DE102019131242B4

DE102019131242B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Behältern aus Vorformlingen

Info

Publication number: DE102019131242B4
Application number: DE102019131242.6A
Authority: DE
Inventors: Marcus Wenig
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2022-12-15
Anticipated expiration: 2039-11-20
Also published as: DE102019131242A1; US20210146594A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von durch pneumatischen oder hydraulischen Druck geformten Behältern aus Preforms (P) mittels einer Blasform (10) und einer Reckstange (13) zum Recken der Preforms (P), wobei die Preforms (P) gegen einen axial verschiebbaren Bodenstempel (12) gereckt werden, der mittels einer Gegenkraft in eine in dem Inneren der Blasform (10) liegende, aus einer Bodenform (11) der Blasform (10) ausgefahrene Position vorgespannt ist und der beim Recken mittels der Reckstange (13) entgegen der Gegenkraft bis in eine in der Bodenform (11) liegende eingefahrene Position verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenstempel (12) beim Erreichen der eingefahrenen Position in dieser lösbar einrastet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von durch pneumatischen oder hydraulischen Druck (d.h. Blasdruck oder den Druck eines abzufüllenden Fluids) geformten Behältern aus Vorformlingen (Preforms).
Durch Blasdruck geformte Behälter werden üblicherweise hergestellt, indem ein Vorformling („Preform“) aus einem thermoplastischen Material wie zum Beispiel PET durch Ausübung von Blasdruck in eine Blasform expandiert wird, um dann in einer nachfolgenden Füllstation mit einem Füllgut (insbesondere einem Fluid) befüllt zu werden. Ferner ist es bekannt, einen Vorformling durch den Druck eines abzufüllenden Fluids in eine Blasform zu expandieren, so dass Formung und Befüllung einen gemeinsamen Vorgang (auch „Formfill“ genannt) darstellen. Verfahren und Vorrichtungen dieser Art sind aus der WO 2011/076167 A1 sowie der WO 2012/130374 A1 bekannt.
Aus der WO 2012/130374 A1 ist es darüber hinaus bekannt, Führungs- und Formelemente, die zur gesteuerten radialen und axialen Streckung eines Vorformlings von außen auf diesen einwirken, mittels einer elektrischen Widerstandsheizung zu erwärmen, um den Umformprozess weiter zu verbessern.
Ähnliche Verfahren bzw. Vorrichtungen zur gesteuerten und axialen Streckung eines Vorformlings sind unter anderem auch aus der WO 2010/122991 A1 , US 2006/0068048 A1 und der GB 1 296 963 A bekannt.
Gemäß der WO 2005/023517 A1 wird hingegen durch eine zum Recken eines Vorformlings dienende hohle Reckstange ein unter Druck stehendes Gas in den sich bildenden Behälter geleitet und insbesondere gegen dessen Bodenbereich gerichtet, um diesen beschleunigt abzukühlen. Durch geeignete zeitliche Abstimmung mit der Zuführung eines durch einen die Reckstange umgebenden Ringspalt geleiteten Druckgases sowie eine geeignete Bemessung der beiden Gasdrücke soll die für die Behälterformung und Abkühlung erforderliche Prozesszeit vermindert werden. Aus der US 9 688 013 B2 ist schließlich ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Blasformen von Behältern mittels einer Blasform bekannt, die einen in axialer Richtung der Blasform beweglichen Boden aufweist. Ferner ist eine relativ zu der Blasform und innerhalb der Preform axial bewegliche Reckstange vorgesehen, die mit ihrem freien Ende während des Blasvorgangs zunächst bis zum Boden der Blasform vorgeschoben wird und dort den Boden der Preform gegen die in bestimmter Weise profilierte Oberseite des Bodens der Blasform drückt. Um einen vollständigen Kontakt des aus der Preform geblasenen Behälters mit der Innenwand der Blasform und der Oberseite des Bodens zu gewährleisten, wird anschließend bei gleichzeitig hohem Blasdruck der Boden der Blasform angehoben. Synchron mit dem Anheben des Bodens wird die Reckstange entweder aktiv oder passiv zurückgefahren, so dass einerseits der Behälter zentriert gehalten wird, die Reckstange andererseits aber keinen wesentlichen Druck mehr auf den Behälterboden ausübt, um eine Beschädigung des Behälterbodens zu vermeiden
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass der Blasdruck, das Anheben des Bodens und das Zurückfahren der Reckstange zeitlich und in quantitativer Hinsicht sehr genau aufeinander abgestimmt sein müssen, um einerseits die Zentrierung des Behälters zu gewährleisten und die gewünschte Bodenform zu erreichen, andererseits aber insbesondere den Behälterboden nicht zu beschädigen.
Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von durch pneumatischen oder hydraulischen Druck geformten Behältern aus Vorformlingen (Preforms) zu schaffen, mit dem/der in relativ einfacher und kostengünstiger Weise eine zuverlässige Zentrierung der Behälter ohne die Gefahr von Beschädigungen der Behälterböden erzielt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß Anspruch 5.
Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Ein Vorteil dieser Lösungen besteht darin, dass die Preform im Bereich ihrer Kuppe zwischen der Spitze der Reckstange und dem Bodenstempel eingeklemmt wird und dadurch der sich durch die Reckung und Formung bildende Behälter stets zentriert gehalten wird. Die zu diesem Zweck auf den Bodenstempel ausgeübte Kraft („Gegenkraft“) wirkt der durch die Reckstange auf den Bodenstempel ausgeübten Kraft entgegen und wird so bemessen, dass einerseits eine zuverlässige Zentrierung der Preform bzw. des sich formenden Behälters gewährleistet ist und andererseits eine Beschädigung des Behälters vermieden wird.
Die Gegenkraft kann mechanisch durch eine Feder, pneumatisch oder hydraulisch durch ein unter Druck stehendes Fluid (Gas oder Flüssigkeit) und/oder magnetisch durch einen Permanent- oder Elektromagneten erzeugt bzw. ausgeübt werden.
Ferner wird der Bodenstempel während der Reckung vorzugsweise gekühlt, so dass auch die Bereiche der Preform, insbesondere ihre Kuppe, die mittels der Reckstange gegen den Bodenstempel gedrückt werden, gekühlt werden.
Ein Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass aufgrund der gleichzeitig mit oder kurz nach Beginn der Reckung und Formung einsetzenden Kühlung insbesondere des Bereiches der Kuppe einer Preform die zum Blasformen eines Behälters erforderliche Zeitdauer im Vergleich zu den oben erläuterten bekannten Verfahren verkürzt und damit die Anzahl der pro Zeiteinheit herstellbaren Behälter erhöht werden kann, ohne deren Qualität zu beeinträchtigen.
Zwar ist aus der EP 2 338 830 A2 eine „Kühleinrichtung zum Stabilisieren einer Behältnisstruktur“ bekannt, bei der die Bodenbereiche der Behälter während und/oder nach dem Befüllen mit einem erwärmten Fluid („Hotfill“) mittels einer Kühleinrichtung gekühlt werden, um zu verhindern, dass sich der Bodenbereich und insbesondere die Standfläche des Behälters aufgrund der hohen thermischen sowie Druckbelastung durch das Fluid ungewollt verformt. Dieser Stand der Technik betrifft jedoch nur Probleme im Zusammenhang mit dem Befüllen von bereits zuvor hergestellten Behältern und wird deshalb nicht als einschlägig angesehen.
Die Kühlung des Bodenstempels erfolgt vorzugsweise mittels eines Kühlmittels wie zum Beispiel Wasser, das durch in den Bodenstempel eingebrachte Kanäle geleitet wird.
Vorzugsweise ist der Abstand, den der Bodenstempel in seiner ausgefahrenen Position von der eingefahrenen Position aufweist, mittels eines veränderbaren Anschlags einstellbar.
Durch geeignet Wahl dieses Abstandes kann die zeitliche Abstimmung zwischen der Reckung bzw. Formung und der gleichzeitig oder verzögert einsetzenden Kühlung der Preform optimiert werden, um insbesondere im Zusammenhang mit der Temperatur des Kühlmittels einen gewünschten Grad der Kühlung der Preform während der Formung zu erzielen. Durch die dadurch mögliche längere Kühlung der Preformkuppen können höhere Maschinenleistungen (Stationsleistung pro Stunde) erzielt werden.
Der Bodenstempel rastet erfindungsgemäß in der eingefahrenen Position ein. Nachdem der geformte Behälter der Blasform entnommen wurde, löst sich die Einrastung vorzugsweise automatisch, so dass der Bodenstempel mittels der Gegenkraft wieder in die ausgefahrene Position gedrückt wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigt:

1 eine erste Phase (Ausgangszustand) einer erfindungsgemäßen Blasformung;
2 eine zweite Phase (Anrecken) der erfindungsgemäßen Blasformung;
3 eine dritte Phase (Klemmen und Kühlen) der erfindungsgemäßen Blasformung;
4 eine vierte Phase (Durchrecken) der erfindungsgemäßen Blasformung; 5 eine fünfte Phase (Zurückspringen) der erfindungsgemäßen Blasformung;
6 eine sechste Phase (Ausgangszustand) der erfindungsgemäßen Blasformung; und
7 eine alternative Ausführungsform der Erfindung.

Die 1 bis 6 zeigen eine bevorzugte erste Ausführungsform der Erfindung. In diesen Figuren ist eine Blasform 10 mit Bodenform 11 dargestellt. In die Bodenform 11 ist ein Bodenstempel 12 integriert, der in Axialrichtung der Blasform 10 beweglich geführt ist. Die Blasform 10 umfasst ferner eine Reckstange 13, die ebenfalls in Axialrichtung der Blasform 10 beweglich geführt ist. Bodenstempel 12 und Reckstange 13 sind vorzugsweise zentriert in der Blasform 10 angeordnet.
Die Reckstange 13 wird in bekannter Weise durch nicht dargestellte Antriebsmittel axial in die Blasform 10 hinein und wieder aus dieser herausgefahren.
Ferner ist ein Mittel 15 vorgesehen, das zur Ausübung einer Gegenkraft auf den Bodenstempel 12 dient und diesen axial in Richtung des Inneren der Blasform 10, d.h. in eine in dem Inneren der Blasform 10 liegende, aus der Bodenform 11 der Blasform 10 ausgefahrene Position vorgespannt. Das Mittel ist gemäß den 1 bis 7 in Form einer Feder 15 realisiert. Wie eingangs bereit erwähnt wurde, kann die Gegenkraft auch pneumatisch oder hydraulisch durch ein unter Druck stehendes Fluid (Gas oder Flüssigkeit) und/oder magnetisch durch einen Permanent- oder Elektromagneten erzeugt bzw. ausgeübt werden. Die ausgefahrene Position des Bodenstempels 12 ist vorzugsweise eine Anschlagposition, an der die axiale Verschiebbarkeit in Richtung des Inneren der Blasform 10 durch einen auf den Bodenstempel 12 einwirkenden mechanischer Anschlag endet. Ein solcher mechanischer Anschlag ist in fachüblicher Weise zum Beispiel als Teil einer axialen Führung des Bodenstempels 12 vorgesehen und braucht deshalb nicht weiter erläutert zu werden.
Dieser Anschlag ist bevorzugt in der Weise verstellbar, dass der Abstand, den der Bodenstempel 12 in seiner ausgefahrenen Position von einer im Wesentlichen in der Bodenform 11 liegenden eingefahrenen Position aufweist, veränderbar ist. Der Bodenstempel 12 weist in seinem Inneren einen oder mehrere Kanäle 14 auf, durch die ein Kühlmittel (zum Beispiel Wasser) zur Kühlung des Bodenstempels 12 geleitet werden kann. Zu- und Ableitungen für das Kühlmittel sowie entsprechende Pumpeinrichtungen werden in fachüblicher Weise realisiert und sind deshalb nicht dargestellt. Die 1 bis 6 zeigen zeitlich aufeinander folgende Phasen während eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von durch pneumatischen oder hydraulischen Druck (d.h. Blasdruck oder den Druck eines abzufüllenden Fluids) geformten Behältern aus Vorformlingen (Preforms). 1 zeigt eine erste Phase, in der sich die Blasform 10 in einem Ausgangszustand befindet.
Dabei wird der Bodenstempel 12 mittels der Feder 15 in die ausgefahrene Position, d.h. eine obere Anschlagposition (Ausgangsposition) gedrückt, in der der Bodenstempel 12 in die Blasform 10 hineinragt. Die Reckstange 13 (nicht dargestellt) befindet sich in einer oberen Position außerhalb der Blasform 10.
2 zeigt eine zweite Phase (Anrecken), in der eine Preform P in die (verriegelte) Blasform 10 eingebracht ist und mittels der in dieser geführten Reckstange 13 angereckt wird. Zu diesem Zweck wird die Reckstange 13 in bekannter Weise in die Blasform 10 hineingefahren. In dem in 2 gezeigten Zustand beträgt der Abstand zwischen der Kuppe der Preform P und der dieser gegenüberliegenden Stirnfläche des Bodenstempels 12 noch etwa 10 mm. In der in 3 gezeigten dritten Phase hat die Reckstange 13 und damit auch die Kuppe der Preform P den Bodenstempel 12 erreicht und wird somit entsprechend der durch die Feder 15 ausgeübten Gegenkraft zwischen der Spitze der Reckstange 13 und der dieser gegenüber liegenden Stirnfläche des Bodenstempels 12 eingeklemmt. Gleichzeitig wird das Kühlmittel durch die Kanäle 14 des Bodenstempels 12 geleitet, so dass die Preform P und insbesondere ihre den Bodenstempel 12 (bzw. dessen Stirnfläche) berührende Kuppe gekühlt wird.
Nachdem im Anschluss daran die Preform P mittels der Reckstange 13 durchgereckt und mittels des in die Preform P unter Druck eingeleiteten Mediums gegen die Innenwand der Blasform 10 expandiert wurde, wird die in 4 gezeigte vierte Phase erreicht, in der die Reckstange 13 den Bodenstempel 12 entgegen der durch die Feder 15 ausgeübten Gegenkraft in seine eingefahrene, im Wesentlichen in der Bodenform 11 liegende Position drückt, in der der Bodenstempel 12 mit einer lösbaren Arretierung einrastet. Die Preform P ist nun zu einem Behälter druckgeformt. Durch geeignete Wahl des Abstandes, den der Bodenstempel 12 in seiner ausgefahrenen Position von der eingefahrenen Position aufweist (d.h. durch entsprechende Verstellung des Anschlags wie oben erläutert) kann die Dauer bestimmt werden, für die die Preform P bzw. der sich daraus formende Behälter durch den Bodenstempel 12 gekühlt wird. Nach dem Erreichen der vierten Phase gemäß 4 kann die Reckstange 13 zurückgefahren, die Blasform 10 geöffnet, der Behälter der Blasform 10 entnommen und die Blasform 10 wieder geschlossen werden. Vorzugsweise löst sich durch das Entnehmen des Behälters oder durch das Schließen der Blasform 10 auch die Arretierung des Bodenstempels 12 wieder, so dass der Bodenstempel 12 dann gemäß der in 5 gezeigten fünften Phase durch die Gegenkraft der Feder 15 wieder in seine ausgefahrene Position (obere Anschlagposition) zurückgedrückt wird und sich die Blasform 10 gemäß 6 wieder in ihrem in 1 gezeigten Ausgangszustand befindet. Der Ablauf kann dann mit der nächsten zugeführten Preform P wiederholt werden.
7 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in den 1 bis 6 gezeigten bevorzugten Ausführungsform dadurch, dass der Bodenstempel 12 keine Kanäle 14 aufweist und somit nicht gekühlt wird.
Die oben beschriebenen Abläufe bei der Formung und Reckung der Preform P sind jedoch unverändert, so dass auch bei dieser Ausführungsform die Preform P entsprechend der Gegenkraft der Feder 15 mit ihrer Kuppe zwischen der Spitze der Reckstange 13 und dem Bodenstempel 12 (bzw. dessen Stirnfläche) eingeklemmt und der sich formende Behälter stets zentriert gehalten wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung von durch pneumatischen oder hydraulischen Druck geformten Behältern aus Preforms (P) mittels einer Blasform (10) und einer Reckstange (13) zum Recken der Preforms (P), wobei die Preforms (P) gegen einen axial verschiebbaren Bodenstempel (12) gereckt werden, der mittels einer Gegenkraft in eine in dem Inneren der Blasform (10) liegende, aus einer Bodenform (11) der Blasform (10) ausgefahrene Position vorgespannt ist und der beim Recken mittels der Reckstange (13) entgegen der Gegenkraft bis in eine in der Bodenform (11) liegende eingefahrene Position verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenstempel (12) beim Erreichen der eingefahrenen Position in dieser lösbar einrastet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Gegenkraft durch eine Feder (15), ein unter Druck stehendes Fluid oder durch einen Permanent- oder Elektromagneten ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Preforms (P) während der Reckung durch Kühlung des Bodenstempels (12) an ihren an diesem anliegenden Bereichen gekühlt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sich die Einrastung durch das Entnehmen eines geformten Behälters aus der Blasform (10) oder durch Schließen der Blasform (10) wieder löst und der Bodenstempel (12) dann durch die Gegenkraft in die ausgefahrene Position gedrückt wird.
Vorrichtung zur Herstellung von durch pneumatischen oder hydraulischen Druck geformten Behältern aus Preforms (P) mit einer Blasform (10) sowie einer Reckstange (13) zum Recken der Preforms (P), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Blasform (10) eine Bodenform (11) mit einem axial verschiebbaren Bodenstempel (12) aufweist, und ein Mittel (15) zur Ausübung einer Gegenkraft auf den Bodenstempel (12) vorgesehen ist, durch die der Bodenstempel (12) in eine in dem Inneren der Blasform (10) liegende, aus der Bodenform (11) ausgefahrene Position vorgespannt wird, wobei der Bodenstempel (12) mittels der Reckstange (13) entgegen der Gegenkraft bis in eine im Wesentlichen in der Bodenform (11) liegende eingefahrene Position verschiebbar ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenstempel (12) in der eingefahrenen Position lösbar einrastet.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Mittel (15) zur Ausübung der Gegenkraft eine Feder, ein unter Druck stehendes Fluid oder ein Permanent- oder Elektromagnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Bodenstempel (12) eine Mehrzahl von Kanälen (14) aufweist, durch die ein Kühlmittel geleitet werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Abstand, den der Bodenstempel (12) in seiner ausgefahrenen Position von der eingefahrenen Position aufweist, mittels eines verstellbaren Anschlags einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der sich die Einrastung nach dem Entnehmen eines geformten Behälters oder Schließen der Blasform (10) wieder löst und der Bodenstempel (12) durch das Mittel (15) zur Ausübung der Gegenkraft in die ausgefahrene Position gedrückt wird.