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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Vorformlingen aus thermoplastischem
Kunststoff für das Blasformen von Hohlkörpern Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Herstellen von Vorformlingen aus thermoplastischem Kunststoff
für das Blasformen von Hohlkörpern, z.B. Flaschen, bei welchem bzw. welcher der
thermoplastische Kunststoff in eine den Außenkonturen des Vorformlings entsprechende
Hohlform gefüllt und dabei um einen in die Hohlform koaxial hineinragenden, auch
als Blasdorn verwendbaren Formkern gedrückt wird.
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Vorformlinge für das Blasformen von Hohlkörpern werden aus thermoplastischem
Kunststoff üblicherweise durch Spritzgießen hergestellt. Das thermoplastische Material
wird hierbei aus einer Spritzgießeinrichtung durch eine als Düse gestaltete Einlaßöffnung
in den Hohlraum zwischen der der gewünschten äußeren Gestalt des Vorformlings entsprechenden
Hohlform und einem Formkern eingespritzt. kaschließend wird dann der Vorformling
mittels dem auch als Blasdorn ausgebildeten Formkern in eine mehrteilige Blasform
eingebracht und dort durch Aufblasen zu einer fertigen Flasche oder einem ähnlichen
Hohlkörper weiterverformt.
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Um die Herstellung der Vorformlinge mit Hilfe der Spritzgießtechnik
zu ermöglichen, ist am einen Ende der Hohlform eine feine, düsenartige Öffnung für
das Einspritzen des plastifizierten Kunststoffes vorgesehen, welcher aus einer Düse
der Spritzgießeinheit
zugeführt wird.
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Die Herstellung der Vorformlinge durch Spritzgießen hat aber verschiedene
Nachteile, die zu technischen Problemen führen.
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Um einem vorzeitigen Abkühlen des plastifizierten Kunststoffs in der
Hohlform entgegenzuwirken, muß beim Spritzgießen mit hoher Füllgeschwindigkeit gearbeitet
werden. Zur Überwindung des Fließwiderstandes in der kleinen düsenartigen Öffnung
der Hohlform und im engen, ringförmigen Spalt zwischen der Hohlform und dem Formkern
ist dabei ein hoher Spritzdruck erforderlich. Diese Erfordernis zieht wiederum die
Erzeugung einer entsprechend großen Druckkraft in der Spritzgießeinheit nach sich.
Empfindliche Thermoplaste werden dabei einer kritischen Druckbelastung ausgesetzt.
Bei einem ungleichmäßigen Vorfließen des plastischen Materiales innerhalb der Hohlform
kann außerdem der Formkern durch eine einseitige Druckbelastung zur Seite gedrückt
werden und folglich erhält der Vorformling ungleiche Wanddicken, die den geblasenen
Hohlkörper beeinträchtigen. Der erforderliche hohe Spritzdruck steht auch einer
Beschichtung des Formkernes mit solchen Kunststoffen entgegen, die eine Anti-Haftwirkung
aufweisen und dadurch das Ablösen des Vorformlings vom Formkern erleichtern.
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Zur Beseitigung der beim Spritzgießen von Vorformlingen auftretenden
Probleme ist es durch die US-PS 3 o84 382 und die US-PS 3 337 910 bereits bekannt
geworden, Vorformlinge aus thermoplastischem Kunststoff für das Blasformen von Hohlkörpern
durch einen Preßvorgang in einer Hohlform zu fertigen. Hierzu wird zunächst eine
gewisse Menge thermoplastischen Kunststoffs von oben her in die Hohlform gegeben
und dann wird aus der gleichen Richtung der Formkern in die Hohlform eingefahren.
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Durch die Einfahrbewegung des Formkerns wird dann das thermoplastische
Material so verdrängt, daß es den Ringspalt zwischen der Hohlform und dem Formkern
an allen Stellen ausfüllt und dadurch die vorgegebene Gestalt des Vorformlings annimmt.
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Nachteilig bei dieser bekannten Verfahrensart ist es, daß die Menge
des in die Hohlform eingefüllten thermoplastischen Materials sorgfältig bemessen
werden muß, um die Herstellung eines einwandfreien Vorformlings zu erreichen. Wird
nämlich die Füllmenge zu gering bemessen, dann füllt sich der Hohlraum zwischen
der Hohlform und dem Formkern nicht völlig mit der Kunststoffmasse aus und die entstehenden
Vorformlinge sind zur weiteren Bearbeitung nicht verwendbar.
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Wird hingegen eine zu große Menge von thermoplastischem Material in
die Hohlform gebracht, dann läßt sich entweder der Formkern nicht bis in seine vorgegebene
Endstellung in die Hohlform einfahren mit der Folge, daß die Wanddicke des entstehenden
Vorformlings an bestimmten Stellen die vorgesehene Dicke überschreitet; oder das
thermoplastische Material wird einem ze hohen Kompressionsdruck ausgesetzt und dadurch
die Materialstruktur geschädigt.
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Zweck der Erfindung ist es, bei der Herstellung von Vorformlingen
aus thermoplastischem Kunststoff für das Blasformen von Hohikörpern sowohl die Nachteile
des Spritzgießverfahrens als auch diejenigen des Preßverfahrens zu vermeiden Infolgedessen
ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verfahrensart-und eine Vortichtung zur Durchführung
derselben zu schaffen, bei bzw. mit der eine hohe Füllgeschwindigkeit für den thermoplastischen
Kunststoff in die Hohlform bei niedrigem Fülldruck erreichbar ist und trotzdem ein
optimaler Füllungsgrad des jeweiligen Formhohlraumes mit Sicherheit erreicht wird
Die Lösung dieses komplexen Problems besteht nach der Erfindung in erster Linie
darin, daß zunächst der Formkern mindestens teilweise aus der Hohlform herausbewegt
und dann oder dabei in den freien Teil der Hohlform der thermoplastische Kunststoff
sorgefüllt wird, daß daraufhin der Formkern wieder in die Hohlform zurAckgedruckt
und währenddessen oder unmittelbar daran anschließens weiterer thermoplastischer
Kunststoff in die Hohlform nachge spritzt wird.
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Bei dieser erfindungsgemäßen Verfahrensart kann der plastifizierte
Kunststoff zunächst ohne hohe Druckbelastung in den freien Raum der Hohlform einfließen,
weil es erst während des Zurückfahrens des Formkerns in die Hohlform durch diesen
unter mäßigen Druck gesetzt wird. Durch die mögliche, hohe Füllgeschwindigkeit ergibt
sich daher nur eine geringe Abkühlung des thermoplastischen Kunststoffs und dieser
kann leichter bis in sämtliche Hohlräume zwischen der Hohlform und dem Formkern
eindringen, so daß sich die Konturen der Form am Vorformling besser abbilden. Auch
braucht auf eine exakte Einhaltung des Füllvolumens beim Vorfüllen des thermoplastischen
Materials nicht geachtet zu werden, weil durch das Nachspritzen von thermoplastischem
Kunststoff die vollständige Formfüllung sichergestellt werden kann.
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Gemäß der Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen,
wenn der thermoplastische Kunststoff entgegengesetzt zur Rückführbewegung des Formkerns
in die Hohlform eingefüllt wird.
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Erfindungswesentlich ist ferner, daß in die Hohlform zunächst eine
größere Teilmenge von thermoplastischem Kunststoff unter geringem Druck eingefüllt
und dann während oder nach dem Einfahren des Formkerns die Restmenge thermoplastischen
Kunststoffes unter höherem Druck in diese nachgespritzt wird.
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Wenn das Nachspritzen von thermoplastischem Kunststoff während der
Einfahrbewegung des Formkerns durchgeführt wird, kann die Thermoplast-Vorfüllung
auch überdosiert und dann die Überschußmenge durch den Formkern mit Überdruck entgegen
der Füllrichtung aus der Hohlform verdrängt werden.
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Eine Vorrichtung zum Herstellen von Vorformlingen aus thermoplastischem
Kunststoff nach dem vorbeschriebenen Verfahren, welche aus einer mit ihrem einen
Ende an eine Fülleinrichtung,
z.B. eine Spritzgieß-Einheit angeschlossene
Hohlform besteht, in die vom anderen Ende her der Formkern mit Abstand von den Wandungen
der Hohlform hineinragt, zeichnet sich gemäß der Erfindung hauptsächlich dadurch
aus, daß die mit der Fülleinrichtung verbundene Endöffnung der Hohlform einen relativ
großen Durchgangsquerschnitt aufweist und der Formkern im gegenüberliegenden Ende
der Hohlform zumindest begrenzt längsschiebbar geführt ist.
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Der große Durchgangsquerschnitt der Endöffnung läßt ein schnelles
Vorfüllen der Hohlform mit geringem Arbeitsdruck zu, während ein darauf folgendes,
schnelles Einfahren des Formkerns zu einer solchen Druckerhöhung innerhalb der Hohlform
führt, daß der plastifizierte Kunststoff mit hoher Geschwindigkeit entlang dem Formkern
bis zur vollständigen Füllung der Ringform gepreßt und ggf. durch gleichzeitiges
Nachspritzen mengenmäßig auf das exakte Volumen ergänzt wird.
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Um nach dem exakten Auffüllen des Form-Hohlraums einen bestimmten
Grad an Kompression in der Kunststoffmasse zu erhalten, ist nach der Erfindung weiterhin
vorgesehen, daß die Düse der Fülleinrichtung mit einem Nadelventil verschließbar
ist, dessen Ventilnadel zur Bildung eines Verschlusses bis in die Endöffnung der
Hohlform einschiebbar ist. Hierdurch ergibt sich der weitere.Vorteil, daß das geschlossene
Ende des Vorformlings vom Anguß sauber abgetrennt werden kann.
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Wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Überdosierung
von thermoplastischem Kunststoff in der Hohlform gearbeitet dann läßt sich das Nadelventil
auch so voreinstellen, daß beim Zurückführen des Formkerns in die Hohlform nur dasjenige
Material in die Fülleinrichtung zurückgedrängt wird, welches nach Erreichen der
gewünschten Kompression das Volumen des fertigen Vorformlings überschreitet.
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Endlich ist nach der Erfindung aber auch die Möglichkeit gegeben,
in die Endöffnung der Hohlform oder in das Anschlußende der Fülleinrichtung ein
Rückschlagventil einzubauen, welches zum Druckaufbau im Vorformling selbsttätig
ein Rückströmen des plastischen Materials in die Fülleinrichtung verhindert.
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Ein solches Rückschlagventil ist dabei dem Nachspritzen von thermoplastischem
Kunststoff zur exakten Auffüllung des Formvolumens nicht hinderlich im Wege.
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Erfindungsgemäß kann sowohl zum Vorfüllen der Hohlform mit geringem
Fülldruck als auch zum Nachdosieren von thermoplastischem Kunststoff mit höherem
Fülldruck die gleiche Fülleinrichtung, nämlich beispielsweise eine Spritzgieß-Einheit,
Verwendung finden.
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Das ist dadurch möglich, daß einerseits die Düse der Fülleinrichtung
und andererseits die Endöffnung der Hohlform einen großen Querschnitt aufweist,
der durch das Nadelventil verengt werden kann. Bei völlig geöffnetem Nadelventil
ist daher durch langsames Einfließen des thermoplastischen Materials (Intrusion)
eine schnelle Vorfüllung unter geringem Druck erreichbar, während nach teilweisem
Schließen des Nadelventils ein Nachspritzen von thermoplastischem Material unter
höherem Druck bei größerer Geschwindigkeit ermöglicht wird.
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Anhand der Zeichnung wird nunmehr die Erfindung nachfolgend im einzelnen
erläutert. Es zeigt Fig. 1 in schematisch-vereinfachter Längsschnitt-Darstellung
eine an eine Fülleinrichtung angeschlossene Hohlform mit eingeschobenem Formkern
zur Herstellung von Vorformlingen aus thermoplastischem Kunststoff, Fig. 2 einen
der Fig. 1 entsprechenden Schnitt durch die Hohlform in der während des Vorfüllens
teilweise herausgefahrenen Stellung des Formkerns, Fig. 3 wiederum im Längsschnitt
die Hohlform mit während des Nachspritzens völlig eingefahrenem Formkern,
Fig.
4 in größerem Maßstab einen Teilausschnitt aus-Fig. 2, und Fig 5 in größerem Maßstab
einen Teilausschnitt nach Fig. 3 nach Beendigung des Preß-Spritzverfahrens für einen
Vorformling.
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Die in der Zeichnung gezeigte Vorrichtung zum Herstellen von Vorformlingen
aus thermoplastischem Kunststoff für das Blasformen von Hohlkörpern, z.B. Flaschen,
besteht im wesentlichen aus einer Hohlform 1, einer an deren eines Ende angelegten,
zweigeteilten Halsform 2', 2" und einem Formkern 3, der längsschiebbar, aber exakt
abgedichtet im Endteil der Halsform 2', 2" geführt ist. Die in die Hohlform 1 eingeschobene
Stellung des Formkernes 3 wird durch einen Anschlagring 4 begrenzt, derart, daß
zwischen diesem und den Innenflächen von Hohlform 1 und Halsform 2', 2" eine Formkammer
5 gebildet ist, die die Konturen des zu fertigenden Vorformlings hat.
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In das der Halsform 2', 2" gegenüberliegende Ende der Hohlform 1 ist
eine Endöffnung 6 von relativ großem Durchgangsquerschnitt eingearbeitet, mit der
die Hohlform 1 an die Düse 7 einer Fülleinrichtung, beispielsweise einer Spritzgieß-Einheit
oder eines Extruders angelegt werden kann. Die Düsenöffnung entspricht dabei in
ihrem Querschnitt der Endöffnung 6 in der Hohlform 1.
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Ihr ist eine Ventilnadel 8 zugeordnet, mit der der Durchgangsquerschnitt
der Düsenöffnung bedarfsweise völlig freigegeben, verringert oder sogar gänzlich
verschlossen werden kann.
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Bei völlig freigegebener Düsenöffnung kann durch die Endöffnung 6
plastifizierter Kunststoff mit geringer Geschwindigkeit und niedrigem Druck, jedoch
verhältnismäßig schnell einfließen, wie das aus Figur 2 erkennbar ist.
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Vor Beginn dieses Füllvorgangs oder aber währenddessen wird der Formkern
3 so weit aus der Hohlform 1 herausbewegt, daß zwischen seinem freien Ende und der
Einmündung der Endöffnung 6 ein Hohlraum
entsteht, dessen Volumen
annähernd dem Gesamtvolumen des gefertigten Vorformlings entspricht.
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Durch die völlig freigegebene Düsenöffnung wird zunächst nur etwa
der vom Formkern 3 völlig freigegebene Teil der Hohlform 1 mit thermoplastischem
Kunststoff vorgefüllt. Daraufhin wird mit einer schnellen Bewegung der Formkern
3 wieder in die Hohlform 1 eingefahren, während zugleich die Ventilnadel 8 zur Querschnittsverkleinerung
der Düsenöffnung entsprechend bewegt wird. Durch das Einfahren des Formkerns 3 wird
die in der Hohlform 1 befindliche Vorfüllmenge des thermoplaStischen Kunststoffs
gezwungen, mit hoher Geschwindigkeit und unter mäßiger Erhöhung des Kompressionsdruck
entgegen der Bewegungsrichtung des Formkerns 3 zu fließen und die Hohlkammer 5 bis
in den Bereich der Halsform 2', 2" aufzufüllen.
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Falls die in der Hohlform 1 enthaltene Vorfüllmenge des thermoplastischen
Kunststoffs nicht ausreicht, die Hohlkammer 5 gänzlich aufzufüllen, wird durch die
in ihrem Querschnitt mittels der Ventilnadel 8 verringerte Düsenöffnung unter erhöhtem
Druck thermoplastischer Kunststoff in die Hohlform 1 nachgespritzt, bis eine 100%ige
Füllung der Hohlkammer 5 gegeben ist.
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Ist hingegen die in der Hohlform 1 enthaltene Vorfüllmenge des thermoplastischen
Kunststoffs, bezogen auf das Gesamtvolumen des zu fertigenden Vorformlings, überdosiert,
dann wird durch den in die Hohlform zurückgedrückten Formkern 3 diejenige Menge
von thermopalstischem Kunststoff durch die verengte Dü senöffnung in die Fülleinrichtung
zurückgedrängt, welche zur Bildung des Vorformlings nicht mehr benötigt wird.
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Ebenso wie beim Nachspritzen von thermoplastischem Kunststoff zum
Zwecke der vollständigen Füllung der Hohlkammer 5 wird auch beim Verdrängen des
überschüssigen Materials aus der
Hohlkammer 5 eine gewisse Kompression
des in dieser Hohlkammer verbleibenden Materials bewirkt und dadurch die jeweils
gewünschte Struktur des Vorformlings erreicht. Diese Struktur läßt sich einer seits
durch den in der Fülleinheit aufrechterhaltenen Druck, andererseits aber auch durch
die jeweils gewählte Einstellung der Ventilnadel 8 bestimmen.
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Im letzteren Falle kann es vorteilhaft sein, wenn die Ventilnadel
8 so ausgebildet ist, daß sie nicht nur die Düsenöffnung der Fülleinrichtung zu
verschließen vermag, sondern auch noch in die Endöffnung 6 der Hohlform 1 eindringt,
und diese bündig mit der Innenkontur der Hohlform 1 abschließt. Diese Ausgestaltung
der Ventilnadel 8 ist deutlich aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich und hat den Vorteil,
daß der fertige Vorformling in seinem Bodenbereich keine Angußwarze erhält.
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Zu erwähnen ist noch, daß der Formkern 3 nicht unbedingt vor dem oder
während des Einfließens der Vorfüllmenge des thermoplastischen Kunststoffs durch
einen besonderen Antrieb aus der Hohlform 1 herausbewegt werden muß. Vielmehr ist
es auch möglich, den Formkern 3 entgegen einer geringen Rückhaltekraft durch den
in die Hohlform einfließenden thermoplastischen KL stoff entsprechend zu verdrängen.
Das darauffolgende Einfahren des Formkerns in die Hohlform 1 muß dann jedoch durch
eine geeignete Antriebsvorrichtung bewirkt werden.
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Da nach dem vorbeschriebenen Herstellungsverfahren unter Benutzung
der erläuterten Vorrichtung eine kurze Fertigungszeit für jeden einzelnen Vorformling
erreicht wird, kann der thermoplastische Kunststoff mit geringerer Ausgangstemperatur
verarbeitet werden und führt infolgedessen zu einer Qualitätsverbesserung der Vorformlinge.
Auch lassen sich ohne weiteres Vorformlinge herstellen, die eine von einem Hohlzylinder
abweichende Form, insbesondere eine konische Gestalt aufweisen.
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Die Herstellung konisch gestalteter Vorformlinge ist insofern vorteilhaft,
als bei teilweise aus der Hohlform 1 herausgezogenem Formkern der Ringspalt zwischen
den Wandungen der Hohlform 1 und dem Formkern 3 einen größeren Querschnitt haben,
als bei völlig in die Hohlform 1 eingeschobenem Formkern 3.
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Durch diesen Umstand wird beim Einschieben des Formkerns 3 in die
mit thermoplastischem Material vorgefüllte Hohlform nicht nur die Strömungsgeschwindigkeit
des verdrängten Materials stetig erhöht, sondern letztendlich ergibt sich auch eine
zusätzliche Kompressionswirkung in radialer Richtung auf das die Hohlkammer 5 völlig
ausfüllende thermoplastische Material.
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Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß es auch mög -lich ist,
an Stelle der Ventilnadel 8 ein Rückschlagventil vorzusehen, das entweder in die
Endöffnung der Hohlform 1 oder aber in die Düsenöffnung der Fülleinrichtung eingebaut
ist und das während des Aufbaus einer Kompression im Vorformling ein Rückströmen
von thermoplastischem Kunststoff in die Fülleinrichtung verhindert.