DE102011015666B4

DE102011015666B4 - Verfahren sowie Vorrichtung zur Herstellung von Behältern

Info

Publication number: DE102011015666B4
Application number: DE102011015666.6A
Authority: DE
Inventors: Dieter Klatt; Alfred Drenguis
Original assignee: KHS Corpoplast GmbH; KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2031-04-01
Also published as: WO2012130374A1; DE102011015666A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen von gefüllten Behältern aus Vorformlingen aus einem thermoplastischen Material, wobei der jeweilige Vorformling zumindest thermisch konditioniert und anschließend während einer Umformphase in einer Form durch ein in den Vorformling und/oder in den sich formenden Behälter eingeleitetes Druckmedium unter radialem und axialem Strecken in den jeweiligen Behälter umgeformt wird, und zwar unter Verwendung wenigstens einer das axiale und/oder radiale Strecken steuernden Führungs- und Formeinrichtung, die während des Umformprozesses zumindest zeitweise auf den Vorformling oder den sich formenden Behälter einwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie eine Anlage gemäß Oberbegriff Patentanspruch 12.
Bekannt ist die Herstellung von Behältern durch Blasformen mit einem gas- und/oder dampfförmigen Druckmedium aus Vorformlingen aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise aus Vorformlingen aus PET (Polyethylenterephthalat), wobei die Vorformlinge innerhalb einer Blasmaschine unterschiedlichen Bearbeitungsstationen zugeführt werden ( DE 43 40 291 A1 ). Typischerweise weist eine Blasmaschine eine Heizeinrichtung zum Temperieren oder Vorerhitzen (thermisches Konditionieren) der Vorformlinge sowie eine Blaseinrichtung mit wenigstens einer Blasstation auf, in deren Bereich der jeweils zuvor temperierte Vorformling biaxial oder multiaxial zu einem Behälter expandiert wird. Die Expansion erfolgt mit Hilfe eines Druckgases (Druckluft) als Druckmedium, das mit einem Formdruck in den zu expandierenden Vorformling eingeleitet wird. Der verfahrenstechnische Ablauf bei einer derartigen Expansion des Vorformlings wird in der DE 43 40 291 A1 erläutert.
Der grundsätzliche Aufbau der Blasstation ist in der DE 42 12 583 A1 beschrieben. Möglichkeiten der Temperierung der Vorformlinge sind in der DE 23 52 926 A1 erläutert.
Die DE 76 07 539 U beschreibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlkörpers aus thermoplastischem Werkstoff im Blasverfahren. Da solche Behälter meist eine kleine Öffnung haben und eine durch die Öffnung in den Vorformling bzw. in den sich formenden Behälter eintauchende Reckstange nur eine kleine Auflagefläche im Boden des Vorformlings haben kann, schlägt die DE 76 07 539 U eine von außen am Vorformling angreifende Reckvorrichtung vor.
Gemäß einem typischen Weiterverarbeitungsverfahren werden die durch Blasformen hergestellten Behälter einer nachfolgenden Fülleinrichtung zugeführt und hier mit dem vorgesehenen Produkt oder Füllgut gefüllt. Es werden also eine separate Blasmaschine und eine separate Füllmaschine verwendet. Bekannt ist es dabei auch, die separate Blasmaschine und die separate Füllmaschine zu einem Maschinenblock, d. h. zu einer verblockte Blas-Füll-Einrichtung zusammen zu fassen, wobei weiterhin das Blasformen und das Füllen an gesonderten Maschinenkomponenten und zeitlich nacheinander erfolgen.
Es wurde weiterhin bereits vorgeschlagen, Behälter, insbesondere auch in Form von Flaschen aus thermisch konditionierten bzw. vorerhitzten Vorformlingen herzustellen und dabei gleichzeitig mit einem flüssigen Füllgut zu füllen, welches als flüssiges oder hydraulisches Druckmedium zum Ausformen des Behälters durch Expandieren oder durch radiales und axiales Strecken oder Recken des Vorformlings mit einem Form- und Fülldruck zugeführt wird, sodass zeitgleich mit dem Füllen der jeweilige Vorformling in den Behälter verformt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum kontrollierten und/oder gesteuerten Umformen des jeweiligen Vorformlings in einen gefüllten Behälter aufzuzeigen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Vorrichtung zum Herstellen von Behältern ist Gegenstand des Patentanspruchs 12.
Der Ausdruck „im Wesentlichen” bzw. „etwa” bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen von jeweils exakten Werten um +/–10%, bevorzugt um +/–5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen. „Druckumformen” bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung das Umformen des jeweiligen zumindest thermisch konditionierten, d. h. zumindest vorerhitzten Vorformlings (Preforms) in einer Form einer Formstation durch Beaufschlagung des Innenraums des Vorformlings und des sich bildenden Behälters mit einem unter einem Formdruck stehenden Druckmedium, sodass sich durch axiales und radiales Strecken bzw. Recken aus dem Vorformling der jeweilige Behälter bildet, und zwar mit einer Behälterform oder -kontur entsprechend der Innenkontur der Form bzw. des Formraumes.
„Druckmedium” bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung u. a. ein dampf- und/oder gasförmiges Medium, z. B. Luft, und/oder ein hydraulisches Druckmedium, beispielsweise das in den Behälter abzufüllende Füllgut, wobei im letzten Fall das Formen und Füllen des jeweiligen Behälters während eines Form- und Füllprozesses zumindest teilweise zeitgleich erfolgt. Das Druckmedium wird z. B. auch im heißen Zustand in den Vorformling und/oder in den sich bildenden Behälter eingeleitet.
„Axiales Strecken” bzw. „axiales Recken” bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass der Vorformling bzw. dessen Material oder der sich bildende Behälter bzw. dessen Material in Richtung der Längsachse des Vorformling oder des sich bildenden Behälters oder im Wesentlichen in dieser Achsrichtung gestreckt bzw. durch Strecken bleibend verformt werden.
„Radiales Strecken” bzw. „radiales Recken” bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass der Vorformling bzw. dessen Material oder der sich bildende Behälter bzw. dessen Material radial oder im Wesentlichen radial zur Längsachse des Vorformling oder des sich bildenden Behälters gestreckt bzw. durch Strecken bleibend verformt werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen u. a. darin,
dass mit dem äußeren, mindestens teilweise umschließend und/oder greifend der Vorformlinge bzw. Preformen gem. diesem Verfahren, der Umformprozess und dessen Verlauf optimal an die angestrebte Behälterform angepasst werden können,
dass insbesondere auch Behälterformen möglich sind, die aufgrund des Verhältnisses Behälterdurchmesser/Behälterhöhe bisher nicht realisierbar sind,
dass Ausformungsfehler vermieden sind,
dass durch die optimale Gestaltung des Verlaufs des Umformprozesses eine nicht unerhebliche Materialeinsparung erreicht wird, und dass ein in den Vorformling oder in den sich bildenden Behälter hineinreichendes Funktions- und/oder Führungselement (z. B. Reckstange) nicht erforderlich ist, und daher bei Verwendung eines flüssigen Füllgutes als Druckmedium eine Berührung des Füllgutes mit einem solchen Funktions- und/oder Führungselement vermieden ist.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
1 in vereinfachter Schnittdarstellung einen Vorformling (Preform) aus einem thermoplastischen Material zum Formen eines Behälters, beispielsweise in Form einer Flasche durch Druckumformen;
2 den Vorformling der 1 in einer perspektivischen Darstellung;
3 einen Behälter in Form einer Flasche;
4 in Positionen a–e jeweils in vereinfachter Prinzipdarstellung eine Formstation, zusammen mit einem Vorformling bzw. zusammen mit dem sich aus diesem Vorformling formenden Behälter an verschiedenen, zeitlich aufeinander folgenden Zeitpunkten des Umformprozesses;
5 in vereinfachter Teildarstellung ein Führungs- und Formelement;
6 in vereinfachter Teildarstellung eine spezielle Ausführungsform eines einteiligen Führungs- und Formelement;
7 in einer Teildarstellung eine abgewandelte Ausführung der Formstation.
In den Figuren ist 1 ein Vorformling (Preform) aus einem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise aus Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polyethylennaphthalat (PEN) oder Polypropylen (PP), zum Formen eines Behälters 2 in Form einer Flasche durch Druckformen.
Der Vorformling 1 ist hülsenartig ausgebildet, und zwar mit einem Hülsenkörper 3, der an einem Ende offen mit einem die spätere Behältermündung 2.1 bildenden Öffnungsrand 3.1 und am anderen Ende mit einem geschlossenen Boden 3.2 ausgebildet ist, aus dem zumindest teilweise der Boden 2.2 des Behälters 2 geformt wird. Weiterhin ist der Vorformling 1 im Bereich des Öffnungsrandes 3.1 mit einem radial überstehenden Flansch 3.3, der den entsprechenden Mündungsflansch 2.3 des geformten Behälters 2 bildet, und zwischen dem Öffnungsrandes 3.1 und dem Flansch 3.3 mit einem außenliegenden Gewindeabschnitt 3.4 ausgeführt, der das entsprechende Gewinde 2.4 zum Verschließen des Behälters 2 mit einem nicht dargestellten Schraubverschluss bildet. Insoweit entspricht der Vorformling 1 herkömmlichen Vorformlingen.
Abweichend von diesen bekannten Vorformlingen ist im gezeigten Beispiel der 1, vorteilhafterweise der Vorformling 1 an der Außenseite des Bodens 3.2 mit einer Vertiefung 4 ausgebildet, die bei der dargestellten Ausführungsform achsgleich mit und rotationssymmetrisch zu der Längsachse des Vorformlings ausgeführt ist, und zwar mit einer Anformung 5, die ausgehend vom Boden der Vertiefung 4 in diese hineinreicht und die nicht rotationssymmetrisch zu der Längsachse des Vorformlings ausgebildet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Form der Anformung 5 von einem mittleren, achsgleich mit der Achse des Vorformling 1 angeordneten zapfenartigen Profilabschnitt 5.1 und zwei flügelartigen Profilabschnitten 5.2 gebildet. Die beiden Profilabschnitte 5.2 sind um 180° versetzt, erstrecken sich radial von dem mittleren Profilabschnitt 5.1 weg und gehen an ihren radial außen liegenden Bereichen in den die Vertiefung 4 umfangsseitig begrenzenden Abschnitt des Bodens 3.2 über. Die Vertiefung 4 und die Ausnehmung 5, die bezogen auf die Längsachse des Vorformlings 1 axial nicht über die Außenkontur des Bodens 3.2 vorsteht, dienen in der nachstehend von näher beschriebenen Weise u. a. zur Zentrierung des Vorformlings 1 bzw. des sich aus diesem formenden Behälters während des Umformprozesses.
In den Positionen a–e der 4 sind mehrere Zustände dargestellt die der Umformprozess beim Druckumformen des jeweiligen Behälters 2 bzw. beim Umformen des jeweiligen Vorformlings 1 in den Behälter 2 zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufweist. Vor Beginn des Umformprozesses ist der zumindest thermisch konditionierte Vorformling 1 in einen Formraum 6 einer Form 7 einer Formstation 8 eingebracht, so dass der mit seiner Längsachse achsgleich mit einer vertikalen Achse FA der Formstation 8 angeordnete Vorformling 1 mit einer Teillänge, die sich zwischen dem Boden 3.2 und dem Flansch 3.3 erstreckt, in der geschlossenen Form 7 aufgenommen ist und mit seinem Öffnungsrand 3.1 abgedichtet gegen einen Formkopf 9 anliegt (Position a der 4). Mit dem Flansch 3.3 stützt sich der Vorformling 1 an der Form 7 ab. Über den Formkopf 9, der ebenfalls Bestandteil der Formstation 8 ist, wird während des Umformprozesses (Positionen b–e der 4) das den Vorformling 1 in den Behälter 2 umformende Druckmedium in den Innenraum des Vorformlings 1 und des sich bildenden Behälters eingebracht. Der Vorformling 1 und auch der sich aus diesem formende Behälter 2 sind bei der dargestellten Ausführungsform mit ihrem Öffnungs- oder Mündungsrand 3.1 bzw. 2.1 oben liegend und mit ihrer Achse in vertikaler Richtung oder im Wesentlichen vertikaler Richtung während des Umformprozesses angeordnet.
Wie insbesondere die Positionen b–e der 4 zeigen, erfolgt das Umformen des Vorformlings 1 in den Behälter 2 durch gesteuertes axiales und radiales Strecken, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform derart, dass am Beginn des Umformprozesses zunächst nur ein radiales oder ein im Wesentlichen nur radiales Strecken des Formformlings 1 in einem oberen, dem Boden 3.2 entfernt liegenden Bereich des Hülsenkörpers 3 erfolgt, d. h. in einem Bereich, der im Wesentlichen dem späteren Schulter- oder Brustbereich 2.5 des Behälters 2 entspricht (hierzu Position b der 4). Im weiteren Verlauf des Umformprozesses erfolgt dann gesteuert ein zunehmendes axiales Strecken und zugleich auch ein zunehmendes radiales Strecken des sich formenden Behälters, insbesondere auch in der Weise, dass mit fortschreitendem Umformprozess die Bereiche des radialen Streckens sich zunehmend dem Boden 3.2 des Vorformlings 1 annähern.
Um das vorbeschriebene gesteuerte Strecken des Vorformlings 1 bzw. des sich formenden Behälters zu erreichen, weist die Formstation 8 eine Führungs- und Formeinrichtung 10 auf, die bei der dargestellten Ausführungsform wenigstens zweiteilig ausgebildet ist, und zwar bestehend aus einem radialen Führungs- und Formelement 11, welches bei der dargestellten Ausführungsform von einer rohrartigen Führungsstange gebildet ist, und aus einem axialen Führungs- und Formelement 12, welches bei der dargestellten Ausführungsform kolbenartig in dem Führungs- und Formelement 10 axial verschiebbar ist und in der nachstehend noch näher beschriebnen Weise einen Boden des Führungs- und Formelementes 11 bildet. Die beiden Führungs- und Formelemente 11 und 12 sind achsgleich mit der Achse FA der Formstation 8 angeordnet und durch einen nicht dargestellten Antrieb in dieser Achse relativ zur Form 7 sowie auch relativ zueinander gesteuert bewegbar, und zwar zwischen einer oberen, in der Position a der 4 dargestellten oberen Hubstellung, in der die Führungs- und Formelemente 11 und 12 in den Formraum 6 durch eine Öffnung 13 im Boden 6.1 des Formraumes 6 hineinreichen, und einer unteren, in der Position e der 4 dargestellten Hubstellung, in der sich das Führungs- und Formelement 11 mit seinem oberen, dem Formkopf 9 zugewandten Rand und das Führungs- und Formelement 12 mit seiner dem Formkopf 9 zugewandten, bei der dargestellten Ausführungsform zumindest in Teilbereichen konvex gewölbten Stirnfläche 12.1 (5) jeweils die Fortsetzung des Boden 6.1 an der Öffnung 13 bilden.
Im Einzelnen erfolgt die Steuerung der axialen Bewegung der Führungs- und Formelemente 11 und 12 so, dass am Beginn des Umformprozesses, d. h. nach dem Einbringen des thermisch konditionierten Vorformlings 1 in die Form 7 und nach Herstellung der Dichtlage zwischen dem Vorformling 1 und dem Formkopf 9 entsprechend der Position a der 4 eine vom Boden 3.2 ausgehende Teillänge des Vorformlings 1 von einer Teillänge des Führungs- und Formelementes 11 umschlossen ist und der Boden 3.2 des Vorformlings 1 gegen die Stirnfläche 12.1 des Führungselementes 12 anliegt. Das Führungs- und Formelement 12 ist hierfür entsprechend weit in das Innere des Führungs- und Formelementes 11 zurückbewegt, sodass der erforderliche Abstand zwischen dem oberen Öffnungsrand des Führungs- und Formelementes 11 und der Stirnfläche 21.1 besteht.
Nach dem Einleiten des Druckmediums in den Vorformling erfolgt entsprechend der Position b der 4 zunächst das radiale Strecken des Vorformlings 1 in dem dem Boden 3.2 entfernten oberen Teilabschnitt des Hülsenkörpers 3. Durch das Führungs- und Formelement 11 wird ein radiales Strecken des von diesem Element umschlossenen Teilbereichs des Vorformlings 1 verhindert. Ebenso verhindert das gegen den Boden 3.2 anliegende Führungs- und Formelement 12 ein axiales Strecken bzw. Recken des Vorformlings.
Im weiteren Verlauf des Umformprozesses werden dann bei der in der 4 dargestellten Ausführungsform die beiden Führungs- und Formelemente 11 und 12 gleichsinnig und mit gleicher Geschwindigkeit abgesenkt, sodass zunehmend ein axiales Strecken des sich bildenden Behälters ermöglicht wird, zugleich auch ein radiales Strecken des sich bildenden Behälters auf zunehmender axialer Länge, wie dies z. B. aus einem Vergleich der Positionen c und d der 4 ersichtlich ist. Im weiteren Verlauf des Umformprozesses wird dann durch Absenken des Führungs- und Formelementes 12 ein zunehmendes axiales Strecken des sich bildenden Behälters ermöglicht. Zugleich wird durch ein beschleunigtes Absenken des Führungs- und Formelementes 12 die von diesem Element umschlossene und an dem radialen Strecken gehinderte Teillänge des sich bildenden Behälters zunehmend verkleinert, sodass sich dann schließlich entsprechend der Position e der 4 der Behälter 2 vollständig ausbilden kann.
Bevorzugt ist das Führungs- und Formelement 12 an seiner Stirnfläche 12.1 mit einem Vorsprung 14 ausgebildet (5), der während des Umformprozesses in die Vertiefung 4 hineinreicht und mit einer Ausnehmung versehen ist, in der die Anformung 5 passend aufgenommen wird, sodass eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Führungs- und Formelement 12 und dem jeweiligen Vorformling 1 des Boden 3.2 besteht. Der Vorsprung 14 dient u. a. zur verbesserten Zentrierung des Bodens 3.2 an dem Führungs- und Formelement 12. Insbesondere besteht aber auch die Möglichkeit, den in Dichtlage mit dem Formkopf 9 befindlichen und damit im Bereich seines oberen Endes drehfest eingespannten Vorformling 1 durch Drehen zumindest des Führungs- und Formelementes 12 um die Achse FA während des Umformprozesses zu tordieren, beispielsweise um eine gewünschte Struktur für die Mantelfläche des Behälters 2 zu erreichen.
Der Behälter 2 wird nach seiner Herstellung durch Öffnen der Form 7 aus dem Formraum 6 entnommen, in dem dann zum Formen eines weiteren Behälters ein neuer, zumindest thermisch konditionierter Vorformling 1 eingesetzt wird, der dann wiederum nach dem Schließen der Form 7 und vor dem Einleiten des Druckmediums mit seinem Öffnungsrand 3.1 in Dichtlage gegen den Formkopf 9 anliegt, mit seiner dem Formkopf 9 entfernt liegenden unteren Teillänge von dem Führungs- und Formelement 11 umschlossen ist, sowie mit seinem Boden 3.2 gegen das Führungs- und Formelement 12 anliegt.
Es versteht sich, dass zum Einsetzen der Vorformlinge 1 in die Form 7 sowie zum Entnehmen der Behälter 2 aus der Form 7 diese und/oder weitere Elemente der Formstation 8 und/oder einer Formvorrichtung bzw. einer Formmaschine Halte- und/oder Übergabeelemente, beispielsweise in Form von Zangen aufweisen, wobei bevorzugt aber auch die Führungs- und Formeinrichtung 10 als Halter zum form- und/oder kraftschlüssigen Halten der Vorformlinge 1 und der Behälter 2 ausgebildet ist, z. B. als Vakuumhalter.
Die Bewegung der Führungs- und Formelemente 11 und 12 sowie die Bewegung des inneren Führungselementes 15 erfolgt beispielsweise kurvengesteuert, und zwar insbesondere dann, wenn die Formstation 8 Bestandteil einer Formmaschine mit einer Vielzahl gleichartiger Formstationen 8 an einem um eine vertikale Achse umlaufend antreibbaren Rotor ist, oder aber motorisch durch Stell- oder Steuerantriebe oder Stellglieder, und zwar in diesem Fall bevorzugt sensor- und/oder zeitgesteuert. Bei Verwendung eines hydraulischen Druckmediums, beispielsweise eines flüssigen Füllgutes zum Ausformen der Behälter 2 besteht insbesondere auch die Möglichkeit, die Antriebe für die Führungs- und Formelemente 11 und 12 und/oder für das Führungselement 15 in Abhängigkeit oder zumindest unter Mitwirkung der während des Umformprozesses jeweils zugeführten und von einem Durchflussmesser erfassten Menge des hydraulischen Druckmediums zu steuern.
Die 7 zeigt die Formstation 8 nochmals in einer vergrößerten Teildarstellung, und zwar in einem der Position a der 4 entsprechenden Betriebszustand. Dargestellt ist in der 7 zusätzlich ein inneres Führungselement 15 in Form einer achsgleich mit der Achse FA angeordneten Reckstange. Das Führungselement 15, welches während des Umformprozesses durch die Öffnung des Vorformlings 1 in den Innenraums dieses Vorformlings hineinreicht und mit einem freien Ende 16 gegen die Innenfläche des Bodens 3.2 anliegt, wird zumindest während einer anfänglichen Teilphase des Umformprozesses durch einen nicht dargestellten Antrieb, beispielsweise kurvengesteuert, axial und gleichsinnig mit dem Führungs- und Formelement 12 derart bewegt, dass der Boden 3.2 des Vorformlings 1 zumindest während dieser Teilphase des Umformprozesses zwischen dem Führungs- und Formelement 12 und dem Ende 16 des Führungselementes 15 angeordnet bzw. eingespannt ist.
Das zum Umformen des jeweiligen Vorformlings 1 in den Behälter 2 verwendete Druckmedium ist ein hydraulisches bzw. flüssiges Medium, beispielsweise das in den Behälter 2 abzufüllende Füllgut.
Das Einbringen des Druckmediums in den Vorformling 1 bzw. in den sich formenden Behälter 2 erfolgt beispielsweise über wenigstens eine am Formkopf 9 vorgesehene Austrittsöffnung. Bei Verwendung des Führungselementes 15 besteht auch die Möglichkeit, das Druckmedium zumindest während einer Teilphase des Umformprozesses wenigstens teilweise über wenigstens eine beispielsweise im Bereich des Endes 16 vorgesehene Austrittsöffnung eines im Führungselement 15 vorgesehenen Kanals auszubringen.
Die Vorteile des im Zusammenhang mit den 4–6 beschriebenen Verfahrens bzw. der zunehmenden Freigabe der radialen und axialen Streckung des jeweiligen Vorformlings 1 bzw. des sich formenden Behälters während des Umformprozesses bestehen u. a. darin,
dass mit diesem Verfahren der Umformprozess und dessen Verlauf optimal an die angestrebte Behälterform angepasst werden können,
dass insbesondere auch Behälterformen möglich sind, die aufgrund des Verhältnisses Behälterdurchmesser/Behälterhöhe bisher nicht realisierbar sind,
dass Ausformungsfehler vermieden sind, und
dass durch die optimale Gestaltung des Verlaufs des Umformprozesses eine nicht unerhebliche Materialeinsparung erreicht wird.
Das im Zusammenhang mit der 4 beschriebene Verfahren ermöglicht das Umformen des jeweiligen Vorformlings 1 in den Behälter 2 ohne das innere Führungselement 15. Dies hat bei Verwendung eines flüssigen Füllgutes als Druckmedium den zusätzlichen Vorteil, dass eine Berührung des Füllgutes mit einem in den Vorformling oder in den sich bildenden Behälter 2 hineinreichenden Funktionselement der Formstation 8 vermieden ist.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
So ist es beispielsweise möglich, das Führungs- und Formelement 11 und/oder das Führungs- und Formelement 12 beheizbar auszubilden, um ein Abkühlen des Vorformlings in seinen gegen diese Führungs- und Formelemente anliegenden Bereiche und/oder ein zusätzliches thermisches Konditionieren des Vorformlings während des Umformprozesses zu erreichen.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass die Achse FA eine vertikale oder im Wesentlichen vertikale Achse ist. Selbstverständlich kann die Achse FA auch anders orientiert sein.
Weiterhin wurde vorstehend davon ausgegangen, dass die Vorformlinge 1 bzw. die sich bildenden Behälter 2 mit ihrem Öffnungs- oder Mündungsrand 3.1 bzw. 2.1 während des Umformprozesses oben liegend orientiert sind. Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, die jeweilige Formstation so auszubilden, dass die Vorformlinge 1 und die sich bildenden Behälter 2 während des Umformprozesses mit ihrem Öffnungs- oder Mündungsrand 3.1 bzw. 2.1 nach unten weisend orientiert sind, und zwar insbesondere dann, wenn das Druckmedium ein gas- und/oder dampfförmiges Medium ist.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Führungs- und Formeinrichtung 10 oder deren Führungs- und Formelemente 11 bzw. 12 so auszubildenden, dass die Form- und Führungseinrichtung 10 zum Halten der Vorformlinge 1 und/oder der geformten Behälter 2 wirken, und zwar zumindest bis zum endgültigen Schließen der Form 7 bzw. nach dem Öffnen der Form 7 bis zum Übernehmen des geformten Behälters 2 durch andere Funktionselemente.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass das Führungs- und Formelement 11 rohrartig bzw. als rohrartige Führungsstange und das Führungs- und Formelement 12 als kolbenartiges Element ausgebildet sind. Selbstverständlich sind auch andere Formen der Führungs- und Formelemente möglich, die die beschriebene zunehmende Freigabe der radialen und axialen Streckung steuern, beispielsweise zangenartige Führungs- und Formelemente. Dabei besteht eine Verbesserung darin, dass ein oder beide Führungs- und Formelementen 11, 12 beheizbar sind, idealerweise mittels einer innen liegenden elektrischen Widerstandsheizung.
In einer speziellen Ausführungsform, die von der Geometrie des Vorformlings bzw. der zu formenden Flasche abhängt, kann es ausreichend sein, nur eine der beiden Führungs- und Formelement 11 oder 12 vorzusehen, zum Beispiel bei sehr leichten, dünnwandigen Behältern, bei welchen nur geringe Zugkräfte auf den Vorformling aufgebracht werden müssen. Hierbei bietet es sich an, dass im Falle einer alleinigen Anwendung des kolbenartigen Führungs- und Formelement 12, dieses ggf. beheizbar und eine schalenförmige Stirnfläche 12.2 als Negativkontur bzw. als Gegenstück zum Vorformling 1 aufweist. Dabei sollte im Bereich der schalenartigen Kontur mindestens eine Saugöffnung vorgesehen sein, welche über eine Vakuumleitung 17 mit einem Vakuumerzeuger in Verbindung steht, wie in 6 gezeigt. Auf diese Weise kann der Vorformling sicher gehalten und geführt werden.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass das Führungs- und Formelement 12 lediglich nach Art eines Anschlags die axiale Streckung steuert. Die Führungs- und Formeinrichtung kann aber auch so ausgebildet sein, dass sie über eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung mit dem Vorformling 1 oder mit dem sich bildenden Behälter auf den Vorformling 1 oder den sich bildenden Behälter eine die Streckung steuernde oder zumindest unterstützende Zugkraft ausübt.
Bezugszeichenliste

1: Vorformling
2: Behälter
2.1: Behältermündung
2.2: Behälterboden
2.3: Behältermündungsflansch
2.4: Gewindeabschnitt
2.5: Schulter- oder Brustbereich des Behälters 2
3: Hülsenkörper des Vorformlings
3.1: Mündungs- oder Öffnungsrand
3.3: Flansch
3.4: Gewindeabschnitt
4: Vertiefung im Boden 3.2
5: Anformung oder Vorsprung
5.1, 5.2: Profilabschnitt
6: Formraum
6.1: Boden des Formraumes
7: Form
8: Formstation
9: Formkopf
10: Führungs- und Formeinrichtung
11, 12: Führungs- und Formelement
12.1: Stirnfläche des Führungs- und Formelementes 12
12.2: Schalenförmige Stirnfläche des Führungs- und Formelementes 12
13: Öffnung im Boden 6.1
14: Vorsprung an der Stirnfläche 12.1
15: Inneres Führungselement oder Reckstange
16: Freies Ende des Führungselementes 15
17: Vakuumleitungen
FA: Achse der Formstation

Claims

Verfahren zum Herstellen von gefüllten Behältern (2) aus Vorformlingen (1) aus einem thermoplastischen Material, wobei der jeweilige Vorformling (1) zumindest thermisch konditioniert und anschließend während einer Umformphase in einer Form (7) durch ein in den Vorformling (1) und/oder in den sich formenden Behälter eingeleitetes hydraulisches Druckmedium unter radialem und axialem Strecken in den jeweiligen Behälter umgeformt wird, und zwar unter Verwendung wenigstens einer das axiale und/oder radiale Strecken steuernden Führungs- und Formeinrichtung (10), die während des Umformprozesses zumindest zeitweise auf den Vorformling (1) oder den sich formenden Behälter (2) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- und Formeinrichtung (10) während des Umformprozesses auf die Außenfläche des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters (2) mindestens teilweise umschließend oder greifend einwirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- und Formeinrichtung (10) derart gesteuert auf die Außenfläche des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters (2) einwirkt, dass in Teilphasen des Umformprozesses jeweils auf zumindest einem Teilbereich der axialen Länge des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters (2) bei radialer Streckung eine axiale Streckung und/oder bei axialer Streckung eine radiale Streckung verhindert und/oder verzögert ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit zunehmender axialer Streckung des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters die Führungs- und Formeinrichtung (10) den Vorformling (1) oder den sich formenden Behälter zunehmend für die radiale Streckung freigibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- und Formeinrichtung (10) derart gesteuert auf die Außenfläche des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters (2) einwirkt, dass sie während des Umformprozesses anfänglich das axiale Strecken des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters (2) verhindert oder verzögert und im weiteren Verlauf des Umformprozesses das axiale Strecken des sich formenden Behälters zunehmend zulässt, und zwar vorzugsweise nach einem erfolgten radialen Strecken des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters (2) in einem einem Boden (3.2) des Vorformlings (2) entfernten Teilbereich oder in einem in eine Behälterschulter oder eine Behälterbrust sich umzuformenden Teilbereich.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- und Formeinrichtung (10) das radiale Strecken des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters während des Umformprozesses anfänglich auf einer Teillänge des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters, vorzugsweise auf einer in den Boden (3.2) des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters übergehenden Teillänge unterbindet und im weiteren Verlauf des Umformprozesses die radiale Streckung auf dieser Teillänge zunehmend zulässt, und zwar derart, dass sich die Teillänge, auf der die radiale Streckung des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters verhindert ist, zunehmend verkürzt und der sich formende Behälter vor Beendigung des Umformprozesses vollständig für eine radiale Streckung freigegeben ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- und Formeinrichtung (10) während des Umformprozesses wenigstens zeitweise mit einem ersten Führungs- und Formelement (11) zur Steuerung der radialen Streckung eine Teillänge des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters, vorzugsweise eine dem Außendurchmesser des Vorformlings entsprechende Teillänge des sich formenden Behälters umschließt und diese Teillänge während des Umformprozesses zunehmend freigibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- und Formeinrichtung während des Umformprozesses zumindest zeitweise zur Steuerung der axialen Streckung mit einem zweiten Führungs- und Formelement (12) gegen die Außenfläche des Bodens (3.2) des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters anliegt, und dass das zweite Führungs- und Formelement (12) entsprechend der gesteuerten axialen Streckung zunehmend von der Öffnung (3.1) des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters wegbewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling (1) oder der sich formende Behälter durch die Führungs- und Formeinrichtung (10) thermisch konditioniert und/oder während des Umformprozesses tordiert wird und/oder dass der Vorformling (1) oder der sich formende Behälter während des Umformprozesses durch eine Texturvorrichtung mit einer Textur versehen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling (1) oder der sich formende Behälter während des Umformprozesses zumindest zeitweise zusätzlich durch ein inneres Führungselement (15), vorzugsweise in Form einer Reckstange geführt und/oder gehalten wird, vorzugsweise durch ein gegen die Innenfläche des Bodens (3.2) des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters anliegendes inneres Führungselement (15).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling (1) oder der sich formende Behälter während des Umformprozesses zumindest zeitweise form- und/oder kraftschlüssig mit der Führungs- und Formeinrichtung (10) verbunden ist, und/oder dass der Vorformling (1) und/oder der durch Umformen aus diesem hergestellte Behälter für das Handling, insbesondere für das Einsetzen in die Form (7) oder für das Entnehmen aus der Form (7) an der Führungs- und Formeinrichtung (10) gehalten sind, und/oder dass das Druckmedium ein hydraulisches Medium, beispielsweise ein flüssiges Füllgut ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung von Vorformlingen (1), die an ihrem Boden (3.2) mit Mitteln (4, 5) zum Halten und/oder Zentrieren an der Führungs- und Formeinrichtung (10) und/oder mit wenigstens einer Bodenversteifung zur Reduzierung des Massengewichts versehen sind.
Vorrichtung zur Herstellung von Behältern (2) aus zumindest thermisch konditionierten Vorformlingen (1) aus einem thermoplastischen Material, mit wenigstens einer Formstation (8), die zumindest eine einen Formraum (6) bildende Form (7) sowie zumindest einen Formkopf (9) aufweist, über den zum Umformen des jeweiligen Vorformlings (1) in einen Behälter (2) in den Innenraum des mit seiner Öffnung in Dichtlage gegen den Formkopf (9) anliegenden Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters ein hydraulisches Druckmedium eingebracht wird, sowie mit wenigstens einer Führungs- und Formeinrichtung (10) zur Steuerung der axialen und radialen Streckung des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- und Formeinrichtung (10) für ein Einwirken auf die Außenfläche des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- und Formeinrichtung (10) wenigstens ein erstes Führungs- und Formelement (11) aufweist, welches während des Umformprozesses zumindest zeitweise den Vorformling (1) oder den sich formenden Behälter auf wenigstens einer Teillänge unter Verhinderung einer radialen Streckung umschließt und für eine zunehmende Freigabe der radialen Streckung steuerbar ist, vorzugsweise durch eine in Bezug auf die Achse des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters axiale Bewegung.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dass die Führungs- und Formeinrichtung (10) wenigstens ein zweites Führungs- und Formelement (12) zur Steuerung der axialen Streckung des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters aufweist, und dass das wenigstens eine zweite Führungs- und Formelement (12) eine Anlagefläche für die Außenfläche des Bodens (3.2) des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters bildet und/oder mit Mitteln für eine formschlüssige Verbindung mit dem Boden (3.2) des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters ausgebildet ist, und dass das wenigstens eine zweite Führungs- und Formelement (12) zur Steuerung der axialen Streckung in Bezug auf die Achse des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters axial bewegbar ist, vorzugsweise unter Einleitung einer Halte- oder Zugkraft auf den Vorformling (1) oder den sich formenden Behälter.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- und Formeinrichtung (10) und/oder deren Führungs- und Formelemente (11, 12) in einer Achse (FA) der Formstation (8) zwischen einer Ausgangsposition, in der die Führungs- und Formeinrichtung (10) und deren Führungs- und Formelemente (11, 12) in den Formraum (6) der Form (7) eingeführt sind, und in eine Endposition bewegbar sind, in der die Führungs- und Formeinrichtung (10) oder deren Führungs- und Formelemente (11, 12) einen Teil der Innenfläche des Formraumes (6) bilden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste Führungs- und Formelement (11) für das Umfassen des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters hülsen-, rohrstück- und/oder zangenartig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste Führungs- und Formelement (11) und das wenigstens eine zweite Führungs- und Formelement (12) unabhängig voneinander und/oder mit einer Relativgeschwindigkeit zueinander bewegbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum form- und/oder kraftschlüssigen Verbinden wenigstens eines Führungs- und Formelementes (12) mit dem Vorformling (1) oder mit dem sich formenden Behälter vorgesehen sind, vorzugsweise in Form von Vakuumöffnungen an dem wenigstens einen Führungs- und Formelement (12).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Führungs- und Formeinrichtung (10) oder deren Führungs- und Formelemente (11, 12) beheizbar sind, und zwar vorzugsweise das wenigstens eine erste Führungs- und Formelement (11).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkopf (9) mit einer Dichtung ausgeführt ist, gegen die der Vorformling (1) oder der sich formende Behälter während des Umformprozesses in Dichtlage anliegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine innere Führungseinrichtung (15), vorzugsweise in Form einer Reckstange vorgesehen ist, die während des Umformprozesses zumindest zeitweise in den Innenraum des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters einführbar und gegen die Innenfläche des Vorformlings (1) oder des sich formenden Behälters, vorzugsweise gegen die Innenfläche des Boden (3.2) anliegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Sensoren sowie durch eine Steuereinrichtung zur Steuerung insbesondere der Bewegung der wenigstens einen Führungs- und Formeinrichtung (10) und/oder der zusätzlichen Führungseinrichtung (15) beispielsweise in Abhängigkeit von der dem Vorformling (1) oder dem sich füllenden Behälter zugeführten Menge eines hydraulischen Druckmediums.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmedium ein hydraulisches Druckmedium, beispielsweise ein in die Behälter abzufüllendes flüssiges Füllgut ist.