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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung von Vorformlingen,
die einen im wesentlichen hülsenförmigen Tragkörper aufweist
und bei der im Bereich des Tragkörpers
mindestens ein Rotationslager angeordnet ist, sowie bei der der
Tragkörper
aus mindestens einem Primärteil
und mindestens einem Sekundärteil
ausgebildet ist und das Sekundärteil
aus Kunststoff ausgebildet ist.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus eine Vorrichtung zur Blasformung von thermoplastischen Behältern, die
mindestens eine mit einer Blasform versehene Blas station sowie eine
Reckeinrichtung aufweist und bei der zum Transport von aufzublasenden
Vorformlingen ein im wesentlichen hülsenförmiger Tragkörper vorgesehen
ist.
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Ein
derartiger Tragkörper
wird beispielsweise in der
DE
43 40 291 A1 beschrieben und dient dazu, Vorformlinge aus
einem thermoplastischen Material, beispielsweise Vorformlinge aus
PET (Polyethylentherephtalat) innerhalb einer Blasmaschine unterschiedlichen
Bearbeitungsstationen zuzuführen.
Typischerweise weist eine derartige Blasmaschine eine Heizeinrichtung
sowie eine Blaseinrichtung auf, in deren Bereich der zuvor temperierte
Vorformling durch biaxiale Orientierung zu einem Behälter expandiert
wird. Die Expansion erfolgt mit Hilfe von Druckluft, die in den
zu expandierenden Vorformling eingeleitet wird. Der verfahrenstechnische
Ablauf bei einer derartigen Expansion des Vorformlings wird ebenfalls in
der
DE 43 40 291 A1 erläutert.
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Der
grundsätzliche
Aufbau einer Blasstation zur Behälterformung
wird in der
DE 42 12
583 A1 eschrieben und Möglichkeiten
zur Temperierung der Vorformlinge werden in der
DE 23 52 926 A1 erläutert.
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Die
Verwendung von Tragkörpern
zur Handhabung der Vorformlinge weist den Vorteil auf, daß die Vorformlinge
mit ihrer Mündung
auf ein Kopplungselement des Tragkörpers aufgesteckt werden können und
daß während der
weiteren Transportbewegungen die verwendeten Transportelemente lediglich
auf den Tragkörper
und nicht direkt auf den Vorformling einwirken. Hierdurch werden
Beschädigungen
und Verformungen des durch die Erwärmung weichen Vorformlings
vermieden. Darüber
hinaus wird ein Materialabtrag durch direkt wirkende Greifelemente,
der beispielsweise zu einer Staubentwicklung führen könnte, vermieden.
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Aus
der
EP 0 304 385 A1 ist
es bereits bekannt, im Bereich einer Vorrichtung zur Blasformung von
Behältern
eingesetzte Vorformlinge und hergestellte Behälter unter Verwendung von Transportdornen
zu haltern, die eine bereichsweise hülsenförmige Gestaltung aufweisen.
Die Transportdorne bestehen bereichsweise aus einem Kunststoff.
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Aus
der
US 4,358,198 A ist
es bekannt, im Bereich einer Vorrichtung zur beweglichen Lagerung eines
Tisches metallische Schienen anzuordnen, in denen der Tisch unter
Verwendung von Rollen aus Kunststoff geführt ist.
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Die
bekannten Tragkörper
weisen eine hohe mechanische Festigkeit und hierdurch bedingt eine hohe
Zuverlässigkeit
und eine lange Lebensdauer auf. Insbesondere bei einer Verwendung
von rotierenden Transporteinrichtungen treten jedoch Fliehkräfte auf,
die die Handhabungsgeschwindigkeit beeinträchtigen. Darüber hinaus
treten bei einem Transport der Tragkörper entlang von Leitvorrichtungen,
die im Bereich der Blasmaschine angeordnet sind, bei zunehmender
Transportgeschwindigkeit Verschleißerscheinungen auf.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Halterung
von Vorformlingen der einleitend genannten Art derart zu konstruieren,
daß die
Handhabung verbessert wird.
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Weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur
Blasformung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren,
daß ein durch
die Transportbewegung des Tragkörpers
verursachter Verschleiß weiter
minimiert wird.
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Diese
Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 1, 13 und 16 gelöst.
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Durch
die Konstruktion der Vorrichtung zur Halterung von Vorformlingen
kann das Baugewicht erheblich reduziert werden, so daß zum einen
bei Bremsvorgängen
geringere Trägheitskräfte auftreten und
daß zum
anderen zusätzlich
ermöglicht
wird, höhere
Transportgeschwindigkeiten insbesondere bei Rotationsbewegungen
vorzusehen, bei denen auf die Halterungsvorrichtungen Fliehkräfte einwirken.
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Die
Konstruktion der Vorrichtung zur Blasformung unter Verwendung der
Vorrichtung zur Halterung der Vorformlinge ermöglicht es, auftretenden Verschleiß zu reduzieren,
so daß zum
einen eine längere
Lebensdauer ermöglicht
wird und daß zum
anderen Verunreinigungen aufgrund des verschleißbdingten Abriebes vermieden
werden.
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Eine
leichtere Handhabung kann bereits dadurch hervorgerufen werden,
daß das
spezifische Gewicht des Sekundärteiles
mindestens 10% geringer als das spezifische Gewicht von Stahl ist.
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Eine
weitere Steigerung der Handhabungsvorteile kann dadurch erreicht
werden, daß das
spezifische Gewicht des Sekundärteiles
mindestens 20% geringer als das spezifische Gewicht von Stahl ist.
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Eine
erhebliche Materialvielfalt kann auch dadurch genutzt werden, daß das spezifische
Gewicht des Sekundärteiles
mindestens 50% geringer als das spezifische Gewicht von Stahl ist.
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Bei
einer Ausbildung des Sekundärteiles
aus synthetischen Materialien ist insbesondere daran gedacht, daß das spezifische
Gewicht des Sekundärteiles
mindestens 80% geringer als das spezifische Gewicht von Stahl ist.
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Eine
typische Anwendung besteht darin, daß das Sekundärteil aus
Kunststoff ausgebildet ist.
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Zur
Gewährleistung
ausreichender Wärmeleiteigenschaften
ist es ebenfalls möglich,
daß das Sekundärteil aus
Leichtmetall ausgebildet ist.
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Zur
Unterstützung
einer Halterung des Tragkörpers
durch Magnetkräfte
wird vorgeschlagen, daß das
Primärteil
eine Ausdehnung aufweist, die näherungsweise
der Ausdehnung von Magneten zur Halterung des Tragkörpers im
Bereich des Heizrades in Richtung der Längsachse des Tragkörpers entspricht.
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Eine
Ausführungsvariante
mit hoher Stabilität
wird dadurch bereitgestellt, daß das
Sekundärteil als
Einlege teil vom Primärteil
aufgenommen ist.
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Eine
besonders starke Herabsetzung von Trägheitskräften kann dadurch erreicht
werden, daß das
Primärteil
als Einlegeteil im Sekundärteil
aufgenommen ist.
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Ebenfalls
kann eine hohe Stabilität
dadurch hervorgerufen werden, daß das Primärteil aus Metall ausgebildet
ist.
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Zur
Gewährleistung
einer ausreichenden Drehbeweglichkeit des Transportdornes im Bereich des
Heizrades ist vorgesehen, daß der
Transportdorn zwei Rotationslager aufweist.
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Zur
Ermöglichung
einer Anordnung von Leitelementen auf unterschiedlichen Montagehöhen wird vorgeschlagen,
daß der
Tragkörper
mit mindestens zwei aus Kunststoff ausgebildeten Sekundärteilen versehen
ist.
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Ein
geringes Gesamtbaugewicht kann dadurch erreicht werden, daß der Tragkörper eine
aus Kunststoff ausgebildete Grundstruktur aufweist und mit Einlegeteilen
aus Metall versehen ist.
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Zur
Unterstützung
einer Aufbringung von Rotationsbewegungen durch mechanische Antriebe wird
vorgeschlagen, daß der
Tragkörper
mindestens eine Verzahnung aufweist.
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Eine
weitgehend standardisierte Halterung von geometrisch unterschiedlich
dimensionierten Vorformlingen wird dadurch unterstützt, daß der Tragkörper mit
einem produktabhängig
gestalteten Aufsatzelement versehen ist.
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Zur
Verminderung von Druckverlusten wird vorgeschlagen, daß im Übergangsbereich
des Aufsatzelementes in den Tragkörper ein Dichtring angeordnet
ist.
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Definierte
Bewegungsbahnen werden auch dadurch unterstützt, daß der Tragkörper eine Führungshülse zur Ausrichtung einer durch
den Transportdorn in den zu formenden Behälter einfahrenden Reckstange
aufweist.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Blasformung von thermoplastischen Behältern mit
Heizrad und Blasrad,
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2 einen
Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Halterung von Vorformlingen,
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3 einen
Querschnitt durch eine andere Vorrichtung zur Halterung von Vorformlingen,
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4 einen
Querschnitt durch eine weitere modifizierte Vorrichtung zur Halterung
von Vorformlingen,
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5 eine
nochmals modifizierte Variante der Vorrichtung zur Halterung von
Vorformlingen und
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6 eine
Prinzipskizze zur Veranschaulichung eines Kontaktes der Vorrichtung
zur Halterung von Vorformlingen mit einem Leitelement im Bereich der
Vorrichtung zur Blasformung von thermoplastischen Behältern.
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Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsform weist die Vorrichtung
zur Blasformung von Behältern
ein Heizrad (1) und ein Blasrad (2) auf. Zu verarbeitende
Vorformlinge werden über
eine Zuführschiene
(3) in den Bereich einer Wendeeinrichtung (4)
geleitet und von Übergaberädern (5, 6, 7)
in den Bereich des Heizrades (1) transportiert. Bei dieser Variante
werden die Vorformlinge hängend
mit ihren Mündungen
nach oben orientiert entlang der Zuführschiene (1) geleitet
und von der Wendeeinrichtung (4) um 180° gedreht. Eine Beheizung im
Bereich des Heizrades (1) erfolgt hierdurch derart, daß die Vorformlinge
stehend mit ihren Mündungen
nach unten orientiert sind. Es ist aber ebenfalls denkbar eine hängende Heizung
ohne vorhergehende Wendung der Vorformlinge durchzuführen.
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Entlang
des Heizrades (1) sind Heizeinrichtungen (8) und
Kühleinrichtungen
(9) angeordnet. Vorzugsweise ist jeweils eine Kühleinrichtung
(9) zwischen zwei Heizeinrichtungen (8) angeordnet.
Die Heizeinrichtungen (8) beheizen die Vorformlinge mit Hilfe
von IR-Strahlung und die Kühleinrichtungen
(9) blasen zur Oberflächenkühlung Luft
auf die Oberflächen
der beheizten Vorformlinge.
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Nach
Abschluß der
Beheizung und Durchlaufen einer Kühlstrecke werden die temperierten Vorformlinge
von einem Übergaberad
(10) zum Blasrad (2) transportiert und hier in
Formen (11) eingesetzt, die von Blasstationen (12)
gehaltert sind. Die Blasstationen (12) sind buchartig aufklappbar
und verschließbar.
Nach einem Abschluß des
Blasvorganges werden fertiggeblasene Behälter aus der Blasstation (12)
entnommen und von Übergaberädern (13, 6, 14)
einer Ausgabestrecke (15) zugeführt. Bei einer Blasformung
der Vorformlinge im Bereich des Blasrades (2) mit einer
Mündungsorientierung nach
unten ist insbesondere daran gedacht, zwischen dem Blasrad (2)
und der Ausgabestrecke (15) eine weitere Wendeeinrichtung
anzuordnen, so daß die
geblasenen Behälter
hängend
im Bereich der Ausgabestrecke (15) transportiert werden
können.
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2 zeigt
die Anordnung eines Transportdorns (16) im Bereich des
Heizrades (1). Das Heizrad (1) ist mit Dornaufnahmen
(17) versehen, in deren Bereich Magnete (18, 19)
angeordnet sind, um eine Halterung der Transportdorne (16)
durchzuführen. Grundsätzlich ist
die Verwendung eines Magneten (18, 19) ausreichend,
durch Verwendung von zwei Magneten (18, 19) kann
jedoch die Halterungssicherheit erhöht werden.
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Die
Transportdorne (16) bilden die Vorrichtung zur Halterung
der Vorformlinge aus.
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Der
Transportdorn (16) ist mit einem außenseitig profilierten und
im wesentlichen hülsenförmig gestalteten
Tragkörper
(20) versehen. Der Tragkörper haltert Rotationslager
(21, 22) und kann mit einer Verzahnung (23)
versehen werden. Die Rotationslager (21, 22) können beispielsweise
als Rollenlager oder als Kugellager ausgebildet sein, die in der
Dornaufnahme (17) abrollen. Ebenfalls ist es denkbar, im Bereich
der Dornaufnahme (17) rotationsfähig gelagerte Elemente, beispielsweise
Kugeln oder Rollen anzuordnen, und die Rotationslager (21, 22)
als Außenflächen von
zylindrischen oder hülsenartigen Körpern auszubilden.
Grundsätzlich
sind ebenfalls Ausführungen
als Gleitlager realisierbar.
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Die
Magnete (18, 19) sind innerhalb der Dornaufnahmen
(17) derart angeordnet, daß nach einem Einsetzen des
Transportdornes (16) in die Dornaufnahme (17)
ein Luftspalt zwischen den Magneten (18, 19) und
zugeordneten Kontaktsegmenten (24, 25) des Transportdornes
(16) verbleibt. Hierdurch ist sichergestellt, daß ein unmittelbarer
Materialkontakt nur zwischen Außenflächen der
Rotationslager (21, 22) und der Dornaufnahme (17)
erfolgt. Hierdurch ist eine freie Drehbeweglichkeit des Transportdornes (16)
innerhalb der Rotationslager (21, 22) relativ
zur Dornaufnahme (17) trotz der magnetischen Halterung
möglich.
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Der
Tragkörper
(20) mündet
in lotrechter Richtung nach oben in ein Aufsatzelement (26)
ein, das eine Dimensionierung aufweist, die abhängig vom jeweils zu transportierenden
Vorformling gewählt
wird. Der weitere Bereich des Transportdornes (16) wird
hingegen standardisiert dimensioniert. Das Aufsatzelement (26)
kann beispielsweise aus Stahl gefertigt werden und mit einem Dichtring
(27) versehen sein, gegen den der Mündungsbereich eines aufgesteckten
Vorformlings geführt
wird. Insbesondere ist es auch möglich,
das Aufsatzelement (26) im Oberflächenbereich zu nitrieren, beispielsweise
mit Titannitrid. Ebenfalls sind andere Behandlungen zur Verbesserung
der Oberflächenqualität, insbesondere der
Glätte,
der Härte
oder der Korrosionsbeständigkeit
möglich.
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Dem
Aufsteckelement (26) abgewandt angeordnet ist ein Anschlußelement
(28) vorgesehen, durch das hindurch Druckluft zur Expansion
des Vorformlings in einen Innenraum (29) des Transportdornes
(16) zugeleitet wird.
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Zur
Stabilisierung der Positionierung des Transportdornes (16)
insbesondere bei der Durchführung
von Übergaben,
beispielweise nach einem Abschluß des Heizvorganges bei einer
Trennung des Transportdornes (16) vom Heizrad (1),
sind im Bereich der Blasformmaschine Leitelemente (30)
angeordnet, die je nach ihrer Positionierung auf unterschiedlichen
Höhen den
Transportdorn (16) gegenüber einen seitlichen Kippen
abstützen
können.
Die Leitelemente (30) können
ebenfalls die Herauslösung
der Transportdorne (16) aus den Dornaufnahmen (17)
unterstützen.
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In 2 sind
drei unterschiedliche Positionierungen für Leitelemente (30)
eingetragen. Bei einer Ausbildung des Transportdornes (16) überwiegend
aus Metall können
die Leitelemente (30) aus einem Kunststoff, beispielsweise
aus POM, gefertigt sein. Bei einer Verwendung von Sekundärteilen
(31) des Tragkörpers
(20), die aus einem Kunststoff ausgebildet sind, ist es
zweckmäßig, die Leitelemente (30)
aus Metall, beispielsweise aus gehärtetem Stahl, zu fertigen.
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Bei
der Ausführung
gemäß 2 ist
vorgesehen, die Sekundärteile
(31) ringförmig
auszubilden und derart im Bereich des Transportdornes (16)
anzuordnen, daß Kontaktbereiche,
die mit den Leitelementen (30) in Berührung kommen können, abgedeckt
sind. Bei einer Ausbildung der Sekundärteile (31) aus einem
weichen Material, beispielweise aus Kunststoff, und einer Ausbildung
der Leitelemente (30) aus einem harten Material, beispielsweise
aus Stahl, werden Kontaktstellen zwischen dem Transportdorn (16)
und den Leitelementen (30) aufgrund der Drehbeweglichkeit
des Transportdornes (16) statistisch über den Umfang der Sekundärteile (31)
verteilt. Ein Kontakt mit den Leitelementen (30) erfolgt stets
im gleichen Bereich des Leitelementes (30). Es kann somit
der Vorteil erzielt werden, daß die
Kontaktzone im Bereich des weiteren Bauteiles statistisch variiert
und nur im Bereich des härteren
Bauteiles eine örtlich
konstante Kontaktzone vorliegt. Gegenüber einer umgekehrten Realisierung
kann hierdurch der Verschleiß erheblich
reduziert werden.
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3 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der der Tragkörper
(20) aus einem Material ausgebildet ist, das relativ zu
Eisen beziehungsweise zu Stahl ein geringeres spezifisches Gewicht
aufweist. Es ist beispielweise an die Verwendung von Kunststoff
oder von Aluminium gedacht. Typische spezifische Gewichte betragen
für Eisen
oder Stahl 7,86 kg/l, für Aluminium
2,70 kg/l und für
Kunststoffe 0,9 bis 2,1 kg/l.
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Das
Anschlußelement
(28) kann bei dieser Ausführungsform ebenfalls ganz oder
teilweise aus einem relativ zu Stahl leichteren Material, beispielsweise
aus Kunststoff, ausgebildet sein. Bei einer Ausbildung der Kontaktsegmente
(24, 25) aus einem nichtmagnetischen Material,
beispielweise aus Kunststoff, ist insbesondere daran gedacht, magnetisierbare
Teile einzubetten, um ausreichend starke Haltekräfte durch die Magnete (18, 19)
aufbringen zu können.
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4 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der die Anbauteile alle von einer Seite auf den Tragkörper (20)
aufgeschoben werden können.
Hierdurch kann eine weitere Vereinfachung bei der Fertigung hervorgerufen
werden und es braucht lediglich einseitig eine Verspannung erfolgen.
Der Tragkörper (20)
und das Anschlußelement
(28) sind bei dieser Ausführungsform einteilig ausgebildet.
Bei einer Ausbildung dieses einteiligen Tragkörpers (20) aus Metall
können
wiederum Sekundärteile
(31) aus Kunststoff beispielsweise im Bereich des Anschlußelementes
(28) und im Bereich des Aufsteckelementes (26) angeordnet
werden.
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Alternativ
ist in 4 ebenfalls in dünnen Linien eine Ausführungsvariante
dargestellt, bei der der Tragkörper
(20) zweiteilig ausgebildet und über die Kombination eines Innengewindes
(32) und eines Außengewindes
(33) zusammengefügt
ist. Eine Abdichtung wird über
Dichtungsringe (34) gewährleistet.
Bei einer derartigen Ausführungsvariante
kann das Kontaktsegment (24) einteilig mit dem Tragkörper (20)
ausgeführt
sein.
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Bei
der Ausführungsform
in 5 ist ebenfalls eine zweiteilige Ausführungsform
des Tragkörpers
(20) veranschaulicht, bei der das Anschlußelement
(28) einteilig mit einem unteren Bereich des Tragkörpers (20)
und ein oberes Kontaktsegment (35) einteilig mit einem
oberen Bereich des Tragkörpers
(20) verbunden ist. Durch diese Ausführungsform ist es möglich, das
produktabhängige
Aufsatzelement (26) geometrisch erheblich zu verkleinern,
so daß eine
weitergehende Standardisierung des Transportdornes (16)
erreicht werden kann. In Abhängigkeit
von einer Materialwahl für
den Transportdorn (16) beziehungsweise für ausgewählte Bereiche
des Transportdornes (16) können wiederum zur Ermöglichung
einer magnetischen Halterung beispielweise Eisenteile in Kunststoff
oder Kunststoffteile in einen Tragkörper aus Eisen eingebettet
sein. Gleichfalls sind in Abhängigkeit
von den jeweils auftretenden Materialbeanspruchungen andere Materialkombinationen
denkbar.
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6 zeigt
die Anordnung des Transportdornes (16) innerhalb der Vorrichtung
zur Blasformung von Behältern.
Der Transportdorn (16) besteht hier aus einem Primärteil (36)
aus Metall und einem aus Kunststoff ausgebildeten Sekundärteil (31).
Der Transportdorn (16) ist in Drehrichtung (37)
bezüglich einer
Mittellinie (38) rotationsfähig und wird in Transportrichtung
(39) an einem Leitelement (40) vorbeibewegt. Das
Leitelement (40) wird aus einem Material ausgebildet, das
härter
als das Material des Sekundärteiles
(31) ist. Beispielsweise kann Stahl verwendet werden.
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Bei
einer Bewegung in Transportrichtung (39) trifft der Transportdorn
(16) zunächst
in einem Auffangbereich (41), der trichterartig aufgeweitet
ist, auf das Leitelement (40) auf. Aufgrund der vorgegebenen
Transportbewegungen ergibt sich im Bereich des Auffangbereiches
(41) stets die gleiche Auftreffstelle (42). Im
Bereich des Transportdornes (16) wird die korrespondierende
Gegenstelle (43) aufgrund der Rotationsbewegung des Transportdornes (16)
wird die korrespondierende Gegenstelle (43) aufgrund der
Rotationsbewegung des Transportdornes (16) statistisch
entlang eines Außenumfanges (44)
verteilt. Der dem dargestellten Transportdorn (16) folgende
weitere Transportdorn trifft somit wieder exakt an der gleichen
Auftreffstelle (42) gegen das Leitelement (40).
Der dargestellte Transportdorn (16) trifft jedoch bei einem
nachfolgenden Leitelement (40) auf eine andere Gegenstelle
(43) im Bereich seines Außenumfanges (44).
Ebenfalls ist statistisch anzunehmen, daß der Transportdorn (16) nach
einer Beendigung seines Umlaufweges und bei einem erneuten Auftreffen
auf das dargestellte Leitelement (40) eine gegenüber der
dargestellten Rotationspositionierung geänderte Positionierung einnimmt.
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Grundsätzlich ist
daran gedacht, den Transportdorn (16) durch die vorgesehenen
Materialpaarungen so zu konstruieren, daß eine Druckstabilität von mindestens
40 bar vorliegt. Ebenfalls ist durch die Materialauswahl dafür gesorgt,
daß eine
Temperaturbeständigkeit
bis zu einer Temperatur von mindestens 80°C gegeben ist. Bei einer bereichsweisen Ausbildung
des Transportdornes (16) aus Kunststoff ist es ebenfalls
möglich,
eine mindestens bereichsweise Beschichtung oder Bedampfung mit Metall
vorzunehmen. Hierdurch kann zum einen durch Reflexion eine Erhitzung
vermieden werden, darüber
hinaus wird bei einer erfolgenden Wärmeaufnahme eine Wärmeableitung
unterstützt.
Eine Metallbedampfung verhindert ebenfalls eine Staubanlagerung,
da elektrostatische Aufladungen abgeleitet werden.
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Bei
einer Ausbildung des Anschlußelementes
(28) aus einem relativ weichen Material ist daran gedacht,
einen unteren Einleitbereich durch ein Einlegeteil aus einem festeren
Material auszubilden, damit Schlagbeanspruchungen durch pneumatische Verbindungselemente
toleriert werden können.