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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von mehrschichtigen Spritzgussteilen, insbesondere von Verpackungsbehältern für Lebensmittel, Kosmetika und/oder Arzneimittel, nach Anspruch 1.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, mehrschichtige Spritzgussteile mit einer innenliegenden Schicht Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) durch sogenannte Koinjektion (engl. coinjection) herzustellen. Hierbei werden die mehreren Schichten durch eine gemeinsame Einspritzdüse oder auch mehrere benachbarte Einspritzdüsen gleichzeitig in eine Spritzform gespritzt. EVOH zeichnet sich durch seine gute Gasdurchtrittssperrwirkung, insbesondere gegen Sauerstoff, aus, jedoch eignet sich EVOH nicht als tragende Schicht und ist besonders empfindlich gegen Wasser oder Wasserdampf, weshalb zusätzliche Schichten, etwa aus Polypropylen oder Polyethylen, als tragende und/oder schützende Schichten benötigt werden.
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Weiterhin sind Qualitätskontrollanlagen für mehrschichtige Spritzgussteile mit einer EVOH-Schicht bekannt, die die Spritzgussteile mit einer Infrarotquelle bestrahlen um Beschädigungen wie Risse und Inkonsistenzen in der EVOH-Schicht zu überprüfen. Diese Qualitätskontrollanlagen sind eigene Anlagen, die die Spritzgussteile vor der Verwendung, etwa vor der Zufuhr in eine Abfüllanlage, überprüfen. Die einzelnen Spritzgussteile durchlaufen somit insgesamt eine Vielzahl von Anlagen, wobei die Benutzung einzelner Anlagen oft im Rahmen erworbener Dienstleistungen erfolgt und auch Spritzgussteile mit mangelhafter Qualität einen hohen Transportaufwand zwischen den einzelnen Anlagen verursachen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung zur Herstellung von mehrschichtigen Spritzgussteilen vorzugeben, bei der eine definierte Qualität der erzeugten Spritzgussteile gewährleistet wird und unnötiger Logistikaufwand reduziert wird, wobei die Vorrichtung bevorzugt auf Standard-Qualitätskontrollkomponenten zurückgreifen kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung gelten insbesondere auch die weiterbildungsgemäß angegebenen Funktionsmerkmale der Vorrichtung als weiterbildende Verfahrensschritte für das erfindungsgemäße Verfahren offenbart und beansprucht. Weiterhin gelten auch die weiterbildungsgemäß angegebenen Verfahrensschritte des Verfahrens als weiterbildende Funktionsmerkmale für die erfindungsgemäße Vorrichtung offenbart und beansprucht.
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Der Erfindung liegt hierbei der Grundgedanke zugrunde, eine neue Vorrichtungsgattung vorzuschlagen, konkret eine Inline-Form- und Kontrollvorrichtung, bei der in Inline EVOH-haltige Spritzgussteile durch Koinjektion geformt und anschließend einer Qualitätskontrolle unter Zuhilfenahme von Infrarotbestrahlung unterzogen werden. Hierfür umfasst die Vorrichtung Formmittel, die Spritzgussteile mit mindestens einer Schicht, die aus EVOH besteht oder die EVOH umfasst, formen und vorzugsweise standardmäßige, thermographische Kontrollmittel, die die EVOH-Schicht der Spritzgussteile inline nach dem Formen einer Qualitätskontrolle unterziehen.
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Bei den thermographischen EVOH-Kontrollmitteln werden die zu prüfenden Spritzgussteile von einer Infrarotquelle bestrahlt und die bestrahlten Spritzgussteile vorzugsweise auf einer der Infrarotquelle gegenüber liegenden Seite von thermographischen Erfassungsmitteln, insbesondere einer Wärmebildkamera, erfasst, wobei sich im Wärmeprofil etwa Risse in der EVOH-Schicht, eine ungleichmäßige Verteilung der EVOH-Schicht innerhalb der mehrschichtigen Spritzgussteile und andere Qualitätsmängel erkennen und elektronisch durch Bildanalyse auswerten lassen. So kann etwa eine ungleichmäßige Verteilung der EVOH-Schicht zu einer mangelhaften Beurteilung der Spritzgussteile führen, wenn an bestimmten Stellen eine Mindestdicke nicht mehr eingehalten wird.
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Es hat sich jedoch hier herausgestellt, dass aufgrund der Restwärme durch den Formvorgang bei der Verwendung von Standard-Infrarotkontrollmitteln, die thermographischen Erfassungsmittel übersteuern und das zu erkennende Wärmeprofil stark von der Restwärme überlagert wird. Hierdurch kann eine ausreichende Genauigkeit in der Beschädigungserkennung nicht gewährleistet werden.
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Da die Entwicklung neuer Kontrollmittel, beispielsweise durch Erweiterung des Messbereiches zum Vermeiden der Übersteuerung und/oder eine Veränderung der Art der Erkennung wie etwa das Herausrechnen des Störanteils, mit erheblichem Kostenaufwand verbunden ist und nicht mehr auf Standardkomponenten zurückgegriffen werden kann, ist als weiterer Kern der Erfindung vorgesehen, einer Übersteuerung und/oder Überlagerung entgegenzuwirken, indem den Kontrollmitteln Kühlmittel vorgelagert sind, die die zu überprüfenden Spritzgussteile so abkühlen, dass sie bei Eintritt in die Kontrollmittel eine Temperatur zwischen 10°C und 45°C, insbesondere zwischen 15°C und 30°C, besonders bevorzugt zwischen 20°C und 30°C aufweisen.
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Wie erwähnt sind bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Formmittel vorgesehen, die mehrschichtige Spritzgussteile durch Koinjektion (engl. coinjection) formen, bei denen zumindest eine Schicht aus EVOH besteht oder EVOH umfasst. Hierbei verfügen die Formmittel über eine oder mehrere benachbarte Einspritzdüsen, die die jeweiligen Schichten gleichzeitig in eine Spritzform spritzen, bevorzugt ausgebildet um Dreischicht Systemgehäuse, insbesondere Verpackungsbehälter für Lebensmittel, Kosmetika und/oder Arzneimitteln herzustellen.
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EVOH zeichnet sich durch seine gute Gasdurchtrittssperrwirkung, insbesondere gegen Sauerstoff, aus, jedoch eignet sich EVOH nicht als tragende Schicht und ist besonders empfindlich gegen Wasser oder Wasserdampf, weshalb zusätzliche Schichten, etwa aus Polypropylen oder Polyethylen, als tragende und/oder schützende Schichten benötigt werden. Die EVOH-Schicht wird durch die zusätzlichen Schichten gegen physische Belastungen geschützt und zudem wird durch wasserabweisende Schichten ein Eindringen von Flüssigkeiten in die EVOH-Schicht verhindert, wobei ein solches Eindringen ein rapides Absinken der Gassperrwirkung zur Folge hätte.
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Die Spritzgussteile werden nach dem Formen durch stationäre (in die Anlage integrierte, d.h. ortsfeste) Überführmittel von den Formmitteln in eine Übergabeposition auf Transportmittel überführt. Als solche Überführmittel eignen sich besonders Greifarme, etwa Vakuumgreifarme, bevorzugt mit Saugnäpfen.
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Die inline (integrierten) Transportmittel transportieren die Spritzgussteile auf einem Transportweg von der Übergabeposition der Überführmittel durch die erfindungsgemäßen Inline-Kühlmittel (Kühlvorrichtung) zu den Kontrollmitteln.
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Die Kontrollmittel sind auf dem Transportweg den Formmitteln nachgelagert, sodass eine Inline-Kontrolle von kurz zuvor geformten Spritzgussteilen ermöglicht wird. Durch diese Inline-Kontrolle ergibt sich der Vorteil, dass mangelhafte Spritzgussteile bereits frühzeitig erkannt werden, wodurch zum einen die Qualität der produzierten (und herausgegebenen) Spritzgussteile gewährleistet ist.
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Bevorzugt umfassen die Kontrollmittel eine Strahlungsquelle, die die Spritzgussteile mit Infrarotstrahlung, bevorzugt mit mindestens einer Wellenlänge zwischen 780 nm und 1 mm, bevorzugt zwischen 780 nm und 4000 nm, bestrahlen. Bei dieser Wellenlänge werden Qualitätsmängel, insbesondere in der EVOH-Schicht, durch thermographische Erfassungsmittel, beispielsweise einer Wärmebildkamera, gut erkennbar. Die Kontrollmittel umfassen bevorzugt eine Bildanalyseeinheit, die so ausgebildet ist dass sie mindestens ein von den thermographischen Erfassungsmitteln erfasstes Wärmebild beispielsweise mit einem Algorithmus in einer elektronischen Bildanalysesoftware auf charakteristische Qualitätsmängelmuster untersucht. So können in einem Wärmebild der Spritzgussteile Beschädigung oder unzureichende Randparameter wie eine unzureichende Schichtdicke erkannt werden. Etwa können im Vergleich zu einem Vorgabewert zu helle (und somit zu gut infrarotdurchlässige) Bildwerte an definierten Stellen des zu untersuchenden Spritzgussteils auf eine unzureichende EVOH-Schichtdicke hinweisen, da an diesen Stellen zu wenig Infrarotstrahlung absorbiert wird. Die Spritzgussteile können zur Kontrolle entweder einzeln durch die Kontrollmittel geführt werden, oder auch in Gruppen, bevorzugt auf Trägereinheiten angebracht, durch die Kontrollmittel geführt werden.
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Vorteilhaft können die Kontrollmittel die Spritzgussteile markieren und/oder aussondern, sofern sie definierte Qualitätsparameter, wie etwa Rissfreiheit, eine gleichmäßige und lückenlose Verteilung der EVOH-Schicht, nicht einhalten. Hierdurch werden Mängel früh erkannt und mangelhafte Spritzgussteile werden nicht zur weiteren Verwendung benutzt. Zum Aussortieren von Spritzgussteilen, die die definierten Qualitätsparameter nicht einhalten sind bevorzugt Aussortiermittel vorgesehen, die etwa durch einen Greifer, Ausblasmittel und dergleichen ausgebildet sein können.
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Weiterhin ist es möglich, auch den zeitlichen Verlauf der erfassten thermographischen Daten zwischen mehreren Spritzgussteilen auszuwerten. So kann etwa eine stetige Abnahme der Schichtdicke frühzeitig erkannt werden und der Ursache entgegen gewirkt werden. Es kann etwa eine Bedienperson durch ein Alarmsignal, beispielsweise ein Alarmlicht und/oder ein Signalton und/oder ein sonstiges elektrisches Signal, benachrichtigt werden und wenn bestimmte Schwellwerte überschritten werden sogar die Produktion gestoppt werden, insbesondere indem die Formmittel keine weiteren Spritzgussteile mehr formen, bis eine weitere Produktion, etwa durch eine Bedienperson, wieder freigegeben wurde.
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So ist es denkbar, durch die thermographischen Daten über mehrere Spritzgussteile hinweg zu beurteilen, und etwa die Qualität der Spritzgussteile als Ganzes und/oder an definierten Teilbereichen zu in einem oder mehreren Qualitätsfaktoren zu quantisieren. Nimmt ein Qualitätsfaktor laufend ab, so kann auf eine bevorstehende Nichteinhaltung der definierten Qualitätsparameter geschlossen werden, auch wenn die absolute Qualität der jeweiligen Spritzgussteile noch nicht zu einer Aussonderung dieser Spritzgussteile führt, und es kann gegebenenfalls ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben werden und/oder beim Überschreiten von Grenzwertern sogar die Produktion an den Formmitteln gestoppt werden. Hierdurch wird es ermöglicht besonders frühzeitig Produktionsfehler zu erkennen, den Kostenaufwand der Fehlproduktion von mangelhaften Spritzgussteilen zu vermeiden, und einer möglichen Beschädigung der Anlage (insbesondere der Formmittel) entgegenzuwirken.
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Bevorzugt umfassen die Formmittel mehrere Kavitäten, in denen jeweils Spritzgussteile gefertigt werden. Hier ist es vorteilhaft, wenn die Spritzgussteile sich etwa auf in der
WO 2011/003507 A1 der Anmelderin beschriebene Weise durch ihre Anordnung und/oder die Reihenfolge auf den Transportmitteln einer Urpsrungskavität zuordnen lassen. Durch eine solche Zuordnung lassen sich bestehende oder bevorstehende Defekte einer Kavität auf oben beschriebene Weise erfassen und gezielt beheben. Werden zum Beispiel die Spritzgussteile einer bestimmten Kavität in einer bestimmten nacheinander kontrollierten Anzahl als mangelhaft bewertet, so kann an dieser Kavität gezielt die Produktion gestoppt werden und somit die Produktion von Ausschussware (mangelhafter Spritzgussteile) reduziert werden, ohne dass die Gesamtproduktion (an den anderen Kavitäten) beeinflusst wird. Ebenso kann auf oben beschriebene Weise präventiv ein Warnsignal bezüglicher einer bestimmten Kavität ausgegeben werden, sofern die in dieser Kavität geformten Spritzgussteile eine Degradation der Qualität erkennen lassen (auch wenn die jeweils kontrollierten Spritzgussteile an sich noch die Qualitätsparameter einhalten).
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Die Kühlmittel können die Spritzgussteile mit einem Luft- und/oder Fluidstrom kühlend ausgebildet sein. Beispielsweise kann mittels eines Lüfters Wärme von den Spritzgussteilen abgeführt werden.
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Für eine besonders gleichmäßige Kühlung der Spritzgussteile können die Kühlmittel auch durch eine Kühlkammer ausgebildet sein, die die Spritzgussteile durchlaufen. Diese Kühlkammer kann die Wärmeenergie beispielsweise über ein gekühltes Gas (wie etwa Luft) und/oder gekühlte Flüssigkeiten (etwa in Form eines Kältebeckens) abführen.
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Weiterhin ist es denkbar, dass die Kühlmittel zumindest teilweise durch die Transportmittel ausgebildet sind. So können die Kühlmittel durch verlängerte Bänder ausgebildet sein, die die Wärme selbst ableiten können und/oder bei denen die Wärmeenergie während des Transportes an die Umgebung (insbesondere die Umgebungsluft) abgegeben wird.
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Für eine solche Realisierung bietet sich insbesondere ein Paternoster an, also ein Transportabschnitt, bei dem die Trägereinheiten (und somit die Verpackungformteile) unter einem Winkel zu einer Transportebene, insbesondere in vertikale Richtung, in Aufzugebenen nach oben befördert werden, dann einen Wendebereich durchlaufen und anschließend wieder unter einem Winkel zu der Transportebene, insbesondere in vertikale Richtung, vorzugsweise auf die vorherige Höhe zurück geführt werden. Hier ist es auch denkbar die Spritzgussteile zeitweise von den Transportmitteln durch Belademittel des Paternosters zu entnehmen und durch Entlademittel des Paternosters nach dem Durchlauf wieder auf die Transportmittel anzubringen. Ein solcher Paternoster ermöglicht eine Kühlung durch Laufbandverlängerung mit einem minimalen Flächenaufwand für die Vorrichtung, da der Transport in vertikale Richtung erfolgt.
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Weiter vorteilhaft sind die Kühlmittel so ausgebildet, dass der Durchlauf der zu kühlenden Spritzgussteile durch die Kühlmittel weniger als 60 Sekunden, besonders bevorzugt weniger als 30 Sekunden, beträgt.
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Für einen hohen Produktionsdurchsatz hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Spritzgussteile linear durch die Kontrollmittel durchlaufen zu lassen. Hierdurch wird eine durchlaufende Produktion ermöglicht und ein erhöhter Durchsatz ermöglicht, da zeitgleich Spritzgussteile aus den Kontrollmitteln zu- und abgeführt werden können.
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Insgesamt schafft es die Erfindung durch die Inline-Anordnung von Kontrollmitteln eine hohe Qualität der produzierten Spritzgussteile zu gewährleisten. Weiterhin kann der Ausschuss an Mangelware durch die Kontrolle der Spritzgussteile, insbesondere durch das Erkennen der Abnahme von Qualitätsmerkmalen, minimiert werden und somit Kosten gespart werden.
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Durch die den Kontrollmittel vorgelagerten Kühlmittel lassen sich standardmäßige Kontrollmittel verwenden, die insbesondere nicht an eine erhöhte Temperatur der zu überprüfenden Spritzgussteile und die mit dieser erhöhten Temperatur verbunden Störeinflüsse wie eine Übersteuerung und/oder Überlagerung der zu erfassenden thermographischen Daten, angepasst werden müssen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung und zur Kontrolle von Spritzgussteilen,
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2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung und zur Kontrolle von Spritzgussteilen.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung und zur Kontrolle von Spritzgussteilen dargestellt. Die Vorrichtung umfasst Formmittel 28, die zum Formen von mehrschichtigen Spritzgussteilen 8 ausgebildet sind.
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Die Spritzgussteile 8 werden in diesem Ausführungsbeispiel durch die Formmittel 28 jeweils als dreischichtige Spritzgussteile 8 ausgebildet, bei denen eine EVOH-Schicht zwischen zwei Schichten Polyethylen in einer Sandwich-Anordnung vorgesehen ist. Die EVOH-Schicht der Spritzgussteile 8 sorgt bei den Spritzgussteilen 8 für eine hohe Gasdurchtrittsperrwirkung, insbesondere gegenüber Sauerstoff, welche insbesondere bei der Verpackung von verderblichen Waren und/oder zur Konservierung von Aroma- und/oder Duftstoffen, vorteilhaft sind. Die Polyethylenschichten, die die EVOH-Schicht umgeben sorgen insbesondere für den Halt der Spritzgussteile und bieten der EVOH-Schicht Schutz gegen äußere Belastungen wie etwa Wasserdampf und/oder physische Belastungen.
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Die Vorrichtung umfasst Transportmittel 1, ausgebildet durch ein Fließband und Überführmittel 20, ausgebildet durch einen Greifarm, wobei die Überführmittel 20 die jeweiligen Spritzgussteile von den Formmitteln 28 auf die Transportmittel 1 befördern.
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Auf den Transportmitteln 1 werden die Spritzgussteile 8 zu Entnahmemitteln 24 hin befördert (im Bild von links nach rechts). Die Spritzgussteile 8 werden hierbei linear transportiert, sie durchlaufen also eine Position der Vorrichtung nur einmal.
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Die Spritzgussteile 8 durchlaufen zuerst Kühlmittel 30 und anschließend Kontrollmittel 34, wobei die Kühlmittel 34 so ausgebildet sind, dass die Spritzgussteile 8 bei Eintritt in die Kontrollmittel 34 eine Temperatur zwischen 10°C und 45°C, insbesondere zwischen 15°C und 30°C, besonders bevorzugt zwischen 20°C und 30°C, aufweisen.
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In den Kontrollmitteln 34 wird werden die jeweiligen Spritzgussteile 8 auf die Einhaltung von vorgegebenen Qualitätsmerkmalen überprüft. Hierfür werden die Spritzgussteile 8 mit einer Infrarot-Strahlungsquelle bestrahlt und ein thermographisches Bild der jeweiligen Spritzgussteile 8 von einer Wärmebildkamera erfasst. Mittels einer Bildanalyseeinheit werden von der Wärmebildkamera erfasste Wärmebilder der Spritzgussteile 8 auf die Einhaltung von definierten Qualitätsparameter hin überprüft, wobei eine Bildanalysesoftware mit Objekterkennung einzelne Bereiche der jeweiligen Spritzgussteile 8 erkennt und mit einer gewünschten Infrarotdurchlässigkeit vergleicht, wobei aus einer Abweichung von einem Sollwert (an bestimmten Punkten) auf Qualitätsmängel zurückgeschlossen wird, so erhöhen etwa Risse insbesondere in der EVOH-Schicht die Infrarotdurchlässigkeit, wodurch die erfasste Wärmestrahlung im erfassten Wärmebild einen zulässigen Wert überschreitet. An Aussortiermittel können die jeweiligen Spritzgussteile 8 bei Nichteinhaltung der vorgegeben Qualitätsmerkmale markiert und/oder ausgesondert werden.
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Weiterhin ist es denkbar, durch die thermographischen Daten über mehrere Spritzgussteile 8 hinweg zu beurteilen, sodass etwa ein stetiges Nachlassen der Qualität erfasst wird (auch wenn die absolute Qualität der jeweiligen Spritzgussteile 8 noch nicht zu einer Aussonderung führt) und es können gegebenenfalls ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben werden und/oder beim Überschreiten von Grenzwertern sogar die Produktion an den Formmitteln 28 gestoppt werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Beschichten von Spritzgussteilen. Die Vorrichtung umfasst Transportmittel 1, ausgebildet durch ein Fließband und Überführmittel 20, ausgebildet durch einen Greifarm. Auf dem Fließband werden Trägereinheiten 6 befördert. In diesen Trägereinheiten 6 befinden sich, zumindest abschnittsweise, Spritzgussteile 8, die durch die Überführmittel 20 von den Formmitteln 28 in die Trägereinheiten 6 hinein befördert werden können. Weiterhin sind Entnahmemittel 24 vorgesehen, die die Spritzgussteile 8 nach dem Kontrollieren wieder aus den Trägereinheiten 6 entnehmen. Die Überführmittel 20 und die Entnahmemittel 24 sind hier durch einen Greifarm, insbesondere mit Saugnäpfen, dargestellt.
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Auf den Transportmitteln 1 werden die Trägereinheiten 6 zu Entnahmemitteln 24 hin befördert (im Bild von links nach rechts). Die Spritzgussteile 8 auf den Trägereinheiten 6 werden hierbei linear transportiert, sie durchlaufen also eine Position der Anlage nur einmal.
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Die Spritzgussteile 8 durchlaufen zuerst Kühlmittel 30 und anschließend Kontrollmittel 34, wobei die Kühlmittel 34 so ausgebildet sind, dass sie Spritzgussteile 8 bei Eintritt in die Kontrollmittel 34 eine Temperatur zwischen 10°C und 45°C, insbesondere zwischen 15°C und 30°C, besonders bevorzugt zwischen 20°C und 30°C, aufweisen.
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In den Kontrollmitteln 34 wird werden die jeweiligen Spritzgussteile 8 auf die Einhaltung von vorgegebenen Qualitätsmerkmalen überprüft. Hierfür werden die Spritzgussteile 8 mit einer Infrarot-Strahlungsquelle bestrahlt und eine thermographisches Bild der jeweiligen Spritzgussteile 8 von einer Wärmebildkamera erfasst. Hier können die Spritzgussteile 8 bei Nichteinhaltung der vorgegeben Qualitätsmerkmale markiert und/oder ausgesondert werden.
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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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