DE19931086B4 - Gekühlte Spalteinsätze zum Spritzgießen von Vorformlingen - Google Patents

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Abstract

Ein Paar von Gewindespalteinsätzen (12, 14) zum Einsatz beim Spritzgießen länglicher hohler Vorformlinge (10), wobei jeder Vorformling (10) einen Halsabschnitt (16) mit einer Außenfläche (18) aufweist, jeder Spalteinsatz (12, 14) umfasst:
ein Innenteil (44) mit einer Außenfläche (80) und einer gekrümmten Innenfläche (34);
ein vom Innenteil (44) unterschiedliches Außenteil (46) mit einer Innenfläche (108), die um die Außenfläche (80) des Innenteils (44) herumpasst, wobei das Außenteil (46) ist mit dem Innenteil (44) verbunden;
eine Kühlfluidleitung (112), die zumindest einen Teil aufweist, der sich um die gekrümmte Innenfläche (34) herum erstreckt; und
eine erste und eine zweite ausgerichtete Innenfläche (30, 32), die sich an gegenüberliegenden Seiten der gekrümmten Innenfläche (34) erstrecken;
wobei die Spalteinsätze (12, 14) in einer Form so zusammengesetzt werden, dass die jeweiligen Innenflächen (30, 32) der Spalteinsätze (12, 14) aneinander anliegen und die gekrümmten Innenflächen (34) der Spalteinsätze (12, 14) zusammen eine...

Description

  • Die Erfindung betrifft geteilte Spalteinsätze, die zum Spritzgießen länglicher, hohler Flaschenvorformlingen verwendet werden.
  • Wie aus dem Patent US 5.599.567 des Anmelders, erteilt am 4. Februar 1997, wohlbekannt ist, kann ein Paar geteilter Gewindeeinsätze in einer Gießform verwendet werden, um einen mit Gewinde versehenen Halsabschnitt eines PET-Flaschenvorformlings zu bilden. Der Halsabschnitt des Vorformlings besitzt außerdem einen Ringkranz, der zum Auswerfen des Vorformlings aus der Form verwendet wird. Die geteilten Gewindeeinsätze besitzen Leitungen, durch die Kühlungsfluid zirkuliert, um den Halsabschnitt des Vorformlings vor dem Auswerfen zu kühlen.
  • In der Vergangenheit sind geteilte Gewindeeinsätze durch spanabhebendes Bearbeiten oberer und unterer Stahlteile und dann durch Hartverlöten dieser Teile miteinander zu einem einzigen Teil hergestellt worden. Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, daß beide Teile spanabhebend bearbeitet werden müssen, um Kühlungsfluidleitungen und Gewinde zu schaffen, was zeitaufwendig und daher verhältnismäßig teuer ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik wenigstens teilweise zu beseitigen und gekühlte, geteilte Gewindeeinsätze zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Paar von Spalteinsätzen nach Anspruch 1, bei denen ein innerer Teil in einen äußeren Teil eingesetzt ist. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung zweckmäßiger Ausführungen, die auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines Flaschenvorformlings und eines Paars geteilter Gewindeeinsätze, die durch ein Verfahren gemäß einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung hergestellt worden sind;
  • 2 eine Schnittansicht eines Keramikkerns;
  • 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in 2;
  • 4 eine Schnittansicht einer Wachsgießform mit einem Hohlraum in Form eines inneren Teils eines Paars geteilter Gewindeeinsätze;
  • 5 eine Schnittansicht, die das von Keramikbeschichtungen bedeckte Wachs während des Präzisionsgusses zeigt;
  • 6 eine Schnittansicht des gegossenen inneren Teils;
  • 7 eine Schnittansicht des inneren Teils nach der spanabhebenden Bearbeitung;
  • 8 eine Schnittansicht eines spanabhebend bearbeiteten äußeren Teils des Paars geteilter Gewindeeinsätze;
  • 9 eine Unteransicht des äußeren Teils nach 8;
  • 10 eine Schnittansicht des äußeren Teils, das am inneren Teil angebracht ist und zum Hartverlöten in einem Vakuumofen bereit ist;
  • 11 eine Draufsicht der in 10 gezeigten Teile;
  • 12 eine Schnittansicht der einteilig hartverlöteten Teile, die in zwei Hälften zerschnitten sind, um das Paar geteilter Gewindeeinsätze zu bilden;
  • 13 eine Schnittansicht des vollständig hergestellten Paars geteilter Gewindeeinsätze nach 12 nach dem Schleifen der äußeren Oberflächen; und
  • 14 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Konfiguration der Kühlungsfluidleitung in jedem der beiden geteilten Gewindeeinsätze.
  • Zunächst wird auf 1 Bezug genommen, in der ein Flaschenvorformling 10 und ein Paar geteilter Gewindeeinsätze 12, 14, die mit einem Verfahren gemäß einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung hergestellt worden sind, gezeigt sind. Wie ersichtlich ist, ist der Flaschenvorformling 10 hohl und langgestreckt und besitzt eine bestimmte Länge. Der Flaschenvorformling 10 besitzt einen Halsabschnitt 16 mit einer äußeren Oberfläche 18, die einen Ringkranz 20 und ein zwischen einem offenen Ende 24 und dem Ringkranz 20 verlaufendes Gewinde 22 bildet. Der Flaschenvorformling 10 wird durch Druckguß etwa aus Polyethylen-Terephtalat (PET) in einem herkömmlichen Druckgußzyklus in einer herkömmlichen Gießform hergestellt.
  • Jeder geteilte Gewindeeinsatz 12, 14 besitzt ein vorderes Ende 26, ein hinteres Ende 28 und flache, innere, aufeinander ausgerichtete Flächen 30, 32, die sich auf gegenüberliegeden Seiten einer gekrümmten inneren Oberfläche 34 befinden. Während des Gusses der Flaschenvorformlinge 10 sind die geteilten Gewindeeinsätze 12, 14 in einer Gießform so angebracht, daß die entsprechenden flachen inneren Flächen 30, 32 der geteilten Gewindeeinsätze 12, 14 aneinander anliegen, wobei, wie in 13 ersichtlich ist, die gekrümmten inneren Oberflächen 34 der geteilten Gewindeeinsätze 12, 14 so kombiniert sind, daß sie eine durchgehende Öffnung 35 bilden, die so geformt ist, daß die äußere Oberfläche 18 des Halsabschnittes 16 des Vorformlings 10 geformt wird. Die gekrümmten inneren Oberflächen 34 der geteilten Gewindeeinsätze 12, 14 besitzen jeweils eine halbkreisförmige Nut 36 für die Bildung des Ringkranzes 20 sowie einen Gewindeabschnitt 38, der zwischen der halbkreisförmigen Nut 36 und dem hinteren Ende 28 verläuft, um die Gewinde 22 zu bilden.
  • Der Flaschenvorformling 10 besitzt einen länglichen, zylindrischen Abschnitt 40 und kann einen leicht konischen Abschnitt 42 umfassen, der sich vom Halsabschnitt 16 erstreckt. Wie wohlbekannt ist, werden der zylindrische Abschnitt 40 und der konische Abschnitt 42 später durch Dehnung und durch anschließende Blasformung vergrößert, um eine Getränkeflasche zu bilden. Nachdem der Vorformling 10 gedehnt und blasgeformt worden ist und die sich ergebende Flasche mit einem geeigneten Getränk gefüllt worden ist, wird auf die Gewinde 22 eine abnehmbare Gewindekappe (nicht gezeigt) geschraubt, um die Flasche zu verschließen. Der Ringkranz 20 wird in dem Dehnungs- und Blasformungsprozeß verwendet, er wird jedoch auch für die Unterstützung des Auswerfens des Vorformlings 10 verwendet. Nun wird auf die weitere Zeichnung Bezug genommen, um das Verfahren zu beschrei ben, mit dem das Paar geteilter Gewindeeinsätze 12, 14 durch Gießen eines hohlen inneren Teils 44, durch spanabhebendes Bearbeiten eines hohlen äußeren Teils 46, durch Hartverlöten des hohlen inneren Teils 44 und des hohlen äußeren Teils 46 zu einem einzigen Teil und dann durch Schneiden der zu einem einzigen Teil vereinigten hohlen inneren und äußeren Teile 44, 46 in zwei Hälften, um das Paar geteilter Gewindeeinsätze 12, 14 zu bilden, hergestellt wird.
  • Zunächst wird auf die 2 bis 7 Bezug genommen, um zu beschreiben, wie der hohle innere Teil 44 durch einen herkömmlichen Wachsausschmelzguß- oder Genauguß-Prozeß hergestellt wird. Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, wird ein hohler Kern 48 aus einem geeigneten Material wie etwa Keramik durch Druckguß hergestellt. Wie in 3 gezeigt ist, erhält der Keramikkern 48 eine äußere Oberfläche 49, die so geformt ist, daß die inneren Oberflächen 34 der geteilten Gewindeeinsätze 12, 14 geformt werden. Der Keramikkern 48 besitzt außerdem an seiner inneren Oberfläche 52 einen Anordnungssteg 50 und ist im allgemeinen zylindrisch, er besitzt jedoch zwei abgeflachte Abschnitte 54, die lang genug sind, damit die zu einem einzigen Teil vereinigten, geteilten Gewindeeinsätze 12, 14 Kreisform erhalten können, nachdem Material verbraucht worden ist, wenn sie in zwei Hälften zerschnitten worden sind. Wie in 4 gezeigt ist, wird der hohle Keramikkern 48 anschließend auf einem Anbringungsstift 56 angeordnet, der sich von einer Bodenplatte 48 einer Wachsgießform 60 nach oben erstreckt. Der Anordnungssteg 50 paßt in eine (nicht gezeigte) Nut am Anbringungsstift 56, wodurch sichergestellt wird, daß der Keramikkern 48 richtig orientiert ist. Die Wachsgießform 60 besitzt eine obere Platte 62 und zwei Einsätze 64, 66, die einwärts gleiten, um einen Hohlraum 68 zu bilden, der sich zwischen ihnen um den hohlen Keramikkern 48 er streckt. Nachdem die Gießform 60 geschlossen worden ist, werden Schrauben 70 eingesetzt, um die Platten 58, 62 und die Einsätze 64, 66 während des Gießprozesses zusammenzuhalten. Ein elastischer O-Ring 72, der sich um den Anbringungsstift 56 erstreckt, stellt sicher, daß der Keramikkern 48 an der Oberseite der Gießform 60 positioniert ist. Die gleitenden Einsätze 64, 66 sind so beschaffen, daß ihre inneren Oberflächen 74, 76 in eine Konfiguration von miteinander verbundenen Stegen 78 geformt sind, die sich hiervon erstrecken, um den hohlen inneren Teil 44 des Paars geteilter Gewindeeinsätze 12, 14 mit im allgemeinen zylindrischer Außenfläche 80 zu schaffen, die die gleiche Konfiguration der miteinander verbundenen Nuten 82 besitzt, um innere Abschnitte 84 der beiden Kühlungsfluidleitungen zu bilden, die sich um die gekrümmte innere Oberfläche 34 der geteilten Gewindeeinsätze 12, 14 erstrecken. Dann wird in den Hohlraum 68 durch einen großen Anguß 86 geschmolzenes Wachs eingespritzt. Nachdem das Wachs gekühlt und verfestigt worden ist, wird die Gießform 60 geöffnet, wodurch ein Wachsteil 88 zurück bleibt, das die gleiche Form wie der hohle innere Teil 44 des Paars geteilter Gewindeeinsätze 12, 14 besitzt und sich um den Keramikkern 48 erstreckt.
  • Wie in 5 gezeigt ist, wird das Wachsteil 88 wiederholt in ein (nicht gezeigtes) Bad aus einem Keramikmaterial eingetaucht, das jedesmal härtet, wodurch ein äußerer Mantel 90 aus mehreren Lagen 92 des Keramikmaterials gebildet wird. Das beschichtete Wachsteil 88 wird an schließend in einem Autoklaven erhitzt, um das Wachs zu entfernen, woraufhin der leere Mantel 90 mit einem geeigneten geschmolzenen Material wie etwa Stahl durch den Anguß 86 gefüllt wird. Nach dem Abkühlen werden der äußere Mantel 90 und der Keramikkern 48 entfernt, so daß der hohle, rohgegossene innere Teil 44 des Paars geteilter Gewindeeinsätze 12, 14 zurückbleibt, die sich um eine mittige Längsachse 96 erstrecken, wie in 6 gezeigt ist. Wie ersichtlich ist, besitzt der gegossene hohle innere Teil 44 die im allgemeinen zylindrische äußere Oberfläche 80 mit den darin vorhandenen Nuten 82, um teilweise die inneren. Abschnitte 84 der beiden Kühlungsleitungen zu bilden. Außerdem besitzt er eine mittige Öffnung 98 mit der gleichen Form wie der innere Keramikkern 48. Dieser Prozeß der Herstellung des rohgegossenen inneren Teils 44 ist ein herkömmlicher Wachsausschmelzguß- oder Genauguß-Prozeß. Obwohl um der einfacheren Darstellung willen nur ein einziger hohler innerer Teil 44 gezeigt ist, werden die Wachsteile 88 und die hohlen inneren Teile 44 in miteinander verbundenen Anordnungen oder Bäumen hergestellt, um den Prozeß zu beschleunigen. Der rohgegossene innere Teil 44, der in 6 gezeigt ist, wird anschließend an Spindeln 100 angebracht, wie in 7 gezeigt ist, und spanabhebend bearbeitet, damit die äußere Oberfläche 80 eine vorgegebene Größe erhält und damit konische Endabschnitte 102 gebildet werden.
  • Nun wird auf die 8 und 9 Bezug genommen, die den hohlen äußeren Teil 46 zeigen, der aus einem geeigneten Material wie etwa Werkzeugstahl spanabhebend bearbeitet wird. Wie ersichtlich ist, ist der hohle äußere Teil 46 mit vier Haltebolzen-Bohrungen 104 sowie mit einer mittleren Öffnung 106, die hindurch verläuft und eine innere Oberfläche 108 aufweist, hergestellt. Die innere Oberfläche 108 ist so beschaffen, daß sie um die äußere Oberfläche 80 des hohlen inneren Teils 44 paßt. Der hohle äußere Teil 46 wird ebenfalls spanabhebend bearbeitet, um äußere Abschnitte 110 der beiden Kühlungsfluidleitungen zu erhalten, die so beschaffen sind, daß sie jeweils auf die inneren Abschnitte 84 der beiden Kühlungsfluidleitungen in der äußeren Oberfläche 80 des inneren Teils 84 ausgerichtet sind.
  • Auf die inneren Abschnitte 84 der Kühlungsleitungen wird Nickelhartlötpaste 94 aufgebracht, ferner wird der hohle innere Teil 44 in die mittlere Öffnung 106 durch den hohlen äußeren Teil 46 eingesetzt, um das Paar geteilter Gewindeeinsätze 12, 14 zu bilden. Wie aus den 10 und 11 hervorgeht, sind dadurch die inneren Abschnitte 84 der Kühlungsleitungen im hohlen inneren Teil 44, die auf die entsprechenden äußeren Abschnitte 110 der Kühlungsleitungen im hohlen äußeren Teil 46 ausgerichtet sind, fertiggestellt. Dadurch werden die beiden Kühlungsleitungen 112 geschaffen, durch die Kühlwasser von Einlässen 114 zu Auslässen 116 am vorderen Ende 26 strömt. Das Nickelhartlötmaterial wird in die kreisförmige Nut 118 eingesetzt und die zusammengefügten hohlen inneren und hohlen äußeren Teile 44 bzw. 46 werden in einem (nicht gezeigten) Vakuumofen allmählich auf eine Temperatur von ungefähr 1051°C, die oberhalb des Schmelzpunkts der Nickellegierung liegt, erhitzt. Wenn der Ofen erhitzt wird, wird er auf ein verhältnismäßig hohes Vakuum evakuiert, um im wesentlichen den gesamten Sauerstoff zu entfernen, und anschließend teilweise mit einem in Inertgas wie etwa Argon oder Stickstoff wieder gefüllt. Wenn der Schmelzpunkt von Nickel erreicht ist, schmilzt Nickel und fließt durch Kapillarwirkung zwischen den hohlen inneren Teil 44 und den hohlen äußeren Teil 46, um diese Teile zu einem einzigen Teil hartzuverlöten, um so das Paar geteilter Gewindeeinsätze 12, 14 zu bilden. Das Hartverlöten dieser Teile in dieser Weise im Vakuumofen schafft eine metallurgische Haftung zwischen den Teilen, wodurch ihre Festigkeit maximal gemacht wird und ein Entweichen von Kühlwasser aus den Kühlleitungen 112 verhindert wird.
  • Nach der Entnahme des einteiligen Paars geteilter Gewindeeinsätze 12, 14 aus dem Vakuumofen wird das Paar entlang der Längsachse 96 in einer elektrischen Drahtschneidemaschine in zwei Hälften zerschnitten, um die beiden getrennten, geteilten Gewindeeinsätze 12, 14 zu bilden, die in 12 gezeigt sind. Wie gezeigt ist, werden sie in der korrekten Ebene geschnitten, so daß sich in jedem der geteilten Gewindeeinsätze 12, 14 eine der Kühlungsleitungen 112 befindet. Das Paar geteilter Gewindeeinsätze 12, 14 wird anschließend spanabhebend bearbeitet, um eine gute äußere Form sowie die konischen Abschnitte 120, 122 an ihren vorderen und hinteren Enden 26 bzw. 28 zu schaffen. Während des Gießens sind die beiden geteilten Gewindeeinsätze 12, 14 durch die konischen Flanschabschnitte 120, 122, die durch den Rest der Gießform (nicht gezeigt) in Eingriff gehalten werden, eng aneinander befestigt. In dieser Position liegen die aneinander angepaßten flachen inneren Oberflächen 30, 32 aneinander an, wobei die gekrümmten inneren Oberflächen 34 der beiden geteilten Gewindeeinsätze 12, 14 so kombiniert sind, daß die durch sie hindurchführende Öffnung 35 gebildet wird, die so geformt ist, daß mit ihr die äußere Oberfläche 18 des Halsabschnitts 16 des Vorformlings 10 gegossen werden kann. Selbstverständlich erstreckt sich während des Gießens ein langgestreckter zylindrischer Kern (nicht gezeigt) durch diese Öffnung 35, um die innere Oberfläche 124 des Vorformlings 10 zu bilden.
  • Bei der Verwendung in einer Mehrfachhohlraum-Gießform sind mehrere Paare geteilter Gewindeeinsätze 12, 14, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, in einer herkömmlichen Gießform angebracht. Ein Zufuhranschluß für Kühlwasser oder ein anderes geeignetes Kühlungsfluid ist mit dem Einlaß 116 der Kühlungsfluidleitung 112 in jedem geteilten Gewindeeinsatz 12, 14 verbunden, damit das Kühlwasser durch jede der Kühlungsfluidleitungen 112 zirkulieren kann. Anschließend wird mit Druck beaufschlagte Schmelze von einer Gießmaschine in den Hohlraum in der durch jedes Paar geteilter Gewindeeinsätze 12, 14 verlaufenden Öffnung 35 in einem vorgege benen Einspritzzyklus eingespritzt. Nachdem die Hohlräume gefüllt sind, wird der Einspritzdruck vorübergehend aufrechterhalten, um das Material zu verdichten, und anschließend entspannt. Nach einer kurzen Abkühlungsperiode wird die Gießform geöffnet, um die einzelnen Vorformlinge 10 auszuwerfen. Dies geschieht dadurch, daß der Vorformling 10 zunächst vom Kern abgeworfen wird, woraufhin die beiden geteilten Gewindeeinsätze 12, 14 voneinander getrennt werden, um den Vorformling 10 auf ein Förderband oder eine Kühlplatte zu werfen. Selbstverständlich ist es hierzu notwendig, daß die beiden geteilten Gewindeeinsätze 12, 14 weit genug voneinander getrennt werden, um den Ringkranz 20 und die Gewinde 22 des Vorformlings 10 freizugeben. Nach dem Auswerfen wird die Gießform geschlossen und wird der Einspritzdruck erneut angelegt, um den Hohlraum erneut zu befüllen, wobei der Einspritzzyklus kontinuierlich wiederholt wird.
  • Obwohl die Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen des Paars geteilter Gewindeeinsätze 12, 14 anhand einer zweckmäßigen Ausführung gegeben worden ist, sind selbstverständlich verschiedene Abwandlungen möglich, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er vom Fachmann verstanden wird und durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims (9)

  1. Ein Paar von Gewindespalteinsätzen (12, 14) zum Einsatz beim Spritzgießen länglicher hohler Vorformlinge (10), wobei jeder Vorformling (10) einen Halsabschnitt (16) mit einer Außenfläche (18) aufweist, jeder Spalteinsatz (12, 14) umfasst: ein Innenteil (44) mit einer Außenfläche (80) und einer gekrümmten Innenfläche (34); ein vom Innenteil (44) unterschiedliches Außenteil (46) mit einer Innenfläche (108), die um die Außenfläche (80) des Innenteils (44) herumpasst, wobei das Außenteil (46) ist mit dem Innenteil (44) verbunden; eine Kühlfluidleitung (112), die zumindest einen Teil aufweist, der sich um die gekrümmte Innenfläche (34) herum erstreckt; und eine erste und eine zweite ausgerichtete Innenfläche (30, 32), die sich an gegenüberliegenden Seiten der gekrümmten Innenfläche (34) erstrecken; wobei die Spalteinsätze (12, 14) in einer Form so zusammengesetzt werden, dass die jeweiligen Innenflächen (30, 32) der Spalteinsätze (12, 14) aneinander anliegen und die gekrümmten Innenflächen (34) der Spalteinsätze (12, 14) zusammen eine Öffnung dort hindurch bilden, die so gestaltet ist, dass sie die Außenfläche (18) des Halsabschnitts (16) des Vorformlings (10) formt.
  2. Das Paar von Spalteinsätzen (12, 14) nach Anspruch 1, wobei die Kühlfluidleitung (112) auch einen Abschnitt aufweist, der sich zwischen dem Innenteil (44) und dem Außenteil (46) erstreckt.
  3. Das Paar von Spalteinsätzen (12, 14) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Außenfläche (80) jedes Innenteils (44) eine Nut (82) darin aufweist, die teilweise die Kühlfluidleitung (112) bildet.
  4. Das Paar von Spalteinsätzen (12, 14) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede Kühlfluidleitung (112) einen Einlass (114) und einen Auslass (116) aufweist.
  5. Das Paar von Spalteinsätzen (12, 14) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die gekrümmte Innenfläche (34) jedes Innenteils (44) einen Gewindeabschnitt (38) aufweist, um ein Gewinde (22) in der Außenfläche (18) des Halses (16) des Vorformlings (10) auszubilden.
  6. Das Paar von Spalteinsätzen (12, 14) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Innenteil (44) und das Außenteil (46) aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.
  7. Das Paar von Spalteinsätzen nach Anspruch 6, wobei das Innenteil (44) aus Stahl und das Außenteil (46) aus Werkzeugstahl hergestellt sind.
  8. Das Paar Spalteinsätze (12, 14) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Innenteil (44) und das Außenteil (46) miteinander verlötet sind.
  9. Das Paar von Spalteinsätzen (12, 14) nach Anspruch 8, wobei das Inneneil (44) und das Außenteil (46) mittels eines Nickelhartlötmaterials miteinander verbunden sind.
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