DE2223580C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkörpern aus Kunststoff nach dem Blasverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus Kunststoff nach dem Blasverfahren, bei dem ein Vorformling in einer Blasform mittels eines tiefkalten verflüssigten Gases aufgeweitet und der Gegenstand gekühlt wird, wobei das Gas durch eine einzige, mit einem im Maschinenarbeitstakt gesteuerten Ventil versehene Leitung und einen Blasdorn in den Vorformling strömt.

Das Einbringen der Gase in den zu bildenden Hohlkörper erfolgt durch einen Blasdorn. Es sind mehrere derartige Verfahren zum Aufblasen und Kühlen von Kunststoffhohlkörpern bekannt Nach dem ältesten Verfahren wird der Vorformling durch Preßluft aufgeweitet und dann noch so lange mit Preßluft gespült, bis er sich so weit abgekühlt hat, daß er aus der Blasform entnommen werden kann. Bei diesem Verfahren ist die Taktzeit relativ lang, da die Kühlwirkung der Preßluft naturgemäß gering ist Man

ίο hat deshalb schon bald versucht, die Kühlperiode zu verringern, indem man die Blasform im Kreislauf mit Wasser oder eine Sole kühlt, bzw. gasförmiges oder flüssiges Kohlendioxid in den Vorformling einsprüht Obwohl die Taktzeit auf diese Weise verringert werden

konnte, hat dieses Verfahren doch eine Reihe von Nachteilen. Einmal benötigt man zwei Zuleitungen, nämlich für die Preßluft und für das flüssige Kohlendioxid. Dadurch erhält der Blasdorn einen größeren Durchmesser und kann somit bei kleineren Hohlkörpern praktisch nicht eingesetzt werden. Es verdoppelt sich der Aufwand an Steuerungsorganen, da sowohl die Preßluft als auch das flüssige Kohlendioxid im Arbeitstakt der Maschine in den Vorformling eingedrückt werden muß.

Ferner muß man verhindern, daß das Kohlendioxid in Form von Schnee ausfällt, d. h., man muß über dem Tripelpunkt von Kohlendioxid, also oberhalb von 4,2 atü Druck arbeiten. Außerdem muß verhindert werden, daß flüssiges Kohlendioxid auf die Innenwand des Kunst-Stoffhohlkörpers gelangt, da sich sonst durch den Kälteschock Materialfehler ergeben können. Die genannten Verfahren sind beispielsweise in der DE-AS 12 72 525 und der DE-OS 14 79 161 beschrieben worden. In diesem Zusammenhang ist auch angeregt worden, statt mit flüssigem Kohlendioxid mit flüssigen Stickstoff zu arbeiten, um die Taktzeit weiter zu verkürzen, da die Kühlwirkung von flüssigem Stickstoff viel intensiver ist als die von flüssigem Kohlendioxid. Diese Verfahrensweise hat sich bis heute nicht durchsetzen können, da Materialbeschädigungen durch Kälteschocks unvermeidlich sind. In der DE-OS 14 79 162 wird deshalb vorgeschlagen, den flüssigen Stickstoff nicht direkt durch den Blasdorn einzusprühen, sondern ihn entweder in den Spülluftkanal einzusprühen oder ihn nur als Kühlmedium für die Spülluft in einem Wärmeaustauscher zu benutzen. Es ist offensichtlich, daß auf diese Weise die extreme Kühlwirkung des flüssigen Stickstoffs nicht voll ausgenutzt werden kann und die Verfahrensweise deshalb unwirtschaftlich ist. Es besteht außerdem weiterhin der Nachteil, daß mit zwei Kreisläufen, nämlich einem Preßluft- und einem Stickstoffkreislauf, gearbeitet werden muß.

Aus der DE-OS 18 05 011 ist ferner bekannt, das Kühlmittel direkt in den Vorformling zu sprühen, also ohne vorheriges Aufweiten durch Preßluft. Es ist offensichtlich, daß eine derartige Verfahrensweise mit flüssigem Kohlendioxid nicht möglich ist, da sich wegen der bei Sprühbeginn unvermeidlich eintretenden Druckabsenkung Kohlendioxidschnee bildet. Bei der Verwendung von flüssigem Stickstoff in einer Vorrichtung gemäß der DE-OS 18 05 011 kommt unweigerlich flüssiger Stickstoff mit der Innenwand des Vorformlings in Berührung, was die genannten Nachteile hat.

Demgemäß wird in der DE-OS 18 05 011 auch bevorzugt, den Vorformling zunächst mit Preßluft aufzuweiten. Ein direktes Einsprühen eines verflüssigten Gases als Kühlmittel kommt demnach allenfalls bei hochsiedenden Gasen, beispielsweise einigen Fluorkoh-

lenwasserstoffen, in Frage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus Kunststoff nach dem Blasverfahren zu schaffen, welches es gestattet, das Aufweiten und Kühlen des Hohlkörpers mit einem einzigen Medium, einem »isfkalten verflüssigten Gas, durchzuführen, welches zudem durch eine einzige Leitung in den Vorformling gelangt Es soll also die bei Verfahren dieser Art bisher übliche Zweiteilung in eine Blasphase und in eine Kühlphase mit jeweils verschiedenen Medien durch eine einzige Phase mit einem einzigen Medium ersetzt werden.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß als Gas Stickstoff oder Argon verwendet wird und daß bei Beginn der Einströmphase das aus einem unter Druck stehenden Speicherbehälter verflüssigt abgezogene Gas beim Durchgang durch die warme Leitung und den warmen Blasdorn verdampft, gasförmig aus dem Blasdorn austritt und den Vorformling aufweitet, im weiteren Verlauf der Einströmphase infolge Abkühlung der Leitung und des Blasdorns nur noch teilweise verdampft und schließlich am Ende der Einströmphase in flüssigem Zustand in den Vorformling gelangt.

Hierzu nutzt man lediglich die an sich schon vorhandene Wärmespeicherkapazität des Leitungsstükkes zwischen dem im Maschinenarbeitstakt gesteuerten Ventil und der Blasdornspitze aus. Neben Stickstoff und Argon können auch tiefsiedende Fluorkohlenwasserstoffe in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Zur Vereinfachung ist in den folgenden Ausführungen von Stickstoff die Rede.

Es ist sehr vorteilhaft, in der Endphase den Hohlkörper bei weiterem Einströmen des flüssigen Stickstoffs von Druck zu entlasten. Dies kann z. B. durch Anheben des Blasdorns oder über ein Dreiwegeventil geschehen. Durch die plötzliche Druckabsenkung wird der aus dem Blasdorn austretende flüssige Stickstoff sehr fein versprüht, so daß für den Werkstoff keine Gefahr eines Kälteschocks besteht. Die Gefahr eines Kälteschocks ist jedoch in der Endphase sowieso nicht mehr so groß, da dann der Hohlkörper bereits seine endgültige Form hat. Viel wichtiger ist es, sicherzustellen, daß beim ersten Einströmen von flüssigem Stickstoff keine Flüssigkeitströpfchen unmittelbar mit der Innenwand des Vorformlings in Berührung kommen. Zu diesem Zweck wird der Austrittsquerschnitt des Blasdorns und der Speicherdruck im Stickstofftank so eingestellt, daß beim Beginn der Blcsphase der gasförmige Stickstoff annähernd mit Schallgeschwindigkeit aus dem Blasdorn austritt. Sobald in dieser Gasströmung die ersten Flüssigkeitströpfchen erscheinen, werden diese am Austritt des Blasdorns vernebelt und somit feiner zerteilt, als es mit einer Sprühdüse möglich wäre. Durch diese feine Vernebelung ist sichergestellt, daß bei Beginn der Abkühlung kein flüssiger Stickstoff auf die Innenwand des Vorformlings gelangt

Die genannten vorteilhaften Maßnahmen, nämlich die Druckentlastung und das Ausströmen mit Schallgeschwindigkeit sowie die Verwendung verschiedener Gase, sind an sich in der ^^Om.k der Herstellung von Kunststoffhohlkörpern bekannt. Ein selbständiger Schutz wird weder hierfür noch für die Ausbildung der Vorrichtung beansprucht.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bestehend aus einftr den Hohlkörpern aus Kunststoff aufnehmenden Blasform, einem in die Blasform hineinragenden Blasdorn, welcher durch eine Leitung und ein im Maschinenarbeitstakt gesteuertes Ventil mit einem das tiefkalte verflüssigte Gas enthaltenden Behälter verbunden ist, und die dadurch gekennzeichnet ist daß das Leitungsstück zwischen dem Ventil und dem Blasdorn sowie der Blasdorn selbst eine genügend hohe Wärmespeicherkapazität haben, damit beim Beginn der Blasphase genügend Stickstoff verdampfen kann. Ist die Wärmespeicherkapazität zu gering, so ist es erforder-ο lieh, daß das Leitungsstück und/oder der Blasdorn selbst beheizbar sind. Ferner ist es wichtig, das Leitungsstück so kurz wie konstruktiv möglich auszuführen, um das im Maschinenarbeitstakt gesteuerte Ventil möglichst dicht an den Blasdorn zu setzen. Hierdurch wird erreicht daß sich nach dem Schließen des Ventils nur eine geringe Menge flüssigen Stickstoffs in der Leitung und im Blasdorn befindet Diese geringe Menge verdampft sehr schnell, so daß Blasdorn und Leitung schnell wieder Wärme speichern.

Bei sehr langen Hohlkörpern ist es zweckmäßig, die Austrittsöffnung des Blasdorns als Lavaldüse auszubilden.

Gegenüber den bekannten Verfahren hat das erfindungsgemäße Verfahren folgende Vorteile:

Der Kälteinhalt des tiefkalten verflüssigten Gases kann voll ausgenutzt werden, da es direkt in flüssiger Form in den Vorformling gelangt, ohne daß es z. B. in die Blasluft eingesprüht wird oder als Kühlmedium in einem Wärmeaustauscher dient Obwohl ein tiefsiedendes verflüssigtes Gas verwendet wird, ist es nicht nötig, den Vorformling zunächst über eine separate Leitung mit einem gasförmigen Medium aufzublasen. Die Anlage wird also vereinfacht, da keine getrennten Rohrleitungen notwendig sind. Die Taktzeit wird wesentlich verringert, weil die Blasphase und die Kühlphase nicht mehr voneinander getrennt sind, sondern ineinander übergehen. Beim Beginn des Kühlens wird die im Gasstrom transportierte Flüssigkeit vernebelt, die winzigen Tröpfchen werden auch innerhalb des Vorformlings von der Gasströmung weitertransportiert und kühlen diese fortlaufend durch Verdampfen der Tröpfchen selbst.

Deshalb ist eine weniger genaue Anpassung des Blasdorns an die Hohlkörperform erforderlich, wie es der Fall ist, wenn das Flüssiggas durch Sprühdosen eingeführt wird. Auch die Druckentlastung, bereits während der letzten Phase des Einströmens des flüssigen Gases, verringert die Taktzeit. Es sind keine Pumpen und Gebläse erforderlich zur .

so Erzeugung des Blasdruckes für die Preßluft und des Flüssigkeitsdruckes, wie beispielsweise Kohlendioxid und Preßluft. Vielmehr kann im Speicherbehälter ein in weiten Grenzen beliebiger Druck, beispielsweise des Stickstoffs bis 20 atü, eingestellt werden. Durch die hohe Gasgeschwindigkeit am Blasdornaustritt infolge des vergleichsweise hohen Vordruckes und der starken Volumenausdehnung bei der Verdampfung des verflüssigten tiefkalten Gases ergibt sich eine stark turbulente Strömung des Gases im Vorformling selbst und damit ein vergrößerter Wärmeübergang. Da eine zweite Leitung für ein separates Blasmedium entfällt, ist das erfindungsgemäße Verfahren auch dann durchführbar, wenn kleine Hohlkörper geblasen werden sollen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen F i g. 1 bis 4 verschiedene Phasen des Aufweitens und Kühlens eines Hohlkörpers,
Fig.5 eine Vorrichtung zur Durchführung des

Verfahrens in schematischer Form.

Bei den in F i g. 1 bis 4 dargestellten Phasen zeigt F i g. 1 den Zustand bei Beginn des Arbeitstaktes. Aus dem Blasdorn 3 tritt gasförmiger Stickstoff aus und weitet den Hohlkörper 1 auf.

In F i g. 2 hat der Hohlkörper 1 schon fast seine endgültige Gestalt erreicht und erste Tröpfchen von flüssigem Stickstoff treten auf.

In Fig.3 hat der Hohlkörper 1 seine endgültige Gestalt erreicht und liegt an der zweiteiligen Form 2 cn. Es strömt zunehmend mehr flüssiger Stickstoff durch den Blasdorn 3.

Fig.4 zeigt die Endphase des Arbeitstaktes. Noch während flüssiger Stickstoff einströmt, wird der Blasdorn 3 abgehoben.

Vor Beginn der Blasphase befindet sich im Blasdorn und in dem Leitungsstück zwischen Blasdorn und Ventil verdampfter, also gasförmiger Stickstoff mit verhältnismäßig hoher Temperatur. Der Stickstoff ist dabei verdampft infolge der Wärmeeinstrahlung aus der warmen Umgebung in den Blasdorn und in die Blasleitung. Beim Beginn der Blasphase öffnet das im Maschinenarbeitstakt gesteuerte Ventil und es strömt flüssiger Stickstoff aus einem unter Druck stehenden Speicherbehälter nach. Da jedoch der Blasdorn und die ihm angeschlossene Leitung warm sind, verdampft dieser flüssige Stickstoff unter starker Volumenvergrößerung (Fig. 1) sofort, so daß aus dem Blasdorn zunächst nur gasförmiger Stickstoff austritt Dadurch wird der Vorformling aufgeweitet und unter Umständen bereits in seine endgültige Form gebracht (F i g. 2 und 3). Durch die Stickstoffverdampfung kühlen sich nun Blasdorn und Leitung stark ab, so daß der Stickstoff nur noch teilweise verdampft und ein Gas-Flüssigkeit-Gemisch in den bereits zumindest weitgehend aufgeweiteten Vorformling strömt und diesen abkühlt.

Durch plötzliche Druckabsenkung wird der aus dem Blasddorn 3 austretende flüssige Stickstoff sehr fein versprüht, so daß für den Werkstoff keine Gefahr eines Kälteschocks besteht.

Fig.5 zeigt die gesamte Anlage in vereinfachter Darstellung. Der Hohlkörper 1 befindet sich bereits aufgeweitet in der zweiteiligen Blasform 2. Über den Blasdorn 3, das Leitungsstück 4, das im Maschinenarbeitstakt gesteuerte Ventil 5 und die Leitung 6 wird dem Hohlkörper 1 flüssiger Stickstoff aus dem Speicher 7 zugeführt. Das Leitungsstück 4 hat ebenso wie der Blasdorn 3 eine große Wärmespeicherkapazität Der Blasdorn 3 kann in bekannter Weise zum Entlüften von der Blasform 2 abgehoben werden. Um das Leitungsstück 4 ist eine Heizung 8 angeordnet, welche sicherstellt, daß auf jeden Fall bei Blasbeginn nur gasförmiger Stickstoff aus dem Blasdorn 3 austritt. Das Ablaßventil 9 ermöglicht es bei Inbetriebnahme der Maschine, die Leitung mit Stickstoff zu spülen und auf die Betriebstemperatur abzukühlen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus Kunststoff nach dem Blasverfahren, bei dem ein Vorformling in einer Blasform mittels eines tiefkalten verflüssigten Gases aufgeweitet und der Gegenstand gekühlt wird, wobei das Gas durch eine einzige, mit einem im Maschinenarbeitstakt gesteuerten Ventil versehene Leitung und einen Blasdorn in den Vorformling strömt, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas Stickstoff oder Argon verwendet wird und daß bei Beginn der Einströmphase das aus einem unter Druck stehenden Speicherbehälter verflüssigt abgezogene Gas beim Durchgang durch die warme Leitung und den warmen Blasdorn verdampft, gasförmig aus dem Blasdorn austritt und den Vorformling aufweitet, im weiteren Verlauf der Einströmphase infolge Abkühlung der Leitung und des Blasdorns nur noch teilweise verdampft und schließlich am Ende der Einströmphase in flüssigem Zustand in den Vorformling gelangt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geformte Hohlkörper bereits in der Endphase des Einströmens druckentlastet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckentlastung durch Anheben des Blasdorns erfolgt

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beginn der Einströmphase das im Leitungsstück zwischen Ventil und Austrittsöffnung des Blasdorns stehende erwärmte sowie das nachströmende Gas annähernd mit Schallgeschwindigkeit aus dem Blasdorn austritt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bestehend aus einer den Hohlkörper aus Kunststoff aufnehmenden Blasform, einem in die Blasform hineinragenden Blasdorn, welcher durch die Leitung und ein im Maschinenarbeitstakt gesteuertes Ventil mit einem das tiefkalte verflüssigte Gas enthaltenden Behälter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsstück (4) zwischen dem Ventil (5) und dem Blasdorn (3) sowie der Blasdorn (3) selbst eine hohe Wärmespeicherkapazität haben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsstück (4) und/oder der Blasdorn (3) selbst beheizbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsstück (4) so kurz wie konstruktiv möglich ausgeführt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung des Blasdorns (3) als Lavaldüse ausgebildet ist.