DE102022122881A1

DE102022122881A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Umformen von Kunststoffvorformlingen zu Kunststoffbehältnissen mit Maschinenregelung

Info

Publication number: DE102022122881A1
Application number: DE102022122881.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Betz; Thomas Hoellriegl; Konrad Senn; Dominik Meier; Benedikt Hengl; Markus Kulzer; Daniel Vogler; Stefan Serve
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2022-09-08
Filing date: 2022-09-08
Publication date: 2024-03-14
Also published as: WO2024052098A1

Abstract

Verfahren zum Umformen von Kunststoffvorformlingen (10) zu Kunststoffbehältnissen (15), wobei eine Transporteinrichtung die Kunststoffvorformlinge (10) entlang eines vorgegebenen Transportpfads transportiert und die Transporteinrichtung einen bevorzugt drehbaren Transportträger (22) aufweist, an dem eine Vielzahl von Umformungsstationen (4) angeordnet ist, wobei diese Umformungsstationen jeweils Blasformeinrichtungen aufweisen, innerhalb deren die Kunststoffvorformlinge durch Beaufschlagung mit einem fließfähigen Medium zu dem Kunststoffbehältnissen umgeformt und wobei die Kunststoffvorformlinge zur Expansion mit wenigstens drei unterschiedlichen Druckstufen (P1, Pi1, Pi2, P2) beaufschlagt werden, wobei diese Druckstufen durch wenigstens drei unterschiedliche Durckluftreservoirs zur Verfügung gestellt werden und wobei weiterhin die Kunststoffvorformlinge mittels Reckstangen in ihrer Längsrichtung (L) gedehnt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zeitweise Druckluft von den Kunststoffbehältnissen in wenigstens ein Druckluftreservoir zurückgeführt wird und wenigstens ein für den Verbrauch an Druckluft charakteristischer Wert erfasst wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen von Kunststoffvorformlingen zu Kunststoffbehältnissen. Derartige Vorrichtungen und Verfahren sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. Dabei werden erwärmte Kunststoffvorformlinge durch Beaufschlagung mit einem fließfähigen und insbesondere gasförmigen Medium zu Kunststoffbehältnissen und insbesondere Kunststoffflaschen umgeformt. Dieser Prozess ist dabei im Laufe der Zeit zunehmend komplexer geworden. Zusätzlich zu der Beaufschlagung mit Luft erfolgt üblicherweise auch eine Dehnung der Kunststoffvorformlinge in ihrer Längsrichtung mittels sogenannter Reckstangen, welche in die Kunststoffvorformlinge eingeführt werden.
Im Stand der Technik ist es bekannt, dass diese Umformung mit mehreren Druckluftniveaus mit bzw. mehreren Drücken erfolgt. So ist es üblich, die Kunststoffvorformlinge zunächst mit einem Vorblasdruck zu beaufschlagen, anschließend mit einem höheren Zwischenblasdruck und schließlich mit einem Fertigblasdruck, um das Behältnis vollkommen auszuformen.
In jüngerer Zeit ist man zunehmend mehr bestrebt, derartige Verfahren und Vorrichtungen, kosten- und energieeffizient zu gestalten. Der Verbrauch an Druckluft ist dabei ein wesentliches Kriterium.
Beim Beaufschlagung der Kunststoffvorformlinge wird üblicherweise eine Blaskurve erstellt.
Bei aus dem internen Stand der Technik der Anmelderin bekannten Blasmaschinen wird diese Blaskurve zwar aufgenommen, jedoch nicht ausgewertet. Vielmehr wird sie lediglich dem Benutzer visualisiert dargestellt. Der Benutzer kann dann Grenzwerte einstellen, wobei bei Unter- oder Überschreiten dieser Grenzwerte Reaktionen vorgenommen werden, beispielsweise ein Blasprozess abgebrochen wird.
Es ist weiterhin aus dem Stand der Technik bekannt, dass zur Einsparung von Druckluft ein sogenanntes Druckluftrecycling durchgeführt wird. Dabei wird nach der Ausformung der Kunststoffbehältnisse, der in den Behältnissen befindliche hohe Druck in Druckluftreservoirs mit niedrigerem Druckluftniveau zurückgeführt.
Im Stand der Technik wird der Blasprozess vor allem über Zeitpunkte gesteuert. So wird beispielsweise bei einem bestimmten Winkel eines Blasrades die Reckstange auf einen Punkt PT 0 (die Reckstange hat Kontakt mit dem Kunststoffvorformling) bewegt und eine Blasdüse auf den Kunststoffvorformling aufgesetzt.
Nach diesem Zeitpunkt bzw. um diesen Zeitpunkt herum wird ein Vorblasventil zeitgesteuert geöffnet und der Kunststoffvorformling wird mit einem einstellbaren Druck beaufschlagt. Um eventuelle Unterschiede der einzelnen Umformungsstationen bzw. der unterschiedlichen Schaltzeiten der Vorblasventile berücksichtigen zu können, können Offseteinstellungen der unterschiedlichen Umformungsstationen vorgenommen werden.
Dies ist aufgrund des sehr hohen Einflusses auf die Materialverteilung des Zeitpunktes „P1 öffnet“ wichtig, kann sich aber aufgrund der Verschleißerscheinungen der Ventile über Jahre ggf. ändern und wird selten nach Inbetriebnahme der Maschine nachgestellt.
Hierzu ist es aus der EP 2 855 114 B1 bekannt, den P1-Zeitpunkt in der Blaskurve (Druck in der Kavität über Zeit) zu detektieren. Genauer wird der Zeitpunkt erfasst, an dem der Druckaufbau im Ventilblock mithilfe eines Drucksensors tatsächlich gemessen werden konnte und die Steuerung automatisch die Abweichung zum Sollzeitpunkt angleicht.
Die restlichen Ventilschaltpunkte werden über Zeitpunkte gesteuert. So wird üblicherweise im Bereich von PT10 (Reckstange erreicht Bodentasse-Spaltmaß) das Zwischenblasventil geöffnet und nach gewisser Zeit das P2-Ventil mit dem Fertigblasdruck.
Nach erfolgreichem Aufbringen des P2-Druckes in der Kavität/Flasche stellen sich aufgrund der Dynamik des einströmenden Fluides und den Schwankungen des P2-Ringkanals der Blasmaschine gewisse Druckschwankungen ein. Energetisch sinnvoll wäre ein Schließen des P2-Ventils in einem der Minima der Druckschwankungen, da sich dann ein geringerer Druck in der Flasche einstellt (durch die Ventilschließung wird ein Zurückströmen der Luft in den Ringkanal unterbrochen) und sich ein effektiv geringerer Luftverbrauch ergibt.
Dieser Zeitpunkt (P2-Ventil schließt) wird jedoch aktuell ebenfalls noch manuell eingegeben und so kann es passieren, dass ggf. durch veränderte Prozessparameter das P2-Ventil nicht mehr im Minimum schließt und der Luftverbrauch nicht mehr minimal ist.
Auch wäre es energetisch sinnvoll, die Reckstange erst zurückzuziehen, wenn das P2-Ventil geschlossen ist, da durch das verdrängte Volumen der Reckstange es ebenfalls zu einem positiven Effekt auf den Luftverbrauch kommt. Auch dieser Zeitpunkt wird aktuell manuell vom Maschinenbediener festgelegt.
Das Luftrecycling ist aktuell so aufgebaut, dass man als Maschinenbediener gewisse Grenzen festlegt. In diesen Grenzen versucht eine automatische druckgeregelte Regelung einen Betriebspunkt zu finden, in der mithilfe der Rückspeisung der Luft der Ringkanaldruck konstant gehalten werden kann. Die Grenzwerte sind dabei so gelegt, dass es für die Flaschenqualität keine nachteiligen Effekte bringt und gleichzeitig genügend Zeit für das Recycling vorhanden ist.
Um Effekte, wie beispielsweise den dynamischen Druck des Fluids im Ringkanal, zu berücksichtigen, wird vom Maschinenbediener ein Offset des Druckniveaus nach einer kurzen Einstellfahrt ohne Recyclingwinkel gewählt. Auch dieser Offset kann sich mit der Zeit und vor allem bei unterschiedlichen Prozessparametern leicht ändern, so dass es passieren kann, dass nicht optimale Einstellungen bei bestimmten Rezepten gefahren werden.
Daneben könnte auch bei unterschiedlichen Abnahmemengen eine unterschiedliche dynamische Druckkompensation vorteilhaft sein. Die Anmelderin hat in umfangreichen Untersuchungen ermittelt, dass der Offset sogar stärker als angenommen abweichen kann. Der Offset sollte je nach Betriebssituation wechseln.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, mehrere, beispielsweise drei Zustände zu berücksichtigen. Der individuelle Wert kann via Regelung erfolgen bzw. eingestellt werden. Aus Gründen Vereinfachung wären aber auch drei Festwerte denkbar.
Über den Entlastzeitpunkt wird aktuell der Entlastdruck beim Abziehen der Blasdüse indirekt eingestellt. Bei gewünschten höheren Entlastdruck müssen manuell spätere Entlastzeitpunkte gewählt werden.
Die Verfahren und Vorrichtungen nach dem Stand der Technik weisen den Nachteil auf, dass ein sehr hohes Maß an Wissen bei den Maschinenbedienern erforderlich ist, um die Anlage optimal einzustellen. Daneben ist eine Kompensation bei Abweichung einiger Einstellwerte in der Regel nur manuell möglich.
Daneben bestehen große Schwierigkeiten, einen optimalen Luftverbrauch zu gewährleisten. Falls für die Verfahren zusätzliche Blasstufen wie etwa eine zusätzliche Zwischenblasstufe vorgesehen wird, wird auch hierdurch die Fehlerwahrscheinlichkeit erhöht. Daneben können auch Druckschwankungen beispielsweise in einem Vorblaskanal nicht ausreichend kompensiert werden. Auf diese Weise kann das Potenzial der Leistungssteigerung, insbesondere durch einen höheren Entlastungsdruck nur schwer voll ausgereizt werden und es ergibt sich auch eine hohe Fehlerwahrscheinlichkeit.
Ein weiterer Nachteil bekannter Maschinen besteht darin, dass eine Effizienz einer Luftrückgewinnung oder auch eines Druckluftverbrauchs dem Benutzer nicht angezeigt wird. Daneben sind Aussagen über einen Luftverbrauch nur in Verbindung mit einem integrierten Durchflussmessgerät möglich. Dies führt dazu, dass die Wirksamkeit oder Effizienz eines Produktionsprogrammes, insbesondere hinsichtlich Luftverbrauch nicht unmittelbar verifizierbar ist.
Da der Blasablauf im Wesentlichen durch von einem Bediener festgelegte Zeitpunkte definiert wird, ergeben sich weitere Probleme. Während manche Punkte verfahrenstechnisch besonders wichtig sind und deshalb nach wie vor händisch vorgegeben werden müssen, gibt es auch Punkte, die verfahrenstechnischen untergeordnete Priorität besitzen, jedoch insbesondere für den optimalen Druckluftverbrauch relevant sein können. Bislang ist es nicht gelungen, insofern ein Druckluftverbrauchspotenzial optimal auszuschöpfen.
Im Stand der Technik gibt es keine Formel für einen optimalen Blasablauf. Wie oben erwähnt, erhöhen auch zusätzliche Zwischenblasstufen, insbesondere die Luftrückgewinnung und daraus resultierende Effekte den Aufwand für das Auffinden eines optimalen Blasablaufs enorm.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, derartige Verfahren und Vorrichtungen zum Umformen und Kunststoffvorformlingen zu Kunststoffbehältnissen effizienter zu gestalten. Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Umformen von Kunststoffvorformlingen zu Kunststoffbehältnissen transportiert eine Transporteinrichtung die Kunststoffvorformlinge entlang eines vorgegebenen Transportpfads, wobei die Transporteinrichtung einen bevorzugt drehbaren Transportträger aufweist, an dem eine Vielzahl von Umformungsstationen angeordnet ist. Dabei weisen diese Umformungsstationen jeweils Blasformeinrichtungen auf, innerhalb derer die Kunststoffvorformlinge durch Beaufschlagung mit einem fließfähigen und insbesondere gasförmigen Medium und insbesondere Druckluft (insbesondere mittels einer Beaufschlagungseinrichtung wie einer Blasdüse) zu den Kunststoffbehältnissen umgeformt werden und wobei die Kunststoffvorformlinge zur Expansion mit wenigstens drei unterschiedlichen Druckstufen (und/oder Druckniveaus) beaufschlagt werden, wobei diese Druckstufen durch wenigstens drei unterschiedliche Druckluftreservoirs zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin werden die Kunststoffvorformlinge mittels Reckstangen in ihrer Längsrichtung gedehnt.
Erfindungsgemäß wird wenigstens zeitweise Druckluft von den Umformungsstationen und/oder den Blasformeinrichtungen und/oder den Behältnissen in ein Druckluftreservoir zurückgeführt und es wird wenigstens ein Verbrauch an Druckluft erfasst.
Es wird daher im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, dass einerseits Druckluft in die Reservoirs zurückgeführt wird und andererseits jedoch auch ein Druckluftverbrauch und/oder wenigstens eins einem Druckluftverbrauch charakteristischer Wert erfasst wird.
Bei dem charakteristischen Wert handelt es sich bevorzugt um einen gemessenen Durchfluss (kann Masse oder Volumen sein), einen aktueller Entlastungsdruck oder eine Differenz zwischen höchstem Zwischenblasdruck und Fertigblasdruck.
Besonders bevorzugt werden die Kunststoffvorformlinge zu ihrer Expansion zunächst mit einem Vorblasdruck beaufschlagt, anschließend mit wenigstens einem Zwischenblasdruck und schließlich mit einem Fertigblasdruck. Dabei ist bevorzugt der Zwischenblasdruck höher als der Vorblasdruck und der Fertigblasdruck ist höher als der Zwischenblasdruck. Besonders bevorzugt werden die Kunststoffvorformlinge jeweils nacheinander mit den besagten Druckluftniveaus beaufschlagt.
Bevorzugt findet nach dem Aufbringen des Fertigblasdrucks wiederum ein (Druck-)entlasten des nunmehr ausgeformten Kunststoffbehältnisse statt, wobei dieses bevorzugt wieder in die genannten Druckluftkanäle bzw. Druckluftreservoirs erfolgt.
Bevorzugt erfolgt dieses Rückführen der Druckluft, auch als Recycling bezeichnet, in wenigstens zwei Druckluftreservoirs.
Besonders bevorzugt, handelt es sich bei den Druckluftreservoirs um Ringkanäle, die besonders bevorzugt an dem Träger angeordnet sind, an dem auch die Umformungsstationen angeordnet sind.
Besonders bevorzugt werden die Druckluftreservoirs von einem Drehverteiler gespeist, der von einem stationären Druckluftreservoir und/oder Druckanschluss und/oder Kompressor die Luft auf den Transportträger und insbesondere die einzelnen Reservoirs verteilt.
Besonders bevorzugt versorgen die genannten Druckluftreservoirs sämtliche Umformungsstationen. Zu diesem Zweck kann eine Vielzahl von Leitungsverbindungen vorgesehen sein, welche die Druckluftreservoirs mit den einzelnen Umformungsstationen verbinden.
Der Luftverbrauch einer Umformungseinrichtung, insbesondere einer Blasmaschine und insbesondere einer Streckblasmaschine ist in erster Näherung durch eine Formel (Behältervolumen + Totraum) x aktueller Entlastungsdruck x Sollausbringung ermittelbar oder durch eine Formel (Behältervolumen + Totraum) x (Fertigblasdruck - höchster Zwischenblasdruck) x Sollausbringung. Dies gilt insbesondere für Standardmaschinen und nicht für sogenannte Heatset-Maschinen, insbesondere, wenn P1 und die Zwischenblasdrücke weitestgehend recycelt werden.
Durch eine aktive Luftrückgewinnung sinkt dieser Entlastungsdruck ab. Je niedriger der Entlastungsdruck ist, desto niedriger ist der Gesamtluftverbrauch. Welcher finale Entlastungsdruck sich einstellt, ist nicht ohne weiteres zu beantworten, da dieser von einer Reihe von Faktoren abhängig ist, beispielsweise von dem Niveau des P2 Drucks von einem Niveau des P1 Drucks, einer Beaufschlagungsdauer mit einem Zwischenblasdruck (Pi1, Pi2), einem Behältnisvolumen, einem Offset des Drucks P1 und einem Offset des Drucks Pi1, Pi2, einem Regelverhalten und dergleichen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Vorblasdruck mit P1 bezeichnet, der Fertigblasdruck mit P2 und ein erster Zwischenblasdruck mit Pi1. Ein eventuell verwendeter zweiter Zwischenblasdruck wird mit Pi2 bezeichnet. Bevorzugt können auch noch weitere Zwischenblasdrücke Pi3, Pi4, usw. vorhanden sein.
Bei einem bevorzugten Verfahren bedient sich die Erfindung zur Berechnung eines Recyclingpotenzials bereits vorhandener Messwerte und/oder es werden zu früheren Zeitpunkten erfasste Messwerte verwendet, um Maschinenparameter derart zu bestimmen, dass der Druckluftverbrauch minimiert wird.
So ist der maximale Luftverbrauch vorteilhaft gleichzusetzen einem Entlastungsniveau in Höhe des Druck P2. Ein aktueller Luftverbrauch sollte über die Messwerte eines Druckaufnehmers insbesondere zum Entlastungszeitpunkt (d.h. dem Zeitpunkt., zu dem das Behältnis nach dem Fertigblasen wieder entlastet wird) ermittelt werden. Eine Differenz aus den beiden Werten ergibt eine (absolute) Lufteinsparung. Das Verhältnis der beiden Werte ergibt eine prozentuale Rückgewinnung.
Eine Schwierigkeit besteht darin, wie der Entlastungsdruck ermittelt wird. Dies kann, wie unten genauer beschrieben wird beispielsweise über eine Auswertung der Blaskurve, gegebenenfalls mittels einer Kurvendiskussion der Blaskurve erfolgen. Dies erfordert allerdings eine relativ hohe Rechenleistung.
Daneben wäre auch der Momentan-Wert zu einem Zeitpunkt des Schaltens eines Entlastungsventils denkbar, d.h. insbesondere wird der Momentanwert eines Drucks in demjenigen Zeitpunkt aufgenommen, in welchem ein Entlastungsventil, welches Druckluft wieder aus dem Behältnis entlässt, gemessen.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird daher wenigstens ein Druck, insbesondere ein Druck des fließfähigen Mediums, insbesondere der Druckluft in dem Behältnis zu einem vorgegebenen Zeitpunkt bestimmt, insbesondere einem Zeitpunkt, zu dem ein Ventil, welche das Kunststoffbehältnis entlastet, geöffnet wird.
Ein Vorteil der hier beschriebenen Erfindung ist eine verbesserte Bestimmung der jeweiligen Druckniveaus und des Druckluftverbrauchs und auf diese Weise eine bessere Einstellbarkeit der Maschine.
Hierzu sind bevorzugt keine weiteren Messgeräte oder Baugruppen notwendig. Bei einer entsprechend guten Aussagekraft wäre es sogar denkbar, auf einen im Stand der Technik zum Teil vorgesehenen Durchflussmesser zu verzichten.
Bei einem bevorzugten Verfahren findet eine Erfassung von Leckagen mittels statistischer Methoden statt. Es wäre so beispielsweise möglich, dass kleinere Leckagen oder Grundumsätze je Plattformgröße statistisch erfasst werden und bevorzugt als Rechenfaktor einfließen.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird, insbesondere zusätzlich zu der Visualisierung eines Luftverbrauchs und/oder eine Recyclingpotentials ein Luftrückgewinnungssystem der Vorrichtung optimiert. Dies erfolgt bevorzugt mittels einer - insbesondere maschineninternen - Regeleinrichtung, welche bevorzugt unter Verwendung des Entlastungsdrucks das Luftrückgewinnungssystem optimiert insbesondere durch eine geeignete Anwahl von Arbeitsparametern. Auf diese Weise kann ein bestmöglicher Gesamtluftverbrauch erreicht werden.
Möglich wäre dies entweder über ein komplexes Rechenmodell oder auch über eine Lernschleife durch eine Variation einzelner (Arbeits-)Parameter oder einer Kombination aus Beiden.
Bevorzugt werden jedoch bei dieser Vorgehensweise Grenzwerte gesetzt und/oder berücksichtigt, welche auch durch die Regelung nicht über- bzw. unterschritten werden.
Eine wichtige Frage in diesem Zusammenhang sind die Regelgrenzen, um die Flaschenqualität nicht zu sehr zu beeinträchtigen. So gibt es Parameter, die weitgehend ohne Einfluss auf die Flaschenqualität Prozessparameter 2. Art, den Luftverbrauch beeinflussen, z.B. eine Dauer der Luftrückgewinnung Pi1, Pi2. Es gibt aber auch Parameter, die in ganz entscheidenden Maße die Qualität beeinflussen könnten Prozessparameter 1. Art, z.B. eine Dauer der Druckbeaufschlagung mit dem Druck Pi1 oder ein Soll-Druck von Pi1 und P2.
In einer Ausführungsform wird vorausgesetzt das der Bediener die Prozessparameter 1. Art einstellt die maßgeblich für die Flaschenqualität sind. Prozessparameter 1. Art sind dabei beispielsweise ein Soll-Zeit-Weg Verlaufs einer Reckstange bis zum vollständigen Recken, ein Zeitpunkt des Öffnens eines Vorblasventils P1, ein Drosselquerschnitt von P1 und ein Solldruck im Druckreservoir von P1, ein Schließzeitpunkt von P1 bzw. dem Zeitpunkt des Öffnens des Ventils des nächsthöheren Druckniveaus und ein Fertigblasdruck P2, und/oder ein Zeitpunkt wann P2 erreicht werden soll.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Anzahl der vom Bediener einzugebenden Werte noch weiter reduziert werden, wenn die beiden Werte des Drosselquerschnitts und des Solldrucks von P1 verbunden werden und auf einen einzigen, den Volumen- oder Massestrom charakterisierenden Wert reduziert werden.
Die Prozessparameter 1. Art bestimmen grundsätzlich einen Verlauf einer Blaskurve in 3 bei gegebenen Preform (Abmessung, Temperaturprofil und Materialeigenschaften), Reckstange(Abmessungen) und Blasform (Abmessung, Material und Temperatur) bist inklusive des Zeitpunkt II sowie den Druck zum Zeitpunkt IV.
Es ist auch denkbar anstelle des Fertigblasdrucks P2 und des Zeitpunkts des Erreichens von P2 sogenannte P₉₀ Zeit oder P₉₀ Druck vorzugeben, diese zeigen an, wenn 90% des P2 Drucks erreicht sind und daraus berechnen oder ergeben sich dann P2 Druck und Zeitpunkt.
Die Zeit von Zeitpunkt II in 3, dem Zeitpunkt an dem das Ventil der nächst höheren Druckstufe nach dem Vorblasen öffnet, bis zu dem Zeitpunkt an dem P2 erreicht wird (in manchen Fällen auch nur P₉₀) nennt man Druckanstiegszeit und/oder Druckaufbauzeit von P2.
Der Verlauf einer Blaskurve kann dabei bevorzugt auch durch einzelne der oben genannten Prozessparameter 1. Art definiert werden.
Bevorzugt kann der Verlauf einer Blaskurve auch durch eine beliebige Kombination der oben genannten Prozessparameter 1. Art definiert werden.
Um nun einen vollständigen Druckverlauf einer Blaskurve und somit den vollständigen Formprozess zu definieren, sind jedoch noch weitere Parameter notwendig. Diese Parameter haben in der Regel nur einen untergeordneten Einfluss auf die Behälterqualität und werden als Prozessparameter 2. Art bezeichnet. Prozessparameter 2. Art sind beispielsweise die Zeitpunkte des Öffnens und/oder Schließens der Zwischendruckventile Pi1-Pin und P2 und/oder beim Druckaufbau die Druckniveaus der Zwischenblasdrücke und/oder die Zeitpunkte des Öffnens und Schließen der Zwischendruckventile, eines P1 Ventils und eines Entlastungsventils.
Der Druckverlauf einer Blaskurve und somit der vollständige Formprozess kann bevorzugt auch durch einzelne der oben genannten Prozessparameter 2. Art definiert werden.
Bevorzugt kann der Druckverlauf einer Blaskurve und somit der vollständige Formprozess auch durch eine beliebige Kombination der oben genannten Prozessparameter 2. Art definiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden dem Bediener nach Eingabe der Prozessparameter 1. Art die Prozessparameter 2. Art bevorzugt von der Vorrichtung bzw. Maschine vorgeschlagen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Prozessparameter 2. Art teilweise oder vollständig von der Maschine ermittelt und/oder eingestellt.
Besonders bevorzugt werden von der Maschine Prozessparameter 2. Art in solcher Weise ermittelt, dass bestimmte Prozessparameter miteinander in Verbindung gebracht werden. So kann beispielsweise beim Druckaufbau der Zeitpunkt des Schließens eines ersten Ventiles mit dem Zeitpunkt des Schließens eines zweiten Ventils nahezu gleichgesetzt werden.
Lediglich die Schaltverzögerungen, vom Anlegen des elektrischen Schaltsignals inklusive eventueller Buslaufzeiten über die Reaktionszeit des Piloten, dem Druckaufbau im Hauptventil bis hin zur Bewegung des Hauptventils.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine Ermittlung der Parameter 1. und/oder 2. Art dabei modelbasiert mit oder ohne eine KI (künstliche Intelligenz) und/oder die Ermittlung der Parameter 1.Art und/oder 2.Art erfolgt durch Regelung oder iterativ.
Je nach Anwendungsfall und je nach fachlicher Expertise soll bzw. darf das System daher bevorzugt nur bestimmte Stellgrößen und/oder Prozessparameter 2. Art eigenständig verändern und bevorzugt dies auch nur in vorgegebenen Bereichen.
So kann der „einfache“ Maschinenbediener eine Optimierung zumindest auf „gemäßigtem“ Niveau mit größtmöglicher Prozesssicherheit durchführen, während der versierte Anwender durch geschickte Prozessführung und weitläufigere Regeleingriffe auch in die Prozessparameter 2. Art möglicherweise auch eine höhere Einsparung erreichen kann. Im Idealfall bleibt dem Bediener aber die manuelle Einstellung der Luftrückgewinnung erspart, so dass er sich voll und ganz auf den eigentlichen Heiz- und Blasprozess und die Behälterqualität konzentrieren kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann aufgrund einer Anzeige des Recyclingpotentials und/oder des Luftverbrauchs und/oder einer für den Luftverbrauch charakteristischen Zahl der Maschinenbediener schnell erkennen, wie effizient eine Luftrückgewinnung eingestellt ist. Dadurch kann der Maschinenbediener hinsichtlich der Einflussparameter P2 und dem Flaschenvolumen zum erreichbaren Luftverbrauch bzw. der Recyclingquote sensibilisiert werden.
Daneben beschreibt die vorliegende Erfindung Methoden und Maßnahmen, um Druckschwankungen in einem der Druckreservoirs und insbesondere auch in einem P1 Druckreservoir zu reduzieren, um den Luftverbrauch durch Regelungen und insbesondere automatisierte Regelungen zu reduzieren, und gegebenenfalls auch die P2 - (dies ist üblicherweise der höchste Druck) Haltezeit zu erhöhen. Daneben sollen auch verfahrenstechnisch höhere Ausstoßleistungen realisiert werden und mögliche Regelungen für einen einfacheren Prozess.
Die Erfindung ist daher in verschiedenen Zeitpunkten gegliedert und beschreibt mögliche Maßnahmen in diesen jeweiligen Zeitpunkten, um die genannten Ziele bestmöglich umzusetzen. Dies wird unter Bezugnahme auf die Figuren genauer erläutert. Besonders bevorzugt ist für eine Vielzahl der hier beschriebenen Ideen eine Auswertung der Blaskurvenauswertung, beispielsweise durch eine Software vorteilhaft.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird ein Druckverlauf während der Herstellung des Kunststoffbehälters aufgenommen und besonders bevorzugt wird dieser Druckverlauf ausgewertet. Zur Auswertung kann etwa eine Kurvendiskussion dieses Druckverlaufs durchgeführt werden.
Bevorzugt wird dabei unter der Expansion der Kunststoffvorformlinge der gesamte Vorgang verstanden, d. h. auch ein Fertigblasen der Behältnisse unter einem Druck P2. Insbesondere handelt es sich bei dem Druckverlauf um einen über die Zeit bestimmten Verlauf. Bevorzugt erfolgt eine Auswertung mittels eines Algorithmus und/oder einer Software. Dabei können aus dem Druckverlauf Informationen abgeleitet werden, welche eine verbesserte Steuerung oder Regelung der Vorrichtung erlauben.
Besonders bevorzugt wird auf Basis der Auswertung des Druckverlaufs wenigstens ein Arbeitsparameter, insbesondere ein Arbeitsparameter 2. Art, für die Expansion der Kunststoffvorformlinge und/oder für den Druckaufbau und/oder das Recycling geändert, insbesondere um den Verbrauch an Druckluft zu vermindern. Besonders bevorzugt erfolgt diese Änderung des Arbeitsparameters automatisch und/oder durch eine Regelungseinrichtung der Maschine.
Besonders bevorzugt werden bestimmte Arbeitsparameter insbesondere Blasparameter insbesondere Prozessparameter 2. Art (voll-)automatisch generiert, wobei eine entsprechende Vorrichtung dabei bevorzugt stets einen bestmöglichen Kompromiss, insbesondere aus zum Teil gegensätzlichen Zielvorstellungen findet.
Unter den Zielen ist beispielsweise das Ziel, den Entlastdruck bzw. den Luftverbrauch minimal zu halten. Ein weiteres Ziel besteht darin, die Hochdruckphase, d. h., die Phasen in der der Fertigblasdruck aufgebracht wird möglichst lang zu halten. Unter einer Hochdruckphase wird dabei die Beaufschlagung der Kunststoffvorformlinge mit einem Druck von mehr als 5bar, bevorzugt von mehr als 10bar, bevorzugt von mehr als 15bar und bevorzugt ein Druck auf dem oben erwähnten P2 - Druckniveau verstanden.
Ein weiteres mögliches Ziel besteht darin, eine Druckaufbauzeit minimal zu halten, d. h. die Zeit von einem Ende eines Drucks P1 bis zu einem Erreichen eines Drucks P2 bzw. dessen Ende.
Besonders bevorzugt ist der genannte Arbeitsparameter aus einer Gruppe von Arbeitsparametern ausgewählt, welche eine Druckaufbauzeit eines Druckniveaus, insbesondere eines Zwischenblassdruckniveaus Pi1, eine Verteilung einer Druckaufbauzeit (insbesondere eines Anteils der Druckaufbauzeit für einen Druck P1 und der Druckaufbauzeit für einen Druck P2), ein Verhältnis zwischen einer Recyclingzeit zu einer Druckaufbauzeit, eine Verteilung von Recyclingstufen, einer Verteilung der Recyclingzeit insbesondere für die Druckstufen Pi1 und Pi2) einen Beginn eines Reckvorgangs, ein Ende eines Reckvorgangs, eine Reckgeschwindigkeit, eine Drosselgeschwindigkeit einer Ventileinrichtung, insbesondere eines Vorblasventils, einen Zeitpunkt eines Öffnens und/oder Schließen von Ventileinrichtungen, insbesondere einer P2 - Ventileinrichtung, ein Solldruck eines Druckniveaus, einen Zeitpunkt für ein Zurückziehen der Reckstange oder dergleichen enthält.
Daneben ist es möglich, einzelne optionale Verfahrensschritte zu deaktivieren. So können etwa die Druckrecyclingstufen synchron oder asynchron betrieben werden. Daneben wäre es denkbar einzelne Recyclingstufen zu deaktivieren.
Diesen Parametern ist deren mehrdimensionale Abhängigkeit bzw. Wechselwirkungen gemein. Hinzu kommt, dass eine Änderung auf die drei wesentlichen oben genannten Zielfunktionen in unterschiedlicher Gewichtung Einfluss nehmen.
Bevorzugt wird daher ein Modell verwendet, welches auf Grundlage der Wirkzusammenhänge in dem System erstellt werden kann.
Zur Generierung dieses Modells wird besonders bevorzugt eine künstliche Intelligenz (KI) eingesetzt. Hierbei kann unter Verwendung einer Vielzahl von aufgenommenen Daten bestimmt werden, wie sich eine Änderung eines bestimmten Parameters auf weitere Parameter und auch im Hinblick auf die oben genannten Ziele auswirkt. Auf Basis dieser Bestimmungen können Arbeitsparameter angepasst werden.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird diese Lösung mit mathematischen und/oder technischen Ansätzen gefunden. So ist es beispielsweise möglich, dass ein bestimmtes Parameterfeld systematisch abgefahren wird, beispielsweise mittels einer DoE (Design of experiments) und eine Auswertung des Parameterfelds, insbesondere mit einer anschließenden mehrdimensionalen Optimierung durchgeführt wird Hierbei können beispielsweise Verfahren der linearen Regression eingesetzt werden.
Besonders bevorzugt werden auch KI-Algorithmen eingesetzt.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden Iterationsschleifen und insbesondere mehrstufige Iterationsschleifen eingesetzt. Hier können beispielsweise während des Betriebs partiell einzelne Werte variiert werden und deren Auswirkung auf die Zielgrößen analysiert werden. Basierend auf fest vorgegebenen Regeln und/oder Algorithmen zum Beispiel PID-Regler können dann Optimalpunkte gewählt werden.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren erfolgt eine Berechnung anhand eines (komplexen) physikalischen Modells.
Bei einem bevorzugten Verfahren werden KI-Modelle, physikalische Modelle oder Optimierungsmethoden verwendet, die beispielsweise in der Maschinensteuerung oder extern, beispielsweise Cloud-basiert in einer dafür vorgesehenen Rechenumgebung stattfinden.
Wurde die Lösung gefunden, ist es möglich, diese entweder direkt anzuwenden oder wenigstens als Eingabevorschlag dem Benutzer anzuzeigen und/oder wenigstens dem Benutzer eine mögliche Bewegungsrichtung vorzuschlagen, um eines oder mehrere dieser Ziele besser zu erfüllen.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren kann als Nebenprodukt der Lösungsfindung auch die Empfehlung zu einer P2 Druckerhöhung möglich sein, wenn sie zum Beispiel zu gleich bleibendem Luftverbrauch führt. Daneben wäre auch ein Vorschlag zur Änderung von einem P1 Druck möglich, wenn sich dadurch verfahrenstechnisch Vorteile ergeben und auch der Druckverbraucht bzw. Luftverbrauch im Wesentlichen gleich bleibt.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden die Kunststoffvorformlinge mit wenigstens vier unterschiedlichen Druckniveaus beaufschlagt. Bei diesem Verfahren findet zunächst ein Vorblasen mit einem ersten Druck P1 statt. Anschließend zwei Zwischenblasschritte mit Druckniveaus Pi1 und Pi2 und schließlich ein Fertigblasen mit dem höchsten Druck P2. Auf diese Weise kann das Recyclingpotential erhöht werden und somit die Differenz zwischen P2 und Entlastungsdruck weiter erhöht werden.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird wenigstens ein für einen Druckluftverbrauch charakteristischer Wert und/oder ein Druckluftverlauf visualisiert. So kann beispielsweise über eine Anzeigeeinrichtung wie einen Monitor der Druckverlauf ausgegeben werden, insbesondere einschließlich von Grenzwerten und ein Benutzer kann auf diese Weise sehr schnell die Effizienz der Steuerung überprüfen.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren findet eine Inspektion der gefertigten Kunststoffbehältnisse statt. Dabei ist es möglich, auch die Daten dieser Inspektion in die Maschinensteuerung einzubeziehen. So kann beispielsweise die Änderung bestimmter Parameter eine nachteilige Entwicklung der Kunststoffbehältnisse zur Folge haben. Dabei wird bevorzugt priorisiert, dass ein genau gewünschtes Behältnis entsteht. Auf diese Weise ist es möglich, durch eine Steuerung durchgeführte Änderung von Arbeitsparametern auch anhand der Sollqualität der gefertigten Behältnisse zu überprüfen.
Bevorzugt findet im Rahmen der Inspektion eine Messung einer Wandungsstärke der Kunststoffbehältnisse statt. Bevorzugt wird die Wandungsstärke der Kunststoffvorformlinge in mehreren Bereichen der gefertigten Kunststoffbehältnisse gemessen. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird die Transparenz und/oder Kristallinität und/oder optische Veränderung der Wandung des Kunststoffbehältnisses durch Kaltverstreckung gemessen. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden mechanische Eigenschaften wie Topload oder Burstpressure gemessen.
Besonders bevorzugt werden die Kunststoffvorformlinge berührungslos und/oder optisch inspiziert.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird ein Startzeitpunkt eines Reckvorgangs angepasst und/oder verändert. Bevorzugt wird der Kunststoffvorformling mit einem Vorblasdruck beaufschlagt und (zumindest zeitweise) zeitgleich durchgeführt
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, eine Änderung der Startzeit des P1 Ventils in Abhängigkeit von einer Schaltzeitdifferenz der Ventileinrichtungen durchzuführen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird nun vorgeschlagen, den Startzeitpunkt des Reckens zu verändern.
Bevorzugt wird bei gewissen Abweichungen im Druckverlauf in einem vorgegebenen Punkt der Druckkurve der Reckstartso angepasst, dass zwischen einem Druckaufbau und der Blaskurve und dem Reckstart eine konstante Zeit. Insbesondere über alle Umformungsstationen vergeht.
Diese Zeit wird bevorzugt vom Maschinenbediener für eine Station festgelegt und für alle Stationen übernommen! Abweichungen aufgrund unterschiedlicher Schaltzeiten zwischen den Stationen werden bevorzugt über einen veränderten Reckstart kompensiert.
Alternativ wäre es möglich, eine aktuelle Reckposition bzw. eine Position einer Reckstange zu einem Zeitpunkt eines Druckanstiegs, insbesondere eines P1 Druckanstiegs zu überwachen und bevorzugt den Reckstart, d.h. den Beginn des Reckvorgangs zu regeln.
Auf diese Weise wird erreicht, dass bei jeder Station das Ventil bei gleicher Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Reckstange in dem Kunststoffvorformling öffnet.
Auch wäre eine Änderung der Reckgeschwindigkeit oder Beschleunigung der Reckstange bis zu diesem Zeitpunkt denkbar, um dieses Ziel zu erreichen. Es sollte jedoch gewährleistet sein, dass die Reckgeschwindigkeit im Zeitpunkt „tP1 Öffnet“ konstant über alle Umformungsstationen ist.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird eine Beaufschlagungseinrichtung wie insbesondere eine Blasdüse an eine Mündung der Kunststoffvorformlinge angelegt, um diese mit der Druckluft zu beaufschlagen.
Bevorzugt wird eine Bewegung dieser Beaufschlagungseinrichtung von einer Bewegung der Reckstange entkoppelt. So ist es möglich, dass für die Bewegung der Beaufschlagungseinrichtung und die Bewegung der Reckstange unterschiedliche Antriebseinrichtungen vorgesehen sind.
Weiterhin wäre es möglich, als Bezugsgröße für die einzelnen Bewegungen und/oder die Bestimmung der Prozessparameter eine Position der Reckstange zu verwenden, beispielsweise eine Reckung in mm oder in % anzugeben, welche die Reckstange ab einem Zeitpunkt P0 und/oder bei einem Start des Vorblasvorgangs bereits durchgeführt hat.
In diesem Fall wird bevorzugt die Position der Reckstange als Stellgröße verwendet, wodurch dem Zusammenspiel aus der Reckstangenbewegung und/oder Reckstangenposition und dem Vorblasstart besser Rechnung getragen werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Vorrichtung zum Umformen von Kunststoffvorformlingen zu Kunststoffbehältnissen gerichtet mit einer Transporteinrichtung, welche die umzuformenden Kunststoffvorformlinge entlang eines vorgegebenen Transportpfads transportiert, wobei die Transporteinrichtung einen bevorzugt drehbaren Transportträger aufweist, an dem eine Vielzahl von Umformungsstationen angeordnet ist, wobei die Umformungsstationen jeweils Blasformeinrichtungen aufweisen, innerhalb derer die Kunststoffvorformlinge durch Beaufschlagung mit einem fließfähigen und insbesondere gasförmigen Medium zu den Kunststoffbehältnissen umformbar sind und die Umformungsstationen jeweils Beaufschlagungseinrichtungen aufweisen, um die Kunststoffvorformlinge mit dem fließfähigen Medium zu beaufschlagen, wobei die Umformungsstationen jeweils Reckeinrichtungen, zum Dehnen der Kunststoffvorformlinge in deren Längsrichtung aufweisen und diese Reckeinrichtungen jeweils wenigstens eine in der Längsrichtung der Kunststoffvorformlinge bewegliche Reckstange aufweisen, welche in die Kunststoffvorformlinge einführbar ist und wobei die Vorrichtung wenigstens drei Druckluftreservoirs aufweist, um die Kunststoffvorformlinge mit wenigstens drei unterschiedlichen Druckniveaus zu beaufschlagen.
Erfindungsgemäß ist wenigstens zeitweise Druckluft von den Umformungsstationen und/oder den Kunststoffbehältnissen in wenigstens ein Druckluftreservoir zurückführbar und es ist eine Erfassungseinrichtung vorgesehen ist, welche wenigstens zeitweise einen für den Verbrauch an Druckluft charakteristischen Wert erfasst.
Es wird daher auch Verfahrensseitig vorgeschlagen, sowohl Druckluft von den Umformungsstationen und insbesondere den Behältnissen zurück in ein weiteres Druckreservoir zu führen und weiterhin mittels einer Erfassungseinrichtung einen Druckluftverbrauch oder einen dafür charakteristischen Werts zu erfassen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Steuerungseinrichtung aufweist, welche die Vorrichtung unter Berücksichtigung eines erfassten Verbrauchs an Druckluft steuert. Insbesondere steuert die Steuerungseinrichtung Ventileinrichtungen der einzelnen Umformungsstationen, Reckeinheiten der einzelnen Umformungsstationen und dergleichen. Dabei können beispielsweise Zeitpunkte und Zeiträume, zu denen die Kunststoffvorformlinge mit den einzelnen Druckstufen beaufschlagt werden, gesteuert werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung dazu geeignet und bestimmt, Arbeitsparameter für die Umformungsprozess zu ändern und insbesondere unter Berücksichtigung eines erfassten Verbrauchs an Druckluft zu ändern. Bevorzugt sind dabei diese Arbeitsparameter innerhalb vorgegebener Grenzwerte änderbar.
Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung eine Vielzahl von Messeinrichtungen auf, welche dazu geeignet und bestimmt sind, Parameter oder Werte zu erfassen, welche für einen Druckluftverbrauch charakteristisch sind. So können beispielsweise eine oder mehrere Durchflussmesseinrichtungen vorgesehen sein, mit deren Hilfe ein Durchfluss von Druckluft gemessen werden kann. Dabei kann beispielsweise ein Durchfluss zwischen einem Reservoir und den einzelnen Umformungsstationen gemessen werden oder auch ein Durchfluss von Druckluft, welche den Behältnissen oder Kunststoffvorformlingen zugeführt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist auch eine Vielzahl von Druckmesseinrichtungen vorgesehen. So kann beispielsweise jeder Umformungsstation eine derartige Druckmesseinrichtung zugeordnet sein. Auch den oben genannten Reservoirs können derartige Druckmesseinrichtungen zugeordnet sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens eines der Druckluftreservoirs ein größeres Aufnahmevolumen für Druckluft auf als wenigstens ein weiteres und bevorzugt die übrigen Druckluftreservoirs.
Weiterhin ist es möglich, dass wenigstens zwei miteinander in direkter Strömungsverbindung bringbare Druckluftreservoirs insbesondere für ein bestimmtes Druckniveau zur Verfügung stehen.
Insbesondere handelt es sich hierbei um das Druckluftreservoir für den ersten Druck P1 bzw. den Vorblasdruck.
Bevorzugt ist das Aufnahmevolumen dieses Druckluftreservoirs um wenigstens 26 %, bevorzugt um wenigstens 30 %, bevorzugt um wenigstens 40 % und bevorzugt um wenigstens 50 % größer als das Aufnahmevolumen der übrigen Druckluftreservoirs.
Um Druckschwankungen zu reduzieren kann ein größeres Druckluftreservoir zur Verfügung stehen oder alternativ ein zusätzlichen Ringkanal oder ein Volumen mit einer nachgeschalteten Drossel oder Verbindung. Auf diese Weise ein größeres Reservoirvolumen bzw. Ringkanalvolumen geschaffen werden.
Diese Idee zielt darauf ab, dass das Druckluftreservoir, d. h. insbesondere der Ringkanal als eine Art Druckluftspeicher eingesetzt wird und durch ein erhöhtes Volumen kleinere Strömungsunterschiede der abnehmenden Stationen oder Kavitäten einen geringeren Einfluss auf den Druck innerhalb des Reservoirs haben. Durch das erhöhte Volumen werden auch Unterschiede geglättet.
Daneben könnte auch durch einen zusätzlichen P1 Ringkanal und insbesondere ein P1 Druckluftreservoir kombiniert mit einer Verbindungsleitung bevorzugt auch mit einer einstellbaren Drossel diese Druckschwankung verkleinert werden. So könnte ein zusätzliches Reservoir, insbesondere zusätzlicher Ringkanal vorgesehen sein, der bevorzugt mit den Umformungsstationen und insbesondere mit jeder Umformungsstation eine Verbindung zu einem Hauptkanal hat. Auf diese Weise würde an jeder Stelle, wo gerade Luft abgenommen wird, sofort wieder Luft nachgeschoben.
Ist eine derartige Verbindung nur an einer Stelle beispielsweise mit einer Drossel vorgesehen, so ist Luft im schlimmsten Fall über einen Bogen von 180° in Bewegung.
Ein derartiges größeres Reservoir oder ein Zusatzreservoir kann dabei an unterschiedlichen Stellen der Vorrichtung angeordnet sein, insbesondere jedoch in Strömungsverbindung mit dem zweiten bzw. mit dem eigentlichen Reservoir für Druckluft.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, dass kleinere Druckunterschiede durch den beschriebenen zusätzlichen Ringkanal aufgefüllt oder abgelassen werden, insbesondere ohne ein Öffnen eines Domdruckventils, welches vermehrt Druckschwankungen in den Ringkanal einbringt, zu benötigen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Steuerungseinrichtung auf, welche auf Basis gemessener Druckverläufe wenigstens einen Prozessparameter steuert. Dabei kann diese Steuerungseinrichtung insbesondere auch auf eine künstliche Intelligenz zurückgreifen, um diese Steuerung zu bewirken.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung dazu geeignet und bestimmt, Bewegungsparameter der Reckstange und insbesondere eine Geschwindigkeit der Recktstangenbewegung zu ändern.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung dazu geeignet und bestimmt einen Durchfluss der Blasluft zwischen wenigstens einem Druckluftreservoir und den einzelnen Umformungsstationen zu ändern, insbesondere einen Durchfluss der Blasluft zwischen dem P1 Druckluftreservoir und den einzelnen Umformungsstationen. Bevorzugt weist die Vorrichtung wenigstens eine und bevorzugt mehrere Drosseleinrichtungen auf, mittels deren der Durchfluss geändert werden kann.
Wenn die Reckgeschwindigkeit und/oder die Reckbeschleunigung erhöht und gleichzeitig der P1-Durchfluss ebenfalls erhöht werden würde, könnte man in kürzerer Zeit die gleiche Menge Luft bei gleicher Reckung in Längsrichtung gewährleisten und hätte auf diese Weise mehr P2-Haltezeit.
Es wäre jedoch auch eine Reduzierung der Geschwindigkeit der Reckstangenbewegung denkbar, da ein niedriger P1 Druck auch geringere Luftverbräuche ermöglicht.
Bevorzugt liegt eine maximale Reckstangengeschwindigkeit bei mehr als 1,0m/s, bevorzugt bei mehr als 1,5m/s, bevorzugt bei mehr als 2,0m/s, bevorzugt bei mehr als 2,5m/s. Bevorzugt weisen die Reckeinheiten elektromotorische Antriebseinrichtungen und insbesondere Linearmotoren zur Bewegung der Reckstangen auf.
Bevorzugt liegt eine maximale Reckstangenbeschleunigung bei mehr als 40m/s² bevorzugt bei mehr als 45m/s² bevorzugt bei mehr als 50m/s².
Bevorzugt ermöglicht die Steuerungseinrichtung eine Regelung von Arbeits- und/oder Prozessparametern, welche das P1 Druckluftreservoir und/oder die Versorgung der Umformungsstationen durch das P1 Druckluftreservoir betreffen. Bevorzugt wird auch auf diese Weise eine selbstständige Regelung der Prozessparameter für einen möglichst geringen Luftverbrauch und möglichst geringe P1-Druckreservoirschwankungen erreicht.
Bevorzugt sind hier Arbeitsparameter änderbar, die aus einer Gruppe von Arbeitsparametern ausgewählt sind, welche einen Zwischenblasdruck bzw. dessen Höhe, eine Zwischenblaszeit (bei einer vorgegebenen Anzahl jedoch mindestens einem Zwischendruckniveau), eine Recyclingdauer eines Vorblasdrucks, einen Vorblasrecyclingzeitpunkt (dieser ist insbesondere für die Druckschwankungen relevant), eine Recyclingdauer eines Zwischenblasdrucks, einen Zeitpunkt für das Schließen eines Fertigblas (P2) Ventils, oder einen Zeitpunkt für einen Rückhub der Reckstange aus einer P10 - Lage d.h. der Lage in welchem die Reckstange bis in die Bodentasse einer Blasform ausgefahren ist und/oder die Kuppe des Kunststoffvorformlings kontaktiert, enthält.
Daneben können Ventilüberlappzeiten geändert werden.
Diese Änderungen beruhen auf mehreren Überlegungen:

Die Anmelderin hat ermittelt, dass ein Druckniveau zwischen Fertigblasdruck und Vorblasdruck effektiv den Druckluftverbrauch senkt. Vorteilhaft wird für diesen Zweck sog. Zwischenblasdruck mit einem Druckniveau zwischen 30% und 70% bevorzugt zwischen 40% und 60% des Fertigblasdrucks verwendet.

Bevorzugt wird ein weiteres Zwischendruckes zwischen dem Zwischenblasdruckniveau und dem Fertigblasdruckniveau hinzugefügt. Hierdurch wird der Zusammenhang zwischen den einzelnen Druckniveaus und dem Luftverbrauch komplex und es besteht kein funktionierender Faustwert mehr
Auch jetzt sind bereits Prozesspunkte vorhanden, wo die obige Vorgabe des Zwischenblasdrucks nicht den idealen Luftverbrauch ergibt und Mehrkosten aufgrund eines höheren Druckluftbedarfes entstehen!
Auch hat sich gezeigt, dass tiefere P1-Druckniveaus effizienter hinsichtlich dem Luftverbrauch sind. Durch tiefere P1-Druckniveaus wird jedoch der Einfluss evtl. Schwankungen im Ringkanaldruck erhöht und es kann zu schlechterer Prozessstabilität führen
Bevorzugt speist jede Station an einem Rundläufer beim Luftrecycling Luft in den Ringkanal und benötigt Luft aus dem Ringkanal beim Formprozess. Bei dem Ringkanal handelt es sich bevorzugt um einen umlaufenden Kanal, an dem bevorzugt mehrere Stationen angeordnet sind und mit etwa gleicher Leitungslänge verbunden sind. Der Ringkanal muss allerdings nicht zwingend als Ring ausgebildet sein, so dass auch ein zentraler Verteiler oder ein zentrales Volumen mit Verteiler genutzt werden kann.
Durch ein vorteilhaft gewähltes geschicktes Zeitmanagement der Rückspeißung können Spitzen im Druckverlauf im Ringkanal abgefangen und die Schwankung reduziert werden
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2a-c drei Darstellungen zur Veranschaulichung eines vergrößerten Druckluftreservoirs;
3 eine Darstellung einer Druckkurve;
4 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Reckstangenbewegung;
5a-c drei Darstellung zur Veranschaulichung von Ventilschaltzeitpunkten;
6a,b zwei Darstellungen zur Veranschaulichung einer Ventilsteuerung;
7 einen Druckverlauf;
8 eine Darstellung zur Veranschaulichung von Schaltzeitpunkten; und
9a,b einen Druckverlauf beim Recycling.

1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Umformen von Kunststoffvorformlingen 10 zu Kunststoffbehältnissen 15. Diese Vorrichtung weist einen drehbaren Träger 22 auf, an dem eine Vielzahl von Umformungsstationen 4 angeordnet ist. Diese einzelnen Umformungsstationen weisen jeweils Blasformeinrichtungen 82 auf, die in ihrem Inneren einen Hohlraum zum Expandieren der Kunststoffvorformlinge ausbilden.
Das Bezugszeichen 84 kennzeichnet eine Beaufschlagungseinrichtung, welche zum Expandieren der Kunststoffvorformlinge 10 dient. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Blasdüse handeln, welche an eine Mündung der Kunststoffvorformlinge anlegbar ist, um diese so zu expandieren. Daneben wäre es auch denkbar, dass die Blasdüse an der Blasformeinrichtung abdichtet. Bevorzugt ist diese Beaufschlagungseinrichtung in einer Längsrichtung und bevorzugt ausschließlich in einer Längsrichtung der Kunststoffvorformlinge bewegbar.
Das Bezugszeichen 90 kennzeichnet eine Ventilanordnung wie einen Ventilblock, der bevorzugt eine Vielzahl von Ventilen aufweist, welche die Beaufschlagung der Kunststoffvorformlinge mit unterschiedlichen Druckniveaus steuern. Bevorzugt weist jede Umformungsstation einen derartigen Ventilblock auf.
Bei einem bevorzugten Verfahren werden die Kunststoffvorformlinge zunächst mit einem Vorblasdruck P1 beaufschlagt, anschließend mit mindestens einem Zwischenblasdruck Pi1 oder Pi2, der höher ist als der Vorblasdruck und schließlich mit einem Fertigblasdruck P2, der höher ist als der Zwischenblasdruck Pi1 oder Pi2. Nach der Expansion der Kunststoffbehältnisse werden bevorzugt die Drücke bzw. die Druckluft wieder von dem Behältnis in die einzelnen Druckreservoirs zurückgeführt. Bevorzugt wird noch eine weitere Druckstufe, insbesondere ein weiterer Zwischenblasdruck vorgesehen.
Das Bezugszeichen 88 kennzeichnet eine Reckstange, die dazu dient, die Kunststoffvorformlinge in ihrer Längsrichtung zu dehnen. Bevorzugt weisen sämtliche Umformungsstationen derartige Blasformen 82 sowie Reckstangen 88 auf. Diese Reckstange ist bevorzugt Bestandteil einer mit 30 bezeichneten Reckeinrichtung. Die Reckstange ist (bevorzugt ebenfalls ausschließlich) in der Längsrichtung der Kunststoffvorformlinge 10 beweglich.
Bevorzugt liegt die Anzahl dieser Umformungsstationen 4 zwischen 2 und 100, bevorzugt zwischen 4 und 60, bevorzugt zwischen 6 und 40.
Die Kunststoffvorformlinge 10 werden über eine erste Transporteinrichtung 62 wie insbesondere aber nicht ausschließlich einen Transportstern der Vorrichtung zugeführt. Über eine zweite Transporteinrichtung 64 werden die Kunststoffbehältnisse 15 abtransportiert.
Das Bezugszeichen 7 kennzeichnet eine Druckbereitstellungseinrichtung wie etwa einen Kompressor oder auch einen Druckluftanschluss. Die Druckluft wird über eine Verbindungsleitung 72 zu einem Drehverteiler 74 gefördert und von diesem über eine weitere Leitung 76 an das Druckluftreservoir 2a angegeben, bei dem es sich hier um einen Ringkanal handelt. Damit dient bevorzugt dieser Drehverteiler zu dem Zweck, Luft von einem stationären Teil der Vorrichtung in einen sich drehenden Teil der Vorrichtung zu führen.
Neben diesem dargestellten Ringkanal 2a sind bevorzugt noch weitere Ringkanäle vorgesehen, die in der in 1 gezeigten Darstellung jedoch durch den Ringkanal 2a verdeckt sind, beispielsweise darunterliegen. Das Bezugszeichen 32 kennzeichnet eine Verbindungsleitung, welche die Druckluft an eine Umformungsstation 4 bzw. deren Ventilblock 90 abgibt. Bevorzugt ist jeder der Ringkanäle über entsprechende Verbindungsleitungen mit sämtlichen Umformungsstationen verbunden. Diese Verbindungsleitung ist bevorzugt in dem drehenden Teil der Vorrichtung angeordnet.
Das Bezugszeichen 8 kennzeichnet schematisch einen optionalen Reinraum, der hier bevorzugt ringförmig ausgebildet ist und den Transportpfad der Kunststoffvorformlinge 10 umgibt. Bevorzugt ist eine (geometrische) Drehachse bezüglich derer der Transportträger 22 drehbar ist, außerhalb des Reinraums 8 angeordnet. Bevorzugt ist der Reinraum mit einer Dichtungseinrichtung, welche bevorzugt wenigstens zwei Wasserschlösser aufweist, gegenüber der unsterilen Umgebung abgedichtet.
Weiterhin weist die Vorrichtung eine (in 1 nicht gezeigte) Deckeleinrichtung auf, welche den Reinraum 8 nach oben hin begrenzt. Diese Deckeleinrichtung ist dabei bevorzugt an wenigstens einer der Reckeinrichtungen 30 angeordnet.
Die Vorrichtung weist eine Vielzahl von Mess- und/oder Sensoreinrichtungen auf, welche zur Steuerung der Vorrichtung dienen. Das Bezugszeichen 14 kennzeichnet eine Druckmesseinrichtung, welche einen Luftdruck innerhalb des Druckluftreservoirs 2a misst. Bevorzugt weisen auch die übrigen Druckluftreservoirs entsprechende Druckmesseinrichtungen auf.
Das Bezugszeichen 16 kennzeichnet eine weitere Druckmesseinrichtung, welche einen Luftdruck insbesondere einen Behältnisinnendruck des zu expandierenden Kunststoffvorformlings misst. Bevorzugt ist jeder Umformungsstation eine solche Druckmesseinrichtung zugeordnet.
Das Bezugszeichen 18 kennnzeichnet ebenfalls schematisch eine Durchflussmesseinrichtung, welche einen Durch der Blasluft von einem Druckluftreservoir zu dem Ventilblock 90 einer Umformungsstation 4 bestimmt. Bevorzugt sind entsprechende Durchflusmesseinrichtungen jeweils zwischen einem Druckluftreservoir und allen Umformungsstationen angeordnet.
Auch zwischen den weiteren Druckluftreservoirs und den jeweiligen Umformungsstationen können weitere Durchflussmeseinrichtungnen zugeordnet sein.
Weiterhin sind bevorzugt auch Positionserfassungseinrichtungen vorgesehen, welche Positionen der Reckstangen der einzelnen Umformungsstationen erfassen können.
Das Bezugszeichen 24 kennzeichnet eine Steuerungseinrichtung, welche die Vorrichtung 1 steuert und insbesondere regelt. Diese Steuerungseinrichtung ist dabei bevorzugt auch in der Lage, Arbeitsparameter der Vorrichtung zu ändern.
So steuert die Steuerungseinrichtung insbesondere die einzelnen Ventile und damit die beaufschlagung der Kunststoffvorformlinge mit den einzelnen Druckniveaus. Daneben steuert die Steuerungseinrichtung bevorzugt auch eine Bewegung der Reckstangen der einzelnen Umformungsstationen. Bevorzugt steuert die Steuerungseinrichtung auch Bewegungen der Beaufschlagungseinrichtungen d.h. der Blasdüsen. Die Steuerungseinrichtung ist daher bevorzugt dazu geeignet, die Zeitpunkte zu denen die Beaufschlagungseinrichtungen an die Kunststoffvorformlinge angelegt werden und/oder die Zeitpunkte, zu denen die Blasformeinrichtungen wieder von den Kunststoffvorformlingen abgehoben werden zu steuert und insbesondere auch, diese Zeitpunkte zu verändern.
Das Bezugszeichen 26 kennzeichnet eine Speichereinrichtung, in der insbesondere Messgrößen erfasst werden, insbesondere Druckwerte und Durchflusswerte, aber auch entsprechende Arbeitsparameter. Bevorzugt werden diese jeweiligen Werte mit einer zeitlichen Zuordnung gespeichert.
Bevorzugt können diese Werte kontinuierlich und insbesondere über lange Zeiträume eines Maschinenbetriebs gespeichert. Die Steuerungseinrichtung steuert bzw. regelt auch unter Berücksichtigung dieser aufgenommenen Messwerte die Vorrichtung.
Das Bezugszeichen 28 kennzeichnet grob schematisch eine Inspektionseinrichtung zum Inspizieren der gefertigten Behältnisse. Bevorzugt ist auch eine Zuordnungseinrichtung vorgesehen, welche dazu geeignet und bestimmt ist, einem bestimmten inspizierten Behältnis diejenigen Arbeitsparameter zuzuordnen, welche zur Herstellung dieses Behältnisses verwendet wurden
Das Bezugszeichen 25 kennzeichnet eine Anzeigeeinrichtung, welche zur Ausgabe von Informationen an einen Maschinenbediener dient. Mittels dieser Anzeigeeinrichtung können etwa gemessene Druck(verlaufs)kurven ausgegeben werden.
Die 2a - 2c zeigen eine Ausführungsform der Erfindung mit einem vergrößerten Ringkanal. Dabei zeigt 2a die Situation nach dem Stand der Technik, bei der ein herkömmlicher Ringkanal 2a vorgesehen ist.
Bei der in 2b gezeigten Situation erkennt man, dass das Volumen des Ringkanals 2a, der das Druckluftreservoir für das P1 Druckniveau darstellt stark vergrößert ist. Auf diese Weise können die Auswirkungen von Druckschwankungen reduziert werden. Bei der in 2c gezeigten Situation ist neben dem Ringkanal 2a, ein zweiter Ringkanal 3a vorgesehen. Zwischen den beiden Ringkanälen sind mehrere Strömungsverbindungen, insbesondere Drosseln 5 vorgesehen.
Den Ausführungsformen gemäß 2b und 2c liegt die Idee zugrunde, dass der Ringkanal als eine Art Druckluftspeicher eingesetzt wird und durch ein erhöhtes Volumen kleinere Strömungsunterschiede der abnehmenden Umformungsstationen 4 oder Kavitäten einen geringeren Einfluss auf den Druck im Ringkanal haben. Durch das erhöhte Volumen werden diese Unterschiede geglättet.
Bei der in 2c gezeigten Situation ist wie erwähnt ein zusätzlicher P1 Ringkanal 3a vorgesehen und hier eine Vielzahl von Verbindungsleitungen mit einstellbarer Drossel 5, durch welche die Druckschwankungen verkleinert werden können. Kleinere Druckunterschiede können durch diesen zusätzlichen Ringkanal 3a aufgefüllt oder abgelassen werden, ohne dass hierzu ein Öffnen eines Domdruckreglers 30, welches vermehrt Druckschwankungen in den Ringkanal einbringt, benötigt wird.
Hierbei können sich verschiedene Konfigurationen bezüglich Einbauort des Domdruckreglers 30 und der Anschlusspositionen der Verbindungen 5 der Ringleitungen als zielführend herausstellen.
3 zeigt eine Darstellung einer Druckkurve DK über die Zeit. Dabei ist auf der linken Koordinate der Druck in bar aufgetragen, und auf der rechten Seite ist einerseits eine Kraft in Newton und eine Reckstangenposition in Millimetern aufgetragen.
Das Bezugszeichen RK kennzeichnet eine Reckkurve bzw. eine Reckstangenbewegung. Die Bezugszeichen I-IX zeigen unterschiedliche Zustände während des Expansionsvorgangs. So kennzeichnet das Bezugszeichen I den Beginn des Blasvorgangs mit dem Vorblasen. Zum Zeitpunkt II wird die Beauftragung mit einem Zwischenblasdruck aktiv und bei Bezugszeichen III ein Fertigblasdruck. Zu dem Zeitpunkt IV hat der Druck in dem Behältnis seinen Maximalwert erreicht und zu dem Zeitpunkt V wird das Ventil, welches den Fertigblasdruck zuführt wieder geschlossen.
Die Bezugszeichen Sv1 kennzeichnen einen Schaltzeitpunkt bzw. ein Schalten eines Zwischenblasventils und das Bezugszeichen Sv2 einen Schaltzeitpunkt bzw. ein Schalten des P2 Ventils. Zu dem Zeitpunkt V wird das P2 Ventil wieder geschlossen.
Zu dem Zeitpunkt VI sinkt der Druck in dem Behältnis stark ab, infolge einer weiteren Öffnung des Ventils SV1, um einen Recyclingprozess einzuleiten.
Zu dem Zeitpunkt VII wird dieses Ventil wieder geschlossen, und damit insoweit das Recycling abgeschlossen. Ab dem Zeitpunkt VIII beginnt die (vollständige) Entlastung des nunmehr ausgeformten Behältnisses, welche zum Zeitpunkt XI abgeschlossen ist. Der zu dem Zeitpunkt VIII gemessene Druck lässt bei Standardprozessen einen Rückschluss auf den Luftverbrauch zu.
4 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer verbesserten Steuerung einer Reckstange 82. Man erkennt, dass hier zunächst die Reckstange voll in den Kunststoffverformung eingeführt wird und bereits dazu dient, um diesen zu dehnen. In dem vierten Teilbild wird das Ventil P1 geöffnet und mit dem Vorblasen begonnen. In diesem Zustand liegt die Reckstange an der Bodenkuppe des Kunststoffvorformlings an.
Im Rahmen der Erfindung wird nun vorgeschlagen, diesen Reckstart so anzupassen, dass zwischen dem Druckaufbau der Blaskurve und dem Reckstart eine konstante Zeit, insbesondere über alle Umformungsstationen vergeht. Wie in 4 erkennbar wird hier zunächst mit einem Recken begonnen und erst anschließend mit den Vorblasdruck beaufschlagt.
Die 5a-5c veranschaulichen Maßnahmen zur Ventilschaltung. Dabei bezieht sich das Bezugszeichen 42 jeweils auf elektrische Schaltsignale zum Schalten der Ventile, ebenso das Bezugszeichen 44. In den 5b und 5c kennzeichnet das Bezugszeichen 43 eine mechanische Position des Ventils, beispielsweise eines ersten Ventils und das Bezugszeichen 45 eine mechanische Position eines zweiten Ventils. Man erkennt, dass es in jedem Fall zu bestimmten Totzeiten kommt.
In den 5b und 5c sind die Schalt- und Druckaufbauzeiten des Vorblasventils und eines Zwischenblasventils dargestellt. Diese werden geschaltet, um möglichst energieeffizient den Druckaufbau in dem Behältnis zu gewährleisten.
Dabei gibt es, wie in den 5a-5c gezeigt bestimmte Regeln, um den Vorblasdruck auf den Zwischenblasdruck zu schalten. Zunächst wird ein elektrisches Signal 42 ausgegeben, welches ein Schließen des Ventils P1 bewirkt. Anschließend tritt eine gewisse Totzeit auf. Anschließend wird mit einem weiteren elektrischen Signal das Ventil Pi1 geöffnet.
Die dargestellte Totzeit „t_totzeit“, ist dabei eine festgelegte Zeit, die prinzipiell, unabhängig von dem Verschleiß oder einer tatsächlichen Schaltzeit der jeweiligen Ventile gewartet wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann diese Ventilüberlappzeit oder Totzeit mittels einer Sensorik überprüft und eventuell verbessert werden. Bei einer idealen Prozessführung könnte eine Schaltkurve wie in Diagramm 5b aussehen. Hier wäre es für das höhere Druckniveau unmöglich, in das tiefere Druckniveau zurückzuströmen.
Tatsächlich kann es jedoch durch einen Verschleiß oder eine prozesstechnische Änderung dazu kommen, dass sich eine Änderung der mechanischen Schaltzeit der Ventile ergibt, und auf diese Weise würden sich überschneidende Ventile über ein sinnvolles Maß hinaus geben, wie in 5c gezeigt.
Bevorzugt könnte über eine Sensorik im Ringkanal bzw. zwischen dem Ringkanal und dem Ventilblock ein Einströmen des höheren Druckniveaus in den Ringkanal erkannt und die Totzeit auf ein Optimum hinsichtlich Luftverbrauch und P2 Hochdruckphase eingestellt werden und insbesondere automatisiert eingestellt werden.
Die 6a und 6b veranschaulichen diese Situation. Dabei sind wiederum die Ringkanäle 2A dargestellt, sowie auch der Ventilblock 90. Zwischen diesen Einrichtungen kann die besagte Sensorik angeordnet sein.
Im Stand der Technik wird derzeit nach einer einstellbaren Zeit ein Druckniveau geschaltet. In der Steigung der Druckkurve bzw. des Druckgrafen wäre jedoch auch eine automatische Schaltung der nächsten Druckstufe, beispielsweise nach Erreichen eines vorgegebenen Anteils des Ringkanaldrucks in der Blaskurve möglich. Auf diese Weise könnte der Einstellprozess erleichtert werden und zeitgleich auch unterschiedliche Schaltzeiten und damit einhergehend unterschiedliche Drücke kompensiert werden.
Wie oben erwähnt, kann bevorzugt der Zeitpunkt, an dem der P2 Druck in dem Behältnis erreicht werden soll (insbesondere das Delta aus dem Punkten II und IV in 3 von der Regelung für den optimalen Luftverbrauch verwendet werden.
In dem oben gezeigten Punkt V, könnte das P2 Ventil vorzeitig schließen, um auf diese Weise vorteilhaft eine Leckageerkennung zu ermöglichen. Bei aufwändigen Versuchen hat sich gezeigt, dass für eine sehr gute Ausprägung des Behältnisses eine gewisse Druckspitze notwendig ist, um das Behältnis auszuprägen. Der Haltedruck, der notwendig ist, um das Behältnis an der kalten Form anzupressen und um die Kühlung zu gewährleisten, hat ein gewisses Niveau, welches nicht unterschritten werden sollte. Dieses liegt allerdings weit unter der genannten Druckspitze.
Daneben hat sich gezeigt, dass trotz mehrerer Recyclingstufen der Luftverbrauch noch immer sehr stark davon abhängt, wie viel P2 Druck (Fertigblasdruck) für das Behältnis verwendet werden muss.
Aus diesen Gründen wird bevorzugt versucht, die Druckspitze beim Aufbau des P2 Drucks im Nachgang (d. h. in der Druckhaltephase) zu reduzieren, um somit den Luftverbrauch zu minimieren.
7 zeigt eine weitere Darstellung zur Reduzierung des Druckverbrauchs. Auch hier ist wieder der Druckverlauf über die Zeit vereinfacht dargestellt. Man erkennt hier einen Maximaldruck P-Spitze und einen Minimaldruck P-Min. Weiterhin erkennt man, dass mit der Zeit die Druckschwankungen in diesem Bereich des hohen Drucks abnehmen.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird der Zeitpunkt, an dem der P2 Druck in dem Behältnis erreicht werden soll, eingestellt und insbesondere automatisiert eingestellt. Bevorzugt wird hierzu das Delta aus dem Punkten II und IV von der Regelung zur Ermittlung des maximalen oder optimalen Luftverbrauchs verwendet.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird das P2 Ventil geschlossen, wenn der Druck nur noch minimal schwankt. Dies ist in 7, etwa in dem rechten Bereich des Druckverlaufs erreicht. Aufgrund der Dynamik des Fluids beim Einströmen in das Behältnis unter schlagartiger Abbremsung des Fluidstroms an der Formwand bei einer erfolgreichen Ausprägung kommt es in der ersten Phase der Fertigblasdruckbeaufschlagung zu Schwankungen im Druckverlauf. Wenn also der Druckverlauf weniger Schwankungen hat, kann dies als Zeichen dafür gewertet werden, dass das Behältnis nunmehr vollständig ausgeformt und stabilisiert ist.
Es wäre daher möglich, mittels des Druckverlaufs an einem Drucksensor zu erkennen, dass nunmehr die Ausprägung des Behältnisses abgeschlossen ist, sodass in diesem Moment das P2 Ventil beispielsweise wieder geschlossen werden kann.
Bevorzugt wird auch zur Leckagenerkennung das P2 Ventil vorzeitig geschlossen. Bei geplatzten Behältnissen würde Luft austreten und der Druck unter ein einstellbares Minimum fallen. Derartige Behältnisse können auf diese Weise detektiert und ausgeschleust werden.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird das P2 Ventil in einem Tal der Druckschwankung geschlossen. In diesem Fall kann der effektive P2 Druck für dieses Behältnis minimiert und der Luftverbrauch reduziert werden.
Im Rahmen der Erfindung wird weiterhin bevorzugt vorgeschlagen, ein Minimum aufzufinden und das Schließen des Ventils in diesem Bereich nach einer einstellbaren Haltezeit automatisiert durchzuführen.
Bevorzugt wird aber vorgesehen, dass eine minimale Haltezeit, mit welche die Kunststoffbehältnisse mit dem P2 Druckniveau beaufschlagt werden, nicht unterschritten wird. Diese Zeit ist insbesondere erforderlich, um eine Formstabilität des Kunststoffbehältnisses zu bewahren.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren erfolgt ein Rückziehen der Reckstange frühestens, wenn das P2 Ventil geschlossen ist. Auf diese Weise kann ein geringerer Luftverbrauch bei gleichzeitig konstanter Ausprägung erreicht werden.
Der Effekt des Schließens des P2 Ventils in diesem Minimum der Druckschwankung kann noch gesteigert werden, wenn nach dem Schließen des P2 Ventils die Reckstange in die null Lage zurückfährt. Durch die verdrängte Luft durch die Reckstange sinkt der Druck während der Haltephase.
Würde man die Reckstange vor dem Schließen des P2 Ventils zurückziehen, so würde ein Domdruckregler aktiv nachregeln und Frischluft zuspeisen, um das verdrängte Volumen mit Druckluft zu ersetzen.
Bevorzugt wird da die Reckstange erst nach dem Schließen oder nach dem geschlossenen P2 Ventil automatisch zurückgezogen, um so den Luftverbrauch zu reduzieren.
Bevorzugt wird jedoch hier die automatische Steuerung auch insoweit begrenzt, als eine minimale Haltezeit, unter der der P2 Druck in dem Behältnis gespeichert bleibt gehalten wird.
Besonders günstig wäre es, die Reckstange erst nach Abfahren aller Druckstufen und auch aller Recyclingstufen zurückzuziehen, um ein höheres Recyclingpotenzial zu erreichen und um schneller und mehr Druckluft für die Recyclingprozesse zur Verfügung zu stellen. In diesem Falle wäre es auch denkbar, die Reckstange parallel zum Entlasten in die Nullstellung zurückzufahren. In diesem Falle käme es zu einem schnelleren Entlasten und zu einem schnelleren und effektiveren Recyclingprozess.
Weiteres Potenzial für den Recyclingprozess ergibt sich auch in dem in 3 gezeigten Punkt 6. Dieser Zeitpunkt kann ermittelt werden durch ein gewissermaßen Zurückrechnen von einem Entlastungszeitpunkt oder einem Entlastungsdruck (einem Zwangsentlasten).
Dabei ist bevorzugt auch eine Steuerung über einen Rückspeisewinkel oder eine Zeit möglich. Bevorzugt wird hier eine Drucksteuerung und eine Zeitsteuerung vorgeschlagen, um auf diese Weise einen minimalen Luftverbrauch und eine geringe Schwankung in dem P1 Druckluftreservoirs zu erreichen. Bevorzugt steuert jede Steuerung oder Regelung den notwendigen Rückspeisewinkel und das notwendige Druckniveau eigenständig.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird eine automatisierte Offseteinstellung über eine Kalibrier- oder Einstellfahrt vorgeschlagen. So können der 0° Recyclingwinkel sowie ein Soll- und Ist-Druck eines Druckreservoirs abgeglichen werden.
Um das Luftrecyclingsystem möglichst genau einstellen zu können, sollte noch vorher ein Offset angepasst werden. Dieser gibt an, inwieweit die Soll und ist Werte des Ringkanaldrucks unter Produktionsbedingungen beim Recycling des Vor- und Zwischenblasdrucks auseinanderliegen.
Hierzu sollte der Reglerfaktor auf 0 % und der Zustand auf Handbetrieb gesetzt werden und bei laufender Produktion jeweils der Ist- zum Sollwert, verglichen werden. Falls eine höhere Differenz als ein vorgegebener Toleranzbereich, etwa +/- 0,1 vorliegt, sollten die Offsetwerte angepasst werden.
Bevorzugt wird anschließend der Zustand auf Automatik gesetzt und den Reglerfaktor wird wieder über 0 % festgelegt. Bevorzugt wird dies vor der Aktivierung des Recyclingsystems überprüft.
Da diese Vorgehensweisen immer gleich sind und eine falsche Wahl des Offsets einen höheren Einfluss auf den Luftverbrauch hat, wird vorteilhaft dieser Offset über regelmäßige Kalibrierfahrten (beispielsweise 1x im Monat oder beim Laden eines neuen Rezeptes) angepasst. Hierzu wird kurzzeitig die Regelung eines Luft-Recyclings ausgeschaltet und der Ist- und Sollwert eines Drucksensors werden miteinander verglichen und bei Abweichungen wird ein Offset angepasst.
Ein weiteres Potenzial für Drucklufteinsparungen ergibt sich aus Punkt VII in 3, d. h. dem Beginn des Recyclings für die Druckstufe P1. Es wird hier vorgeschlagen, dass der Recyclingstart nach einer optimalen Überlappung zwischen dem Recycling und einer gleichzeitigen Luftabgabe (einer anderen Umformungsstation) durchgeführt wird, um Druckschwankungen zu reduzieren.
Dies ist in 8 veranschaulicht. Bei einer Anlage mit mehreren Umformungsstationen beispielsweise in 8, acht Umformungsstationen, wird beispielsweise von einem Vorblasringkanal 2a an einen gewissen Winkel bzw. Zeitpunkt, Druckluft in den längsgereckten Kunststoffvorformling geleitet und der Druck in dem Ringkanal 2a sinkt. In einer anderen Umformungsstationen, beispielsweise der Station 4' in der Figur wird zu einem gewissen Zeitpunkt Luft beim Recycling in den Ringkanal 2a gedrückt und der Druck in diesem Ringkanal 2a steigt wieder. Die resultierenden Druckschwankungen sind in 9A dargestellt.
Diese Zeitpunkte sind im Stand der Technik unabhängig voneinander wählbar bzw. ergeben sich aus dem prozesstechnischen Einstellparametern. Durch ein vorteilhaft geschicktes Anpassen des Rückspeisezeitpunkts beim Luftrecycling kann durch ein gleichzeitiges Recycling und Druckbeaufschlagen des Kunststoffvorformling die Druckschwankung minimiert werden (vgl. 9b) und der Druck in den Ringkanal P1 besser gehalten werden.
Diese Vorgehensweise hat sich auch in umfangreichen Experimenten der Anmelderin bewährt.
Diese Vorgehensweise hat direkte prozesstechnische Vorteile bezüglich der Materialverteilung des Behältnisses, da der P1 Druck in dem Ringkanal 2a einen signifikanten Einfluss auf die Behältnisqualität hat und geringe Schwankungen in dem Ringkanal 2a auch die Schwankungen der Materialverteilung reduzieren.
Bei einem bevorzugten Verfahren werden daher durch gezielte Ansteuerungen eines Zeitpunkts für einen Recyclingprozess Druckschwankungen in wenigstens einem Druckluftreservoir und insbesondere in dem P1 Druckluftreservoir minimiert. Dies ist hier in 9b dargestellt.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird ein Rückspeisewinkel oder eine Rückspeisezeit gesteuert. Dabei ist sowohl eine Drucksteuerung als auch eine Zeitsteuerung möglich. Auch auf diese Weise wird der Druckluftverbrauch minimiert.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird beispielsweise vor Betriebsaufnahme eine Einstellfahrt durchgeführt, um Offsets und auch gegebenenfalls Grenzwerte einzustellen. Insbesondere wird bevorzugt eine automatisierte Offseteinstellung über eine Einstellfahrt vorgenommen. Dabei kann ein 0° Recyclingwinkel und Soll und Istwerte hinsichtlich der Drücke des Druckluftreservoirs abgeglichen werden.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird ein Entlastungsdruck eingestellt. Bei aus dem internen Stand der Technik der Anmelderin bekannten Verfahren wird ein Entlastzeitpunkt, in dem die verbleibende Druckluft aus dem Behältnis entlassen wird, als prozesstechnische Größe eingestellt und über den Druck der zu diesem Zeitpunkt in der Kavität, d. h. der Blasform herrscht und dem Zeitpunkt ergibt sich ein Zwangsentlastungsdruck, der beim Abheben der Beaufschlagungseinrichtung herrscht.
Ein späterer Entlastungszeitpunkt hätte eine längere Hochdruckphase zufolge, könnte jedoch durch prozesstechnische Änderungen (z. B. einen höheren Druck in der Kavität bei veränderter Recyclingeinstellung) zu einem zu hohen Zwangsentlastdruck führen und die Vorrichtung könnte sogar mechanischen Schaden nehmen.
Da jedoch ein Entlastzeitpunkt so spät wie möglich gewählt werden sollte, um die Hochdruckphase so lang wie möglich zu halten, wird vorgeschlagen, den maximalen Entlastungsdruck als prozesstechnische Größe zu wählen und eine automatisierte Regelung des Zeitpunkts durchzuführen.
Durch die vorliegende Erfindung wird die Maschinenbedienung derartiger Vorrichtungen erleichtert und kann auch von weniger geschultem Personal leichter durchgeführt werden.
Weiterhin ergibt sich ein geringerer Luftverbrauch, insbesondere bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Behältnisqualität. Daneben werden auch die Fehler minimiert.
Weiterhin ist durch das beschriebene Verfahren auch eine Einführung eines weiteren Zwischenblasdrucks möglich. Schließlich wird auch ein verbessertes Automatisierungskonzept vorgelegt.
Die Anmelderin behält sich vor sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass in den einzelnen Fig. auch Merkmale beschrieben wurden, welche für sich genommen vorteilhaft sein können. Der Fachmann erkennt unmittelbar, dass ein bestimmtes in einer Fig. beschriebenes Merkmal auch ohne die Übernahme weiterer Merkmale aus dieser Fig. vorteilhaft sein kann. Ferner erkennt der Fachmann, dass sich auch Vorteile durch eine Kombination mehrerer in einzelnen oder in unterschiedlichen Fig. gezeigter Merkmale ergeben können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2855114 B1 [0010]

Claims

Verfahren zum Umformen von Kunststoffvorformlingen (10) zu Kunststoffbehältnissen (15), wobei eine Transporteinrichtung die Kunststoffvorformlinge (10) entlang eines vorgegebenen Transportpfads transportiert und die Transporteinrichtung einen bevorzugt drehbaren Transportträger (22) aufweist, an dem eine Vielzahl von Umformungsstationen (4) angeordnet ist, wobei diese Umformungsstationen jeweils Blasformeinrichtungen aufweisen, innerhalb deren die Kunststoffvorformlinge durch Beaufschlagung mit einem fließfähigen Medium zu dem Kunststoffbehältnissen umgeformt werden und wobei die Kunststoffvorformlinge zur Expansion mit wenigstens drei unterschiedlichen Druckstufen (P1, Pi1, Pi2, P2) beaufschlagt werden, wobei diese Druckstufen durch wenigstens drei unterschiedliche Durckluftreservoirs zur Verfügung gestellt werden und wobei weiterhin die Kunststoffvorformlinge mittels Reckstangen in ihrer Längsrichtung (L) gedehnt werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zeitweise Druckluft von den Kunststoffbehältnissen in wenigstens ein Druckluftreservoir zurückgeführt wird und wenigstens ein für den Verbrauch an Druckluft charakteristischer Wert erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem charakteristischen Wert um einen gemessenen Durchfluss, einen aktueller Entlastungsdruck oder eine Differenz zwischen höchstem Zwischenblasdruck und Fertigblasdruck handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf während der Herstellung des Kunststoffbehälters aufgenommen wird und bevorzugt dieser Druckverlauf ausgewertet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der Auswertung des Druckverlaufs wenigstens ein Arbeitsparameter, insbesondere ein Arbeitsparameter 2. Art, für die Expansion der Kunststoffvorformlinge und/oder für den Druckaufbau und/oder das Recycling geändert wird, insbesondere um den Verbrauch an Druckluft zu vermindern.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem Bediener nach Eingabe der Prozessparameter 1. Art die Prozessparameter 2. Art von einer Vorrichtung vorgeschlagen werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessparameter 2. Art teilweise oder vollständig von einer Vorrichtung ermittelt und/oder eingestellt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ermittlung der Parameter 1. Art und/oder 2. Art modelbasiert mit oder ohne eine KI erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ermittlung der Parameter 1. Art und/oder 2. Art durch Regelung oder iterativ erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ermittlung der Parameter 1. Art und/oder 2. Art modelbasiert mit oder ohne eine KI erfolgt und durch Regelung erfolgt.
Verfahren nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsparameter aus einer Gruppen von Arbeitsparametern ausgewählt ist, welche eine Druckaufbauzeit eines Druckniveaus, insbesondere eines Zwischenblasdurckniveaus, eine Verteilung einer Druckaufbauzeit, ein Verhältnis zwischen einer Recyclingzeit zu der Druckaufbauzeit, eine Verteilung von Recyclingzeiten, eine Abweichung von Synchronität, eine Art des Betreibens von Recyclingstufen, einen Beginn eines Reckvorgangs, eine Reckgeschwindigkeit, einen Drosselquerschnitt einer Ventileinrichtung, insbesondere eines Vorblasventils, einen Zeitpunkt des Öffnens und/oder Schließen von Ventileinrichtungen, ein Solldruck eines Druckniveaus, einen Zeitpunkt für ein Zurückziehen der Reckstange und dergleichen enthält.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung unter Berücksichtigung von Zielvorgaben erfolgt, wobei bevorzugt diese Zielvorgaben aus einer Gruppe von Zielvorgaben ausgewählt ist, welche eine Minimierung des Entlastungsdrucks und/oder des Luftverbrauchs, eine Maximierung einer Hochdruckphase und eine Minimierung eine Druckaufbauzeit und/oder einer Minimierung der Druckschwankung eines Druckniveaus enthält.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass ein bestimmter Parameter in einem vorgegebenen Bereich geändert wird und die Auswirkung dieser Änderung erfasst wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffvorformlinge mit wenigstens vier unterschiedlichen Druckniveaus beaufschlagt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein für einen Druckluftverbrauch charakteristischer Wert und/oder ein Druckluftverlauf visualisiert wird.
Vorrichtung (1) zum Umformen von Kunststoffvorformlingen (10) zu Kunststoffbehältnissen (15) mit einer Transporteinrichtung (2), welche die umzuformenden Kunststoffvorformlinge entlang eines vorgegebenen Transportpfads transportiert, wobei die Transporteinrichtung (2) einen bevorzugt drehbaren Transportträger (22) aufweist, an dem eine Vielzahl von Umformungsstationen (4) angeordnet ist, wobei diese Umformungsstationen (4) jeweils Blasformeinrichtungen (82) aufweisen, innerhalb derer die Kunststoffvorformlinge (10) durch Beaufschlagung mit einem fließfähigen Medium zu den Kunststoffbehältnissen (15) umformbar sind und die Umformungsstationen (4) jeweils Beaufschlagungseinrichtungen (84) aufweisen, um die Kunststoffvorformlinge (10) mit dem fließfähigen Medium zu beaufschlagen, wobei die Umformungsstationen (4) jeweils Reckeinrichtungen (30) zum Dehnen der Kunststoffvorformlinge in deren Längsrichtung (L) aufweisen und diese Reckeinrichtungen (30) jeweils wenigstens eine in der Längsrichtung (L) der Kunststoffvorformlinge (10) bewegliche Reckstange aufweisen, welche in die Kunststoffvorformlinge einführbar ist und wobei die Vorrichtung wenigstens drei Druckluftreservoirs aufweist, um die Kunststoffvorformlinge mit wenigstens drei unterschiedlichen Druckniveaus zu beaufschlagen dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zeitweise Druckluft von den Umformungsstationen in wenigstens ein Druckluftreservoir zurückführbar ist und eine Erfassungseinrichtung vorgesehen ist, welche wenigstens zeitweise einen für den Verbrauch an Druckluft charakteristischen Wert erfasst.
Vorrichtung (1) nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Steuerungseinrichtung aufweist, welche die Vorrichtung (1) unter Berücksichtigung eines erfassten Verbrauchs an Druckluft steuert.
Vorrichtung nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung dazu geeignet und bestimmt ist, Arbeitsparameter für die Umformungsprozess zu ändern und insbesondere unter Berücksichtigung eines erfassten Verbrauchs an Druckluft zu ändern.
Vorrichtung (1) nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Druckluftresvoirs ein größeres Aufnahmevolumen für Druckluft aufweist als die übrigen Druckluftreservoirs und/oder wenigstens zwei miteinander in direkte Strömungsverbindung bringbare Druckluftreservoirs zur Verfügung stehen.
Vorrichtung (1) nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Steuerungseinrichtung aufweist, welche auf Basis gemessener Druckverläufe wenigstens einen Prozessparameter ändert.