DE3416781A1 - Verfahren zum herstellen von vorformlingen aus thermoplastischem kunststoff fuer das blasformen von hohlkoerpern - Google Patents

Verfahren zum herstellen von vorformlingen aus thermoplastischem kunststoff fuer das blasformen von hohlkoerpern

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DE3416781A1 DE19843416781 DE3416781A DE3416781A1 DE 3416781 A1 DE3416781 A1 DE 3416781A1 DE 19843416781 DE19843416781 DE 19843416781 DE 3416781 A DE3416781 A DE 3416781A DE 3416781 A1 DE3416781 A1 DE 3416781A1
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Description

  • Verfahren zum Herstellen von Vorformlingen aus thermo-
  • plastischem Kunststoff für das Blasformen von HohlkörPern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Vorformlingen aus thermoplastischem Kunststoff für das Blasformen von Hohlkörpern, bei dem der warmplastische Kunststoff kontinuierlich oder diskontinuierlich aus einem Strangpreßkopf bzw. Speicher-Strangpreßkopf ausgepreßt wird und ein als Funktion über der Länge des Verformlings vorgeschriebenes Wandstärke-Sollprofil durch Verstellen der Spaltbreite während des Auspreßvorganges auf das Wandstärkeprofil des Vorformlings abgebildet wird.
  • Für das Blasformen von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff werden an einem Strangpreßkopf schlauchförmige Vorformlinge aus dem betreffenden Material hergestellt und in einem weiteren Arbeitsgang in warmplastischem Zustand zwischen zwei Hohlformhälften zur Endgröße aufgeblasen. Abhängig von der Form des zu gewinnenden Hohlkörpers wird der Vorformling dabei ungleichmäßig gedehnt. Eine gleichmäßige Wandstärke beim Endprodukt setzt daher eine Profilierung l-ler Wandstärke beim Vorformling voraus. Aber auch Sollbruchstellen und Versteifungen werden über ein entsprechendes Wandstärkeprofil des Vorformlings erzielt. In jedem Fall kommt es - allein schon aus Materialersparnisgründen - darauf an, ein bestimmtes Wandstärkenprofil des Vorformlings, ddb wandstar@@-S@@@profil, bei der Herstellung des Vorformlings zu realisieren. Das Wandstärke-Sollprofil wird als Funktion über der Länge des Vorformlings vorgegeben und durch Verstellen der Spaltbreite der Austrittsöffnung während des Auspreßvorganges auf das Wandstärkeprofil des Vorformlings abgebildet.
  • Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE-OS 31 14 371 bekannt. Neben der austrittslängenabhängigen Wanddickensteuerung werden dort noch verschiedene Formen einer von der Austrittsgeschwindigkeit abhängigen Wanddickensteuerung vorgeschlagen.
  • Dabei ist eine unstetige Verstellung der Spaltbreite der Austrittsöffnung, nämlich nach einem aus einer Folge von Schaltpunkten bestehenden Wandstärkeprogramm, vorgesehen. Vor allem aber beinhaltet das Verfahren aus der genannten Offenlegungsschrift lediglich die programmgemäße Verteilung der Schaltpunkte über der Länge des Vorformlings, ohne die unterschiedliche Kompliziertheit des Wandstärke-Sollprofils in der Geschwindigkeit des Auspreßvorganges zu berücksichtigen. Als Folge davon muß der gesamte Herstellungsprozeß entweder hinreichend langsam oder mit Zugeständnissen an die Profiltreue der gewünschten Abbildung ablaufen.
  • Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Bereitstellung eines Verfahrens der eingangs genannten Art, welches in der Herstellung von Vorformlingen aus thermoplastischem Kunststoff maximale Abbildungsgenauigkeit hinsichtlich des Wandstärkeprofils mit möglichst hoher Herstellungsgeschwindigkeit verbindet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Arbeitsgeschwindigkeit der Extruderschnecke bzw.
  • des Ausstoßkolbens von der Wandstärke-Sollprofil-Funktion abhängig gemacht wird derart, daß der Betrag der Austrittsbeschleunigung des an der Austrittsöffnung entstehenden Vorformlings und/oder der Betrag der zeitlichen Ableitung der Spaltweite einen jeweils vorgegebenen maschinen- und produktabhängigen Grenzwert während des Auspreßvorgangs nicht überschreiten/Uberschreitet.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung sind Gegenstand der Unteransprüche: Die Ansprüche 2 und 3 enthalten Vorschläge zur Erfassung der Austrittslänge des entstehenden Vorformlings für die weitere Verwertung im Rahmen des neuen Verfahrens. Der Ubergang auf eine zeitabhängige Steuerung der Prozeßgrößen Arbeitsgeschwindigkeit und Spaltweite ist in den Ansprüchen 4 und 5 offenbart. Anspruch 6 sieht die Kompensation der beim Regeln der Arbeitsgeschwindigkeit auftretenden trägheitsbedingten Totzeit durch entsprechend voreilende Regelung vor.
  • Der Vorteil des neuen Verfahrens liegt in der Verbindung von hoher Abbildungsgenauigkeit hinsichtlich des Wandstärkeprofils und hoher Herstellungsgeschwindigkeit.
  • Letztere wird nämlich nur an den kritischen Stellen des Wandstärke-Sollprofils gegenüber ihrem Maximalwert reduziert, um die Austrittsbeschleunigung des entstehenden Vorformlings und/oder die zeitliche Ableitung der Spaltweite betragsmäßig zu begrenzen. Diese beiden Größen sind es nämlich, die eine Verzerrung der Profilverteilung bzw. eine unerwU#:sc#te Glättung der Profilkontur verursachen: Schnelle Änderungen der Austrittsgeschwindigkeit (Tänzeln) des entstehenden Vorformlings erzeugen wegen der geringen Formhaltigkeit des warmplastischen Kunststoffs trägheitsbedingte Dehnungen und Stauchungen; schnelle Änderungen der Spaltweite führen bei hoher Austrittsgeschwindigkeit zu einer unscharfen Abbildung auf die Wandstärke des entstehenden Vorformlings.
  • Die direkte Erfassung der Austrittslänge des entstehenden Vorformlings zur Steuerung der Spaltweite während des Auspreßvorgangs, nach Anspruch 2, bietet den Vorteil einer unmittelbaren Steuerung, während die in Anspruch 3 aufgezeigte mittelbare Steuerung der Spaltweite durch indirekte Erfassung der Austrittslänge sich durch geringeren Meßaufwand auszeichnet. Gänzlich ohne Längenmessung an der Maschine kommen die in den Ansprüchen 4 und 5 enthaltenen zeitgesteuerten Verfahren aus, die sich bei zeitstabilen Betriebsparametern einsetzen lassen. Als Vorteil der voreilenden Regelung nach Anspruch 6 ist die Totzeit-Kompensation festzuhalten.
  • Anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles wird das neue Verfahren zum Herstellen von Vorformlingen aus thermoplastischem Kunststoff näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 in Ubersichtsform eine Anordnung zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens und Figur 2 bis 10 die Auswertung einer exemplarischem Wandstärke-Sollprofil-Funktion w(x) im Sinne des neuen Verfahrens.
  • Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Speicherkopf 1 für diskontinuierliches Strangpressen von schlauchförmigen Vorformlingen 6 zugrunde gelegt. In den Speicherkopf 1 tritt, von einem nicht dargestellten Extruder kommend, warmplastischer Kunststoff 4 ein und wird, sobald in ausreichender Menge akkumuliert, von einem Ausstoßkolben 3 (hier einem Ringkolben) durch die ringspaltförmige Austrittsöffnung 5 ausgepreßt, wobei deren Spaltweite W während des Auspreßvorganges z.B. durch eine Servo-Hydraulik 8 stetig verstellt wird, um die über der Austrittslänge x des Vorformlings 6 definierte Wandstärke-Sollprofil-Funktion w(x) auf das Wandstärkeprofil des Vorformlings 6 abzubilden. Dazu kann - hier indirekt, über die Position p des Ausstoßkolbens 3 und in Kenntnis der Funktion w(x), mittels Auswerteschaltung 11 - die Austrittslänge x des entstehenden Vorformlings 6 erfaßt und den Sollwertgebern 9, 10 zugeleitet werden, welche in Abhängigkeit von der erfaßten Austrittslänge x den Sollwert v(x) für die Arbeitsgeschwindigkeit V des Ausstoßkolbens 3 sowie den Sollwert w(x) für die Spaltweite W der Austrittsöffnung 5 (und damit indirekt für die Position des Kerns 2) an die Stellglieder 7 bzw.
  • 8 für Arbeitsgeschwindigkeit V und Spaltweite W ausgeben. Diese Sollwerte sind als Funktionen v(x) bzw. w(x) der Austrittslänge x in den Sollwertgebern 9, 10 abgespeichert.
  • Die Sollwertfunktion v(x) für die Arbeitsgeschwindigkeit V des Ausstoßkolbens 3 folgt aus der Forderung, daß der Betrag der Austrittsbeschleunigung b(x) des an der Austrittsöffnung 5 entstehenden Vorformlings 6 und der Betrag der zeitlichen Ableitung W' = der Spaltweite W vorgegebene maschinen- und produktabhängige Grenzwerte bmax bzw. W'max nicht überschreiten dürfen.
  • Zur Veranschaulichung der Erfüllung dieser Bedingungen wird im folgenden eine exemplarische Wandstärke-Sollprofil, -Funktion w(x), siehe Figur 2, ausgewertet. Hierzu wird zunächst der Fall betrachtet, daß der Ausstoßkolben 3 während des Auspreßvorganges zur Herstellung eines Vorformlings konstant mit seiner maximalen Arbeitsgeschwindigkeit, Vmax , betrieben wird (siehe Fig. 3).
  • Unter dieser Annahme ergibt sich der in Figur 4 dargestellte Verlauf der Austrittsgeschwindigkeit g(x) des entstehenden Vorformlings 6, da der Volumenstrom an ausgrepre@@@ Kunststoff, der dem Produkt Austritts- fläche F(x) mal Austrittsgeschwindigkeit g(x) entspricht, konstant ist. Dabei ist die Austrittsfläche F(x) der ringförmigen Austrittsöffnung 5 eine elementare (und nicht dargestellte) Funktion der Spaltweite W und damit der Wandstärke-Sollprofil-Funktion w(x).
  • Ausgehend von den Funktionen w(x) und g(x), siehe Fig. 2 bzw. 4, lassen sich über mathematische Zusammenhänge die kritischen Funktionen, nämlich die zeitliche Ableitung W der Spaltweite W und die Austrittsbeschleunigung b(x) (= zeitliche Ableitung der Austrittsgeschwindigkeit g(x)), ermitteln, wobei vorausgesetzt wird, daß die Spaltweite W ihrem Sollwert w(x) jeweils genau entspricht.
  • Wegen der Tatsache, daß die zeitliche Ableitung der Austrittslänge x nichts anderes als die Austrittsgeschwindigkeit g(x) des entstehenden Vorformlings 6 ist, gelten die Beziehungen Die Funktionen W'(x) und b(x) stehen damit ohne #großen Aufwand zur Verfügung; sie sind in Figur 5 bzw. 6 dargestellt. Aus ihrem Verlauf ist ersichtlich, an welchen Stellen der Austrittslänge x die zeitliche Ableitung W'(x) der Spaltweite W und die Austrittsbeschleunigung b(x) des entstehenden Vorformlings 6 die (als Beispiele eingetragenen) Grenzwerte W'max bzw. bmax betragsmäßig überschreiten, wenn der Ausstoßkolben 3 während des Auspreßvorganges konstant mit maximaler Arbeitsgeschwindigkeit Vmax betrieben wird.
  • Zur Behebung dieser der Abbildungsgenauigkeit abträglichen Grenzwertüberschreitungen wird - ausgehend von der Funktion g(x) nach Figur 4 - der Verlauf der Austrittsgeschwindigkeit des entstehenden Vorformlings 6 im Sinne einer Optimierung in den kritischen Bereichen so geglättet und/oder reduziert (siehe Fig. 7), daß die Funktionen W'Opt(x) und bo t(x), die sich durch Anwendung der Formeln (1) und (2 auf die optimierte Austrittsgeschwindigkeit gopt(x) aus Fig. 7 ergeben, die vorgegebenen Grenzwerte WVmax bzw. bmax betragsmäßig einhalten (siehe Fig. 8 bzw. 9).
  • Die optimale Kolbengeschwindigkeit, die als Sollwert-Funktion v(x) für die Arbeitsgeschwindigkeit V des Ausstoßkolbens 3 vorgegeben wird, ergibt sich schließlich über die Beziehung v(x) = K . gopt(x) ~ wobei K eine Maschinenkonstante, gopt(x) die optimale Austrittsgeschwindigkeit des entstehenden Vorformlings 6 und F(x) die Austrittsfläche der ringförmigen Austrittsöffnung 5 bedeuten (siehe Fig. 10).
  • Vor Produktionsbeginn wird die Wandstärke-Sollprofil-Funktion w(x) in den für die Spaltweite-Steuerung zuständigen Sollwertgeber 10 eingegeben, die Sollwert-Funktion v(x) für die Arbeitsgeschwindigkeit V des Ausstoßkolbens 3 nach der offenbarten Lehre ermittelt und in den zuständigen Sollwertgeber 9 eingespeichert. Während der laufenden Produktion werden die benötigten Sollwerte w(x), v(x) in Abhängigkeit von der Austrittslänge x eines entstehenden Vorformlings 6 nur noch abgerufen.
  • Die erforderlichen Berechnungen, Sollwertausgaben in Abhängigkeit von der erfaßten Austrittslänge sowie die Prozeßregelung und -überwachung können vorteilhaft von einem Prozeßrechner übernommen werden.
  • Im übrigen ist das beschriebene Verfahren nicht nur für die profiltreue Herstellung schlauchförmiger Strangabschnitte anwendbar, sondern auch für Strangabschnitte anderer Querschnittsformen.
  • 6 Patentansprüche 10 Figuren - L e e r s e i t e -

Claims (6)

  1. Patentansprüche Verfahren zum Herstellen von Vorformlingen aus rrmoplastischem Kunststoff für das Blasformen von Hohlkörpern, bei dem der warmplastische Kunststoff kontinuierlich oder diskontinuierlich aus einem Strangpreßkopf bzw. Speicher-Strangpreßkopf durch eine ringspaltförmige Austrittsöffnung verstellbarer Spaltweite ausgepreßt wird und ein als Funktion über der Länge des Vorformlings vorgeschriebenes Wandstärke-Sollprofil durch Verstellen der Spaltweite während des Auspreßvorganges auf das Wandstärkeprofil des Vorformlings abgebildet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Arbeitsgeschwindigkeit (V) der Extruderschnecke bzw. des Ausstoßkolbens (3) von der Wandstärke-Sollprofil-Funktion (w(x» abhängig gemacht wird derart, daß der Betrag der Austrittsbeschleunigung (b(x)) des an der Austrittsöffnung (5) entstehenden Vorformlings (6) und/oder der Betrag der zeitlichen Ableitung (W'(x) = dW der Spaltweite (W) einen jeweils vorgegebenen maschinen- und produktabhängigen Grenzwert max ; W'max) während des Auspreßvorganges nicht überschreiten/überschreitet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die austrittslängenabhängige Steuerung der Spaltweite (W) während des Auspreßvorganges aufgrund direkter, insbesondere mechanischer oder optoelektronischer Erfassung der Austrittslänge (x) des entstehenden Vorformlings (6) erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die austrittslängenabhängige Steuerung der Spaltweite (W) während des Auspreßvorganges aufgrund einer indirekten Erfassung der Austrittslänge (x) des entstehenden Vorformlings (6), insbesondere über die Erfassung der Position (p) des Ausstoßkolbens (3) unter Berücksichtigung der Wandstärke-Sollprofil-Funktion (w(x» erfolgt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Sollwertkurve für die während des Auspreßvorganges zur variierende Spaltweite (W) als Zeitfunktion vorgegeben wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sollwertkurve für die Arbeitsgeschwindigkeit (V) der Extruderschnecke bzw. des Ausstoßkolbens (3) als Zeitfunktion vorgegeben wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t s daß die beim Regeln der Arbeitsgeschwindigkeit (V) der Extruderschnecke bzw. des Ausstoßkolbens (3) auftretende trägheitsbedingte Totzeit der Regelstrecke durch eine die Wandstärke-Sollprofil-Funktion (w(x» berücksichtigende Voreilung der Regelung kompensiert wird.
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