DE3124523C2 - Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff - Google Patents
Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkörpern aus thermoplastischem KunststoffInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen von
Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem gleichzeitig eine
Anzahl von Vorformlingen aus einem Strom des Kunststoffes spritzgegossen
wird, bei dem die Vorformlinge nach Vorkühlen zum Temperieren überführt
werden und bei dem nach dem Temperieren die Anzahl der Vorformlinge
gleichzeitig zu den Hohlkörpern streckblasgeformt wird.
In den vergangenen Jahren wurden bedeutende Bemühungen hinsichtlich der
Herstellung von Kunststoffflaschen als Ersatz oder teilweiser Ersatz für
Glasflaschen unternommen. Die Verwendung solcher Flaschen beruht auf der
Tatsache, daß Kunststoff, wie Polyäthylen Terephthalat (PET), wenn es
molekular gestreckt bzw. gedehnt ist, zäher bzw. härter, jedoch leichter
als Glas ist.
Gemäß dem Stand der Technik wurden molekularorientierte Behältnisse, wie
Kunststoffflaschen, zweistufig oder einstufig hergestellt.
Bei der zweistufigen Herstellung wird ein einem dicken Testrohr ähnelnder
Vorformling zunächst in einer Spritzgießform durch Spritzformen herge
stellt, und zwar in einem von dem Blasformschritt vollständig separaten
Betriebsvorgang. Der Vorformling hat einen vollständig fertigen Hals mit
dem notwendigen Gewinde und einen Halsring zum Erleichtern der stromab
wärtigen Handhabung. Der Vorformling, der bei einer 2-Liter-Flasche etwa
178 mm (7 Zoll) lang ist, wird auf Raumtemperatur abgekühlt und für ein
nach folgendes Blasen zu der fertigen Flasche in einer Blasform unterge
bracht. Zum Zeitpunkt des Blasens ist der Vorformling in eine Wiederauf
heiz-Streck-Blas-Formmaschine eingeführt, wo der Vorformling erhitzt,
mechanisch longitudinal gestreckt (allgemein mittels eines auslaßbaren
Kernbolzens, der gegen den Boden der Vorform stößt) und mit komprimierter
Luft expandiert oder geblasen wird. Das longitudinale Strecken und das
biaxiale Blasen orientieren die PET Moleküle, was zu einer verbesserten
Festigkeit, günstigeren Sperreigenschaften und einer besseren Klarheit
führt.
Bei der einstufigen Herstellung erfolgt das Vorformling-Spritzformen und
der Streck-Blasformvorgang in derselben Maschine. Die Betriebsfolge ist
grundsätzlich dieselbe, jedoch mit dem Unterschied, daß ein geringeres
Abkühlen und Wiederaufheizen des Vorformlings erfolgt. Der Vorformling
wird in einer Spritzgießform spritzgeformt, bei maximaler Temperatur aus
der Spritzgießform entnommen, direkt durch eine oder mehrere Temperatur
konditionierungsstationen überführt, um die passende Blastemperatur zu
erreichen, und dann bei der Blastemperatur zu einer Blasform überführt,
wo der Vorformling zu der fertigen Flasche geblasen wird.
Es wurden auch zweistufige Herstellungsarten entwickelt, bei denen die
Vorformlinge extrudiert bzw. stranggepreßt, auf eine vorgeschriebene
Länge geschnitten, in einem Ofen wiedererhitzt und in eine Streck-
Blasformmaschine geführt werden, in der in einem einzigen Betriebsvor
gang der Hals geformt, der Vorformling mechanisch gestreckt sowie gebla
sen und der Boden abgekniffen werden. Es wurden auch einstufige Herstel
lungsarten entwickelt, bei denen ein Külbchen (parison) extrudiert bzw.
stranggepreßt und in einer Form zu einem Vorformling geblasen wird,
wonach der Vorformling in einer anderen Form zu einem fertigen Produkt
biaxial gestreckt und geblasen wird, wobei alle diese Betriebsvorgänge
in einer einzigen Maschine stattfinden.
Verschiedene einstufige Herstellungsarten und Vorrichtungen für das
Ausbilden verschiedener Arten von Kunststoffartikeln sind in den
DE-OS 28 20 135 und 28 25 866 offenbart.
Die einstufigen und die zweistufigen Verfahren haben gewisse Vorteile
und Nachteile. Zu den Vorteilen einer zweistufigen Herstellung gehört
es, daß eine effiziente und wirksame Benutzung der Külbchenausbildungs-
und Blasstationen erfolgen kann, die nicht integriert sein müssen. Der
Vorformling kann an einer zentralen Stelle geformt und zu verschiedenen
Anlagen zum Blasen und Füllen gebracht (shipped) werden. Vorformlinge
für eine 2-Liter Kohlensäuregetränkeflasche nehmen nur 180 Kubikzentime
ter Verladeraum ein, also weniger als 10 Prozent des Volumens, das von
der fertigen Flasche eingenommen wird.
Vorformlinge können somit an einer Stelle durch einen erfahrenen Former
hergestellt und zu einem Getränkeflaschenhersteller (beverage bottler)
an einer anderen Stelle geleitet werden, der die Blasformmaschine ohne
Kenntnis des Kunststoffschmelzvorgangs betätigen kann.
Es geht jedoch eine beträchtliche Wärmeenergie während des Gesamtvorgangs
verloren, da der Vorformling nach dem Ausbilden während der Speicherung
abgekühlt und dann zum Zeitpunkt des Blasens wiedererhitzt wird. Darüber
hinaus müssen die Vorformlinge von der Speicherung zu der Blasstation
geleitet werden, was zu einer doppelten Handhabung führt.
Die einstufige Herstellung eliminiert den Wärmeverlust und ein doppeltes
Handhaben. Es wird ungefähr 50 Prozent weniger Energie pro Flasche
während des Wiedererhitzungsteils des Betriebsvorgangs verbraucht.
Zusätzlich wird bei der einstufigen Herstellung ein kontinuierliches
mechanisches Ergreifen an dem Hals einer jeden Flasche aufrechterhalten,
und zwar von der Vorformling-Formungsstufe bis zu den Streck-Blasform
stufen. Dieses bedeutet, daß keine Notwendigkeit für ein Freigeben und
Wiederergreifen der Flasche besteht, wodurch eine mögliche Quelle für
ein Verformen und Verändern (disfiguration) infolge eines Kontakts
zwischen dem Vorformling und anderer Körper eliminiert wird. Zusätzlich
werden bei dieser Behandlung die Vorformling-Temperatur sehr hoch gehal
ten und eine gleichförmige Temperatur über die gesamte Wandung dicke des
Vorformlings erreicht, was ein Niederdruckblasen mit einer genauen
Dimensionssteuerung zuläßt, wodurch die Behandlungskosten reduziert und
die Produktqualität verbessert werden.
Die Vorteile der einstufigen Herstellung werden jedoch gemindert, da
herkömmlich die einzelnen Komponenten des Systems als eine zusammenhän
gende Einheit aufgebaut sowie eingerichtet sind und keine wirksame
Ausnutzung der verschiedenen Systemkomponenten realisiert wird. Auch
sind die Systeme nicht so schnell, wie es für eine kommerzielle Herstel
lung erwünscht ist. Für jede Vorformlings-Station ist eine entsprechende
Blasstation vorgesehen. Da die für die Vorformlingsherstellungsstufe
erforderliche Zeit weitgehend größer als diejenige der Blasstufe ist,
erfolgt eine unwirtschaftliche Ausnutzung der Blasstation.
Zwar wird in der bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art die Zeit
zur Vorformlingsherstellungsstufe und der Blasstufe minimiert, jedoch
sind hier den einzelnen Spritzgießformen jeweils nur eine Streck-Blas
formvorrichtung zugeordnet, wodurch es zu einer ungenügenden Kapazitäts
auslastung kommt. Zudem macht die Anordnung nach DE-OS 28 25 866 es
nötig, daß die Formlinge zwischen der Spritzgießformstufe und der Streck-
Blasformstufe in einem Speicherbereich zwischengelagert und wiederholt
behandelt werden müssen.
Die einstufigen und die zweistufigen Herstellungsarten haben einen
weiteren Nachteil. Bei beiden Herstellungsarten arbeitet der zum Schmel
zen des Kunststoffs und zum Einspritzen desselben in die Spritzgießform
benutzte Teil der Maschine sequentiell, und es erfolgt während eines
Hauptteils seines Zyklus ein Leerlaufen. Somit wird einer der wesent
lichen Teile der Vorrichtung unwirtschaftlich genutzt.
In den Vorrichtungen nach DE-OS 28 20 135 und DE-OS 28 25 866 wird das
Harz zwar kontinuierlich eingespritzt, jedoch kommt es schon in der
Spritzgießform zu einem durch Abkühlung verursachten Schrumpfungsprozeß
der Vorformlinge.
Da die Beliebtheit gewisser Kunststoffartikel, insbesondere vom PET
Kunststoffflaschen, wie sie in der Industrie für alkoholfreie Getränke
benutzt werden, gestiegen ist, ist auch der Bedarf für eine gesteigerte
Produktion von Kunststoffartikeln gestiegen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die einstufige Herstel
lung von Hohlkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen in einer Weise
zu gestalten, daß die verschiedenen System-Komponenten wirksam ausge
lastet werden und die thermische Kontraktion des Kunststoffes kompensiert
wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gelöst, die die
Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Erfindung ist Gegenstand des
Unteranspruchs 2.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung zum Herstellen
hohler Kunststoffartikel, wie Flaschen oder anderer Behältnisse, unter
Anwendung einer einstufigen Herstellung, bei dem die Produktionsge
schwindigkeiten größer sind, als es bisher unter Anwendung bekannter
einstufiger Einspritz-Blasform-Ausrüstungen möglich war. Die vorliegende
Erfindung überwindet die Beschränkungen der bekannten Spritzformmaschi
nen, die bei der Ausbildung von Vorformlingen benutzt worden sind. Die
bekannte Spritzform-Ausrüstung für das Ausbilden von Vorformen hat die
Menge an erzielbaren Vorformen beschränkt. Zusätzlich überwindet die
vorliegende Erfindung die Unwirtschaftlichkeit der bekannten einstufigen
Verfahren, die eine separate Vorformlings-Formstation für jede Blas
station erforderlich machen, auch wenn Vorformlinge zu den fertigen
Artikeln mit einer Geschwindigkeit geblasen werden können, die die
Geschwindigkeit übersteigt, mit der sie geformt werden.
Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung steigert den Produktions
wirkungsgrad und überwindet die Nachteile der bekannten Systeme, indem
eine kontinuierliche Strangpreßformung bei der Ausbildung von Vorformlin
gen anstelle der bekannten Spritzformung verwandt wird. Gemäß der vor
liegenden Erfindung wird ein kontinuierlich arbeitender Extruder benutzt,
um ein plastiziertes bzw. erweichtes Material vorzusehen, das sequenti
ell in eine einer Mehrzahl von Spritzgießformen geleitet werden kann.
Bei der dargestellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können
sogar acht oder mehr Spritzgießformen benutzt werden, die alle von einem
einzigen Extruder versorgt werden.
Wenn die Vorformlinge fertiggestellt sind, können mehrere Überführungs
geräte die Vorformlinge von den Spritzgießformen zu einer entsprechenden
Anzahl von Streck-Blasformmaschinen überführen, die den Betriebsvorgang
durch Konditionieren der Vorformlinge, durch Strecken bzw. Dehnen und
durch Blasen derselben zu den fertigen Kunststoffartikeln vervollstän
digen.
Die Vorrichtung ermöglicht nicht nur das Herstellen von fertigen Produk
ten übereinstimmenderer Qualität, sondern auch einen energetisch wirt
schaftlicheren Betrieb. Außerdem werden zusätzliche Nebenprodukt-Be
triebsvorgänge und äußere Handhabungsvorgänge vor dem Blasbetrieb gelin
dert bzw. vermindert.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung zum Herstellen
geformter Kunststoffartikel aus einem thermoplastischen Harzmaterial.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird plastiziertes bzw. erweichtes
Harz zu einem heißen, unter Druck gesetzten Strom extrudiert, und dieser
Harzstrom wird zu einem verzweigten Zulaufsystem geleitet, welches zu
einer Mehrzahl von Spritzgießformen führt. Der Strom wird nacheinander
in jede Spritzgießform geleitet, um diese zum Formen eines Artikels bzw.
Gegenstands mit Harz zu füllen. Nachdem jede Spritzgießform weitgehend
gefüllt ist, wird zwischen der Spritzgießform und dem Druckstrom eine
offene Verbindung aufrechterhalten, um die thermische Kontraktion beim
Abkühlen des Artikels in der Spritzgießform zu kompensieren, während
eine andere Spritzgießform von dem Harzstrom gefüllt wird. Nachdem jeder
Artikel ausreichend abgekühlt ist, wird seine Spritzgießform von dem
Strom abgeschnitten bzw. abgetrennt. Jede derartige Spritzgießform wird
dann geöffnet, und der geformte Artikel wird aus der Spritzgießform
entnommen.
Diese Extrudierformherstellung kann auch in die Blasformherstellung der
vorliegenden Erfindung eingebaut werden. Bei dieser Art der Herstellung
wird plastiziertes Harz in einem heißen Strom extrudiert, und der Harz
storm wird sequentiell in eine Mehrzahl von Spritzgießformen geleitet,
die in zumindest zwei Formensätzen angeordnet sind, wobei sich jeweils
zwei oder mehr Spritzgießformen in jedem Satz befinden. Eine oder mehrere
der Vorformlinge werden in jeder Form geformt. Die Vorformlinge werden
nacheinander von jeder Spritzgießform eines jeden Satzes zu einer Blas
vorrichtung überführt, bevor die Vorformlinge weitgehend abkühlen. Für
jeden Formensatz ist eine separate Blasvorrichtung vorgesehen. In dieser
werden die Vorformlinge konditioniert, wenn erforderlich gestreckt bzw.
gedehnt und schließlich zu den fertigen Artikeln geblasen.
Die Vorrichtung nach vorliegender Erfindung zum Herstellen geformter
Kunststoffartikel aus einem plastischen Harzmaterial weist einen Extruder
zum Erzeugen eines Stroms von plastiziertem Harzmaterial auf. Ein ver
zweigtes Zulaufsystem zum Aufnehmen des Stroms von plastiziertem Harzma
terial erstreckt sich von dem Extruder. Mit dem Zulaufsystem ist eine
Mehrzahl von Spritzgießformen zum Ausbilden geformter Artikel von dem
durch das Zulaufsystem erhaltenen plastizierten Material verbunden. In
dem Zulaufsystem befinden sich Ventilmittel, die jeder Spritzgießform
zugeordnet sind, um den Strom von plastiziertem Harz nacheinander zuzu
führen und jede Spritzgießform von dem Strom abzuschneiden bzw. abzu
trennen, wenn die Spritzgießform zum Entfernen des Kunststoffgegenstands
geöffnet wird.
Die Spritzgießformen können in zwei oder mehr Sätzen angeordnet sein,
welche jeweils zumindest zwei Spritzgießformen haben. Es können Mittel
zum Blasen der geformten Artikel oder Vorformlinge zu fertigen Artikeln
vorgesehen sein. Die Anzahl von Blasmitteln entspricht der Anzahl von
Formensätzen. Es können auch Mittel zum Überführen der Vorformlinge von
jedem Formensatz zu den entsprechenden Blasmitteln vorgesehen sein.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung die die Draufsicht der Vorrichtung zeigt, näher erläutert.
Es ist eine Vorrichtung dargestellt, die zum Herstellen von
fertigen Kunststoffartikeln benutzt werden kann. Die Vorrichtung enthält
einen Extruder (10). Dieser ist von einer herkömmlichen Art und ausrei
chend bemessen, um einen in der benötigten Weise plastizierten bzw.
erweichten Harzstrom zu erzeugen. Der Extruder (10) kann von dem Typ
sein, der handelsüblich ist und allgemein in Kunststoff-Strangpreßma
schinen benutzt wird. Es ist festzustellen, daß ein 105 mm Schnecken-
Extruder für einen typischen Großproduktionsbetrieb benutzt werden kann.
Das heiße plastizierte oder geschmolzene Harzmaterial von dem Extruder
(10) gelangt von dem Extruderkopf über ein Zulaufsystem (12), das aus
einer Mehrzahl von eng bemessenen Röhren oder Rinnen (runners) gebildet
ist, in die Spritzgießformen. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausfüh
rungsform zweigen insgesamt vier Röhren (14, 15, 16 und 17) von dem
Extruderkopf ab. Jede der Röhren (14-17) verzweigt in ein Paar von
Röhren (19-26), die zu einer Mehrzahl von Spritzgießformen (28-35)
führen.
Jede der Röhren (19-26) hat ein Ventil (37-44), um ein Eintreten des
geschmolzenen Stroms in die Spritzgießform zu ermöglichen. Bei der in
Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind insgesamt acht Spritzgießformen
(28-35) vorgesehen, wobei jede ein Ventil (37-44) zum Steuern des Kunst
stoffstroms in die Form hat. Jedes der Ventile (37-44) ist ein soge
nanntes Bolzen- bzw. Nadel-Typ Ventil zum Öffnen und Schließen des ge
schmolzenen Stroms zum Hohlraum. Die Ventile (37-44) werden durch dop
peltwirkende Kolben betrieben. Jede der Spritzgießformen (28-35) ist von
einem herkömmlichen Typ, um Vorformlinge von einem periodischen Strom
aus Kunststoffmaterial herzustellen, wie er von einer Einspritzform
maschine erzeugt wird. Der Extruder (10) wird anstelle einer Einspritz
einheit an einer Formmaschine benutzt, und es wird ein kontinuierlicher
Strom von plastiziertem bzw. erweichtem Material vorgesehen. Jede Spritz
gießform (28-35) kann einen oder mehrere Vorformhohlräume haben. Zwei
bis vier solcher Hohlräume würden üblich sein, und in Fig. 1 sind vier
Hohlräume dargestellt. Ein Vorformling wird in jedem Hohlraum gebildet.
Die Ventile (37-44) könnten anstatt in den Verteilungsröhren (19-26)
alternativ in den Formen vorgesehen sein. Alternativ könnte ein Ventil
auch an dem Eingang (allgemein "Tor" genannt) in jedem der Vorformhohl
räume in der Spritzgießform angeordnet sein.
Die Spritzgießformen (28-35) sind in Gruppen oder Sätzen vorgesehen, und
bei der dargestellten Ausführungsform bilden zwei angrenzende Spritzgieß
formen einen Satz. Für jeden Satz (oder für jedes Paar) von Spritzgieß
formen (28-35) ist ein Überführungsgerät (46-49) vorgesehen. Jedes
dieser Geräte kann die Vorformlinge von einer Form eines Satzes der
Spritzgießformen (28-35) entfernen und zu einer drehbaren Streck-Blas
formvorrichtung (stretch-blow-molding apparatus) überführen. Für jedes
der Überführungsgeräte (46-49) ist eine Streck-Blasformvorrichtung (51-
54) vorgesehen. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform werden
insgesamt acht Spritzgießformen in einem System benutzt, in dem das
Ausbilden eines Vorformling die zweifache Zeit benötigt, die zum Strecken
bzw. Dehnen und Blasen des Vorformlings zu dem fertigen Artikel erfor
derlich ist. Es ist deshalb für jede Streck-Blasformvorrichtung ein Satz
von zwei Spritzgießformen vorhanden, und es sind insgesamt vier Über
führungsgeräte (46-49) und vier drehbare Streck-Blasformvorrichtungen
(51-54) vorgesehen. Die Überführungsgeräte (46-49) können von mehreren
verschiedenen Arten und von dem in der Technik allgemein bekannten Typ
sein, wie er in den US-Patenten 4 011 039 und 4 106 886 offenbart ist.
Es ist auch festzustellen, daß speziell gestaltete Überführungsgeräte
benutzt werden können.
Die drehbare Streck-Blasformvorrichtung (51-54) kann eine typische
Formstationsvorrichtung sein, die Stationen enthält, an denen die Formen
gleichförmig konditioniert oder auf eine passende Temperatur erhitzt und
anschließend gestreckt bzw. gedehnt sowie zu einem fertigen Artikel
geblasen werden, und zwar gemäß bekannter Prinzipien der Blasformtechnik.
Vorzugsweise enthält jede der Vorrichtungen (51-54) auch eine Station,
an der der fertige Artikel so ausgestoßen wird, daß die Gegenstände
automatisch auf einem Fördermechanismus angeordnet werden. Obwohl es
beabsichtigt ist, daß die drehbare Streck-Blasformvorrichtung für den
vorliegenden Zweck speziell gestaltet und ausgebildet ist, können geeig
nete bekannte Vorrichtungen benutzt werden, wie diejenigen gemäß den US-
Patenten 3 596 315, 3 963 404, 3 986 807 und 4 141 680.
Pelletisiertes thermoplastisches Harzmaterial wird, nachdem es in einer
herkömmlichen Weise getrocknet ist, von dem Extruder (10) auf einer
kontinuierlichen Basis zu einem geschmolzenen Strom plastiziert bzw.
erweicht. Der von dem Extruder (10) erzeugte Druckstrom wird von dem
Extruderkopf durch das Zulaufsystem (12) zu einer ersten Spritzgießform
und dann nacheinander zu den anderen Spritzgießformen geleitet. Bei
spielsweise fließt der Schmelzstrom zuerst durch das offene Ventil (37),
um die Spritzgießform (28) zu füllen, während alle anderen Ventile (38-
44) geschlossen sind. Dann wird die Spritzgießform (30) durch Öffnen des
Ventils (39) gefüllt. Die Verteilungsröhre (19) zu der zuvor gefüllten
Spritzgießform (28) wird offengehalten, um einen Ausfülldruck und eine
kleine Menge von geschmolzenem Auffüllungsharz vorzusehen, und zwar zum
Kompensieren des während der Abkühlung auftretenden Schrumpfungsvorgangs.
Dieser Druck wird auch benutzt, um die nächste Spritzgießform (30) zu
füllen. Nach einer minimalen Zeitperiode, in der ein ausreichendes
Abkühlen und ein Schrumpfungskompensationsstrom möglich sind, können das
Ventil (37) geschlossen und der gebildete Vorformling aus der Spritzgieß
form (28) entfernt werden. Die Spritzgießformen (32, 34, 29, 31, 33 und
35) werden dann nacheinander in derselben Weise durch aufeinanderfol
gendes Öffnen der Ventile (41, 43, 38, 40, 42 und 44) gefüllt. Es erfolgt
ein ständiger Strom von plastiziertem Harz von dem Extruder 10 in das
Zulaufsystem (12). Die Drehgeschwindigkeit der Schnecke des Extruders
(10) ist konstant, und der Ausstoß des Extruders wird an die Erforder
nisse der Spritzgießformen angepaßt. Anders als bei Einspritzformvorrich
tungen befindet sich kein Schließventil am Auslaß des Extruders (10).
Jede Spritzgießform (28-35) wird durch den unter Druck stehenden ge
schmolzenen Strom nach Art eines Eindringens gefüllt. Alle Spritzgieß
formen (28-35) sind übereinstimmend und werden nachfolgend unter Bezug
nahme auf die Spritzgießform (28) beschrieben. Wenn angenommen wird, daß
der individuelle Zyklus der Spritzgießform (28) X Sekunden beträgt,
erfolgt das Hohlraum-Ausfüllen während eines Bruchteils von X Sekunden,
das heißt X/c, wobei c die Gesamtzahl der benutzten Spritzgießformen ist
und bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel (8) beträgt. Das
der Spritzgießform (28) zugeordnete Ventil (37) bleibt offen, wie es für
jegliches zusätzliches Auffüllen zum Kompensieren der thermischen Kon
traktion und zum Aufrechterhalten eines Formenkontakts für eine maximale
Wärmeübertragung während des anfänglichen Teils des Kühlvorgangs erfor
derlich ist. Danach wird das Ventil (37) geschlossen. Mittlerweile hat
das Ventil (39) unmittelbar nach dem anfänglichen Füllen der Spritzgieß
form (28) geöffnet, wodurch der Strom der Schmelze von dem Zulaufsystem
(12) in die Spritzgießform (30) gelangt. Nachdem das Ventil (37) ge
schlossen ist, werden die geformten Vorformlinge in der Spritzgießform
(28) weiter gekühlt, die Spritzgießform geöffnet, die Vorformlinge
entfernt und die Spritzgießform wieder geschlossen. Ein ähnlicher For
mungszyklus beginnt alle X/c Sekunden für jeweils eine der anderen
Spritzgießformen (30, 32, 34, 29, 31, 33 und 35). Alle X/c Sekunden wird
eine der Spritzgießformen gefüllt, und das Ventil für jede Spritzgießform
bleibt offen, wie es für ein zusätzliches Auffüllen zum Kompensieren der
thermischen Kontraktion und zum Aufrechterhalten des Formenkontakts für
einen maximalen Wärmeübergang während des anfänglichen Teils des Ab
kühlens erforderlich ist. Danach wird das Ventil (37) wieder geöffnet,
so daß die Spritzgießform (28) erneut aufgefüllt zu werden beginnt,
womit ein anderer Formzyklus anfängt. Alle X/c Sekunden wird eine der c
Spritzgießformen in einer ähnlichen Weise gefüllt. Deshalb werden alle X
Sekunden alle Spritzgießformen gefüllt, und der Ausstoß des Extruders
(10) wird auf einer kontinuierlichen Basis vollständig ausgenutzt.
Der Betrieb der Spritzgießformen ist sequentiell. Die Ventile (37-44)
werden so gesteuert, daß sie in gleichen Zeitabständen bzw. -intervallen
aufeinanderfolgend öffnen, wobei alle X/c Sekunden ein Ventilöffnungs
vorgang erfolgt. Die Betriebsfolge ist dergestalt, daß jedes Ventil in
jedem Ventilsatz in gleichen Zeitabständen mit den anderen des Satzes
öffnet. Beispielsweise ist bei der dargestellten Ausführungsform, bei
der zwei Ventile in jedem Satz vorhanden sind, wie die Ventile (37 und
38), das Zeitintervall zwischen dem Öffnen des ersten Ventils (37) und
dem Öffnen des zweiten Ventils (38) gleich dem Zeitintervall zwischen
dem Öffnen des Ventils (38) und dem nachfolgenden Öffnen des Ventils
(37). Jedes Ventil in dem Satz (oder Paar) von Ventilen öffnet einmal in
dem Zeitintervall der X-Sekunden. Eine typische Betriebsfolge für die
Vorrichtung könnte dann das Öffnen der Ventile (37, 39, 41 sowie 43) und
anschließend das Öffnen der Ventile (38, 40, 42 sowie 44) in Reihenfolge
sein (siehe Fig. 2). Somit wird der geschmolzene Strom von jeder der
Röhren (14-17) aufeinanderfolgend zu jeder Form des Satzes von Formen
geleitet, und der Ausstoß des Extrudes (10) wird auf einer kontinuier
lichen Basis ausgenutzt. Durch Staffeln der Betriebsweise der Ventile in
der Weise, daß jedes Ventil in einer sequentiellen Weise betrieben wird,
werden die in dem geschmolzenen Strom erzeugten Druckgradienten redu
ziert, die während der Ventilbetätigung auftreten, wenn der geschmolzene
Strom von einer Röhre zur anderen verschoben bzw. umgeschaltet wird, und
die Kontinuität des Extruder-Ausstoßes wird aufrechterhalten.
Die Betriebsweise einer jeden Spritzgießform in jedem Formensatz ist
ähnlich eingerichtet, so daß alle Spritzgießformen in gleichen Zeitinter
vallen mit den anderen Formen in dem Satz arbeiten. Beispielsweise ist
die Zeit zwischen dem Öffnen der Spritzgießform (28) sowie dem Öffnen
der Spritzgießform (29) gleich dem Intervall zwischen dem Öffnen der
Spritzgießform (29) sowie dem nachfolgenden Öffnen der Spritzgießform
(28).
Wenn eine große Anzahl von Spritzgießformen für eine Großproduktion
benutzt wird, können die Spritzgießformen gruppiert sowie zusammen
betrieben werden, und eine Kombination von Ventilen kann hintereinander
betrieben werden.
Das Zulaufsystem ist zum Aufnehmen des unter Druck stehenden geschmol
zenen Stromes baulich passend und wird erhitzt sowie bezüglich seiner
Temperatur gesteuert bzw. geregelt, um die passende Schmelzenviskosität
aufrechtzuerhalten. Die Schmelze wird vollständig durch den Druck des
Extruder-Ausgangs zu den Spritzgießformen gefördert. Das gesamte Zulauf-
Netzwerk hat sorgfältig gewählte innenseitige Querschnittsflächen sowie
Längen und repräsentiert den idealen Kompromiß zwischen dem gesamten
Bestand und den Druckstromverlusten für ein minimales Erzeugen eines
Abziehens von Abfall- bzw. Nebenprodukten, wie Acetaldehyd beim Formen
von PET.
Das Zulaufsystem ist auch mit einer minimalen Größe ausgebildet und
führt zu einer minimalen Zeit, während derer sich das Material auf einer
erhöhten Temperatur befindet, um somit den Energieverbrauch des Systems
so weit wie möglich zu reduzieren und das System energetisch so wirksam
wie möglich zu machen. Außerdem wird die Zeit vermindert, während derer
das thermoplastische Harz auf Temperaturen gehalten wird, bei denen ein
Abbauen bzw. Verschlechtern erfolgen kann und unerwünschte Neben- bzw.
Abfallprodukte erzeugt werden können.
Die Vorformlinge werden von den Überführungsgeräten (46-49) von jeder
der Spritzgießformen (28-35) entfernt. Für jeden Satz von Spritzgieß
formen ist ein Überführungsgerät vorgesehen. Jeder Spritzgießformensatz
arbeitet in der Weise, daß in regelmäßigen Intervallen Vorformlinge
erzeugt werden, wobei die Anzahl von Gruppen von durch den Satz alle X
Sekunden erzeugten Vorformlinge der Anzahl von Spritzgießformen in dem
Satz entspricht. Bei der dargestellten Ausführungsform, bei der zwei
Spritzgießformen in jedem Satz vorhanden sind, werden alle X Sekunden
zwei Gruppen von Vorformlingen erzeugt. Somit erzeugt jeder Spritzgieß
formensatz alle 1/2 X Sekunden Vorformlinge, und die Überführungsgeräte
(46-49) werden so geschaltet, daß alle 1/2 X Sekunden Vorformlinge
gehandhabt werden.
Alle Überführungsgeräte (46-49) sind übereinstimmend und werden unter
Bezugnahme auf das Überführungsgerät (46) beschrieben. Dieses wird
zunächst mit der Spritzgießform (28) ausgerichtet. Beim Öffnen empfängt
das Gerät (46) den Vorformling aus der Spritzgießform (28). Geeignete
Steuerungen veranlassen das Gerät (46), den Vorformling dann zu der
Ladestation der drehbaren Streck-Blasformvorrichtung (51) zu transpor
tieren. Das Gerät (46) setzt den Vorformling an der Ladestation ab. Die
Steuerungen veranlassen dann das Gerät (46) zu einer Neuausrichtung zu
der Spritzgießform (29), und zwar zu einem geeigneten Zeitintervall, das
mit dem Öffnen der Spritzgießform (29) zusammenfällt. Wie es zuvor
erörtert wurde, wird der Satz von Spritzgießformen (28 und 29) ge
steuert, um an gleichmäßig beabstandeten Zeitintervallen zu arbeiten.
Das Gerät (46) erhält den Vorformling von der Spritzgießform (29) und
überführt diesen in einer ähnlichen Weise zu derselben Ladestation der
Streck-Blasformvorrichtung (51). Somit werden alle 1/2 X Sekunden Vor
formlinge zu der Ladestation der Streck-Blasformvorrichtung (51) gelie
fert.
Das Überführungsgerät (46) handhabt die Vorformlinge nur an deren Ab
schlußenden, wo eine weitgehend größere Abkühlung stattgefunden hat.
Dieses vermindert die Möglichkeit einer Beschädigung der Vorformlinge
und schließlich der fertigen Kunststoffartikel. Die Vorformlinge werden
in Haltern (fixtures) an der Streck-Blasformvorrichtung (51) abgesetzt,
die wiederum nur eine körperliche Berührung mit den Abschlußenden hat.
Die Vorformlinge müssen bei ihrer Orientierungstemperatur geblasen
werden, das heißt bei der Temperatur, bei der die Polymer-Moleküle in
dem Vorformling plastisph genug sind, um linear ausgerichtet zu werden,
bei der aber die Umorientierung der Moleküle relativ langsam ist. Die
Orientierungstemperatur liegt etwas über der Glasübergangstemperatur.
Die Vorformlinge werden schnell aus den Spritzgießformen entnommen und
zu der Streck-Blasformvorrichtung überführt, wo sie geblasen werden.
Dieses reduziert den Betrag der zum Blasen der Vorformlinge notwendigen
Temperaturkonditionierung und führt zu einem kontinuierlichen sowie
energetisch wirtschaftlichen Betrieb. Die Vorformlinge können nach dem
Formen innerhalb einer Minute geblasen werden, und sie sollten vorzugs
weise nach dem Formen innerhalb 30 Sekunden geblasen werden.
Nach dem Laden der Vorformlinge in die drehbare Streck-Blasformvorrich
tung (51-54) werden die Vorformlinge konditioniert, gestreckt bzw.
gedehnt und gemäß bekannter Prinzipien der Kunststoff-Blasformtechnik zu
fertigen Kunststoffartikeln geblasen. Die drehbaren Streck-Blasformvor
richtungen (51-54) sind übereinstimmend und werden unter Bezugnahme auf
die Streck-Blasformvorrichtung (51) beschrieben. Diese enthält eine
Anzahl von Stationen, wobei gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausfüh
rungsform der Erfindung insgesamt sechs Stationen vorhanden sind und
jedoch nur vier dieser Stationen benutzt werden. Die erste Station ist
die Ladestation (51a), an der die Vorformlinge von dem Gerät (46) auf
die Streck-Blasformvorrichtung geladen werden. Halter zum Aufnehmen der
von dem Überführungsgerät (46) abgelagerten, halbgekühlten Vorformlinge
sind an einer Schaltvorrichtung befestigt und vollständig mechanisch
sowie selbsttätig. Die Anzahl von Gruppen von Haltern entspricht der
Anzahl von Stationen in der Vorrichtung (51) wobei eine Gruppe von
Haltern an jeder Station angeordnet ist und sechs Gruppen von Haltern in
der Vorrichtung von Fig. 1 dargestellt sind. Die Halter können die
Vorformlinge empfangen sowie halten, um während der verschiedenen Stufen
des Produktionsvorgangs die Abschlußenden der Vorformlinge und fertige
Behältnisse zu lokalisieren, zu schützen, zu überführen, abzustützen
bzw. zu halten und freizugeben.
Nach dem Beladen werden die Vorformlinge nacheinander durch eine oder
mehrere Temperaturkonditionierungsstationen geschaltet. In Fig. 1 sind
zwei Temperaturkonditionierungsstationen (51b und 51c) dargestellt. An
jeder dieser Stationen werden entsprechend bekannter Techniken Heizvor
richtungen in unmittelbare Nähe gebracht, die über geeignete Steuerungen
bzw. Regelungen für ein Hinzufügen oder Aufrechterhalten einer ausrei
chenden gleichförmigen Wärmeenergie zu oder in den Vorformlingen sorgen,
um diese für das nachfolgende Orientieren mittels der Streck- bzw. Dehn-
und Blasvorgänge ideal geeignet zu machen. Es ist bevorzugt, daß jeder
Vorformling über seinen gesamten Abschnitt, der geblasen wird, auf die
gleiche gleichförmige Temperatur gebracht wird. Die tatsächlichen Kondi
tioniervorrichtungen können teleskopische kanisterähnliche Vorrichtungen
für eine äußere Überführung bzw. Übertragung oder eine geformte Ober
fläche zum Erhitzen und/oder Abkühlen sein. Zum Konditionieren des
Vorformlings kann auch eine Innenheiz- oder Kühlvorrichtung benutzt
werden. Irgendeine Kombination dieser oder ähnlicher bekannter Vorrich
tungen kann benutzt werden, um Energie zu oder von den Vorformen unter
Verwendung einer Strahlungs-, Konvektions- oder Leitungswärmeübertragung
zu übertragen.
Nachdem die Vorformlinge durch eine oder mehrere Stationen für die
Temperaturkonditionierung geschaltet worden sind, werden sie zu der
Streck- und Blasstation (51d) geschaltet. An dieser Station kann die
Vorrichtung (51) irgendeine mehrerer Arten von Mechanismen zum Strecken
bzw. Dehnen und Blasen des Vorformlings zu dem fertigen Produkt ent
halten. Nach dem Schalten zu der Streck- und Blasstation (51d) schließt
sich anfänglich eine Behälterform um den Vorformling in einer solchen
Weise, daß die Vorformling-Halter in die Formhohlräume geführt und mit
diesen mechanisch verriegelt werden. Ein stangenähnliches Gebilde wird
dann durch den Hals des Vorformlings eingesetzt, um den Vorformling-
Streckvorgang zu bewirken. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Abdichtungsvor
richtung betätigt, um eine Luftdruckabdichtung des Behälters sicherzu
stellen. Gleichzeitig wird ein gesteuerter bzw. geregelter Strom von
Druckluft eingeführt, um Streck- und Druckexpansionskombinationen zu
erzeugen, damit die erwünschte Expansionsrate und die Wandungsdicke,
Orientierung und Oberflächeneinzelheit des fertigen Behälters erreicht
werden. Nach einer passenden Abkühlzeit in der Form werden der äußere
Luftdruck freigegeben bzw. abgebaut, die Streckstangen abgezogen und die
Form-Klemmvorrichtungen geöffnet. Fertige Behälter oder andere Kunst
stoffprodukte, die für nachfolgende Betriebsvorgänge bereit sind, wie
für eine Grundanwendung, ein Bezeichnen, ein Bedrucken oder andere
Vorgänge, werden direkt von den Formen an dieser Station (51d) ausge
stoßen. Die Produkte können auf eine geeignete Fördervorrichtung ausge
worfen werden, um aus dem die Maschine umgebenden Bereich entfernt zu
werden.
Die hier beschriebene und in Fig. 1 dargestellte Anzahl von Spritzgieß
formen (28-35) sowie Streck-Blasformvorrichtungen (51-54) und das dort
gezeigte Verhältnis von Spritzgießformen zu Streck-Blasformvorrichtungen
dürften die optimale Konfiguration zur Ausnutzung des Ausstoßes des
Extruders (10) auf einer kontinuierlichen Basis für die Herstellung von
Kunststoff-Getränkebehältern ergeben, wie von PET Behältern. Jedoch
hängen die Anzahl und das Verhältnis von Komponenten des Systems von
verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der Größe der Behälter, der
Größe des Extruders (10), dem Betrag des Extruder-Ausstoßes, der Form
zyklus-Zeit, der Streck-Blaszyklus-Zeit und anderen Faktoren. Somit ist
es möglich, ein Zulaufsystem (12) mit nur zwei Röhren vom Ausgang des
Extruders (10) sowie zwei Sätzen von Spritzgießformen oder mit sogar
zehn oder mehr Röhren sowie zehn oder mehr Sätzen von Spritzgießformen
zu haben, und es ist möglich, nur zwei Spritzgießformen in einem Satz
und sogar vier Spritzgießformen oder mehr Spritzgießformen in einem Satz
zu haben, die nacheinander arbeiten. Wenn beispielsweise der Streck-
Blasformvorgang in einem Drittel der zum Formen eines Vorformlings
erforderlichen Zeit erfolgen könnte, würden die Spritzgießformen in
Sätzen mit jeweils drei Spritzgießformen angeordnet werden. Für jeden
Spritzgießformensatz würden ein einzelnes Überführungsgerät (46) und
eine einzelne drehbare Streck-Blasformvorrichtung (51) vorhanden sein.
Wenn die Spritzgießformen nacheinander betrieben werden, werden auch die
Überführungsgeräte (46-49) sequentiell betätigt, und die drehbaren
Streck-Blasformvorrichtungen (51-54) werden nacheinander statt gleich
zeitig weitergeschaltet. Somit wird ein fertiges Kunststoffglied sequen
tiell von jeder der Streck-Blasformvorrichtungen (51, 52, 53 und 54)
erzeugt, wobei ein kontinuierlicher Strom eines Produktausstoßes ent
steht.
Obwohl die Spritzgießformen vorzugsweise übereinstimmend sind, ist
festzustellen, daß verschiedene bemessene Spritzgießformen gepaart und
in das System eingebaut werden können, so daß zwei verschiedene Vorform
linge kontinuierlich gemäß dem vorliegenden Verfahren geformt werden
können. In einem solchen Fall würden die Streck- und Blasformvorrich
tungen (51-54) an die Vorformlinge angepaßt.
Die Vorrichtung ist für irgendein thermoplastisches Material anwendbar,
das blasgeformt werden kann, wie bei Polyäthylen Terephthalat (PET), für
eine kleine und eine große Dichte aufweisenden Polyäthylenen, Polycarbo
naten, Acrylnitrilen, Acrylen und anderen Stoffen.
Claims (2)
1. Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem
gleichzeitig eine Anzahl von Vorformlingen aus einem Strom des Kunststoffes
spritzgegossen wird, bei dem die Vorformlinge nach Vorkühlen zum Temperieren
überführt werden und bei dem nach dem Temperieren die Anzahl der Vorformlinge
gleichzeitig zu den Hohlkörpern streckblasgeformt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kunststoffstrom kontinuierlich über ein verzweigtes Zulaufsystem (12)
nacheinander in eine Mehrzahl von Spritzgießformen (28-35) geleitet wird, wobei jede
der Spritzgießformen (28-35) zum gleichzeitigen Spritzgießen einer zugeordneten
Anzahl der Vorformlinge ausgebildet ist und bei dem zum Kompensieren der
thermischen Kontraktion des Kunststoffes der sich abkühlenden Vorformlinge zeitweise
eine offene Verbindung zwischen der Spitzgießform (28-35) und dem Zulaufsystem (12)
über Ventile (37-44) aufrechterhalten wird,
daß die Spritzgießformen (28-35) in Sätzen von jeweils wenigsten zwei der
Spritzgießformen (28-35) angeordnet sind
und daß jedem der Spritzgießform-Sätze (28, 29; 30, 31; 32, 33 bzw. 34, 35) ein
Überführungsgerät (46-49) für das Überführen der zugeordneten Anzahl der
Vorformlinge sowie eine Streck-Blasformvorrichtung (51-54) zugeordnet ist, wobei jede
der Streck-Blasformvorrichtungen (51-54) zum Temperaturkonditionieren, zum Strecken
und zum anschließenden Blasformen der nacheinander zugeführten Anzahl der
Vorformlinge ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Spritzgießformen
(28-35) eines der Ventile (37-44) zugeordnet ist, wobei die Ventile (37-44) einzeln
sequentiell steuerbar sind.
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