Anpassung an unterschiedliche Formen eines Mündungsabschnittes (21)
des Vorformlings (1) ist gemäß 2 die Verwendung
separater Gewindeeinsätze
(22) im Bereich der Blasform (4) vorgesehen.
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2 zeigt
zusätzlich
zum geblasenen Behälter
(2) auch gestrichelt eingezeichnet den Vorformling (1)
und schematisch eine sich entwickelnde Behälterblase (23).
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3 zeigt
den grundsätzlichen
Aufbau einer Blasmaschine, die mit einer Heizstrecke (24)
sowie einem rotierenden Blasrad (25) versehen ist. Ausgehend
von einer Vorformlingseingabe (26) werden die Vorformlinge
(1) von Übergaberädern (27, 28, 29)
in den Bereich der Heizstrecke (24) transportiert. Entlang
der Heizstrecke (24) sind Heizstrahler (30) sowie
Gebläse
(31) angeordnet, um die Vorformlinge (1) zu temperieren.
Nach einer ausreichenden Temperierung der Vorformlinge (1)
werden diese an das Blasrad (25) übergeben, in dessen Bereich
die Blasstationen (3) angeordnet sind. Die fertig geblasenen
Behälter
(2) werden von weiteren Übergaberädern einer Ausgabestrecke (32)
zugeführt.
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Um
einen Vorformling (1) derart in einen Behälter (2)
umformen zu können,
daß der
Behälter
(2) Materialeigenschaften aufweist, die eine lange Verwendungsfähigkeit
von innerhalb des Behälters
(2) abgefüllten
Lebensmitteln, insbesondere von Getränken, gewährleisten, müssen spezielle
Verfahrensschritte bei der Beheizung und Orientierung der Vorformlinge
(1) eingehalten werden. Darüber hinaus können vorteilhafte
Wirkungen durch Einhaltung spezieller Dimensionierungsvorschriften
erzielt werden.
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Als
thermoplastisches Material können
unterschiedliche Kunststoffe verwendet werden. Einsatzfähig sind
beispielsweise PET, PEN oder PP.
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Die
Expansion des Vorformlings (1) während des Orientierungsvorganges
erfolgt durch Druckluftzuführung.
Die Druckluftzuführung
ist in eine Vorblasphase, in der Gas, zum Beispiel Preßluft, mit
einem niedrigen Druckniveau zugeführt wird und in eine sich anschließende Hauptblasphase
unterteilt, in der Gas mit einem höheren Druckniveau zugeführt wird.
Während
der Vorblasphase wird typischerweise Druckluft mit einem Druck im
Intervall von 10 bar bis 25 bar verwendet und während der Hauptblasphase wird Druckluft
mit einem Druck im Intervall von 25 bar bis 40 bar zugeführt.
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Aus 3 ist
ebenfalls erkennbar, daß bei der
dargestellten Ausführungsform
die Heizstrecke (24) aus einer Vielzahl umlaufender Transportelemente
(33) ausgebildet ist, die kettenartig aneinandergereiht
und entlang von Umlenkrädern
(34) geführt
sind. Insbesondere ist daran gedacht, durch die kettenartige Anordnung
eine im wesentlichen rechteckförmige
Grundkontur aufzuspannen. Bei der dargestellten Ausführungsform
werden im Bereich der dem Übergaberad
(29) und einem Eingaberad (35) zugewandten Ausdehnung
der Heizstrecke (24) ein einzelnes relativ groß dimensioniertes
Umlenkrad (34) und im Bereich von benachbarten Umlenkungen zwei
vergleichsweise kleiner dimensionierte Umlenkräder (36) verwendet.
Grundsätzlich
sind aber auch beliebige andere Führungen denkbar.
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Zur
Ermöglichung
einer möglichst
dichten Anordnung des Übergaberades
(29) und des Eingaberades (35) relativ zueinander
erweist sich die dargestellte Anordnung als besonders zweckmäßig, da im
Bereich der entsprechenden Ausdehnung der Heizstrecke (24)
drei Umlenkräder
(34, 36) positioniert sind, und zwar jeweils die
kleineren Umlenkräder
(36) im Bereich der Überleitung
zu den linearen Verläufen
der Heizstrecke (24) und das größere Umlenkrad (34)
im unmittelbaren Übergabebereich
zum Übergaberad
(29) und zum Eingaberad (35). Alternativ zur Verwendung
von kettenartigen Transportelementen (33) ist es beispielsweise
auch möglich,
ein rotierendes Heizrad zu verwenden.
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Nach
einem fertigen Blasen der Behälter
(2) werden diese von einem Entnahmerad (37) aus
dem Bereich der Blas stationen (3) herausgeführt und über das Übergaberad
(28) und ein Ausgaberad (38) zur Ausgabestrecke
(32) transportiert.
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In
der in 4 dargestellten modifizierten Heizstrecke (24)
können
durch die größere Anzahl von
Heizstrahlern (30) eine größere Menge von Vorformlingen
(1) je Zeiteinheit temperiert werden. Die Gebläse (31)
leiten hier Kühlluft
in den Bereich von Kühlluftkanälen (39)
ein, die den zugeordneten Heizstrahlern (30) jeweils gegenüberliegen
und über
Ausströmöffnungen
die Kühlluft
abgeben. Durch die Anordnung der Ausströmrichtungen wird eine Strömungsrichtung
für die
Kühlluft
im wesentlichen quer zu einer Transportrichtung der Vorformlinge
(1) realisiert. Die Kühlluftkanäle (39)
können
im Bereich von den Heizstrahlern (30) gegenüberliegenden
Oberflächen
Reflektoren für
die Heizstrahlung bereitstellen, ebenfalls ist es möglich, über die
abgegebene Kühlluft
auch eine Kühlung
der Heizstrahler (30) zu realisieren.
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5 zeigt
eine Gegenüberstellung
eines im oberen Zeichnungsteil dargestellten konventionellen Blasdruckverlaufes
sowie eines im unteren Zeichnungsteil dargestellten Blasdruckverlaufes
mit Begrenzung einer maximalen Druckanstiegsgeschwindigkeit. Gemäß dem Stand
der Technik erfolgt ein nahezu sprunghafter Anstieg des Blasdruckes
von einem wert von etwa 5 bar auf einen wert von etwa 25 bar mit
anschließendem
langsamen Anstieg auf einen Enddruck im Bereich von 30 bar bis 40
bar.
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Gemäß dem im
unteren Zeichnungsteil dargestellten Blasdruckverlauf mit Begrenzung
der maximalen Druckanstiegsgeschwindigkeit erfolgt zwischen dem
Druckniveau von 5 bar bis etwa 30 bar kein sprunghafter Druckanstieg,
sondern eine maximale Druckanstiegsgeschwindigkeit beträgt etwa 100 bar/sek.
Die Begrenzung der Druckanstiegsgeschwindigkeit kann anwendungsabhängig erfolgen, generell
erweist es sich als vorteilhaft, einen Wert unterhalb von 200 bar/sek
zu wählen.
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Typischerweise
erfolgt die Begrenzung der Druckanstiegsgeschwindigkeit in einem
Zeitraum von etwa 0,2 bis 1,5 Sekunden nach Beginn des Blasvorganges
und in einem Druckintervall von 5 bis 40 bar.
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Alternativ
zur dargestellten Zuführung
eines ersten Blasdruckes mit einem relativ geringen Druck und eines
zweiten höheren
Blasdruckes ist es auch denkbar, lediglich einen einheitlichen Blasdruck
zuzuführen
und den sich ergebenden Druckaufbau innerhalb des Behälters durch
die Dimensionierung der Strömungswege
zu beeinflussen.