DE102011108026B4

DE102011108026B4 - Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbehältern

Info

Publication number: DE102011108026B4
Application number: DE102011108026A
Authority: DE
Inventors: Carsten Elsasser; Jochen Hild; Markus Hützen
Original assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Current assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2013-12-12
Anticipated expiration: 2031-07-21
Also published as: US9555581B2; EP2734356B1; US20170203502A1; US20140138866A1; EP2734356A1; CN103648751B; CN103648751A; DE102011108026A1; WO2013010613A1; US10518485B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbehältern aus thermoplastischem Kunststoff mit wenigstens einem Einbauteil, das bei der Ausformung des Kunststoffbehälters unter Ausnutzung der Plastifizierungswärme der Behälterwandung stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit der Behälterwandung verbunden wird, wobei das Verfahren die Verwendung wenigstens einer Öffnung an dem Einbauteil vorsieht, welche einen Schmelzkanal oder Schmelzeeintritt und/oder Schmelzedurchtritt für plastifiziertes oder plastisches Material der Behälterwandung bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung als Referenzöffnung während der Herstellung der Verbindung optisch und/oder sensorisch überwacht wird, und wobei der Durchdringungsgrad der Öffnung mit thermoplastischem Kunststoff aus der Behälterwandung als Maß für die Verbindungsqualität verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbehältern aus thermoplastischem Kunststoff mit Einbauteilen, die bei der Ausformung des Kunststoffbehälters unter Ausnutzung der Plastifizierungswärme der Behälterwandung stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit der Behälterwandung verbunden werden, wobei das Verfahren die Verwendung wenigstens einer Öffnung an dem Einbauteil vorsieht, welche einen Schmelzekanal oder Schmelzeeintritt und/oder Schmelzedurchtritt für plastifiziertes oder plastisches Material der Behälterwandung bildet.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 10 2006 006 469 A1 bekannt. Das dort beschriebene Verfahren umfasst die Herstellung eines Einbauten umschließenden Artikels als Hohlkörper aus thermoplastischem Kunststoff. Das Verfahren umfasst die Extrusion eines oder mehrerer bahn- oder schlauchförmiger Vorformlinge aus plastifiziertem Kunststoff zwischen die geöffneten Teile eines eine Kavität bildenden Formwerkzeugs, wobei wenigstens ein von dem fertigen Artikel zu umschließendes Einbauteil zwischen den Teilen des Formwerkzeugs platziert wird und das Werkzeug um die Vorformlinge geschlossen wird. Innerhalb des geschlossenen Werkzeugs werden die Vorformlinge zu einem Hohlkörper ausgeformt, wobei das Einbauteil während oder unmittelbar nach der Ausformung gegen die Innenwandung des plastischen Artikels gedrückt wird, so dass der Kunststoff des Hohlkörpers wenigstens eine Ausnehmung oder Öffnung des Einbauteils durchdringt und hinterfließt, so dass quasi eine in situ-Vernietung des Einbauteils mit Hilfe des warmplastischen Materials der Behälterwandung erzielt wird. Wenn das Einbauteil mit der Behälterwandung kompatibel ist, wird dieses gleichzeitig auch mit der Behälterwandung verschweißt, so dass dieses sowohl formschlüssig als auch stoffschlüssig an der Behälterwand verankert ist.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass eine solche nietähnliche Verbindung zwischen Einbauteil und Behälter verhältnismäßig hoch belastbar ist.
Insbesondere wenn der Behälter als Kraftstoffbehälter ausgebildet ist, müssen die in diesem befindlichen Einbauteile auch bei starker Beschleunigung und Verzögerung sowie bei Kurvenfahrt größere Kräfte, auch bedingt durch die Masse des im Kraftstoffbehälter hin und her schwappenden Kraftstoffs aufnehmen können. Eine sichere Befestigung ist daher unerlässlich.
Das Verfahren gemäß DE 10 2006 006 469 A1 ist in dieser Hinsicht durchaus zufriedenstellend, allerdings ist eine qualitative Beurteilung der Verbindungsstelle während oder gar nach Fertigstellung des Behälters kaum mehr möglich. Dies liegt insbesondere daran, dass bei Behältern, die nach dem in der DE 10 2006 006 469 A1 beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, nur noch verhältnismäßig kleine Öffnungen am Behälter vorgesehen sind, die eine Sichtkontrolle aller Einbauteile im Behälter erschweren.
Es ist deshalb wünschenswert, das Herstellungsverfahren derart zu modifizieren, dass eine besonders einfache Qualitätskontrolle der Verbindung zwischen den Einbauteilen und der Behälterwandung möglich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine verhältnismäßig einfache und sichere Qualitätsüberwachung der Verbindung von Einbauteilen mit der Wandung des Kunststoffbehälters möglich ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbehältern aus thermoplastischem Kunststoff mit wenigstens einem Einbauteil, das bei der Ausformung des Kunststoffbehälters unter Ausnutzung der Plastifizierungswärme der Behälterwandung stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit der Behälterwandung verbunden wird, wobei das Verfahren die Verwendung wenigstens einer Öffnung an dem Einbauteil vorsieht, welche einen Schmelzekanal und/oder Schmelzeeintritt und/oder Schmelzedurchtritt für plastifiziertes oder plastisches Material der Behälterwandung bildet, wobei sich das Verfahren insbesondere dadurch auszeichnet, dass die Öffnung als Referenzöffnung während der Herstellung der Verbindung optisch und/oder sensorisch überwacht wird und wobei der Durchdringungsgrad der Öffnung mit thermoplastischem Kunststoff aus der Behälterwand als Maß für die Verbindungsqualität verwendet wird.
Eine solche Qualitätsüberwachung ist auch für den Fall sinnvoll und vorteilhaft, wenn das Einbauteil nur stoffschlüssig mit der Behälterwandung im Sinne einer Verschweißung verbunden werden soll. In diesem Fall kann beispielsweise der Durchdringungsgrad der Referenzöffnung ein Maß dafür sein, ob der bei der Verschweißung erforderliche Anpressdruck gehalten wurde. Bei der Verschweißung von Kunststoffmaterialien kommt es im Wesentlichen auf die Kompatibilität der zu verschweißenden Materialien im Sinne von gleichartigen Kunststoffen, auf die Temperatur im Bereich der Schweißverbindung, auf die Fügezeit sowie auf den Anpressdruck bei der Herstellung der Schweißung an.
Die Erfindung nutzt die Detektierung der von dem Einbauteil verdrängten oder dieses durchdringender Masse mittels Sensor, Fühler oder optisch visueller Messmittel als Referenz für die für die Qualität der mit dem Einbauteil und der Wandung des Kunststoffbehälters erzielten Verbindung. Beispielsweise kann der Durchmesser eines aus der Referenzöffnung hervortretenden Schmelzekopfs optisch vermessen werden, alternativ ist es möglich und sinnvoll, die Höhe der in der Referenzöffnung aufsteigenden Schmelzesäule zu messen. Alle Messungen oder Überwachungen erfolgen zweckmäßigerweise während der Herstellung des Kunststoffbehälters on-line, d. h. in Echtzeit, so dass bei einer mangelhaften Verbindungsqualität der Kunststoffbehälter sofort aus der Fertigungslinie genommen werden kann. Selbstverständlich kann eine Referenzöffnung an einem Einbauteil auch Rückschlüsse auf die Qualität der Verbindung anderer Einbauteile mit der Behälterwandung zulassen. Erfindungsgemäß wird bei einem Kunststoffbehälter mit mehreren an dessen Behälterwandung vorgesehenen Einbauteilen nur eine einzige Referenzöffnung an einem einzigen Einbauteil dazu benutzt, um eine Qualitätsüberwachung/Qualitätskontrolle der Verbindung anderer Einbauteile mit dem Kunststoffbehälter zu ermöglichen.
Als Referenzöffnung kann auch eine Öffnung dienen, die in eine Kavität eines Sensorgehäuses mündet. Ein solches Sensorgehäuse kann beispielsweise an einem Einbauteil vorgesehen sein. Dabei kann es sich um ein Sensorgehäuse eines beim Einbau im Behälter verlorenen Sensors handeln.
Grundsätzlich kann der erfindungsgemäße Kunststoffbehälter als Kraftstoffbehälter ausgebildet sein. Als Einbauteile kommen beispielsweise Schwallbehälter, Füllstandsgeber, Entlüftungsventile, Befestigungsfüße für Leitungen oder dergleichen in Betracht.
Als thermoplastischer Kunststoff kann beispielsweise ein mehrschichtiges Material auf der Basis von HDPE (High Density Polyethylen) mit Barriereschichten für Kohlenwasserstoffe vorgesehen sein.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass an dem Einbauteil wenigstens eine Befestigungsöffnung vorgesehen ist, welche mit plastischem Kunststoff der Behälterwandung für die Herstellung der Verbindung durchsetzt wird, wobei das Verfahren den Durchdringungsgrad der Referenzöffnung mit thermoplastischem Kunststoff als Maß für den Durchdringungsgrad der Befestigungsöffnung verwendet. Als Befestigungsöffnung muss nicht notwendigerweise ein Loch oder eine Bohrung des Einbauteils vorgesehen sein, vielmehr kann das Einbauteil beispielsweise an seiner der Behälterwandung zugekehrten Seite mit einem oder mehreren Profilen versehen sein, die Hinterschneidungen bilden. Hier kommen beispielsweise Schwalbenschwanzprofile oder dergleichen in Betracht.
Zweckmäßigerweise dient die Referenzöffnung ausschließlich der Qualitätsüberwachung und ist gänzlich ohne Befestigungsfunktion.
Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Referenzöffnung oder in Strömungsrichtung hinter der Referenzöffnung wenigstens ein Thermofühler oder wenigstens eine Messelektrode angeordnet wird, die bei Erreichen eines vorgegebenen Durchdringungsgrades ein Messsignal erzeugt. Kommt beispielsweise ein Thermofühler mit der heißen Schmelze in Berührung, so hat dies einen starken Temperaturanstieg an dem Messfühler zur Folge.
Alternativ oder zusätzlich kann in der Referenzöffnung wenigstens ein schmelzeverdrängbarer Körper in Form eines Kolbens oder Stifts vorgesehen sein, der entweder eine visuelle Kontrolle der Verbindungsqualität ermöglicht, oder der seinerseits einen Schalter oder Taster auslenkt. Alternativ kann die Bewegung eines Stifts oder Stempels mittels Lichtschranke oder mittels Kamera erfasst werden. Auch die in einer Referenzöffnung aufsteigende bzw. aus dieser heraustretende Schmelze kann mit Lichtschranke oder auch mittels Kamera erfasst werden.
Nach einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist die Ausformung von wenigstens zwei flächigen, bahnförmigen Vorformlingen aus plastifiziertem thermoplastischen Kunststoff in einem mehrteiligen, eine Kavität bildenden Werkzeug zu zueinander komplementären Schalen, sowie das Zusammenfügen der Schalen zu einem im Wesentlichen geschlossenen Hohlkörper vorgesehen, wobei die Vorformlinge zwischen jeweils Teilkavitäten aufweisende Teile des Werkzeugs verbracht werden, die Teile des Werkzeugs gegen einen zwischen den Vorformlingen angeordneten Werkzeugteiler geschlossen werden und die Vorformlinge unter Anwendung von Differenzdruck in die Teilkavitäten eingelegt und angeformt werden, wobei wenigstens an einer Schale nach und/oder während deren Ausformung wenigstens ein Einbauteil befestigt wird, und die Schalen durch Schließen der Werkzeuge zu einem geschlossenen Hohlkörper zusammengefügt werden.
Die bahnförmig oder lappenförmigen Extrudate können beispielsweise auf einer Extrusionsanlage mit einem Extrusionskopf mit Breitschlitzdüsen als mehrschichtige Co-Extrudate hergestellt werden. Der Extrusionskopf kann oberhalb eines mehrteiligen Werkzeugs angeordnet sein. Bei einer besonders vorteilhaften Variante dieses Herstellungsverfahrens ist vorgesehen, dass nach dem Ausformen der Schalen in einem separaten Verfahrensschritt die Werkzeuge geöffnet wenden, an den Schalen wenigstens ein Einbauteil befestigt wird und die Schalen durch erneutes Schließen der Werkzeuge zu einem fertigen Hohlkörper zusammengefügt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass zur Ausformung der Schalen lediglich ein einfacher Werkzeugteiler erforderlich ist, der nur eine Abdichtfunktion erfüllen muss. Die Bautiefe des Werkzeugteilers kann unabhängig von der Lage und Anordnung der in den Hohlkörper einzubringenden Einbauteile gestaltet sein, so dass ein Führen von oberhalb der Werkzeuge in Schwerkraftrichtung extrudierten lappen- oder bahnförmigen Vorformlingen nicht mehr erforderlich ist. Diese können mit dem durch den Extrusionskopf vorgegebenen Abstand zueinander extrudiert werden, ohne dass diese auf Abstand gehalten oder geführt werden müssten, insbesondere durch Verwendung von Rollenbahnen, Manipulatoren, Greifern, beheizten Stangen oder dergleichen. Dies ist insbesondere bei Verwendung eines Extrusionskopfes vorteilhaft, wie er in der DE 10 2006 042 065 A1 beschrieben ist, bei welchem ein schlauchförmiger Schmelzestrom des Co-Extrudats durch entsprechende Fließkanalaufteilung innerhalb des Extrusionskopfes in zwei im Wesentlichen flächige bahnförmige ebene Schmelzeströme aufgeteilt wird.
Das Verfahren hat weiterhin den Vorzug, dass die Manipulation eines oder mehrerer in den Hohlkörper bzw. Kraftstoffbehälter einzubringenden Einbauteile bei geöffnetem Werkzeug erfolgen kann.
Beispielsweise kann das Einbringen eines Einbauteils mittels konventioneller 3D-Manipulatoren erfolgen, die an entsprechender Stelle der Blasformmaschine aufgestellt werden können.
In diesem Fall kann beispielsweise eine Kamera an einem Manipulator angeordnet sein, mittels derer eine Überwachung der Verbindungsqualität des Einbauteils mit der Behälterwandung erfolgt. Alternativ können eine oder mehrere Kameras am Werkzeug selbst angeordnet sein.
Wie vorstehend erwähnt, erfolgt bevorzugt die Ausformung der Schalen unter Ausnutzung der ersten Wärme des Extrudats, d. h. unter Ausnutzung der Plastifizierungswärme aus der Extrusion. Diese Wärme wird ebenso dazu genutzt, das betreffende Einbauteil stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit der Behälterwandung zu verbinden. Eine Beheizung des Einbauteils vor Verbindung mit der Behälterwandung, beispielweise durch Schweißspiegel, Infrarotheizelemente oder dergleichen, ist dabei nicht ausgeschlossen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigen:
1A eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zu Beginn und zum Ende eines Fertigungszyklus,
1B eine Draufsicht auf die in 1A gezeigte Anordnung,
1C einen Teilschnitt entlang der Linien C-C n 1A
2 eine der 1B entsprechende Ansicht, bei welcher die Werkzeuge gegen einen zwischen den Vorformlingen angeordneten Werkzeugteiler geschlossen sind,
3 das Ausformen der Vorformlinge zu Schalen,
4 eine Draufsicht auf die geöffneten Werkzeuge nach dem Ausformen der Schalen,
5 eine Ansicht der geöffneten Werkzeuge unmittelbar vor dem Einbringen der Einbauteile,
6 eine Draufsicht auf die geschlossenen Werkzeuge beim Einbringen der Einbauteile,
7 eine Draufsicht auf die geschlossenen Werkzeuge nach dem Einbringen der Einbauteile,
8 eine Draufsicht auf die geöffneten Werkzeuge nach dem Einbringen der Einbauteile,
9A–9C den 1A–1C entsprechende Ansichten unmittelbar vor dem Schließen der Werkzeuge zwecks Zusammenfügen der Schalen zu einem fertigen Artikel,
10 eine Draufsicht auf die geschlossenen Werkzeuge mit dem fertigen Artikel,
11A–11C den 1A–1C entsprechende Ansichten, die die Entnahme des fertigen Artikeln veranschaulichen,
12 eine Explosionsansicht eines Einbauteils gemäß der Erfindung,
13 eine Ansicht des Befestigungssockels des Einbauteils,
14 die Detailansicht zu 12, aus welcher insbesondere die Anordnung der Referenzbohrung ersichtlich ist,
15a–15b andere Ansichten der Referenzbohrung und
16a–16b eine alternative Ausgestaltung des Einbauteils mit einem in der Referenzbohrung angeordneten verdrängbaren Detektorkörper in Form eines Stifts.
Es wird zunächst Bezug genommen auf die 1A–1B, die eine schematische Ansicht eines Blasformwerkzeugs 1 und eines Extrusionskopfes 2 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen. Das Blasformwerkzeug 1 umfasst zwei Blasformhälften 3, die in bekannter Art und Weise an Formaufspannplatten 4 befestigt sind und im Sinne einer Öffnungs- und Schließbewegung voneinander weg und aufeinander zu bewegbar sind. Obwohl vorstehend der Begriff Blasformhälften verwendet wurde, ist es im Rahmen der Erfindung, wenn die einzelnen, jeweils Teilkavitäten 5 bildenden Werkzeugteile mehrteilig ausgebildet sind. Jede der Blasformhälften 3 muss nicht notwendigerweise die Hälfte des Werkzeugs bzw. des Formnests der Kavität bilden. Auch muss die Teilungsebene der Blasformhälften 3 nicht notwendigerweise die geometrische hälftige Teilung des Werkzeugs bilden.
Die Formaufspannplatten 4 sind Teil eines nicht näher gezeigten Maschinengrundgestells, welches bezüglich des ortfest angeordneten Extrusionskopfs 2 verfahrbar ist, wie dies in den Zeichnungen angedeutet ist.
Der Extrusionskopf 2 ist in den Zeichnungen stark vereinfacht dargestellt, dieser umfasst zwei Breitschlitzdüsen 6, aus denen jeweils lappenförmige bzw. bahnförmige, sich in die Zeichnungsebene hinein gradlinig erstreckende Vorformlinge 7 hängend, d. h. in Schwerkraftrichtung kontinuierlich extrudiert werden. Die Vorformlinge 7 bestehen vorzugsweise jeweils aus einem insgesamt sechsschichtigen Extrudat umfassend eine rußeingefärbte äußere HDPE-Schicht, eine Rezyklat(Regrind)-Schicht auf HDPE-Basis, eine beidseitig von Haftvermittler umgebene EVOH-Barriereschicht sowie eine weitere nicht eingefärbte HDPE-Schicht. Die Haftvermittlerschichten können beispielsweise auf LDPE-Basis ausgebildet sein.
Das Blasformwerkzeug 1 gemäß der Erfindung umfasst neben dem nicht dargestellten Maschinengrundgestell ein Maschinengestell 8, welches bezüglich des Maschinengrundgestells und quer zur Öffnungs- und Schließbewegung der Formaufspannplatten 4 verfahrbar ist. Auf dem Maschinengestell 8 sind mit Abstand zueinander ein Werkzeugteiler 9 sowie ein Bauteilträger 10 angeordnet.
Der Werkzeugteiler 9 ist im wesentlichen als Abdichtrahmen ausgebildet, dessen umlaufenden Dichtflächen 11 eine umlaufende Kontur definieren, die etwa der Begrenzung der Teilkavitäten 5 der Blasformhälften 3 folgt.
Der Bauteilträger 10 ist ebenfalls als Mittenrahmen ausgebildet, innerhalb dessen einzelnen Bauteilaufnahmen 12 in Form von pneumatischen Kolben-Zylinderanordnungen mit Befestigungsmitteln angeordnet sind.
In der Zeichnung ist die Bautiefe des Werkzeugteilers 9 und des Bauteilträgers bzw. Mittenrahmens 11 etwa gleich dargestellt und zwar aus Vereinfachungsgründen. Tatsächlich ist die Bautiefe des Werkzeugteilers 9 geringer als die des Bauteilträgers 10. Der Werkzeugteiler 9 kann einfachstenfalls als einfache Platte, gegebenenfalls mit Mitteln zur Blasdruckbeaufschlagung der Kavität ausgebildet sein.
Der Abstand zwischen dem Bauteilträger 10 und dem Werkzeugteiler 9 auf dem Maschinengestell 8 entspricht etwa (größer oder gleich) der Breite des Schließgestells bzw. der Formaufspannplatten 4.
Wie bereits erwähnt, kann auch vorgesehen sein, den Bauteilträger 10 und den Werkzeugteiler 9 relativ zueinander auf dem Maschinengestell verfahrbar anzuordnen. Der Verfahrweg muss in diesem Falle größer oder gleich der Breite der Formaufspannplatten 4 sein.
Die 1A–1B zeigen das Blasformwerkzeug 1 zum Ende bzw. zu Beginn eines jeden Arbeitszyklus. Ein solchen Arbeitszyklus umfasst zunächst die Extrusion der Vorformlinge 7 kontinuierlich auf eine Länge, die etwa der Höhe der Blasformhälften 3 entspricht, wie dies in 1C dargestellt ist. Die Vorformlinge 7 werden zwischen die geöffneten Blasformhälften 3 extrudiert und zwar jeweils zwischen eine Blasformhälfte 3 und den zwischen den Blasformhälften 3 angeordneten Werkzeugteiler 9. In einem weiteren, in der 2 dargestellten Verfahrensschritt, schließen sich die Blasformhälften 3 gegen den zwischen diesen angeordneten Werkzeugteiler 9 unter Abquetschen und/oder Abtrennen der Vorformlinge 7 am Extrusionskopf 2, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme weiterer Werkzeuge zum Trennen des kontinuierlich extrudierten Vorformlings 7. Dieser Schließbewegung der Blasformhälften 3 überlagert ist eine Verfahrbewegung des Maschinengrundgestells unter dem Extrusionskopf weg, wie dies in 2 andeutungsweise dargestellt ist. Die Kavität bzw. das Formnest des Blasformwegzeugs 1 wird geschlossen, der Werkzeugteiler 9 nimmt dabei die Schließkräfte der Blasformhälften 3 auf und dichtet gleichzeitig die Kavität des Blasformwerkzeugs 1 ab. Sodann werden die Vorformlinge 7 unter Anwendung von Vakuum und/oder Überdruck in die Teilkavitäten 5 der Blasformhälften 3 angelegt und ausgeformt, wie dies in 3 dargestellt ist. Die Blasformhälften werden geöffnet und bezüglich des Maschinengestells 8 in der Draufsicht nach links verfahren, wie dies in 4 dargestellt ist. Dabei ist unerheblich, ob das Maschinengestell 8 bezüglich des Maschinengrundgestells und bezüglich der Blasformhälften 3 verfahrbar ist oder ob die Blasformhälften 3 und die Formaufspannplatten 4 bezüglich des Maschinengestells 8 verfahrbar sind. Dies ist wahlfrei und kommt auf den verfügbaren Aufstellplatz für das Blasformwerkzeug 1 und des Extrusionskopfs 2 an.
In einem weiteren Verfahrensschritt (5) wird der Bauteilträger 10 zwischen die Blasformhälften 3 platziert. Sodann werden die Blasformhälften 3 erneut geschlossen. Ein vollständiges Schließen der Blasformhälften 3 während dieses Vorgangs im Sinne einer Abdichtung ist nicht erforderlich. Der Schritt des Schließens der Blasformhälften 3 gegen den Bauteilträger 10 ist daher nur optional.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Bauteilaufnahmen 12 innerhalb des Bauteilträgers 10, die zu Beginn des Arbeitszyklus mit Einbauteilen 13 bestückt wurden, in Richtung auf die in den Teilkavitäten 5 ausgebildeten Schalen 14 verfahren. Die Einbauteile 13 werden unter Aufwendung von Kraft aus der Hubbewegung der Bauteilaufnahmen 12 gegen die Schalen 14 gefügt bzw. an diesen befestigt.
In den Zeichnungen ist dieser Vorgang nur bezogen auf eine Schale 14 dargestellt, die Erfindung ist jedoch so zu verstehen, dass Einbauteile 13 an einer oder beiden Schalen 14 befestigt werden können.
Eine solche Befestigung kann beispielsweise durch Nieten in der Art erfolgen, wie es beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 006 469 A1 beschrieben ist, auf welche hier auch zum Zwecke der Offenbarung vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Schließlich werden die Bauteilaufnahmen 12 in ihre Ausgangslage zurückgefahren (6), das Blasformwerkzeug 1 wird geöffnet, d. h. die Blasformhälften 3 auseinandergefahren (8). Die Formaufspannplatten 4 werden in die in 9B gezeigte Ausgangsstellung zwischen dem Werkzeugteiler 9 und dem Bauteilträger 10 verfahren, sodann vollziehen die Blasformhälften eine Schließbewegung, bei welcher die in diesen angeordneten Schalen 14 randseitig miteinander verschweißt werden (10). Währenddessen ist bereits der Werkzeugteiler 9 zwischen den Vorformlingen 7 (weiterer Zyklus) platziert. Unterdessen erfolgt eine Bestückung der Bauteilaufnahmen 12 mit Einbauteilen 13.
Schließlich werden die Blasformhälften 3 geöffnet (11B) und der fertige mit Einbauteilen 13 versehene Artikel in Form eines Kraftstoffbehälters 15 wird nach oben aus dem geöffneten Werkzeug entnommen (11B, 1A).
Ein Einbauteil 13 in Form eines Entlüftungsventils 16 ist beispielsweise in 12 dargestellt. Das Entlüftungsventil 16 umfasst ein Ventilgehäuse 17 mit einem Nippel 18 zum Anschluss einer Entlüftungsleitung sowie einen Befestigungssockel 19, der mit dem Ventilgehäuse 17 über Rastzungen 20, die in entsprechende Rastausnehmungen 21 eintauchen, verknipst/verrastet ist.
Der Befestigungssockel 19 des Entlüftungsventils 16 ist mit drei Befestigungsohren 22 versehen (13), die jeweils eine Öffnung 23 aufweisen. Die Öffnung 23 ist als eingesenktes, kreisrundes Loch ausgebildet und nimmt einen Nietstift 24 auf, der einen Senkkopf 25 mit einer Einsenkung der Öffnung 23 entsprechenden Kontur aufweist.
Der Nietstift 24 besteht aus thermoplastischem Kunststoff und wurde durch Spritzgießen vorgefertigt und vor Einsetzen des Entlüftungsventils 16 in den Kraftstoffbehälter in die betreffende Öffnung 23 des Befestigungssockels 19 eingesetzt. (14).
Der Nietstift 24 besteht ebenfalls aus HDPE und ist in diesem Sinne mit der Innenschicht der Behälterwandung 140 ebenfalls kompatibel.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Entlüftungsventil 16 mit einem abnehmbaren und verrastbaren Befestigungssockel 19 versehen, grundsätzlich kann dieses auch einteilig ausgebildet sein.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird der mit Nietstiften 24 bestückte Befestigungssockel 19 bei der Ausformung des Behälters über die die Öffnungen 23 durchsetzenden Nietstifte 24 mit der Behälterwandung verschweißt. Der betreffende Nietstift 24 wird mittels eines geeigneten Werkzeugs durch die Öffnungen 23 in die noch warmplastische schmelzeheiße Innenschicht der Behälterwandung getrieben, so dass der Schaft der Nietstifte 24 mit der Innenschicht der Behälterwandung verschmilzt und der Senkkopf 25 des Nietstifts 24 sich hingegen vollständig in die Öffnung 23 einfügt.
Der Befestigungssockel 19 mit den an diesem angeordneten Nietstiften kann beispielsweise mittels einer stempelartigen Vorrichtung über einen Manipulator gegen die in den Teilkavitäten 5 ausgeformten Vorformlinge 7 angedrückt werden.
Die Temperatur im Bereich der Anlagefläche des Befestigungssockels 19 und der Anpressdruck sind entscheidend für die Qualität der Befestigung.
Zur Qualitätsüberwachung ist in wenigstens einem Befestigungsohr 22 des Befestigungssockels 19 eine Referenzöffnung 26 vorgesehen, deren Durchmesser beispielsweise deutlich kleiner sein kann als der Durchmesser der Öffnungen 23.
Diese Referenzöffnung 26 bildet einen Schmelzekanal, durch den das warmplastische Material des Vorformlings 7 bzw. der noch schmelzeheißen Behälterwandung beim Anpressen des Befestigungssockels 19 mit dieser hindurchgetrieben wird. Der Durchdringungsgrad der Referenzöffnung 26 mit thermoplastischem Kunststoff kann als Maß für die Qualität der erzielten Schweißverbindung herangezogen werden. Der Durchdringungsgrad der Schmelze durch die Referenzöffnung kann entweder optisch oder auch taktil sensorisch erfasst werden. Im einfachsten Fall kann beispielsweise an einem Manipulator zur Einbringung der Einbauteile 13 eine Kamera angeordnet sein.
Anstelle einer zuvor beschriebenen Nietbefestigung kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Öffnungen 23 nicht mit Nietstiften versehen sind, sondern ebenfalls von dem schmelzeheißen Material der Behälterwandung durchsetzt werden, derart, dass quasi eine in situ-Vernietung des Einbauteils 13 erzielt wird. Beispielsweise kann der die Öffnungen 23 des Einbauteils 13 durchsetzende schmelzeheiße Kunststoff einen verbreiterten Nietkopf ausbilden, der eine formschlüssige Verankerung des Einbauteils 13 bzw. des Befestigungssockels 19 mit der Behälterwand 140 bewirkt.
Eine andere Variante der Befestigung eines Einbauteils 13 an der Behälterwand 140 ist beispielsweise in 16 dargestellt. Das Einbauteil 13 ist auf seiner der Behälterwand zugekehrten Seite mit einem profilierten Boden 27 versehen. Der Boden 27 ist als Schwalbenschwanzprofil ausgebildet, derart, dass wenn der Boden 27 des Einbauteils 13 in die noch schmelzeheiße Behälterwandung bzw. in den in der Teilkavität 5 anliegenden Vorformling 7 gedrückt wird, das schmelzeheiße Material die Hinterschnitte des Schwalbenschwanzprofils 28 hintergreifen. Zusätzlich ist im Boden 27 des Einbauteils eine Referenzöffnung 26 vorgesehen, in die ein Stift 29 eingesetzt ist. Der Stift 29 durchsetzt vollständig das Einbauteil 13, so dass ein aus dem Einbauteil 13 hervortretender Kopf 30 des Stiftes 29 beispielsweise optisch detektierbar ist.
Der Stift 29 kann beispielsweise im Inneren des Einbauteils 13 mit einer Wickelung versehen sein, die in einen Spulenkörper eintaucht, so dass beispielsweise der von dem Stift 29 nachvollzogene Weg bei Herstellung der Verbindung elektrisch erfassbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Blasformwerkzeug
2: Extrusionskopf
3: Blasformhälften
4: Formaufspannplatten
5: Teilkavitäten
6: Breitschlitzdüsen
7: Vorformlinge
8: Maschinengestell
9: Werkzeugteiler
10: Bauteilträger
11: Dichtflächen
12: Bauteilaufnahmen
13: Einbauteile
14: Schalen
15: Kraftstoffbehälter (Artikel)
16: Entlüftungsventil
17: Ventilgehäuse
18: Nippel
19: Befestigungssockel
20: Rastzungen
21: Rastausnehmungen
22: Befestigungsohren
23: Öffnung
24: Nietstift
25: Senkkopf
26: Referenzöffnung
27: Boden des Einbauteils
28: Schwalbenschwanzprofil
29: Stift
30: Kopf des Stiftes
140: Behälterwandung

Claims

Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbehältern aus thermoplastischem Kunststoff mit wenigstens einem Einbauteil, das bei der Ausformung des Kunststoffbehälters unter Ausnutzung der Plastifizierungswärme der Behälterwandung stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit der Behälterwandung verbunden wird, wobei das Verfahren die Verwendung wenigstens einer Öffnung an dem Einbauteil vorsieht, welche einen Schmelzkanal oder Schmelzeeintritt und/oder Schmelzedurchtritt für plastifiziertes oder plastisches Material der Behälterwandung bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung als Referenzöffnung während der Herstellung der Verbindung optisch und/oder sensorisch überwacht wird, und wobei der Durchdringungsgrad der Öffnung mit thermoplastischem Kunststoff aus der Behälterwandung als Maß für die Verbindungsqualität verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Einbauteil wenigstens eine Befestigungsöffnung vorgesehen ist, welches mit plastischem Kunststoff der Behälterwandung bei der Herstellung der Verbindung durchsetzt wird, wobei das Verfahren den Durchdringungsgrad der Referenzöffnung mit thermoplastischem Kunststoff als Maß für den Durchdringungsgrad der Befestigungsöffnung verwendet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauteil flächig mit der Behälterwandung verschweißt wird, wobei das Verfahren den Durchdringungsgrad der Referenzöffnung mit thermoplastischem Kunststoff als Maß für die Qualität der Schweißverbindung verwendet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauteil mit wenigstens einer Befestigungsfläche versehen ist, die Hinterschneidungen bilden, wobei die Hinterschneidungen beim Fügen des Einbauteils an die Behälterwandung mit schmelzeheißem Kunststoff hinterflossen werden, und wobei das Verfahren den Durchdringungsgrad der Referenzöffnung mit thermoplastischem Kunststoff als Maß für die Qualität der Verankerung des Einbauteils verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzöffnung ausschließlich der Qualitätsüberwachung dient und ohne Befestigungsfunktion ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in oder in Strömungsrichtung der Schmelze hinter der Referenzöffnung wenigstens ein Thermofühler oder wenigstens eine Messelektrode angeordnet wird, die bei Erreichen eines vorgegebenen Durchdringungsgrads ein Messsignal erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Referenzöffnung wenigstens ein schmelzeverdrängbarer Körper in Form eines Kolbens oder Stifts vorgesehen ist, der eine visuelle und/oder sensorische Kontrolle der Verbindungsqualität ermöglicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Ausformung von wenigstens zwei flächigen, bahnförmigen Vorformlingen aus plastifiziertem thermoplastischen Kunststoff in einem mehrteiligen, eine Kavität bildenden Werkzeug zu zueinander komplementären Schalen sowie das Zusammenfügen der Schalen zu einem im Wesentlichen geschlossenen Hohlkörper, wobei die Vorformlinge zwischen jeweils Teilkavitäten aufweisende Teile des Werkzeugs verbracht werden, die Teile des Werkzeugs gegen einen zwischen den Vorformlingen angeordneten Werkzeugteiler geschlossen werden, und die Vorformlinge unter Anwendung von Differenzdruck in die Teilkavitäten eingelegt und ausgeformt werden, wobei an wenigstens einer Schale nach und/oder während der Ausformung wenigstens ein Einbauteil befestigt wird und die Schalen durch Schließen der Werkzeuge zu einem geschlossenen Hohlkörper zusammengefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausformen der Schalen in einem separaten Verfahrensschritt die Werkzeuge geöffnet werden, an wenigstens eine Schale ein Einbauteil befestigt wird und die Schalen durch erneutes Schließen der Werkzeuge zu einem fertigen Hohlkörper zusammengefügt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass während der Befestigung des Einbauteils eine visuelle Erfassung und Überwachung der Referenzöffnung erfolgt, vorzugsweise mittels wenigstens einer an den Werkzeugen oder auf einem Roboterarm angeordneten Kamera.