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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Blasformmaschine zum Umformen von Kunststoffvorformlingen zu Kunststoffbehältnissen. Derartige Blasmaschinen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei ist üblicherweise eine Vielzahl von sogenannten Blasstationen an einer Transporteinrichtung wie einem Blasrad angeordnet und diese Blasstationen weisen jeweils Blasformen auf, in deren inneren Kunststoffvorformlinge mittels Druckluft zu Kunststoffbehältnissen umgeformt werden. Dabei erfolgt das Blasen der Kunststoffvorformlinge üblicherweise mit mehreren Druckniveaus, beispielsweise zum Zwecke eines Vorblasens und zum Zwecke eines Fertigblasens.
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Nach dem Expansionsprozess steht jedoch üblicherweise in der bereits expandierten Blasform noch ein nicht unerhebliches Maß an Druckluft zur Verfügung. Diese Drücke werden im Stand der Technik über Entlastungsventile in die Atmosphäre entlüftet. Im Stand der Technik ist es bereits bekannt, diese im Folgenden als Druckluft bezeichnete Luft wiederum in einen Druckspeicher zu führen, um auf diese Weise Prozesse des Blasvorgangs zu unterstützen. So wäre es beispielsweise möglich, die Druckluft aus den Blasstationen wieder einem Ringkanal zuzuführen, der für die Zuführung der Vorblasluft zuständig ist.
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Auf diese Weise kann jedoch die Rückluft nur speziell für die direkte Nutzung in dem Blasvorgang genutzt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es bisweilen wünschenswert wäre, eine größere Freiheit in der Nutzung der so recycelten Energie zu haben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, welche eine vielseitige Nutzung von recycelten Energien ermöglichen. Daneben soll die Energieeffizienz derartiger Anlagen erhöht werden.
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Dies wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Umformen von Kunststoffvorformlingen zu Kunststoffbehältnissen weist wenigstens eine Blasstation auf, welche einen Hohlraum ausbildet, innerhalb dessen die Kunststoffvorformlinge durch Beaufschlagung mit einem gasförmigen Medium zu Kunststoffbehältnissen umformbar sind. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Beaufschlagungseinrichtung auf, welche das gasförmige Medium in die Kunststoffvorformlinge einbringt, sowie eine Zuführleitung, welche das gasförmige Medium den Kunststoffbehältnissen bzw. Kunststoffvorformlingen zuführt. Weiterhin ist wenigstens eine erste Abführleitung vorgesehen, welche das gasförmige Medium von der Blasstation abführt.
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Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine erste Energiewandlereinrichtung auf, welche eine Strömungsenergie des gasförmigen Mediums in elektrische Energie wandelt, wobei diese Energiewandlereinrichtung in Strömungsverbindung mit der Abführleitung steht.
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Es wird daher vorgesehen, Recyclingdruckluft durch eine Energiewandlereinrichtung über beispielsweise eine Turbine zu leiten. Diese Turbine kann einen Generator zur Stromerzeugung antreiben. Auf diese Weise kann elektrische Energie erzeugt werden.
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Vorteilhaft ist die Energiewandlereinrichtung in der Abführleitung angeordnet, also insbesondere stromabwärts bezüglich der Blasstation.
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Es wäre jedoch auch eine Wandlung in Energien anderer Energieformen denkbar, wie beispielsweise in mechanische Energie, Wärmeenergie und dergleichen. Gleichwohl ist die Wandlung in elektrische Energie bevorzugt, da diese mit sehr hohen Wirkungsgraden möglich ist.
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Vorteilhaft weist die Vorrichtung eine Vielzahl von Blasstationen auf, welche mittels einer Transporteinrichtung transportiert werden. Bei dieser Transporteinrichtung kann es sich beispielsweise um ein sogenanntes Blasrad handeln, an dem eine Vielzahl von Blasstationen angeordnet ist. Vorteilhaft werden die Abführleitungen mehrerer Blasstationen und bevorzugt die Abführleitungen aller Blasstationen zusammengeführt und die Energiewandlereinrichtung ist stromabwärts (in der Strömungsrichtung der Abluft) bezüglich dieser Zusammenführung angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, dass eine Energiewandlereinrichtung von allen Blasstationen versorgt wird.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine zweite Abführleitung auf, welche das gasförmige Medium von der Blasstation abführt. Dabei kann beispielsweise diese zweite Abführleitung dazu dienen, um Rückgas von den Blasstationen gegebenenfalls wieder einem weiteren Druckniveau zuzuführen, wie Eingangs beschrieben. Dieses doppelte Recycling der Rückluft einerseits in niedrigere Gasniveaus und andererseits in die Energiewandlereinrichtungen bewirkt einen besonders vorteilhaften Wirkungsgrad. Hierbei ist zu beachten, dass diejenigen Restenergien, welche derzeit über einen Schalldämpfer der Blasstationen in die Atmosphäre abgeblasen werden, noch weiter verwendet werden.
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Dabei steht beispielsweise ein Restdruck von ca. 2 bis 7 bar zur Verfügung. Dieser Restdruck ist gegebenenfalls nicht mehr für die Rückführung in weitere Druckreservoirs verwendbar, andererseits können jedoch Gasturbinen noch mit derartigen Drücken, von beispielsweise mit 2 bis 5 bar betrieben werden. Damit ist die erfindungsgemäße Energiewandlereinrichtung insbesondere in Verbindung mit bereits vorhandenen Luftrecyclingsystemen einsetzbar. Derartige Luftrecyclingsysteme wurden bereits in der deutschen Patentanmeldung Nr.
DE 10 2005 042 926 A1 beschrieben, sodass hier nicht genauer darauf eingegangen wird. Der Offenbarungsgehalt dieser Patentanmeldung wird jedoch hiermit durch Bezugnahme vollständig auch zur Offenbarung der vorliegenden Anmeldung gemacht.
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Es kann durch die Kombination damit eine Restenergie, welche durch die bekannten Luftrecyclingsysteme nicht mehr aufgenommen werden kann, dennoch effektiv recycelt werden. Der Wirkungsgrad derartiger Gasturbinen liegt bei ca. 70%.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Reservoir für das gasförmige Medium auf, und dieses Reservoir ist stationär angeordnet. Unter einem Reservoir wird im Zusammenhang mit dieser Erfindung eine Zurverfügungsstellungeinrichtung für das gasförmige Medium verstanden, welche in der Lage ist, Blasluft mit ausreichendem Druck zur Verfügung zu stellen. Dabei kann es sich beispielsweise bei dem Reservoir auch um einen Kompressor handeln, der die Druckluft erzeugt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Energiewandlereinrichtung gemeinsam mit der Blasstation beweglich angeordnet. So ist es möglich, dass die erste Energiewandlereinrichtung beispielsweise an dem Blasrad angeordnet ist, d. h. relativ nahe an den eigentlichen Blasstationen, so dass deren Druck relativ unmittelbar genutzt werden kann. Es wäre jedoch auch möglich, die Energiewandlereinrichtung genauso wie das Reservoir stationär anzuordnen.
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Vorteilhaft weist die Vorrichtung eine von der Abführleitung wegführende Abzweigleitung für das gasförmige Medium auf. Über diese Abzweigleitung kann noch vorhandener Restdruck der Blasstationen entlüftet werden, um diese Blasstationen für einen neuen Blasvorgang nutzbar zu machen. Vorteilhaft ist diese Abzweigleitung in der Strömungsrichtung des gasförmigen Mediums vor der Energiewandlereinrichtung angeordnet. Dabei kann vorzugsweise an dieser Abzweigleitung eine Ventileinrichtung vorgesehen sein, welche das Entlasten in die Umgebung nur zu bestimmten Zeitpunkten während des Blasprozesses zulässt, insbesondere zu den Zeitpunkten, in denen der entstehende Gasdruck nicht mehr ausreicht um die Energiewandlereinheit zu versorgen.
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Vorteilhaft weist die Vorrichtung eine zweite Energiewandlereinrichtung auf, die in Strömungsverbindung mit einer (der ersten oder zweiten) Abführleitung steht. So könnte beispielsweise in jeder Abführleitung eine Energiewandlereinrichtung angeordnet sein, diese also parallel geschaltet sein. Weiterhin könnten auch in einer Abführleitung hintereinander zwei Energiewandlereinrichtungen vorgesehen sein, die jeweils unabhängig voneinander Energie produzieren. Vorteilhaft wandelt auch die zweite Energiewandlereinrichtung eine Luftströmung der Abluft aus den Blasstationen in elektrische Energie um.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform führt die Energiewandlereinrichtung erzeugte Energie einer Einrichtung einer Behandlungsanlage zum Behandeln der Behältnisse zu. So kann die erzeugte Energie beispielsweise dem Heizmodul der Blasmaschine, bei der es sich insbesondere um eine Streckblasmaschine handelt, zugeführt werden. In diesem Heizmodul werden die Kunststoffvorformlinge erwärmt, um anschließend im erwärmten Zustand expandiert zu werden. Weiterhin könnte die entstehende Energie auch dem Kompressor der Streckblasmaschine zugeführt werden, oder auch diversen anderen Verbrauchern einer Behälterbehandlungsanlage. Daneben wäre auch eine Einspeisung in das öffentliche Netz denkbar.
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Vorteilhaft wird der ersten Energiewandlereinrichtung das gasförmige Medium in einem ersten Zustand (und insbesondere unter einem ersten Druck) und der zweiten Energiewandlereinrichtung in einem zweiten Zustand (und insbesondere unter einem zweiten Druck) zugeführt, wobei sich der erste Zustand und der zweite Zustand voneinander unterscheiden.
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Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Umformen von Kunststoffvorformlingen zu Kunststoffbehältnissen gerichtet, wobei den Kunststoffvorformlingen über eine Zuführleitung ein gasförmiges Medium zugeführt wird, um die Kunststoffvorformlinge zu den Kunststoffbehältnissen zu expandieren. Dabei wird im Rahmen des Umformungsprozesses ein Anteil des gasförmigen Mediums (bzw. Arbeitsfluids) über eine Abführleitung von den Kunststoffbehältnissen abgeführt. Erfindungsgemäß treibt wenigstens ein Anteil des durch die Abführleitung strömenden gasförmigen Mediums eine Energiewandlereinrichtung an, welche in Strömungsverbindung mit der Abführleitung steht.
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Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung: Dabei zeigt:
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1 eine blockdiagrammartige Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt eine blockdiagrammartige Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Die Vorrichtung weist hier eine Vielzahl von Blasstationen 2 auf, von denen jedoch nur eine Blasstation dargestellt ist. Innerhalb dieser Blasstation 2 werden Kunststoffvorformlinge zu Kunststoffbehältnissen 10 umgeformt. Zu diesem Zweck weist jede Blasstation 2 eine Blasdüse 18 auf, welche die Kunststoffvorformlinge über ihre Mündung mit Druckluft beaufschlägt, um diese zu expandieren. Weiterhin ist jeweils ein Blaskolben vorgesehen, an dem hier eine Vielzahl von Ventilen 22, 24, 26 und 28 angeordnet ist. Über das Ventil 24 wird dem Kunststoffvorformling ein Vorblasdruck P1 zugeführt, um die Behältnisse vorzublasen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Vorrichtung um eine Streckblasmaschine, d. h. diese weist zusätzlich auch eine Reckstange auf, welche die Kunststoffvorformlinge während des Expansionsvorgangs in ihrer Längsrichtung dehnt.
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Übliche Vorblasdrücke P1 liegen zwischen 8 und 38 bar. Über ein Ventil 22 wird dem Behältnis eine weitere Druckstufe P2 zugeführt, um diese fertig zu blasen. Der entsprechende Druck P2 liegt dabei im Bereich von maximal 38 bar. Das Bezugszeichen P3 kennzeichnet den Druck der Abluft, welche über die zweite Abführleitung 12 abgeführt wird und welcher in einem Bereich von 7–38 bar liegt. Das Bezugszeichen P4 kennzeichnet den Druck der Abluft, welche über die erste Abführleitung 6 abgeführt wird und welcher in einem Bereich zwischen 2 und 10 bar liegt. Dieser Druck wird zum Betreiben der Energiewandlereinrichtung 20 genutzt.
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Das Bezugszeichen 4 bezieht sich auf eine Zuführleitung, welche dem Kunststoffvorformling das gasförmige Medium und hier insbesondere Druckluft zuführt. Diese Druckluft wird dabei hier in einem Kompressor 16 erzeugt. So kann beispielsweise durch den Kompressor Druckluft mit einem Druck von 40 bar erzeugt werden. Das Bezugszeichen 52 kennzeichnet einen Druckregler, der den Druck auf beispielsweise 38 bar reduziert. Der Kompressor ist dabei, wie oben erwähnt, stationär angeordnet. Die Zuführleitung 4 verläuft hier über eine Verteileinrichtung 14, welche den Druck an die Vielzahl von Blasstationen verteilt. Weiterhin bildet diese Verteileinrichtung 14 auch den Übergang zwischen dem stehenden Teil der Vorrichtung 1, also auch für beispielsweise den Kompressor 16 und den drehenden bzw. den beweglichen Teilen der Anlage, wie den einzelnen Blasstationen 2. Die Verteileinrichtung ist hierbei als Luftdrehverteiler für die Vorrichtung ausgeführt und weist hier insgesamt drei Spuren zur Zuführung bzw. zur Abführung von Luft auf. In dem drehenden Bereich der Vorrichtung können (nicht gezeigt) eine Vielzahl von Ringkanälen für die Zurverfügungstellung der einzelnen Druckstufen vorgesehen sein.
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Man erkennt weiterhin einen Abzweigpunkt 54, an dem eine weitere Zuführleitung 8 abgezweigt wird, welche den Vorblasdruck für das Ventil 24 zur Verfügung stellt. Das Bezugszeichen 38 kennzeichnet einen weiteren Druckregler, der den Druck reduziert. Die Bezugszeichen 26 und 28 kennzeichnen jeweils Ventile, welche für die Rückführung der Luft aus den Blasstationen vorgesehen sind. An diese Ventile schließen sich in der Strömungsrichtung der Luft eine erste Abführleitung 6 und eine zweite Abführleitung 12 an. In diesen Abführleitungen 6 und 12 sind Rückschlagventile 36 und 34 vorgesehen, welche verhindern, dass Luft in entgegengesetzter Richtung zu der Blasstation gelangen kann. Auch die beiden Abführleitungen 6 und 12 werden dabei wiederum über die oben erwähnte Verteileinrichtung 14 geführt, wobei jeweils durch die Pfeile P die Strömungsrichtungen des gasförmigen Mediums angezeigt sind.
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In der Abführleitung 6 ist eine erste Energiewandlereinrichtung 20 in Form einer Turbine mit einem Generator angeordnet. Diese Turbine kann dabei 2 bis 7 bar Druck in elektrische Energie umwandeln. Vorzugsweise ist jedoch diese Turbine nicht nur einer Blasstation zugeordnet, sondern sämtlichen Blasstationen, sodass auf diese Weise ein gleichmäßiger kontinuierlicher Betrieb der Turbine möglich ist. Ein entsprechender Ringkanal, der sämtliche Blasstationen miteinander verbindet, ist jedoch in 1 nicht dargestellt.
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In Strömungsrichtung des gasförmigen Mediums stromabwärts bezüglich der Verteileinrichtung kann eine weitere Energiewandlereinrichtung 42 vorgesehen sein, welche ebenfalls noch Energie erzeugen kann. Die elektrische Energie kann dabei beispielsweise in eine Heizeinrichtung 44 geführt werden, welche die Kunststoffvorformlinge erwärmt. Daneben wäre jedoch, wie oben erwähnt auch eine Zuführung in den Kompressor 16 oder in andere Module möglich.
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In der zweiten Abführleitung 12 ist eine Luftrecyclingeinheit 62 vorgesehen, welche die abgeführte Luft wiederum dem Streckblasvorgang direkt zuführen kann. So wäre, wie oben erwähnt, eine Speisung eines Ringkanals für ein geringeres Druckniveau möglich.
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Auch die zweite Abführleitung 12 wird wiederum über die Verteileinrichtung 12 geführt. Das Bezugszeichen 46 bezieht sich auf eine Aufbereitungseinrichtung, welche die recycelte Luft aufbereitet, wobei in diesem Bereich noch beispielsweise 6 bis 15 Bar Druckluft zur Verfügung stehen können. Diese verbleibende Druckluft kann noch in ein weiteres Reservoir 48, wie beispielsweise ein Haus oder Firmennetz eingespeist werden. Es wäre jedoch auch hier noch eine Einspeisung in den Kompressor 16 denkbar.
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Generell wäre es auch möglich, die Recyclingdruckluft, welche beispielsweise auch Drücke im Bereich von 10 bar aufweist, für den Betrieb eines Druckübersetzers zu verwenden, der eine gefilterte atmosphärische Luft auf 40 bar hoch verdichtet, wobei diese Hochdruckluft vorteilhaft wiederum dem Blasprozess zugeführt werden kann. Ein derartiger Druckübersetzer könnte dabei in der Strömungsrichtung der Luft, sowohl vor als auch nach der Verteileinrichtung angeordnet sein, vorteilhaft wäre er jedoch nach der Verteileinrichtung vorgesehen.
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Daneben wäre es auch möglich, die erzeugte elektrische Energie in eine weitere Heizeinrichtung zu führen, wobei diese weitere Heizeinrichtung beispielsweise die Blasluft zum expandieren der Kunststoffvorformlinge, welche über die Zuleitungen 4 und 8 geführt wird, erwärmt.
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Das Bezugszeichen 58 bezieht sich auf eine Ableitung für das gasförmige Medium. Über diese Ableitung kann eine Restdruckentlüftung der einzelnen Blasstationen vorgenommen werden. Zu diesem Zweck ist in dieser Ableitung ein Ventil 32 vorgesehen, welches zur Entlüftung geöffnet werden kann.
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Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Blasstationen
- 4
- Zuführleitung
- 6
- erste Abführleitung
- 8
- Zuführleitung
- 10
- Kunststoffbehältnisse
- 12
- zweite Abführleitung
- 14
- Verteileinrichtung
- 16
- Kompressor
- 18
- Beaufschlagungseinrichtung
- 20
- erste Energiewandlereinrichtung
- 22, 24, 26, 28, 32
- Ventile
- 34, 36
- Rückschlagventile
- 38
- Druckregler
- 42
- Energiewandlereinrichtung
- 44
- Heizeinrichtung
- 46
- Aufbereitungseinrichtung
- 48
- Reservoir
- 52
- Druckregler
- 54
- Abzweigpunkt
- 58
- Ableitung
- 62
- Luftrecyclingeinheit
- P
- Pfeil
- P1
- Vorblasdruck
- P2
- Druck (Fertigblasen)
- P3
- Druck (Abführleitung 12)
- P4
- Druck (Abführleitung 6)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005042926 A1 [0013]
