DE102014221567B3

DE102014221567B3 - Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers durch Extrusionsblasformen mit einem beweglichen Hohlzylinder

Info

Publication number: DE102014221567B3
Application number: DE102014221567.6A
Authority: DE
Inventors: Walter Kühn
Original assignee: Judo Wasseraufbereitung GmbH
Current assignee: Judo Wasseraufbereitung GmbH
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2016-02-25
Anticipated expiration: 2034-10-24

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers (8) aus thermoplastischem Kunststoff mit mindestens einem Einbauteil (5) im Inneren des Hohlkörpers (8) durch Extrusionsblasformen, wobei a) geschmolzener Kunststoff (30) aus einem Düsenkopf (20) als schlauchartiger Vorformling (3) austritt, und b) anschließend der Vorformling (3), in welchem das mindestens eine Einbauteil (5) angeordnet ist, in ein wenigstens zweiteiliges Blasformwerkzeug (9a, 9b) eingeschlossen und mit Gasdruck an das Blasformwerkzeug (9a, 9b) angepresst wird, wobei das mindestens eine Einbauteil (5) mit dem Kunststoff (30) verbunden, insbesondere verklemmt, wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass während Schritt a) ein Hohlzylinder (4) unter dem Düsenkopf (20) angeordnet ist, so dass der geschmolzene Kunststoff (30) an einer äußeren Mantelfläche des Hohlzylinders (4) nach unten fließt, und dass vor Schritt b) der Hohlzylinder (4) aus dem Vorformling (3), in welchem das mindestens eine Einbauteil (5) bereits angeordnet ist, entfernt wird. Die vorliegende Erfindung gibt ein einfaches und kostengünstiges Verfahren an, bei dem Einbauteile, insbesondere auch große Einbauteile, in einem durch Extrusionsblasformen hergestellten Hohlkörper angeordnet werden können, wobei ein unerwünschter, vorzeitiger Kontakt zwischen Einbauteilen und Vorformling während des Fertigungsprozesses sicher vermieden wird, insbesondere ohne dass aufgrund des Verfahrensablaufs zusätzliche Schweißnähte am Hohlkörper entstehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus thermoplastischem Kunststoff mit mindestens einem Einbauteil im Inneren des Hohlkörpers durch Extrusionsblasformen, wobei

a) geschmolzener Kunststoff aus einem Düsenkopf als schlauchartiger Vorformling austritt, und
b) anschließend der Vorformling, in welchem das mindestens eine Einbauteil angeordnet ist, in ein wenigstens zweiteiliges Blasformwerkzeug eingeschlossen und mit Gasdruck an das Blasformwerkzeug angepresst wird,

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 602 18 237 T2 bekannt.
Durch Extrusionsblasformen werden im Allgemeinen Hohlkörper aus thermoplastischen Kunststoffen hergestellt. Es wird dabei geschmolzener Kunststoff als schlauchartiger Vorformling aus einer Düse extrudiert. Der Vorformling wird an ein Blasformwerkzeug übergeben und durch Gasdruck an die Innenflächen des Blasformwerkzeugs angepresst. Das Volumen der hergestellten Hohlkörper liegt üblicherweise im Bereich von ca. einem Milliliter bis hin zu rund zehn Kubikmetern. Anwendungsgebiete sind unter vielen anderen die Herstellung von Ampullen für Arzneimittel, Flaschen für Lebensmittel, Kraftstoffbehälter, Lüftungskanäle, Öltanks oder Sportgeräte, wie z. B. Kajaks.
Je nach Anwendung kann es notwendig sein, in den Hohlkörpern Einbauteile anzuordnen. In Kraftstofftanks werden als Einbauteile beispielsweise Kraftstoffpumpen, Ventile oder Schwallwände benötigt. Die Einbauteile können nachträglich durch Zugangsöffnungen in den fertigen Hohlkörper eingebracht und dort angeordnet werden (insbesondere bei kleineren Einbauteilen) oder bereits während des Extrusionsblasformvorgangs in den Hohlkörper integriert werden.
Aus der deutschen Wikipedia (http://de.wikipedia.org/wiki/Extrusionsblasformen, abgerufen am 30.09.2014) ist bekannt, beim 3D-Extrusionsblasformen einen schlauchartigen Vorformling mittels Stützluft am Einfallen zu hindern, so dass Bauteile mit komplexer Geometrie oder mehrachsig gekrümmte Bauteile hergestellt werden können. Nachteilig ist, dass die Stützwirkung der Luft abhängig von den geometrischen Verhältnissen und den Eigenschaften des Kunststoffs begrenzt ist. Dieses Verfahren bleibt daher üblicherweise auf die erwähnten Sonderfälle beschränkt.
Zum Einbringen von Einbauteilen während des Extrusionsblasvorgangs schlägt die DE 10 2009 030 492 A1 vor, einen schlauchartigen Vorformling in Längsrichtung aufzutrennen, so dass er einen etwa C-förmigen Querschnitt mit einem Längsschlitz erhält, und ihn sodann im teilweise geschlossenen Blasformwerkzeug vorzuformen, wobei im Bereich des Stoßes der Kanten des Längsschlitzes eine oder mehrere Zugangsöffnungen frei bleiben, durch die Einbauteile eingebracht werden können. Nach Anordnen der Einbauteile im Vorformling wird das Blasformwerkzeug vollständig geschlossen und der Vorformling fertig ausgeformt, wobei die Zugangsöffnungen verschlossen werden. Bedingt durch die nur partielle Öffnung ist jedoch der Bewegungsspielraum zum Einbringen der Einbauteile begrenzt. Zudem entsteht im Bereich des Stoßes eine Schweißnaht.
Aus der DE 10 2006 027 256 A1 ist ein Blasformwerkzeug mit einer Mittelform und zwei Außenformen bekannt geworden. Zwei bahnförmige Extrudate werden zwischen den Außenformen und der Mittelform extrudiert, und zwei Halbschalen werden geformt. Einbauteile können nun über die Mittelform in die Halbschalen eingebracht werden. Nach Entfernen der Mittelform werden die Außenformen geschlossen und die Halbschalen werden zu einem Hohlkörper verschweißt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der erhöhte apparative Aufwand für das Blasformwerkzeug sowie die Bildung einer umlaufenden Schweißnaht am Hohlkörper. Andere Blasformwerkzeuge mit Mittelformen sind aus der DE 10 2010 026 716 A1 und der DE 10 2012 001 928 A1 bekannt geworden.
Die Ausbildung von Schweißnähten zum Verschließen oder Zusammenfügen eines Vorformlings kann je nach Verwendungszweck des Hohlkörpers problematisch sein in Bezug auf mechanische Eigenschaften, z. B. die Festigkeit des Hohlkörpers betreffend, oder hygienische Eigenschaften, z. B. durch Ablagerung von Verschmutzungen oder Mikroorganismen an den Schweißnähten bei mediendurchströmten Hohlkörpern, etwa im Bereich der Trinkwasserversorgung und -aufbereitung.
Bei dem aus der DE 602 18 237 T2 bekannten Verfahren wird ein Hohlkörper aus thermoplastischem Kunststoff, in dem mehrere Einbauteile angeordnet sind, durch Extrusionsblasformen hergestellt, indem die Einbauteile unterhalb des Düsenkopfes angeordnet werden, und indem geschmolzener Kunststoff als schlauchartiger Vorformling extrudiert wird, der sich seitlich an den Einbauteilen vorbei ergießt. Anschließend wird der Vorformling von einem mehrteiligen Blasformwerkzeug eingeschlossen, so dass die Einbauteile im Kunststoff eingeklemmt werden, und der Vorformling wird durch Gasdruck an die Innenseiten des Blasformwerkzeugs angepresst, wodurch der Hohlkörper seine endgültige Gestalt erhält.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass während des Extrusionsvorgangs die Einbauteile ungeschützt innerhalb des schmelzweichen Kunststoffs angeordnet sind, so dass es leicht vorkommen kann, dass der wachsende Vorformling die Einbauteile unkontrolliert berührt, wodurch die Einbauteile oder auch der Vorformling unbrauchbar werden können.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren anzugeben, bei dem Einbauteile, insbesondere auch große Einbauteile, in einem durch Extrusionsblasformen hergestellten Hohlkörper angeordnet werden können, wobei ein unerwünschter, vorzeitiger Kontakt zwischen Einbauteilen und Vorformling während des Fertigungsprozesses sicher vermieden wird, insbesondere ohne dass aufgrund des Verfahrensablaufs zusätzliche Schweißnähte am Hohlkörper entstehen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass während Schritt a) ein Hohlzylinder unter dem Düsenkopf angeordnet ist, so dass der geschmolzene Kunststoff an einer äußeren Mantelfläche des Hohlzylinders nach unten fließt, und dass vor Schritt b) der Hohlzylinder aus dem Vorformling, in welchem das mindestens eine Einbauteil bereits angeordnet ist, entfernt wird.
Durch den Hohlzylinder kann der Vorformling mitgestaltet und am Einfallen gehindert werden. Dies ist insbesondere bei dünnwandigen Vorformlingen und weichen Kunststoffschmelzen von Vorteil. Gleichzeitig dient der Hohlzylinder dem Schutz des mindestens einen Einbauteils vor vorzeitigem, unerwünschtem Kontakt mit dem Vorformling oder herabtropfendem geschmolzenem Kunststoff, indem das mindestens eine Einbauteil vor, während und/oder nach Schritt a) im Hohlzylinder angeordnet wird. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Einbauteile durch Kontakt mit geschmolzenem Kunststoff unbrauchbar werden können, wie Siebeinsätze von Ionenaustauscherharzbehältern.
Vor Schritt b) wird der Hohlzylinder aus dem Vorformling entfernt, wohingegen das mindestens eine Einbauteil im Vorformling verbleibt, so dass es in Schritt b) mit dem Vorformling verbunden, insbesondere verklemmt, werden kann. Vor dem Entfernen des Hohlzylinders sind die Wände des Vorformlings bereits durch den Hohlzylinder geformt und stabilisiert worden, so dass die Gefahr eines unkontrollierten Kontakts zwischen Vorformling und dem mindestens einen Einbauteil minimiert ist, bis der Vorformling im Blasformwerkzeug eingeschlossen und mit Blasluft beaufschlagt wird. Das Entfernen des Hohlzylinders erfolgt zweckmäßigerweise in einer gleichmäßigen, vertikal nach unten gerichteten Bewegung, um den Vorformling und ggf. am Hohlzylinder anliegende Einbauteile nicht zu Schwingungen anzuregen.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Durchmesser des Vorformlings, und damit auch des Düsenkopfes, nur geringfügig größer gewählt werden muss als ein Durchmesser des mindestens einen Einbauteils, weil der Hohlzylinder einen unkontrollierten Kontakt von Vorformling und dem mindestens einen Einbauteil verhindert. Typischerweise wird die Wandstärke des Hohlzylinders möglichst klein gewählt (meist 4 mm oder weniger, bevorzugt 2 mm oder weniger), um relativ große Einbauteile zu ermöglichen. Große Einbauteile lassen sich besonders leicht im Hohlkörper befestigen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Gefahr eines unerwünschten Kontakts zwischen Vorformling und dem mindestens einen Einbauteil durch eine geeignete Wahl der Länge und Position des Hohlzylinders praktisch vollständig ausgeschlossen werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass der Hohlkörper einteilig gefertigt werden kann und eine Schweißnaht nur an einem evtl. zu fertigenden Boden des Hohlkörpers benötigt wird. Dadurch werden mechanische Schwachstellen im Hohlköper vermieden oder zumindest minimiert; insbesondere können höhere Innendrücke im Hohlkörper erreicht werden. Ebenso können hygienisch problematische (leicht verkeimende) Schwachstellen vermieden oder zumindest minimiert werden, so dass die erfindungsgemäß hergestellten Hohlkörper auch gut für Trinkwasseranwendungen geeignet sind.
Während der Schritte a) und b), und auch während des Entfernens des Hohlzylinders, wird das mindestens eine Einbauteil in geeigneter Weise in Position gehalten, insbesondere gegenüber dem Vorformling. Ebenso wird während Schritt a) der Hohlzylinder in geeigneter Weise in Position gehalten, insbesondere gegenüber dem Düsenkopf und dem mindestens einen Einbauteil.
Der Hohlzylinder ist aus einem bei der Temperatur des geschmolzenen Kunststoffs (meist um 150–250°C) thermisch stabilen Material gefertigt. Ebenso sollte das Material des Hohlzylinders nicht chemisch mit dem geschmolzenen Kunststoff reagieren. Bevorzugt ist der Hohlzylinder aus Edelstahl oder Polytetrafluorethylen gefertigt. Als geschmolzener Kunststoff können insbesondere PE, PP, PVC oder Polyamide gewählt werden.
Der Hohlzylinder weist typischerweise eine kreisrunde Grundfläche auf, kann aber auch einen anderen Typ von Grundfläche (etwa eine rechteckige oder ovale Grundfläche) aufweisen. Die äußere Mantelfläche des Hohlzylinders (bzw. ein jeweiliger Teilabschnitt) verläuft im Allgemeinen senkrecht oder zumindest näherungsweise senkrecht (typischerweise mit maximal 5° Abweichung von der Senkrechten) zur Grundfläche; insbesondere kann sich die Mantelfläche des Hohlzylinders auch nach unten hin (typischerweise mit bis zu 5° gegenüber der vertikalen Achse) aufweiten (und damit geringfügig von einer Zylinderform abweichen). Der Hohlzylinder ist zumindest einseitig offen, und in der Regel beidseitig offen ausgeführt.
Bevorzugte Varianten der Erfindung
Bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens umschließt der Hohlzylinder das mindestens eine Einbauteil während des gesamten Schritts a). Mit anderen Worten, das mindestens eine Einbauteil wird bereits vor Beginn von Schritt a) im Hohlzylinder angeordnet, so dass in Schritt a) der wachsende Vorformling über das mindestens eine, durch den Hohlzylinder geschützte Einbauteil gestülpt wird. Es ist damit sichergestellt, dass das mindestens eine Einbauteil während des gesamten Extrusionsvorgangs vor unerwünschtem Kontakt mit dem Vorformling oder evtl. herabtropfendem flüssigem Kunststoff geschützt ist. Weiterhin ist das Einbringen des mindestens einen Einbauteils in den Hohlzylinder und das Anordnen unter dem Düsenkopf besonders einfach und sicher möglich, wenn noch kein schmelzwarmer Kunststoff mit Temperaturen im Bereich von meist um 150 bis 250°C aus dem Düsenkopf ausgetreten ist. Es ist dabei gleichwohl möglich, zunächst den Hohlzylinder oder das mindestens eine Einbauteil unter dem Düsenkopf anzuordnen und anschließend das mindestens eine Einbauteil in den Hohlzylinder einzuführen bzw. den Hohlzylinder über das mindestens eine Einbauteil zu stülpen. Genauso können Hohlzylinder und das mindestens eine Einbauteil in einer vom Düsenkopf entfernten Position relativ zueinander angeordnet und gemeinsam zum Düsenkopf verbracht werden. Alternativ kann auch das mindestens eine Einbauteil erst während der Durchführung von Schritt a), oder sogar erst nach Schritt a) in den Hohlzylinder eingeführt werden; der Hohlzylinder schirmt dann das mindestens eine Einbauteil vor allem während des Einführvorgangs des Einbauteils und auch teilweise beim Entfernen des Hohlzylinders ab.
In einer bevorzugten Variante des Verfahrens ist während Schritt a) der Hohlzylinder an den Düsenkopf angelegt. Durch den dichtend anliegenden Hohlzylinder ist während des gesamten Schritts a) sichergestellt, dass geschmolzener Kunststoff nicht in das Innere des Hohlzylinders eindringt. Dies ist besonders wichtig, wenn empfindliche Einbauteile verwendet werden, die bei unkontrolliertem Kontakt mit dem Vorformling oder herabtropfender Kunststoffschmelze unbrauchbar würden, etwa wasserdurchströmte Siebe zum Zurückhalten von Ionenaustauscherharz in einer Wasserenthärtungsanlage, die zumindest partiell verstopft würden. Somit kann bei dieser Verfahrensgestaltung der Ausschuss während der Produktion besonders zuverlässig verringert werden.
Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung dieser Variante des Verfahrens, bei der der Düsenkopf als ein Ringspaltdüsenkopf mit einem radial inneren Düsenteil, insbesondere inneren Düsenring, einem radial äußeren Düsenring und einem dazwischen liegenden Ringspalt ausgebildet ist, und bei der die äußere Mantelfläche des Hohlzylinders an einer unteren, äußeren Kante des radial inneren Düsenteils bündig angelegt ist. Dadurch kann der geschmolzene Kunststoff radial innen glatt vom inneren Düsenteil auf den Hohlzylinder überfließen. Somit wird zum einen verhindert, dass sich die Kunststoffschmelze beim Austritt aus dem Düsenkopf aufstaut Zum anderen ist gewährleistet, dass die Kunststoffschmelze sofort vom Hohlzylinder geführt wird, wodurch der Vorformling mitgestaltet und kontrolliert werden kann.
Bevorzugt ist auch eine Verfahrensvariante, bei der während Schritt a) und/oder während Schritt b) das mindestens eine Einbauteil mit einem Halteelement, welches von oben in den Vorformling ragt, gehalten wird, insbesondere wobei das Halteelement am Düsenkopf befestigt ist oder den Düsenkopf durchragt. Dadurch wird die korrekte Positionierung des mindestens einen Einbauteils sichergestellt, wobei vermieden wird, dass ein Halteelement die Außenfläche des Hohlkörpers durchdringt; es werden somit keine zusätzlichen Öffnungen im Hohlkörper benötigt. Dies wäre z. B. der Fall, wenn das Halteelement von unten in den Hohlkörper hineinragen würde, dieser jedoch auch an seiner Unterseite verschlossen werden soll. Weiterhin steht bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens der Raum unterhalb des Vorformlings zur erleichterten Handhabung des Hohlzylinders und der Anlieferung und Übergabe des mindestens einen Einbauteils an das Halteelement zur Verfügung.
In einer Variante des Verfahrens wird der Hohlkörper mit einer Zugangsöffnung gefertigt, deren Durchmesser kleiner ist als ein maximaler Durchmesser des mindestens einen Einbauteils. Der Durchmesser wird senkrecht zur vertikalen Achse bestimmt. Einbauteile großen Durchmessers, die nicht durch die Zugangsöffnung nach Fertigung des Hohlkörpers eingebracht werden können, können im Rahmen der Erfindung leicht schon während der Fertigung des Hohlkörpers eingebracht werden. Dafür müssen weder zusätzliche Schweißnähte, noch Verschmutzungsgefahren für die Einbauteile in Kauf genommen werden.
Bevorzugt wird der Hohlzylinder mit einer Länge LH gewählt, die größer oder gleich ist der Länge LE des mindestens einen Einbauteils in vertikaler Richtung. Dadurch wird sichergestellt, dass das mindestens eine Einbauteil auf seiner gesamten Länge vor unerwünschtem Kontakt mit dem Vorformling geschützt ist. Bei außermittiger Positionierung des mindestens einen Einbauteils entlang der Längsachse des Hohlkörpers kann der Hohlzylinder bei Bedarf entsprechend länger gewählt werden, um eine vertikal vollständige Überdeckung sicherzustellen.
Weiterhin bevorzugt ist eine Variante des Verfahrens, bei der während Schritt a) der Vorformling bis maximal zum unteren Ende des Hohlzylinders wächst. Dadurch kann eine maximale Kontrolle über die Gestalt des Vorformlings erhalten werden. Ein Überstand des Vorformlings wird vermieden, so dass das Entfernen des Hohlzylinders besonders einfach ist.
Alternativ wächst in einer weiteren Variante des Verfahrens der Vorformling während Schritt a) über das untere Ende des Hohlzylinders hinaus. In diesem Fall steht der über das untere Ende hinaus gewachsene Bereich für ein Zusammenquetschen bzw. die Fertigung eines Bodens des Hohlkörpers oder die Fertigung einer weiteren Zugangsöffnung zum Hohlkörper zur Verfügung; der Hohlzylinder ist jedoch ausreichend lang, um den auf den Mantelbereich des Hohlkörpers entfallenden Teil des Vorformlings mit zu gestalten.
In einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird der Hohlkörper mit einer Höhe HK gefertigt, die im Wesentlichen der Länge LH des Hohlzylinders in vertikaler Richtung entspricht. Typischerweise weicht HK um maximal 10% von LH ab, bezogen auf LH. Es ist dadurch sichergestellt, dass der Vorformling weder weit über den Hohlzylinder hinausragt, was die Kontrolle über den Vorformling verringert und das Entfernen des Hohlzylinders erschwert, noch wird ein unnötig langer Hohlzylinder eingebracht, wodurch der Platzbedarf bei der Fertigung des Hohlkörpers gering gehalten wird und die Handhabung des Hohlzylinders erleichtert wird. Gleichzeitig ist gewährleistet, dass der Mantelbereich des Hohlkörpers im Wesentlichen auf seiner ganzen Länge vom Hohlzylinder mitgestaltet werden kann.
Bevorzugt ist auch eine Variante des Verfahrens, bei der die äußere Mantelfläche des Hohlzylinders mit einem Antihaftmittel beschichtet ist, insbesondere mit Polytetrafluorethylen. Dadurch wird sichergestellt, dass der geschmolzene Kunststoff am Hohlzylinder gleichmäßig herabfließt, und insbesondere sich nicht am Hohlzylinder aufstaut. Ebenso wird das Entfernen des Hohlzylinders erleichtert, wodurch Beschädigungen oder Verformungen des Vorformlings vermieden werden können.
Besonders vorteilhaft ist eine Variante des Verfahrens, bei der der Hohlzylinder vor Schritt a) und/oder während Schritt a) und/oder während des Entfernens aus dem Vorformling beheizt wird, insbesondere induktiv beheizt wird. Es kann dadurch vermieden werden, dass der Vorformling vorzeitig abkühlt und unerwünscht ausformt (aushärtet), wodurch die abschließende Bearbeitung im Blasformwerkzeug erschwert oder verhindert wird. Eine induktive Beheizung ist berührungslos möglich, so dass keine Zuführungen die Form des Vorformlings und/oder den Bauraum der Einbauteile begrenzen. Im Rahmen dieser Variante kann vorgesehen sein, den Hohlzylinder nicht über seine gesamte Höhe gleich stark zu beheizen, sondern ein Temperaturprofil aufzuprägen, um beispielsweise durch eine niedrigere Viskosität der Schmelze im oberen Bereich den Austritt des geschmolzenen Kunststoffs am Düsenkopf zu erleichtern, oder um im oberen Bereich eine höhere Viskosität der Schmelze zu erhalten, wodurch eine Verformung des Vorformlings unter Schwerkrafteinfluss verringert wird.
In einer weiteren bevorzugten Variante des Verfahrens wird vor Schritt b) der Austritt von flüssigem Kunststoff am Düsenkopf gestoppt. Der Austritt wird typischerweise gestoppt, bevor der Hohlzylinder aus dem Vorformling entfernt wird. Es ist dann besonders einfach möglich, den Vorformling in das Blasformwerkzeug einzuschließen und den Vorformling von der Schmelze im Düsenkopf abzutrennen.
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch eine Extrusionsblasformanlage zur Herstellung eines Hohlkörpers aus thermoplastischem Kunststoff mit mindestens einem Einbauteil im Inneren des Hohlkörpers, umfassend

– einen Düsenkopf,
– eine Halterung zum Halten des mindestens einen Einbauteils,
– ein wenigstens zweiteiliges Blasformwerkzeug, und
– Druckbeaufschlagungsmittel zum Erzeugen von Gasdruck,

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Extrusionsblasformanlage, bei der der Düsenkopf als ein Ringspaltdüsenkopf mit einem radial inneren Düsenteil, insbesondere inneren Düsenring, einem radial äußeren Düsenring und einem dazwischen liegenden Ringspalt ausgebildet ist, wobei der Außendurchmesser des Hohlzylinders dem Durchmesser einer unteren, äußeren Kante des radial inneren Düsenteils entspricht. Dadurch kann der geschmolzene Kunststoff radial innen glatt vom inneren Düsenteil auf den Hohlzylinder überfließen. Somit wird zum einen verhindert, dass sich die Kunststoffschmelze beim Austritt aus dem Düsenkopf aufstaut. Zum anderen ist gewährleistet, dass die Kunststoffschmelze sofort vom Hohlzylinder geführt wird, wodurch der Vorformling mitgestaltet und kontrolliert werden kann.
Ebenfalls in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer erfindungsgemäßen Extrusionsblasformanlage zur Herstellung eines Ionenaustauscherharzbehälters, umfassend wenigstens zwei Siebeinsätze und ein Rohrstück als Einbauteile im Ionenaustauscherharzbehälter als Hohlkörper, wobei im Ionenaustauscherharzbehälter zwischen den Siebeinsätzen ein Aufnahmeraum für Ionenaustauscherharz ausgebildet ist, und das Rohrstück die beiden Siebeinsätze durchragt. Wenigstens einer der Siebeinstätze verfügt typischerweise über einen abnehmbaren Deckel, durch den das Ionenaustauscherharz eingefüllt oder ausgetauscht werden kann. Aufgrund der Größe der genannten Einbauteile ist es in der Regel nicht möglich, diese nach der Fertigung des Hohlkörpers in den Hohlkörper einzubringen. Weiterhin sind insbesondere die Siebeinsätze empfindlich gegenüber einem unerwünschten Kontakt mit geschmolzenem Kunststoff, da dieser ihre Funktion durch ein Verstopfen der Sieböffnungen einschränken kann. Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder einer erfindungsgemäßen Extrusionsblasformanlage können die Einbauteile durch den Hohlzylinder geschützt im Vorformling angeordnet werden. Gleichzeitig wird vermieden, dass zusätzliche Schweißnähte mit nachteiligen Folgen für die mechanischen und hygienischen Eigenschaften des Hohlkörpers entstehen; genannt seien hier beispielhaft eine Reduzierung der Festigkeit und die Ablagerung von Schmutz oder Mikroorganismen an den Schweißnähten. Letzteres ist insbesondere bei einem Einsatz des Ionenaustauscherharzbehälters in der Trinkwasseraufbereitung von Vorteil.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Extrusionsblasformanlage mit unter dem Düsenkopf angeordnetem Hohlzylinder und Einbauteilen innerhalb des Hohlzylinders, bevor geschmolzener Kunststoff als Vorformling aus dem Düsenkopf austritt;
2a den Querschnitt durch die Extrusionsblasformanlage von 1 mit Vorformling an der äußeren Mantelfläche des Hohlzylinders;
2b den Querschnitt durch die Extrusionsblasformanlage von 2a in einer Verfahrensvariante, bei der der Vorformling über den Hohlzylinder hinausragt;
3 den Querschnitt durch die Extrusionsblasformanlage von 1, nachdem der Hohlzylinder entfernt wurde;
4 den Querschnitt durch die Extrusionsblasformanlage von 1 mit anliegendem Blasformwerkzeug, und nachdem der Vorformling zum Hohlkörper fertiggeblasen wurde.
Die 1 zeigt im Querschnitt schematisch einen Düsenkopf 20 einer erfindungsgemäßen Extrusionsblasformanlage 1 mit unter dem Düsenkopf 20 angeordnetem Hohlzylinder 4. Innerhalb des Hohlzylinders 4 sind Einbauteile 5 angeordnet, die von einem Haltelement 6, das hier im Wesentlichen stabförmig ausgebildet ist und durch den Düsenkopf 20 ragt, gegenüber dem Hohlzylinder 4 und dem Düsenkopf 20 in Position gehalten werden. Der Hohlzylinder 4 wird mit einer Einrichtung 40, die den Hohlzylinder 4 in einem unteren Abschnitt spreizend ergreift, von unten gehalten. Die Einrichtung 40 ist mit einem Hubzylinder, einem Roboterarm oder dergleichen versehen, um ein vertikales Verfahren des Hohlzylinders 4 zu ermöglichen. Die Länge LH des Hohlzylinders 4 ist hier größer als die Länge LE der Gesamtheit der Einbauteile 5 gewählt, so dass die Einbauteile 5 vollständig abgeschirmt werden.
Der Düsenkopf 20 ist hier als ein Ringspaltdüsenkopf mit einem inneren Ring 21, einem äußeren Ring 22 und einem dazwischen liegenden Ringspalt 23 ausgeführt. Innerhalb des Ringspalts 23 wird geschmolzener Kunststoff 30 vorgehalten, der im weiteren Verfahrensablauf entlang des Hohlzylinders 4 extrudiert werden kann. Im in 1 gezeigten Verfahrensstadium ist noch kein geschmolzener Kunststoff 30 aus dem Düsenkopf 20 ausgetreten.
Die 2a zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Extrusionsblasformanlage 1 aus 1 am Ende von Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens. Aus dem Ringspalt 23 zwischen dem inneren Ring 21 und dem äußeren Ring 22 des Düsenkopfes 20 ist geschmolzener Kunststoff als Vorformling 3 am Hohlzylinder 4 hinab geflossen. Innerhalb des Hohlzylinders 4 sind die Einbauteile 5, nämlich Siebeinsätze 5a, 5b, ein Anschlussstück 5c und ein Rohrstück 5d angeordnet. Die Einbauteile 5 werden von oben von dem durch den Düsenkopf 20 ragenden Halteelement 6 in Position gehalten. Der Hohlzylinder 4 verhindert, dass es zu einem in diesem Verfahrensstadium unerwünschten Kontakt zwischen dem Vorformling 3 (oder dem Kunststoff 30) und den Einbauteilen 5 kommen kann. Gleichzeitig stabilisiert der Hohlzylinder 4 den Vorformling 3 und stellt somit eine gleichbleibende Qualität des Vorformlings 3 sicher. Der Vorformling 3 wird bei der dargestellten Verfahrensvariante auf seiner gesamten Länge vom Hohlzylinder 4 gestützt, der unten über den Vorformling 3 hinausragt. Die Extrusion wird hier gestoppt, bevor der Vorformling 3 die Unterkante des Hohlzylinders 4 erreicht hat. Der Fortschritt des Vorformlings 3 kann über Sensoren (nicht dargestellt) kontrolliert werden, oder auch über die Fließzeit und das Fließverhalten (Fließkennlinien) abgeschätzt werden.
Der Hohlzylinder 4 ist bündig (fluchtend) an eine radial äußere Kante 21a des inneren Rings 21 des Düsenkopfes 20 angelegt. Es wird dadurch sichergestellt, dass zum einen kein geschmolzener Kunststoff 30 in das Innere des Hohlzylinders 4 gelangen kann und dort die Einbauteile 5 beschädigen oder unbrauchbar machen kann. Zum anderen ermöglicht diese Anordnung, dass der geschmolzene Kunststoff 30 den Düsenkopf 20 am Ringspalt 23 glatt verlassen kann und sich ohne Stufenbildung am Hohlzylinder 4 hinab als Vorformling 3 ergießen kann. Durch den kontinuierlichen Übergang zwischen innerem Ring 21 des Düsenkopfes 20 und Hohlzylinder 4 wird insbesondere vermieden, dass sich geschmolzener Kunststoff 30 aufstaut, oder dass sich beim Übergang des geschmolzenen Kunststoffs 30 aus dem Ringspalt 23 auf den Hohlzylinder 4 Inhomogenitäten (etwa der Wandstärke) im Vorformling 3 ausbilden. Zur weiteren Sicherstellung eines komplikationslosen Verfahrensablaufs kann der Hohlzylinder 4 zumindest zeitweise beheizt werden. Bevorzugt wird eine induktive Beheizung, vgl. die Induktionsspulen 41, vorgesehen; der Hohlzylinder 4 ist hierfür aus elektrisch leitfähigem Material, insbesondere Stahl, gefertigt. Es können aber auch andere Methoden zur Erwärmung des Hohlzylinders, etwa eine Widerstandsheizung, angewandt werden. Ebenso ist es denkbar, den Hohlzylinder 4 zwischen zwei Produktionszyklen durch einen Heizstrahler zu erwärmen.
Nachdem der Vorformling 3 die gewünschte Länge erreicht hat, wird der Hohlzylinder 4 mit der Einrichtung 40 nach unten aus dem Vorformling 3 herausgezogen, vgl. Pfeile 42.
Die 2b zeigt dieselben Elemente wie 2a im gleichen Verfahrensstadium. Abweichend von 2a ist eine Verfahrensvariante dargestellt, bei der der Vorformling 3 über das untere Ende des Hohlzylinders 4 hinausragt. Dieser Überstand des Vorformlings steht beispielsweise zur Fertigung eines Bodens eines Hohlkörpers 8 im weiteren Verfahrensverlauf zur Verfügung.
Die 3 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Extrusionsblasformanlage 1, nachdem der Hohlzylinder 4 nach Abschluss eines Extrusionsvorgangs nach unten entfernt wurde. Durch den Hohlzylinder 4 wurde der Vorformling 3 bereits zu einem gewissen Grad stabilisiert, so dass dieser sich allenfalls geringfügig verformt. Gelegentlich kann es an einzelnen Stellen zum Kontakt zwischen Vorformling 3 und Einbauteilen 5, insbesondere zwischen Vorformling 3 und den Außenseiten der Siebeinsätze 5a, 5b kommen, was deren Funktionsfähigkeit aber nicht beeinträchtigt. Insbesondere gelangt keine merkliche Menge von Kunststoff auf die Siebflächen der Siebeinsätze 5a, 5b. Durch das Vorhandensein des Hohlzylinders 4 kann somit erfindungsgemäß die Anzahl von mangelhaften Hohlkörpern 8 verringert werden.
Die 4 zeigt die Extrusionsblasformanlage 1 während Schritt b), nämlich während der Vorformling 3 zwischen den Hälften eines hier zweiteiligen Blasformwerkzeugs 9a, 9b eingeschlossen ist und durch Gasdruck an Innenflächen 91 des Blasformwerkzeugs 9a, 9b angedrückt und zu einem Hohlkörper 8 ausgeformt wird. Als Druckbeaufschlagungsmittel für die Gasdruckbeaufschlagung kann ein Blasdorn 53 eingesetzt werden, der typischerweise von oben angesetzt wird, etwa an den Düsenkopf 20 (vgl. Pfeile 54), und beispielsweise durch die Führung des Halteelements 6 Druckluft in den Vorformling 3 einbläst. Durch das Schließen der Hälften des Blasformwerkzeugs 9a, 9b wurde der Durchmesser des Vorformlings 3 soweit reduziert, dass einige Einbauteile 5, insbesondere die Siebeinsätze 5a, 5b und das Anschlussstück 5c, in den schmelzweichen Kunststoff des Hohlkörpers 8 eingepresst und dadurch mit dem Hohlkörper 8 verbunden, insbesondere verklemmt und/oder verschweißt, werden. Am unteren Ende wird der Vorformling zusammengedrückt (gequetscht), so dass der Hohlkörper 8 mit einer Schweißnaht 81 verschlossen ist. Die Höhe HK des fertigen Hohlkörpers 8 entspricht bei der dargestellten Verfahrensvariante im Wesentlichen der Länge LH des Hohlzylinders 4 (vgl. 1); hier ist HK etwa 10% größer als LH. Nachdem der Hohlkörper 8 ausreichend erhärtet ist, so dass die Einbauteile 5 sicher im Hohlkörper 8 fixiert sind, kann das Haltelement 6 nach oben, zum Düsenkopf 20 hin, entfernt werden. Die Gesamtheit der Einbauteile 5, insbesondere die Siebeinsätze 5a, 5b und das Anschlussstück 5c, haben hier einen so großen Durchmesser DE, dass ein nachträgliches Einbringen in den fertigen Hohlkörper 8 über dessen Zugangsöffnung 52 mit einem (wesentlich) kleineren Durchmesser DZ nicht möglich wäre.
Zwischen den Siebeinsätzen 5a und 5b in vertikaler Richtung sowie zwischen der äußeren Mantelfläche des Rohrstücks 5d und der inneren Mantelfläche des Hohlkörpers 8 in radialer Richtung ist ein abgeschlossener Aufnahmeraum 50 für ein (in der Zeichnung nicht dargestelltes) Ionenaustauscherharz ausgebildet. Das in der Regel granulatförmige Ionenaustauscherharz kann durch eine wiederverschließbare Öffnung 51 in (mindestens) einem der Siebeinsätze 5b eingefüllt und bei Bedarf ausgetauscht werden. Das Rohrstück 5d dient später als Zulauf, um zu enthärtendes Wasser in den Hohlkörper 8 zu leiten. Das Wasser strömt durch das Rohrstück 5d, das hier eine Strömungsteilerfunktion hat, in 4 nach unten, weiter von unten durch den Siebeinsatz 5a, durch das im Aufnahmeraum 50 angeordnete Ionenaustauscherharz und durch den Siebeinsatz 5b nach oben und verlässt den Hohlkörper 8 durch die Zugangsöffnung 52 des Hohlkörpers 8 beim Anschlussstück 5c wieder. Die Funktion des Hohlkörpers 8 mit seinen Einbauteilen 5 als ein durchströmter Ionenaustauscherharzbehälter setzt voraus, dass die Siebeinsätze 5a, 5b gut durchströmbar sind, und insbesondere während der Fertigung kein geschmolzener Kunststoff 30 auf die Siebeinsätze 5a, 5b gelangt. Die Bedeutung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in diesem Fall insbesondere darin, dass durch den Hohlzylinder 4 eine Verschmutzung der Siebeinsätze 5a, 5b während des Fertigungsprozesses zuverlässig vermieden wird.
Das Halteelement 6 kann nach Vollendung des Blasvorgangs und nachdem die Einbauteile 5 sicher im Hohlkörper 8 fixiert sind in den Raum innerhalb des inneren Rings 21 des Düsenkopfes 20 zurückgezogen werden. Dadurch wird das Abtrennen des Hohlkörpers 8 vom Düsenkopf 20 erleichtert. In einem weiteren Fertigungszyklus wird das Halteelement 6 wieder aus dem Düsenkopf 20 herausgefahren und ergreift weitere Einbauteile 5, die in an und für sich bekannter Weise unter den Düsenkopf 20 angeliefert werden, z. B. mit einem Förderband oder von einem Roboterarm.
Zum Abschluss des Fertigungsprozesses werden die Hälften des Blasformwerkzeugs 9a, 9b geöffnet, nachdem der Hohlkörper 8 ausreichend abgekühlt und erhärtet ist (dabei kann das Halteelement 6 noch die Einbauteile 5 halten oder auch schon zurückgezogen sein). Der Hohlkörper 8 mitsamt den in ihm integrierten Einbauteilen 5 kann dann aus dem Blasformwerkzeug 9a, 9b entnommen werden.
Es sei angemerkt, dass der Hohlkörper 8 nicht zwingend, wie in 4 dargestellt, eine annähernd zylindrische Mantelfläche aufweisen muss. Genauso ist es möglich, den Hohlkörper 8 mittels entsprechender Blasformwerkzeuge 9a, 9b mit einem über seiner Höhe variablen Durchmesser auszugestalten; beispielsweise können eine oder mehrere radiale Einbuchtungen vorgesehen werden.
Bezugszeichenliste

1: Extrusionsblasformanlage
3: Vorformling
4: Hohlzylinder
5: Einbauteile
5a/5b: Siebeinsatz
5c: Anschlussstück
5d: Rohrstück
6: Halteelement
8: Hohlkörper
9a/9b: Blasformwerkzeug
20: Düsenkopf
21: innerer Ring
21a: äußere Kante
22: äußerer Ring
23: Ringspalt
30: geschmolzener Kunststoff
40: Einrichtung zum Halten und Verfahren
41: Induktionsspulen
42: Pfeile
50: Aufnahmeraum
51: Öffnung im Siebeinsatz
52: Zugangsöffnung
53: Glasdorn
54: Pfeile
81: Schweißnaht
91: Innenfläche des Blasformwerkzeugs
HK: Höhe (Länge) des Hohlkörpers
LE: Länge (Höhe) der Einbauteile
LH: Länge (Höhe) des Hohlzylinders
DE: Durchmesser der Einbauteile
DZ: Durchmesser der Zugangsöffnung

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers (8) aus thermoplastischem Kunststoff mit mindestens einem Einbauteil (5) im Inneren des Hohlkörpers (8) durch Extrusionsblasformen, wobei a) geschmolzener Kunststoff (30) aus einem Düsenkopf (20) als schlauchartiger Vorformling (3) austritt, und b) anschließend der Vorformling (3), in welchem das mindestens eine Einbauteil (5) angeordnet ist, in ein wenigstens zweiteiliges Blasformwerkzeug (9a, 9b) eingeschlossen und mit Gasdruck an das Blasformwerkzeug (9a, 9b) angepresst wird, wobei das mindestens eine Einbauteil (5) mit dem Kunststoff (30) verbunden, insbesondere verklemmt, wird, dadurch gekennzeichnet, dass während Schritt a) ein Hohlzylinder (4) unter dem Düsenkopf (20) angeordnet ist, so dass der geschmolzene Kunststoff (30) an einer äußeren Mantelfläche des Hohlzylinders (4) nach unten fließt, und dass vor Schritt b) der Hohlzylinder (4) aus dem Vorformling (3), in welchem das mindestens eine Einbauteil (5) bereits angeordnet ist, entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des gesamten Schritts a) der Hohlzylinder (4) das mindestens eine Einbauteil (5) umschließt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während Schritt a) der Hohlzylinder (4) an den Düsenkopf (20) angelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkopf (20) als ein Ringspaltdüsenkopf mit einem radial inneren Düsenteil, insbesondere inneren Düsenring (21), einem radial äußeren Düsenring (22) und einem dazwischen liegenden Ringspalt (23) ausgebildet ist, und die äußere Mantelfläche des Hohlzylinders (4) an einer unteren, äußeren Kante (21a) des radial inneren Düsenteils bündig angelegt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während Schritt a) und/oder während Schritt b) das mindestens eine Einbauteil (5) mit einem Halteelement (6), welches von oben in den Vorformling (3) ragt, gehalten wird, insbesondere wobei das Halteelement (6) am Düsenkopf (20) befestigt ist oder den Düsenkopf (20) durchragt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (8) mit einer Zugangsöffnung (52) gefertigt wird, deren Durchmesser (DZ) kleiner ist als ein maximaler Durchmesser (DE) des mindestens einen Einbauteils (5).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (4) mit einer Länge (LH) gewählt ist, die größer oder gleich ist der Länge (LE) des mindestens einen Einbauteils (5) in vertikaler Richtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass während Schritt a) der Vorformling (3) bis maximal zum unteren Ende des Hohlzylinders (4) wächst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass während Schritt a) der Vorformling (3) über das untere Ende des Hohlzylinders (4) hinaus wächst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (8) mit einer Höhe (HK) gefertigt wird, die im Wesentlichen der Länge (LH) des Hohlzylinders (4) in vertikaler Richtung entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Mantelfläche des Hohlzylinders (4) mit einem Antihaftmittel beschichtet ist, insbesondere mit Polytetrafluorethylen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (4) vor Schritt a) und/oder während Schritt a) und/oder während des Entfernens aus dem Vorformling (3) beheizt wird, insbesondere induktiv beheizt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt b) der Austritt von flüssigem Kunststoff (30) am Düsenkopf (20) gestoppt wird.
Extrusionsblasformanlage (1) zur Herstellung eines Hohlkörpers (8) aus thermoplastischem Kunststoff mit mindestens einem Einbauteil (5) im Inneren des Hohlkörpers (8), umfassend – einen Düsenkopf (20), – eine Halterung (6) zum Halten des mindestens einen Einbauteils (5), – ein wenigstens zweiteiliges Blasformwerkzeug (9a, 9b), und – Druckbeaufschlagungsmittel zum Erzeugen von Gasdruck, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrusionsblasformanlage (1) weiterhin umfasst – einen Hohlzylinder (4), – und eine Einrichtung (40) zum vertikalen Verfahren des Hohlzylinders (4) relativ zum Düsenkopf (20), insbesondere wobei die Extrusionsblasformanlage (1) ausgebildet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Extrusionsblasformanlage (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkopf (20) als ein Ringspaltdüsenkopf mit einem radial inneren Düsenteil, insbesondere inneren Düsenring (21), einem radial äußeren Düsenring (22) und einem dazwischen liegenden Ringspalt (23) ausgebildet ist, und dass der Außendurchmesser des Hohlzylinders (4) dem Durchmesser einer unteren, äußeren Kante (21a) des radial inneren Düsenteils entspricht.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und/oder einer Extrusionsblasformanlage (1) nach einem der Ansprüche 14 oder 15 zur Herstellung eines Ionenaustauscherharzbehälters, umfassend wenigstens zwei Siebeinsätze (5a, 5b) und ein Rohrstück (5d) als Einbauteile im Ionenaustauscherharzbehälter als Hohlkörper (8), wobei im Ionenaustauscherharzbehälter zwischen den Siebeinsätzen (5a, 5b) ein Aufnahmeraum (50) für Ionenaustauscherharz ausgebildet ist, und das Rohrstück (5d) die beiden Siebeinsätze (5a, 5b) durchragt.