DE2434977A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines gegenstandes aus thermoplastischem kunststoff nach dem blasverfahren - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Gegenstandes aus thermoplastischem Kunststoff nach dem Blasverfahren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gegenstandes aus thermoplastischem Kunststoff nach dem Blasverfahren aus einem Rohr oder Külbel, bei dem das Rohr oder der Külbel in einer Blasform durch ein unter Druck stehendes, gasförmiges Blasmedium, vorzugsweise Druckluft, aufgeweitet und durch ein im flüssigen Zustand zugeführtes Kühmedium, vorzugsweise ein keJifsiedendes Kühlmedium, gekühlt wird, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
• Es sind mehrere Verfahren zum Aufblasen des Formlings und zum nachfolgenden Abkühlen des aufgeblasenen Gegenstandes bekannt. Das wohl bekannteste Verfahren besteht darin, den Formling zuerst mit Druckluft aufzuweiten und dann durch Spülen der Innenwand des Gegenstandes mit Luft diesen abzukühlen. Da bei diesem Verfahren die Abkühlzeiten sehr lang sind, wurden von vielen Seiten Versuche unternommen, die Kühlzeiten durch Verwendung schneller wirkender Kühlmedien zu verkürzen. Bekannt geworden sind dabei vor allem flüssiges Kohlendioxid, flüssiger Stickstoff, Stickstoff-Luft-Gemische und Wasser-Luft-Gemische, wobei alle diese Medien unter Druck im flüssigen oder zumindest teilweise flüssigen Zustand zugeführt und in den Formhohlraum eingeleitet werden, um die dnderung des Aggregatszustandes ausnutzen zu können. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß -bei diesen Verfahren im Formhohlraum keineswegs ein exakter Übergang des Kühlmediums vom flüssigen in den gasförmigen Zustand stattfindet, vielmehr bilden sich Zwei-Phasen -oder Drei-Phasen-Gemische, und zwar Gemische aus der festen und der gasförmigen Phase oder Gemische aus der festen, flüssigen und gasförmigen Phase. Mit anderen Worten, es kann zu einer Eis-bzw. Schneebildung kommen, was einerseits zu einem ungleichmäßigen Abkühlen des aufgeweiteten Gegenstandes und andererseits zu einem Vereisen der Austrittsöffnungen des Kühlmediums führt.
• Bei der Verwendung von flüssigem Kohlendioxid als Kilhlmedium ist es bereits bekannt, während des Kühlvorgangs im Hohlraum des aufgeweiteten Gegenstandes einen derartigen Druck aufrecht zu erhalten, daß das eingerührte Kühlmedium über dem Tripelpunkt bleiben muß. Damit ist es im allgemeinen möglich, die feste Kohlendioxid-Phase zu vermeiden, d.n. den ausfall von sogenanntem Kohlensäureschnee zu verhindern. Dieses bekannte Verfahren erbringt jedoch bei der Verwendung tiefsiedender Kältemedien, etwa flüssigem Stickstoff, nicht die gewünschten Vorteile. Bei der Verwendung tiefsiedender Kältemedien bleibt somit die Gefahr bestehen, daß die Abkühlung ungleichmäßig ist und vor allem, daß beim Beginn des Kühlvorgangs der aufgeweitete Gegenstand einen Kälteschock erleidet.
• ;Rufgabe der Erfindung ist deshalb, das Verfahren, bei welchem der Formling durch ein gasförmiges Medium aufgeweitet und durch eine flüssiges, tiefsiedendes Kühlmedium abgekühlt wird, derart zu verbessern, daß ohne Vergeudung von dem flüssigen Kühlmedium innewohnender Kälteenergie eine schnelle, exakt dosierbare, gleichmäßige und keinen Kälteschock hervorrufende Abkühlung des heißen Gegenstandes erreicht wird. Ferner ist Aufgabe der Erfindung die Schaffung einer Vorrichtung, welche eine ökonomische Durchführung dieses Verfahrens erlaubt.
• Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zumindest während der Anfangsphase des Kühlvorgangs das im flüssigen Zustand befindliche und eine Temperatur unter der Raumtemperatur aufweisende Kühlmedium in derartiger Bemessung in den Hohlraum des aufgeweiteten Gegenstandes eingeführt wird, daß es im Hohlraum vor Erreichen der heißen Innenwandung des Gegenstandes vollständig verdampft. Gemäß der Erfindung wird also dafür Sorge getragen, daß das Kühlmedium im flüssigen Zustand in den Hohlraum eintritt, so daß die gesamte Kälteenergie zum abkühlen des Gegenstandes ausnutzbar ist.
• Xndererseits jedoch erfolgt zumindest in der Änfangsphase des Kühlvorgangs die Einführung des Kühlmittels in derartiger Bemessung, daß es vor Erreichen der heißen Innenwand des Gegenstandes völlig verdampft, ein Auftreten der festen Phase sowie ein Auftreten von Kühlmittel-Tröpfchen auf die heiße Innenwandung des Gegenstandes also vermieden wird. Damit wird eine sehr gleichmäßige Abkühlung erreicht und insbesondere ein Kälteschock verhindert.
• Nach einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die erwähnte Bemessung der Kühlmittel-Einführung in der Weise, daß zumindest während der Anfangsphase des Kühlvorgangs das flüssige Kühlmedium intermittierend in Form von Einzelimpulsen zugeführt wird. Die den Einzelimpulsen zugeordnete Kühlmittelmenge, die Dauer der Impulse und/oder die Folgefrequenz der Impulse kann dabei mit fortschreitender Kühlung gesteigert werden. Das intermittierende Einführen des Kühlmediums -in Form einzelner Kühlmittelstöße ermöglicht auf einfache Weise eine exakte Steuerung des Kühlvorgangs, derart, daß im Rahmen der Forderung, daß das Kühlmittel vor Erreichen der heißen Innenwandung verdampfen soll, möglichst viel Kühlmittel zugeführt wird. Daraus ergibt sich eine optimale Kühlung, d.h. die für den Gegenstand kürzeste verträgliche Kühlzeit. Selbstverständlich kann die Bemessung der Kühlmittelzufuhr auch kontinuierlich erfolgen, wobei dann das Kühlmedium zumindest während der -Änfangsphase des Kühlvorgangs in stufenlos oder stufenweise zunehmender Menge in den Hohlraum eingeleitet wird.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann mit dem Einleiten des Kühlmediums bereits in der Endphase des Aufweitvorgangs unter Verwendung des Blasmediums als Trägergas für das Kühlmedium begonnen werden. Dieses Verfahren ist besonders dann vorteilhaft, wenn der zu kühlende Gegenstand eine mit Hinblick auf den Kühlvorgang ungünstige Form besitzt, beispielsweise einen langen und gegebenenfalls geknickten Halsteil, von dessen freiem Ende aus das Kühlmittel eingeleitet werden muß.
• Die Bemessung der Kühlmittelzufuhr während der Anfangsphase des Kühlvorgangs kann erfindungsgemäß selbsttätig geregelt werden, und zwar in Abhängigkeit von Druck-, Volumen-und/oder Temperaturmessungen im Hohlraum.
• Eine Vorrichtung zur Durchführung des Erfindungsverfahrens besteht in üblicher Weise aus einem Halsformbolzen, der eine Bohrung für das Blasmedium und eine Bohrung für das Kühlmedium aufweist, aus einer Blasmittelquelle, die über eine Zuführungsleitung mit der entsprechenden Bohrung des Halsformbolzens verbunden ist und aus einer Kühlmittelquelle, die über eine Kühlmittelzufuhrleitung mit der entsprechenden Bohrung des Halsformbolzens verbunden ist, und zeichnet sich dadurch aus, daß in der Kühlmittelzufuhrleitung benachbart dem Halsformbolzen ein Regel- und/oder Steuerventil angeordnet ist. Für eine kontinuierliche Bemessung der Kühlmittelzufuhr genügt es, wenn das Ventil als Regelventil ausgebildet ist. Für die intermittierende Zufuhr des Kühlmittels kann es genügen, und zwar wenn lediglich die Impulsfolgefrequenz und/oder die Impulsdauer verändert werden soll, das Ventil als Steuerventil auszubilden, während bei intermittierender Zufuhr und gewünschter -;nderung auch der dem jeweiligen Impuls zugeordneten Kühlmittelmenge das Ventil ein Regel- und Steuerventil sein muß. Ferner kann es vorteilhaft sein, dem Ventil eine steuerbare Förderpumpe vorzuschalten. Es ist zweckmäßig, im Formhohlraum Druck-, Temperatur- und/oder Volumenmessungen vorzunehmen, um in Abhängigkeit von diesen Messungen das Ventil und/oder die Förderpumpe zu steuern und so zu einer vollautomatischen Regelung des Kühlvorgangs zu kommen.
• Um eine möglichst schnelle Verdampfung des Kühlmediums zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, im Formhohlraum Schikanen einzubauen, beispielsweise in Form einer e#*i#.. Auffangschale, welche sich im abstand vor der nun des Halsformbolzens befindet und an diesem über Haltestege befestigt ist. Das aus der entsprechenden Bohrung des iiilsforwbolzens austretende flüssige Kühlmittel trifft dann auf die Auffangschale auf, womit das Verdampfen des Kiihlmediums erleichtert wird.
• Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt die einzige Fig. in schematischer Darstellung die Gesamtvorrichtung. Ruf der Zeichnung ist der zu kühlende Gegenstand aus thermoplastischem Kunststoff mit 10 bezeichnet. Durch den Hals dieses Gegenstandes 10 hindurch ragt in dessen Hohlraum lOa ein Halsformbolzen 11, der in bekannter Weise über eine Blasmittel-Zufuhrleitung 12 an eine nicht gezeichnete Blasmittelstelle, vorzugsweise Druckluftquelle, und außerdem über eine Kühlmittel-Zufuhrleitung 13 an eine nicht gezeichnete Quelle für flüssiges Kühlmittel, beispielsweise flüssigen Stickstoff, angeschlossen ist. In der Blasmittelleitung 12 befindet sich ein Einlaß- und Auslaß-Steuerventil 14, in der Kühlmittelleitung 13 ein Steuerventil 15 sowie, diesem vorgeschaltet, eine Pumpe 16, welche durch einen Motor M angetrieben wird. Am vorderen, in den Hohlraum 10a ragenden Ende des Halsformbolzens 11 ist mit zustand eine Schikane in Form einer Prallscheibe 17 befestigt, und zwar mit Hilfe von Haltestegen 18. Außerdem ist am Halsformbolzen 15 ein in den Hohlraum 10a hineinragender Meßfühler 19 angeordnet.
• Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen. Zunächst wird durch entsprechende Steuerung des Ventils 14 gasförmiges Blasmittel durch die Leitung 12 und den Bolzen 11 hindurch in den Hohlraum 10a eingeleitet, bis der Gegenstand die gewünschte Form hat, etwa die auf der Zeichnung dargestellte Form. Daraufhin wird das Ventil 14 umgesteuert, derart, daß die Blasmittelzufuhr zum Hohlraum 10a unterbrochen ist. Daraufhin wird das Ventil 15 in die Offenstellung gebracht, so daß Kühlmittel durch die Leitung 13 und den Bolzen 11 in den Hohlraum 10a gelangt und den Gegenstand 10 abkühlt. Dabei trifft das auf der Bolzenmündung austretende flüssige Kühlmittel auf die Prallscheibe 17 auf und wird von dieser in den Hohlraum 10a verteilt. Wesentlich ist, daß das Kühlmittel tatsächlich vor Erreichen der Innenwandung des Gegenstandes 10 vollständig verdampft, jedenfalls in der Anfangsphase des Kühlvorgangs. Dies wird nun durch geeignete Steuerung des Ventils 15 und/oder der Pumpe erreicht, etwa in der Weise, daß mit rortlaufendem Kühlvorgang stufenlos oder stufenweise mittels des Ventils 15 der Zuführungsquerschnitt vergrößert und/oder mittels der Pumpe 16 die Zuführungsgeschwindigkeit erhöht wird. Eine andere, vorstehend bereits beschriebene Möglichkeit besteht darin, das Kühlmittel intermittierend zuzuführen, was ebenfalls durch das Ventil 15 geschehen kann, wobei durch geeignete Steuerung des Ventils 15 und gegebenenfalls der Pumpe 16 Dauer, Stärke und/oder Folgezeit der Zuführungsimpulse stufenweise oder stufenlos veränderbar sind.
• Die geeignete Steuerung der Elemente 15 und 16 erfolgt zweckmäßig automatisch mittels des Meßfühlers 19, der ein Temperatur-und/oder ein Druckfühler sein kann. Vorteilhafterweise wird in diesem automatischen Steuerkreis auch das Ventil 14 eingeschlossen, derart, daß die Elemente 14, 15 und 16 in der gewünschten Abhängigkeit voneinander arbeiten. So kann dann beispielsweise die Kühlmittelzufuhr bereits zu einem Zeitpunkt beginnen, der kurz vor dem Absperren der Blasmittelzufuhr liegt, womit dann das Blasmittel als Trägergas für das Kühlmittel dient. Weiterhin kann auf diese Weise der Druck im Hohlraum 10a während des gesamten Blas- und Kühlvorgangs durch entsprechendes Umsteuern des Ventils 14, welches ja den Hohlraum 10a mit der freien Atmosphäre verbinden kann, en in der gewünschten Weise geregelt werd. Jedenfalls ist es auf diese Weise möglich, den Kühlvorgang vollautomatisch derart durchzuführen, daß einerseits kürzeste Abkühlzeiten und andererseits eine gleichmäßige Kühlung ohne Kälteschock erreicht werd. Die Prallscheibe 17 stellt dabei ein Hilfsmittel dar, welches zusätzlich die Innenwandung des Gegenstandes gegenüber dem Auftreffen von Kühlmittel-Flüssigkeitströpfchen schützt.
• Die Erfindung kann zahlreiche Abwandlungen erfahren, insbesondere was die Steuerung der Elemente 14, 15 und 16 betrifft, die Ausbildung der Schikane 17, die Art des Meßfühlers 19 sowie das verwendete Kühlmittel.

Claims (16)

PATENT%NSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen eines Gegenstandes aus thermoplastischem Kunststoff nach dem Blasverfahren aus einem Rohr oder Külbel, bei dem das Rohr oder der Külbel in einer Blasform durch ein unter Druck stehendes, gasförmiges Blasmedium, vorzugsweise Druckluft, aufgeweitet und durch ein im flüssigen Zustand zugeführtes Kühlmedium, vorzugsweise ein tiefsiedendes Kühlmedium, gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest während der Anfangsphase des Kühlvorgangs das im flüssigen Zustand befindliche und eine Temperatur unter der Raumtemperatur aufweisende Kühlmedium in derartiger Bemessung in den Hohlraum des aufgeweiteten Gegenstandes eingeführt wird, daß es im Hohlraum vor Erreichen der heißen Innenwandung des Gegenstandes vollständig verdampft.

2. Verfahren nach 4nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Kühlmedium zumindest während der Anfangsphase des Kühlvorgangs intermittierend in Form von Einzelimpulsen zugeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einzelimpulsen zugeordnete Kühlmittelmenge und/ oder die Dauer der Impulse und/oder die Folgefrequenz der Impulse mit fortschreitendem Kühlvorgang gesteigert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder ), dadurch gekennzeichnet, daß Dauer und/oder Frequenz der Kühlmittelimpulse im Verlauf des Kühlvorgangs bis zum Erreichen einer kontinuierlichen Kühlinittelzuführung gesteigert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Kühlmedium zumindest während der Anfangsphase des Kühlvorgangs in stufenlos oder stufenweise zunehmender Menge in den Hohlraum eingeleitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum zwischen Aufweit- und Kühlvorgang zumindest teilweise entlüftet und dann Aufbauen eines Innendrucks durch das Kühlmedium wieder verschlossen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Einleiten des Kühlmediums bereits in der Endphase des Aufweitvorgangs unter Verwendung des Blasmediums als Trägergas für das Kühlmedium begonnen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium im Hohlraum durch vorzugsweise steuerbare Schikanen umgelenkt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bemessung der Kühlmittel zu fuhr zumindest während der Anfangsphase des Kühlvorgangs selbsttätig in Äbhängigkeit von Druck-, Volumen- und /oder Temperaturmessungen im Hohlraum vorgenommen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmedium flüsager Stickstoff oder ein fluorierter Kohlenwasserstoff verwendet wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem Halsformbolzen, der eine Bohrung für das Blasmedium und eine Bohrung für das Kühlmedium aufweist, mit einer Blasmittelquelle, die über eine Blasmittelleitung mit der entsprechenden Bohrung des Halsformbolzens verbunden ist, und mit einer Kühlmittelquelle, die über eine Kühlmittelleitung mit der anderen Bohrung des Halsformbolzens verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kühlmittelleitung (13) benachbart dem Halsformbolzen (11) ein Regel- und/ oder Steuerventil (15) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ventil (15) eine steuerbare Förderpumpe (16) vorgeschaltet ist.

Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand vor der Mündung des Halsformbolzens (11) ein Aufprallkörper (17) angeordnet ist, der durch Stege (18) oder dergleichen am Halsformbolzen befestigt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13J dadurch gekennzeichnet, daß der Aufprallkörper (17) eine Scheibe oder eine flache Schale ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Halsformbolzen (11) und Aufprallkörper (17) veränderbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufprallkörper (17) beheizbar ist.