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Die
Erfindung betrifft eine Düsenanordnung zum
Herstellen von Kunststoffhohlkörpern.
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Kunststoffhohlkörper, wie
Flaschen und dergleichen werden beispielsweise durch Extrusionsblasformen
von thermoplastischem Kunststoff hergestellt. Hierzu wird flüssiger Kunststoff,
der beispielsweise durch Aufschmelzen von Kunststoffgranulat in einem
Schmelzraum hergestellt ist, durch eine Ringdüse gefördert. Die Ringdüse weist
einen Düsenkörper und
ein innerhalb einer Düsenöffnung des
Düsenkörpers angeordneten
Dorn auf. Hierdurch ist ein ringförmiger Düsenspalt ausgebildet. Durch
die Extrusion des Kunststoffmaterials wird ein thermoplastischer
schlauchförmiger
Formkörper
hergestellt. Der so hergestellte Schlauchkörper wird zwischen zwei Werkzeughälften geleitet.
Durch Schließen
der beiden Formhälften
wird der Schlauchkörper
unterhalb der Düsenanordnung
abgequetscht. Hierdurch wird der schlauchförmige Formkörper, an dem in Richtung Düsenanordnung
weisenden Ende verschlossen, wobei hier eine Quetschnaht entsteht,
deren Länge im
Wesentlichen dem Durchmesser des schlauchförmigen Formkörpers entspricht.
Auf der gegenüberliegenden
Seite wird eine Düse
in den Schlauch-Formkörper
eingeführt.
Auch in diesem Bereich entsteht eine Quetschnaht. Mit Hilfe der
Düse erfolgt
ein Aufblasen des thermoplastischen Schlauch-Formkörpers, wodurch
sich dieser an die Innenwandung der beiden Werkzeughälften anlegt.
Nach dem Auswerfen des Kunststoffhohlkörpers kann dieser sodann der
Form entnommen werden.
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Derartige
Blasformteile haben üblicherweise unregelmäßige Wandstärken, da
der Vorformling, d. h. der noch aufzublasende Schlauch-Formkörper beim
Aufblasen unterschiedlich stark gedehnt wird. Dies ist insbesondere
im Bereich der Quetschnaht der Fall. Die Bereiche mit der größten Wandstärke bestimmen
die Abkühlzeit,
die einen wesentlichen Bestandteil der Fertigungszeit darstellt.
Die Bereiche der geringsten Wandstärke bestimmen die maximale mechanische
Beanspruchbarkeit. Ferner ist es aus Gründen der Gewichtsersparnis
und Materialersparnis gefordert, Kunststoffhohlkörper mit möglichst geringen Wandstärken herzustellen.
Eine wesentliche wirtschaftliche Anforderung an Düsenanordnungen besteht
somit darin, Kunststoffhohlkörper
mit gleichmäßigen Wandstärken herstellen
zu können.
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Ferner
stellen die beim Abscheren des Schlauch-Formkörpers erzeugten Quetschnähte häufig Schwachstellen
der Kunststoffhohlkörper
dar. Durch die Quetschnähte
werden Wülste
gebildet. Dies führt
zu einer Materialansammlung und somit zu Bereichen mit großen Wandstärken. Insbesondere bei
langen Quetschnähten
ist dies nachteilig, da hierdurch Spannungsrisse entstehen können. Bei
mechanischen Beanspruchungen versagen Blasformteile häufig durch
Rissbildung im Übergangsbereich zwischen
der Formteilwand und der Quetschnaht. Dies ist insbesondere bei
langen und dicken Quetschnähten
problematisch.
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Aus
der schematischen Darstellung des Standes der Technik in 1 und 2 ist
das Auftreten von Kräften,
insbesondere von Scherkräften
in Längsrichtung
in der flüssigen
Kunststoffmasse im Düsenspalt
ersichtlich. Die schematisch dargestellte Düsenanordnung weist einen Düsenkörper 10 auf,
in dessen Düsenöffnung 12 ein
Dorn 14 angeordnet ist. Der Dorn 14 weist einen
kreisrunden Querschnitt auf. Da die Düsenöffnung ebenfalls kreiszylindrisch
ausgebildet ist, entsteht ein kreisringförmiger Ringspalt 16.
Durch den Ringspalt 16 wird das aufgeschmolzene Kunststoffmaterial
gepresst. Hierbei entsteht die schematisch dargestellte Geschwindigkeitsverteilung 18.
Wie ersichtlich ist, ist die Geschwindigkeit des Kunststoffmaterials
an der Oberseite 20 des Dorns sowie an der Oberseite 22 der
Düsenöffnung null.
Aufgrund der Geschwindigkeitsverteilung 18 wirken auf die
Bestandteile, insbesondere die Makromolekühle des Kunststoffmaterials
in Längsrichtung 24 bzw.
in Förderrichtung 24 gerichtete
Kräfte.
Diese auftretenden Scherkräfte
führen
dazu, dass sich ein Vorformling bzw. schlauchförmiger Formkörper nach dem
Austritt aus der Düse
in Längsrichtung
wieder zusammenzieht, da die einzelnen Makromolekühle des
Grundstoffmaterials in ihre ursprüngliche Lage zurückdrängen. Hierdurch
erfolgt eine Verkürzung des
Schlauchkörpers
in Längsrichtung 24 sowie
eine Vergrößerung der
Wandstärke
des Schlauchkörpers. Ferner
vergrößert sich
der Gesamtdurchmesser D des Vorformlings 26. Dieser Effekt
führt zu
ungleichmäßigen Wandstärken des
Förmlings
sowie zu einer langen Quetschnaht, die in 1 durch die
gestrichelte Linie 28 angedeutet ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Düsenanordnung
zum Herstellen von Kunststoffhohlkörpern zu schaffen, durch die
eine gleichmäßigere Wandstärke erzielt
werden kann.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs
1.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
zum Herstellen von Kunststoffhohlkörpern weist einen Düsenkörper mit
Düsenöffnung auf.
Die Düsenöffnung ist mit
einem Raum, wie einem Schmelzraum verbunden, in dem das Kunststoffmaterial
vorgesehen ist. Hierbei wird beispielsweise als Granulat oder Pulver vorgesehenes
Kunststoffmaterial in dem Schmelzraum aufgeschmolzen. In der Düsenöffnung ist
ein Dorn angeordnet, um einen Düsenspalt
auszubilden. Der Düsenspalt
ist vorzugsweise kreisringförmig
und symmetrisch zur Längsachse
des vorzugsweise zylindrischen Dorns angeordnet. Erfindungsgemäß ist der
Düsenkörper und/oder
der Dorn mit einer Antriebseinrichtung wie einem Elektromotor verbunden. Durch
die Antriebseinrichtung wird eine Relativbewegung zwischen dem Düsenkörper und
dem Dorn erzeugt. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine Rotationsbewegung
des Düsenkörpers und/oder
des Dorns. Aufgrund der Relativbewegung wird auf die sich in dem
Düsenspalt
befindende Kunststoffmasse eine Geschwindigkeitskomponente aufgebracht,
die zumindest einen Anteil quer zur Längsrichtung, d. h. quer zur
Ausstoßrichtung
des Kunststoffmaterials aus dem Düsenspalt aufweist. Hierdurch
werden Querkräfte
in das Kunststoffmaterial eingeleitet.
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Das
aus dem Düsenspalt
austretende Kunststoffmaterial weist somit in Längs- bzw. Transportrichtung ein Geschwindigkeitsprofil
auf, das im Wesentlichen parabelförmig ausgebildet ist, wobei
die Geschwindigkeit in Transportrichtung an der Oberfläche des
Dorns sowie an der Oberfläche
des Düsenkörpers null
ist. Diesem Geschwindigkeitsprofil ist erfindungsgemäß ein Geschwindigkeitsprofil überlagert.
Dieses Geschwindigkeitsprofil weist zumindest Anteile einer Geschwindigkeit
auf, die senkrecht zur Transportrichtung bzw. tangential zur Oberfläche des Dorns
bzw. des Düsenkörpers ausgerichtet
sind. Diese durch die Relativbewegung zwischen Düsenkörper und Dorn hervorgerufenen
Querkräfte
führen
dazu, dass die Neigung des Vorformlings sich nach dem Austritt aus
dem Düsenspalt
zu verkürzen,
verringert wird. Ferner hat das Aufbringen derartiger Querkräfte den
Vorteil, dass der Außendurchmesser
des Vorformlings verringert werden kann.
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Vorzugsweise
ist die Antriebseinrichtung, die insbesondere eine Rotationseinrichtung
aufweist, regelbar. Hierdurch ist es möglich, unterschiedlich hohe
Querkräfte
in das Grundstoffmaterial einzubringen. Schon bei niedriger Rotationsgeschwindigkeit kann
erreicht werden, dass aufgrund der in das Kunststoffmaterial eingebrachten
Querkräfte,
sich der Vorformling nach dem Austritt aus dem Düsenspalt quer zur Längsrichtung
zusammenzieht, so dass der Außendurchmesser
des Vorformlings geringer als der Außendurchmesser des Düsenspalts
sein kann. Dies hat beim Abscheren des Vorformlings durch die Werkzeughälften oder
entsprechende Einrichtungen den Vorteil, dass die Länge der
auftretenden Quetschnähte
erheblich reduziert ist. Durch kürzere
Quetschnähte
ist die mechanische Stabilität
des durch Blasformen hergestellten Kunststoffhohlkörpers verbessert,
da der Bereich von Materialanhäufungen
verringert ist.
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Durch
das erfindungsgemäße Überlagern der
in dem Rohstoffmaterial auftretenden Längskräfte mit Querkräften kann
somit eine Vergleichmäßigung der
Wandstärke
sowie gegebenenfalls auch eine Verringerung der Länge der Quetschnähte erzielt
werden. Hierdurch kann die Qualität und die Stabilität der Kunststoffhohlkörper verbessert
und die Fertigungszeit verringert werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform, unter Bezug auf die
anliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer Düsenanordnung nach dem Stand
der Technik,
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2 eine
schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II in 1.,
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3 eine
schematische Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Düsenanordnung
und
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4 eine
schematische Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 3.
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In
der 3, in der eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düsenanordnung schematisch
dargestellt ist, sind ähnliche
oder identische Bauteile mit denselben Bezugszeichen wie in den 1 und 2 bezeichnet.
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Die
Düsenanordnung
weist einen Düsenkörper 10 mit
einer Düsenöffnung 12 auf.
Innerhalb der Düsenöffnung ist
ein Dorn 14 angeordnet. Der Dorn 14 ist im Bereich
der Düsenöffnung 12 als
Kreiszylinder ausgebildet und weist einen Durchmesser auf, der geringer
als der Durchmesser der Düsenöffnung ist.
Hierdurch ist ein kreisringförmiger
Düsenspalt 16 ausgebildet.
In den Düsenspalt 16 wird
aus einem Schmelzraum 30, beispielsweise aufgeschmolzenes Kunststoffgranulat
in Richtung des Düsenspalts 16 gefördert. Aus
dem Düsespalt 16 tritt
sodann ein Vorformling 26 aus, der einen Hohlraum 32 aufweist.
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Zur
Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Düsenkörper 10 und dem Dorn 14 ist
der Dorn im dargestellten Ausführungsbeispiel
mit einer Antriebseinrichtung 34 wie einem Elektromotor
verbunden. Durch den Elektromotor 34 kann der Dorn 14 entsprechend
dem Pfeil 36 in eine Rotationsbewegung versetzt werden.
Hierdurch erfolgt eine Rotation des Dorns 14 um seine Längsachse 38.
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Durch
die Rotation des Dornes 14 wird im Düsenspalt 16 zusätzlich zu
der aus 3 ersichtlichen Geschwindigkeitsverteilung 18 in
Längsrichtung 24 ein
quer zur Längsrichtung
verlaufendes Geschwindigkeitsprofil 40 (4)
erzeugt. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, erfolgt aufgrund
der Rotation des Dorns 14 in Richtung des Pfeils 36 an
der Oberseite 20 des Dorns 14 eine Mitnahme des
Kunststoffmaterials. Da im dargestellten Ausführungsbeispiel der Düsenkörper 10 feststehend
ist, ist die quer zur Längsrichtung 24 verlaufende
Geschwindigkeitskomponente an der Oberseite 20 des Dornenkörpers 10 null.
Der Dornenkörper 10 kann
ebenfalls mit einer Antriebseinrichtung verbunden sein und vorzugsweise
in dieselbe Rotationsrichtung 36 gedreht werden. Gegebenenfalls
werden der Dorn 14 und der Düsenkörper 10 mit derselben
Antriebseinrichtung vorzugsweise durch Zwischenschaltung eines Getriebes
angetrieben.