DE2352926A1 - Verfahren und vorrichtung zum erwaermen eines werkstueckes aus kunststoff - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum erwaermen eines werkstueckes aus kunststoffInfo
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Description
Verfanren und Vorrichtung zum Erwärmen eines Werkstückes aus Kunststoff
Es ist bekannt, Kunststoffe durch Infrarotstrahlung zu einer 'Weiterverformung
zu erwärmen. Hierfür werden vorzugsweise Infrarotstrahler benutzt, die bei großer Intensität sehr kurze Heizzeiten von
nur wenigen Sekunden zulassen. Infrarotstrahlung bietet den Vorteil, nicnt nur die Oberfläche des bestrahlten Kunststoffes zu erwärmen, sondern durch die Oberfläche auch direkt die tieferen Schichten zu erreichen. Die Strahlung wird überwiegend von dem sich"der Strahlungsquelle am nächsten befindlichen Material absorbiert. Dies be-j wirkt bei intensiver Bestrahlung eine hohe Temperaturspitze an der bestrahlten Oberfläche. Wegen der bekannt geringen Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffe findet der Temperaturausgleich während der
kurzen Heizzeit bei lRfrar<MC strahlung innerhalb der Wand nur rela-
nur wenigen Sekunden zulassen. Infrarotstrahlung bietet den Vorteil, nicnt nur die Oberfläche des bestrahlten Kunststoffes zu erwärmen, sondern durch die Oberfläche auch direkt die tieferen Schichten zu erreichen. Die Strahlung wird überwiegend von dem sich"der Strahlungsquelle am nächsten befindlichen Material absorbiert. Dies be-j wirkt bei intensiver Bestrahlung eine hohe Temperaturspitze an der bestrahlten Oberfläche. Wegen der bekannt geringen Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffe findet der Temperaturausgleich während der
kurzen Heizzeit bei lRfrar<MC strahlung innerhalb der Wand nur rela-
.509817/1011
tiv langsam statt.
Insbesondere wenn Werkstücke mit großer Wanddicke entsprechend et-
länger erwärmt werden müssen, um die notwendige Energiemenge äinzubringen, führt das häufig zu unerwünschten Veränderungen in
jler überhitzten Oberflächenschicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dickwandigen Werkstük-
<en aus Kunststoff, die zu einer nachfolgenden Verformung erwärmt
»erden sollen, eine Veränderung in der Oberflächenschicht durch un->
aötig hohe Erwärmung zu verhindern.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die der Strah-Lung
ausgesetzte Oberfläche des Werkstückes während des Aufwärmvor·*
ganges gekühlt wird.
Durch gleichzeitige Kühlung während des Erwärmens treten keine lohen Temperaturspitzen in der Oberflächenschicht der Werkstückwand J
auf, die z.B. zu Kristallisation oder Bläschenbildung führen. Die Kühlung erfolgt vorzugsweise durch Anblasen des zu erwärmenden
Werkstückes während der Bestrahlung durch ein gasförmiges Medium. j
pie Temperaturverteilung beim Erwärmen ohne Kühlung ist in Fig. 1 jund beim Erwärmen mit gleichzeitiger Kühlung in Fig. 2 dargestellt
tfenn Thermoplaste zu in großen Mengen benötigten Produkten verar-Deitet
werden, ist es notwendig, die Eigenschaften des Werkstoffes
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vollständig auszunutzen. Dies geschieht, indem bei geringstem Matejrialeinsatz
der größtmögliche Gebrauchswert angestrebt wird. Bei den genannten Kunststoffen ergeben sich besondere Vorteile durcr
Orientierung des Materials. Die Verarbeitung erfolgt im thermoelastischen Formungsbereich der wesentlich unter dem thermoplastischeil
liegt (ca. loo°C gegenüber ca. 2oo°C). Zur Wiedererwärmung eignet I
«.sich die Infrarotstrahlung vorzüglich. Sie ermöglicht es, den
Kunststoff nicht nur an der Oberfläche, sondern gleichzeitig über die ganze Tiefe in wenigen Sekunden zu erwärmen. Durch die Absorptionscharakteristik
der Thermoplaste erfolgt in den der Strahlungsj· quelle zugewandten Oberflächenschichten eine stärkere Erwärmung.
Es bildet sich ein aus Fig. 1 ersichtliches Temperaturprofil 1 aus
das durch die Strahlungstemperatur und die spezifischen Absorption^
!eigenschaften des Kunststoffes bestimmt wird. Je intensiver die
Bestrahlung erfolgt, um so höher ist die Temperaturspitze bei 2. Abhängig von dem zu verarbeitenden Werkstoff kann dies eine ungewünschte
Veränderung oder eine Schädigung der betroffenen Schicht bewirken, wie sie bei 5 undfcin Fig. 1 dargestellt ist, da die Wärmeleitfähigkeit
der Thermoplaste relativ klein ist und der Temperaturausgleich innerhalb der Wand nicht sofort erreicht ist, sonjdern
erst nach einiger Zeit erfolgt, wie aus den Kurven 1',I1',I11
ersichtlich ist. Insbesondere tritt diese Erscheinung bei relativ großen Wanddicken ausgeprägt zutage, vorzugsweise bei mehr als 3 nuja
Die Verbesserung der Werkstoffeigenschaften nimmt mit steigendem Reckgrad bei thermoelastischer Verarbeitung stark zu; z.B. ist bei
gesättigtem Polyäthylenterephthalät (PET) und ähnlich sich verhal-
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!tenden Werkstoffen eine mehr als zehnfache Reckung möglich. Um insbesondere
bei Druckbehältern bestimmte Eigenschaften zu erzielen, kann es notwendig sein, von mehr als 3 mm Wanddicke des Vorformlings
auszugehen.
jWie bekannt, ist PET in amorphem und orientiertem Zustand glasklar.
Durch die Kristallisation wird PET opak und spröde. Die Kristallijsationsgeschwindigkeit
erreicht bei Temperaturen um 1500C ihr Maximum.
Bei der Erwärmung in den thermoelastischen Verarbeitungsbereich durch Infrarotstrahlung können in Oberflächennähe die kritischen
Temperaturen über so lange Zeit vorliegen, daß eine mindestens teilweise Kristallisation 5,6 an den ursprünglich amorphen Werkstücken
eintritt. Dies hat die genannten Folgen und eine optimale Weiterverarbeitung durch Orientierung ist nicht mehr in dem gewünschten
und sonst möglichen Maße gegeben. j
Z.B. bei Polyvinylchlorid (PVC), Polyacrylnitril, Polystyrol (PS) und ähnlich sich bei der Verarbeitung verhaltenden Werkstoffen bewirkt
die Überhitzung in der bestrahlten Oberflächenschicht ein Freiwerden von gelösten Stoffen und/oder durch chemische Veränderungen
ein Freiwerden von Bestandteilen der Makromoleküle. Dies kann das Material schädigen und/oder zur Bildung von Gasblasen führen,
die das Aussehen des herzustellenden Werkstückes verschlechtern.
Um die genannten Folgen der Temperaturspitze 2 in der bestrahlten Oberflächenschicht zu verhindern, werden die Spitzen erfindungsge-
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"maß durch Kühlung der Oberflächenschicht während der Erwärmung ab-;
gebaut. In Fig. 2 ist" die Wärmestrahlung mit 7 und der Kühlstrom ;
mit 8 bezeichnet. Die Temperaturspitze 4 des Temperaturprofils 3 j
i ist nun erheblich verringert; die Ausgleichszeit bis zur annähern-;
den Egalisierung des Temperaturprofils 3 ist.ebenfalls geringer ' '
(Kurven 3 * , 3 f '). Folglich können sich auch die ungewünschten Ver- '■
änderungen der Oberfläche nicht einstellen. Bei PET ist es auf diese Weise überhaupt erst möglich geworden, Halbzeuge größerer '
;Wanddicke in wenigen Sekunden in den thermoelastischen Verarbeitungsbereich
wiederzuerwärmen.
Die Anwendung der biaxialen Orientierung bei geblasenen Hohlkörper!
erlangt zunehmende Bedeutung\ da einen wirtschaftlichen Einsatz
bei großen Stückzahlen erst die Verbesserung der Werkstoffeigenschaften zuläßt: höhere Festigkeit, geringere Gasdurchlässigkeit,
und bessere Transparenz. Diese Eigenschaften sind hauptsächlich bei Druckflaschen, z.B. für kohlensäurehaltige Getränke und
Aerosole notwendig. Neuerdings wird hierfür als besonders geeigneter
Thermoplast PET eingesetzt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch in den Fign.
3 bis 8 dargestellt und nachstehend erläutert.
Es wird von kalten Vorformlingen 9 mit geschlossenem Boden ausge- j
gangen, die nach bekannten, unterschiedlichen Methoden hergestellt^
sein können. Zum Erwärmen befinden sich die Vorformlinge 9 in
einer Heizungsvorrichtung, die aus einer Vielzahl von Infrarot-
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Strahlern Io besteht, welche an einer oder mehreren Seiten angeordnet
sind. Vorzugsweise durchlaufen die Vorformlinge 9 die Heizungsvorrichtung bei gleichzeitiger Drehung um die eigene Achse. Eine
Kühleinrichtung 11 für jeden Vorformling ist an einem die Vorform-
linge haltenden Träger 12 befestigt, durch den die Vorformlinge an.
den Strahlern Io vorbeigeführt.werden. Während des Heizens werden
die Vorformlinge von der relativ zur Drehbewegung der Vorformlinge stillstehenden Kühleinrichtung 11 angeblasen.
i In der Ausführungsform nach Fig. 4· erfolgt der Austritt des vor- j.
zugsweise gasförmigen auf den Vorformling gerichteten Kühlmittels durch einen Spalt 13 in der rohrförmig ausgebildeten Kühleinrich-
ung 11.
In einer anderen Ausführungsform nach Fig. 5 kann der Austritt
des Kühlmediums durch eine Vielzahl von Löchern IU erfolgen.
Soll die Erwärmung des Vorformlings in Längsrichtung gezielt unterschiedlich
vorgenommen werden, so können nach Fig. 6 die Löcher
in Gruppen angeordnet sein, um die Intensität des Kühlmittel-
Stromes ebenfalls gezielt unterschiedlich zu gestalten.
!in einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform kann die Heijzungseinrichtung
als Tunnel ausgeführt sein, den ein die Oberfläche der Vorformlinge kühlender Gasstrom durchfließt. Ferner läßt
sich die Kühlung auch so durchführen, daß ein sich elastisch an den bestrahlten Vorformling anlegendes Kühlelement vorgesehen ist,
_i .._ . - 7 -,
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durch dessen Kontakt mit der Werkstückoberfläche während der Be-•strahlung
Wärme aus der Oberflächenschicht abgeleitet wird.
Um die Kühlwirkung des gasförmigen Mediums zu erhöhen, kann dieses '
i mit einer Flüssigkeit angereichert sein. . j
jUm zu verhindern, daß durch ungenaues Ausrichten des Kühlmittelstroms
auf die Achse der einzelnen Vorformlinge keine gleichmäßige
I -
[Anströmung und damit Kühlung erfolgt, kann das Ablasen so erfolfen,
!daß gemäß Fig. 7 der Luftstrom sich nach Verlassen der Kühleinrichtung
11 stark verbreitert&der gemäß Fig* 8 in einem Winkel J- schräg
jausgeblasen wird. Hierbei machen sich kleine Abweichungen in der Ausrichtung von Vorformling und Kühleinrichtung kaum bemerkbar.
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Claims (1)
- Heidenreich & Harbeck Zweigniederlassung der Werkzeug- , aaechinenfabrik. Gildemeiater & Co., AG Bielefeld 2 Hamburg 33Wiesendaua 3o 22. Oktober 19 7 3Anwaltsakte M-286oPatentansprüchc1. Verfahren zum Erwlrmen eines Werkstückes aus Kunststoff, insbesondere eines Thernoplasts, durch Infrarotstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß die der Strahlung ausgesetzte Oberfläche des Werkstückes während des Aufwlrmevorpanpes gekühlt wird.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung durch ein gasföraiges Medium erfolgt.3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da3 das j-.isförmige Mediua zur Erhöhung der Wärmeableitung mit einer Flüssigkeit angereichert bzw. mit kleinen Tröpfchen vermischt wird,H. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da-509817/101 1durch aO/veiJizuichnat, dai das Werkstück ein Vorforuling ist, der zu einen flaschenartigen Hohlkörper aufgeweitex werden soll.5. Vorf or&linfc, nach Anspruch *», dadurch gekennzeicnnet, daß tier tnern.oplastische Vorformling aus Polyethylenterephthalat besteht.6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Erwärmen eines Vcrforulings, dadurch gekenn- zeicunSt, daß der Vorformling dreh her angeordnet ist und währendvon einer Heizung des Erwärmens seine/bestrahlt« Oberfläche gekühlt wird.7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der um die eigene Achse drehbare Vorformling an den Strahlern vorbeibewegt und von einer mitlaufenden Kühleinrichtung angeblasen wird.8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt des gasförmigen Kahlmediums durch einun Spalt erfolgt.S. Vorrichtung nach Anspruch 6 oaer 7, aadurcn geKennzeicnnet, der Austritt des gasförmigen Kühlmedium» durch eine Vielzahl von Löcharn erfolgt.lo. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, da& die Heizung als Tunnel ausgebildet ist, durch den das kühlende, gasförmig· Medium strömt.- Io 509817/1011BAD ORtGlNAL! l· TV! /f./-loll. Vorrichtung nacn Anspruch 5, dacurch gekennzeichnet, da,; ein &icn elastisch an das Werkvtttcx anlegendes Kunlelenent vcr'.esehea ist, von dem während der Bestrahlung Wärme aus der bestrahlten Oberflächenschicht abgeleitet wird.509817/1011BAD ORAALeerseite
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