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Verfahren zur Herstellung einer Glas flasche
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Glasflasche,
insbesondere einer Glasflasche mit einem sehr geringen Gewicht.
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Es ist seit langem Verfahren zur Herstellung von Glasflaschen bekannt,
die einerseits ein geringes Gewicht und andererseits eine möglichst gute mechanische
Festigkeit aufweisen. In den USA werden beispielsweise Bierflaschen in einem großen
Umfang hergestellt, die ein Gewicht von etwa 200 g aufweisen. Derartige Flaschen
haben jedoah unterschiedliche Wandstärken. Die Bereiche mit einer minimalen Wandstärke
müssen deshalb eine ausreichende Festigkeit aufweisen, damit sie gegenüber üblichen
Testverfahren ausreichend widerstandsfähig sind und ohne Bruchgefahr ein Verschließen
mit einem Kronkorken in einer Abfüllmaschine ermöglichen und außerdem eine ausreichende
mechanische Festigkeit bei Überdruck des Inhalts aufweisen, insbesondere wenn eine
starke Erwärmung der Flasche erfolgt. Wenn die Bereiche mit minimaler Wandstärke
eine ausreichende Festigkeit besitzen, bedeuten andererseits dickere Wandstärken
in den übrigen Bereichen eine Material- und Energieverschwendung.
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Bei bekannten Herstellungsverfahren findet ein Külbel Verwendung,
der nur etwas kürzer als die Höhe der Blasform ist, in der die Flasche fertiggestellt
wird. Dieser Külbel wird in die Blasform
eingeführt, in welcher
er aufgrund seines Eigengewichts während einer vorherbestimmten Zeitspanne vor dem
Blasen fließen kann, wobei gewöhnlich Preßluft dem Innenraum des Külbeis zugeführt
wird, um-dessen Außenfläche gegen die Wand der Form anzudrücken.
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Ein kurzer Külbel, dessenZänge etwa 75% oder weniger als die Höhe
der Form ausmacht, kann wegen seines geringeren Verhältnisses von Länge zu mittlerem
Durchmesser einfacher und gleichförmiger hergestellt werden. Ein kürzerer Külbel
kann auch in die schießliche Blasform schneller mit geringeren Deformationen übertragen
werden, weil die dabei an dem Külbel auftretenden Zentrifugalkräfte und Schwerkräfte
durch den Abstand des Schwerpunkts des Rülbels von der Schnittstelle des Radius
des Übertragungsarms mit der Mittellinie des Külbels verstärkt werden. Wenn ferner
das Gewicht einer gegebenen Glas flasche auf den praktisch möglichen Minimalwert
verringert wird, ist zur Herstellung eines Kdlbels-konventioneller Länge und Ausbildung
nicht mehr genug Glasmaterial verfügbar. Wenn der Glasklumpen die Form berührt,
kühlt er sich mit 0 einer Rate von 1700°C pro Sekunde ab. Dies bedeutet, daß sich
seine Temperatur in 0,1 Sekunden um 170°C erniedrigt, so daß ein kürzerer Külbel
mit einem geringeren Verhältnis von Oberfläche zu Masse erforderlich ist, um eine
so schnelle Auskühlung der Glasmasse zu verhindern, die zu strukturellen Fehlern
oder dazu führen könnte, daß das Glas nicht mehr verformbar ist.
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Ein kurzer Külbel erfordert soviel Umschmelzzeit und Laufzeit (weil
eine Bewegung um mehr als das Fünffache erfolgen muß und die Schwerkraft aufgrund
des geringeren Gewichts geringer ist), daß im Hinblick auf die Arbeitesgeschwindigkeit
eine unwirtschaftliche Arbeitsweise verursacht würde.
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Um die Leistung bei der Herstellung von Flaschen mit gleichförmigerer
Wandstärke mindestens gleich der Leistung von üblichen Maschinen zu machen, können
eine Anzahl von Blasformen jeder Vorform zugeordnet werden. Eine derartge Vorrichtung
ist mit Formstationen üblicherweise verwendeter Hartford-IS-Maschinen kompatibel.
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Durch die Erfindung soll ein Verfahren zur Herstellung einer Glasflasche
geschaffen werden, bei dem ein kurzer Külbel in eine Blasform eingesetzt-wird, welcher
bis zu einem Punkt gestreckt wird,
bei dem sich der Boden des Külbels
nahe an dem Boden der Form befindet, aber diese nicht berührt, wobei der Streckmechanismus
ausser Berührung mit dem Külbel gebracht wird, und wobei der Külbel durch Erzeugung
eines Vakuums auf seiner Außenseite oder durch Druckluft in seinem Innenraum expandiert
wird. Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung, wobei zunächst eine Übertragung eines Külbels
von einer Vorform in eine Blasform erfolgt; Fig. 2 eine schematische Schnittansicht
der Vorrichtung nach über tragung der Külbel in die Blasform und nach der Freigabe
durch den Übertragungsmechanismus; Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Darstellung
nach dem Strecken der Külbel; Fig. 4 eine Fig. 3 entsprechende Darstellung nach
der Freigabe der Külbel durch den Streckmechanismus; und Fig. 5 eine Fig. 4 entsprechende
Darstellung nach Fertigstellung der Flaschen.
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Zur Durchführung des Verfahren gemäß der Erfindung können unterschiedliche
Vorrichtungen verwendet werden. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
einer derartigen Vorrichtung wird zunächst ein Külbel P in einer Vorform ausgebildet
und an seinem Halsende 10 durch einen geteilten Hals ring 12 gehaltert. Unter dem
Halsende 10 ist ein vergrößerter Flansch 11 ausgebildet, dessen Zweck später noch
näher erläutert werden soll. Dem Halsring 12 ist ein Führungsring 14 zugeordnet.
Der Führungsring 14 und der Halsring 12 werden von Einem üblichen Übertragungsarm
16 abgestützt, der den Külbel P von der Vorform in eine Lage verschwenkt, aus der
er in eine Blasform 18 eingeführt werden kann. Der vorgeformte Külbel weist einen
tiefen zentralen Hohlraum auf.
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Der Übertragungsarm 16 verschwenkt die Külbel P in eine Lage, in der
sie in die geteilte Blasform 18 eingeführt werden können. Die Blasform 18 ist an
einem Träger 20 angeordnet und mit Hilfe eines bekannten Mechanismus betätigbar.
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Die Blasform weist eine Bodenplatte 22 auf und in deren Zentrum
ist
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Plunger 24 vorgesehen,
der aus einer Lage, in der er an die Bodenplatte 22 angrenzt, in eine Lage verschiebbar
ist, in der er sich bis zu einer Höhe erstreckt, die nahezu gleich der Eintrittslage
der Külbel P ist.
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Der zentrale Plunger 24 weist eine Anzahl von kleinen öffnungen 26
auf, die so klein sind, daß Glas nicht in sie hinein fließen kann, die andererseits
jedoch ausreichend groß sind, und in einer solchen Anzahl vorgesehen sind, daß die
Oberseite des Plungers 24 einen Vakuumeingriff mit der Bodenseite des Külbels ermöglicht.
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Ein Vakuumkanal 28 steht mit dem Innenraum des Plungers 24 in Verbindung,
so daß bei der in Fig. 2 dargestellten Lage der Plunger 24 an der Unterseite des
Külbels angreift, wenn ein Vakuum in dem Kanal 28 erzeugt wird.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann der Plunger 24 durch einen Kolben
30, der in einem Zylinder 32 angeordnet ist, angehoben und abgesenkt werden. Wenn
zur Oberseite des Zylinders durch den Kanal 33 Luft zugeführt wird, :wird der Kolben
30 nach unten bewegt. Wenn dem unteren Kanal 34 Luft zugeführt wird, wird der Kolben
nach oben bewegt.
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Wie in Fig. 3 dargestellt ist, wird durch die Kombination des Vakuumeingriffs
zwischen dem Plunger 24 und dem Boden des Külbels P,aie Abwärtsbewegung des Plungers
24 und durch den Sitz des Flanschs 1i auf der Oberseite der Blasform 18 eine mechanische
Streckung des Külbels P bewirkt. Diese Streckung wird fortgesetzt, bis die Bodenunterseite
des Külbels einen Punkt in der Nähe der Bodenplatte 22 erreicht, ohne diese zu berühren.
Während des Streckvorgangs wird der Külbel Etwas in eine Zwischenlage expandiert,
wie in Fig. 3 dargestellt ist., durch die Zufuhr von etwas Blasluft durch den Hals
oder durch die Erzeugung eines geringen Unterdrucks durch die Belüftungsöffnungen
der Blasform 18.
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Wenn der Külbel in dem gewünschten Ausmaß gestreckt ist, wird die
Verbindung des Kanals 28 zu der Vakuumpumpe unterbrochen, um einen Druck in diesem
Kanal aufzubauen, der etwas über dem Atmosphärendruck liegt, damit die Spitze des
Plungers 24 zuverlässig den Boden des Külbels freigibt.
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Beim nächsten Verfahrensschritt wird der Plunger 24 zu einer Stelle
abgesenkt, wo er einen Teil der Bodenplatte 22 bildet.
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Dies wird durch Zufuhr von zusätzlicher Luft in den oberen Kanal 33
bewirkt, der mit der Oberseite des Zylinders 32 in Verbindung steht, so daß sich
die in Fig. 4 dargestellte Lage ergibt.
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Anschließend wird die Flasche geblasen, so daß deren Wände sich in
enger Berührung mit der Form befinden und eine der Formoberfläche entsprechende
Flaschenform aus gebildet wird. Vorzugsweise kann dies in an sich bekannter Weise
durch Evakuierung der Blasform erfolgen. Der die Blasform umgebende Vakuumkanal
36 steht mit dem Innenraum davon über eine Anzahl von kleinen Kanälen 37 in Verbindung.
Die Vakuumkammer 36 steht mit einem Kanal 38 und über diesen mit einer Vakuumpumpe
in Verbindung.
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Anstelle mit Hilfe von Vakuum kann auch eine Zufuhr von Druckluft
in den Innenraum des teilweise expandierten Külbels erfolgen. Vorzugsweise findet
Luft mit einem geringen Überdruck von etwa 3,5 bar (50 PSI) oder weniger Verwendung.
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Unter dem Kolben 30 ist der Plunger 24 mit einem Gewinde 42 versehen.
Mit Hilfe eines Handrads 44 kann die obere, die mittlere und die untere Lage des
Plungers 24 einjustiert werden. Zu diesem Zweck können zahlreiche Einrichtungen
Verwendung finden. Das Handrad 44 berührt den Boden des Hauptgehäuses in seiner
oberen Lage, wodurch die obere Lage des Plungers 24 begrenzt wird. Die untere Lage
wird durch den Kolben 30 bestimmt, der gegen den Boden des Zylinders 32 angschlägt.
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Wie in Fig. 1 dargestellt ist, werden die Külbel durch Verschwenkung
des Übertragungsarms 16 aus der Vorform in die Blasformen 18 bewegt, wobei sie durch
den Halsring 12 und den Führungsring 14 abgestützt werden, welche beide geteilte
Elemente sind und den Külbel in der in Fig. 2 dargestellten Lage freigeben. Danach
werden diese Elemente zu der Vorform zurückbewegt, um den nächsten Satz von Külbeln
zu übertragen.
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Die Külbel greifen an;ir Oberfläche des Plungers 24 an und werden
mechanisch gedehnt, indem ein Vakuum in dem Innenraum des Plungers erzeugt wird,
das über die kleinen öffnungen 26 wirksam ist. Der Vakuumeingriff reicht aus, um
ein virtuelles Anhaften zwischen
der Unterseite des Külbels und
der Oberseite des Plungers 24 zu bewirken. Wenn der Plunger 24 abgesenkt wird, wird
der Külbel P entsprechend Fig. 3 gedehnt und etwas Blasluft kann-in den Innenraum
des Külbels eingeführt und/oder ein Vakuum in dem Außenraum des Külbels erzeugt
werden, um ein leichtes Ausbeulen des Külbels zu bewirken Die Külbel haben Seitenwände
mit einer sehr gleichförmigen Wandstärke, weil sie mit einer genau angeordneten
zentralen Luftblase gepreßt wurden. Diese Gleichförmigkeit wird nicht durch das
Ausdehnen der Xülbel gestört. Wenn die Külbel teilweise in den Fig. 3 dargestellten
Zustand expandiert sind, bleibt die Glasverteilung in den Seitenwänden gleichförmig.
In diesem Zu'-stand werden die Külbel von dem Flansch 11 am Halsende 10 abgestützt,
der auf der Oberseite der Blasform 18 angreift. Im unteren Ende der Külbel ist im
ausgedehnten Zustand zusätzliches Glas vorhanden. Dieses Glas wird zur Ausbildung
des Bodens-der Flaschen benötigt, wenn die Külbel vollständig expandiert werden.
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Sobald die Külbel in die vorherbestimmte Zwischenlage heruntergezogen
werden, wird der Eingriff mit den Plungern 24 aufgehoben, indem die Verbindung zu
der Vakuumpumpe unterbrochen wird und Druckluft mit geringem Überdruck den Kanälen
28 zugeführt wird.
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Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein in Fig. 2 dargestelltes Dreiwegeventil
Verwendung finden. Danach wird die Oberfläche jedes Plungers 24 ein Teil der Bodenplatte
22 der Blasform 18, so daß nach dem Expandieren durch Vakuum oder Druckluft in den
Fig.
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5 dargestellten Zustand der Boden der fertiggestellten Flasche die
gewünschte Form aufweist. Da die Seitenwänder der Külbel vor dem Blasen eine sehr
gleichförmige Wandstärke aufweisen, und weil das Blasen mit Hilfe von Vakuum oder
durch Druckluft mit geringem Überdruck bewirkt wird, wird die gleichförmige Wandstärke
der Seitenwände aufrechterhalten. Die Waffdstärke des Bodens wird durch die Glasmenge
bestimmt, die in dem Külbel nach dessen Ausdehnung in den in Fig. 4 dargestellten
Zustand verbleibt sowie durch EinNstierung der Lage, in welcher der Dehnvorgang
beendet wird.
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Durch die Verwendung des beschriebenen Verfahrens können Flaschen
der eingangs genannten Art hergestellt werden, die anstelle von etwa 200 g ein Glasgewicht
von nur etwa 120 g aufweisen. Dies bedeutet
beträchtliche Einsparungen
sowohl hinsichtlich des erforderlichen Glas-Rohmaterials, hinsichtlich der zur Herstellung
der Flaschen erforderlichen Energie, als auch hinsichtlich der Versandkosten für
die Flaschen. Ein wesentlicher praktischer Vorteil besteht auch darin, daß ein Kasten
Bier mit 24 Flaschen dieser Art ein um etwa 2 kg verringertes Gewicht aufweist.