DE3908219C2 - - Google Patents

Description

Bei der Herstellung von Hohlkörpern aus Kunst­ stoffen im Blasverfahren, d.h. durch Aufblasen eines in einer geteilten Blasform aufgenommenen Vorformlings, wird normalerweise "in einer Wärme" gearbeitet. Das bedeutet, daß der aus dem Blaskopf eines Extruders kontinuierlich oder intermittierend ausgepreßte Schlauch abschnittsweise als im noch warmplastischen Zustand verformbarer Vorform­ ling in die Blasform übergeführt und in dieser zum ferti­ gen Hohlkörper aufgeblasen wird. Ähnlich wie bei der vorbeschriebenen Extrusions-Blasmethode wird bei der Spritz-Blasmethode ein gespritzter Vorformling in dem vom Spritzen her noch warmen Zustand in die Blasform überge­ führt und dort zum Hohlkörper aufgeblasen. In manchen Fällen wird zwischen der Vorformlingsbildungsstation und der Blasstation eine Konditionierungsstation geschaltet, die zu heiße Vorformlinge auf die richtige Blastemperatur abkühlt oder zu weit abgekühlte Vorformlinge wieder erwärmt. Die zuletzt genannte Methode wird insbesondere beim sog. "Streckblasen" eingesetzt, bei dem Vorform­ linge innerhalb der Blasform vor dem Aufblasen in Längs­ richtung gestreckt werden, wodurch auch eine Streckung der Kunststoffmoleküle eintritt, wodurch sich am fertig geblasenen Gegenstand gegenüber nicht gestreckten Hohlkörpern eine bessere mechanische und häufig auch optische Eigenschaft einstellt, wie z. B. höhere Festigkeit und bessere Transparenz.

Neuerdings wird aber wieder häufiger auch auf das an sich ältere Verfahren zurückgegriffen, Vorformlinge auf Vorrat herzustellen und diese dann im natürlich kalten Zustand wieder zu erwärmen und der Blasform zuzuführen, ein Verfahren das heutzutage allgemein als "Reheat-Ver­ fahren" bezeichnet wird.

Dieses Reheat-Verfahren hat den Vorteil, daß ein höherer Ausstoß als bisher zu erzielen ist, weil nunmehr die Taktzeit der Maschine nicht mehr von der Austritts­ geschwindigkeit des im Extruder plastifizierten Materials aus der Düse des Blaskopfs abhängig ist, sondern weil z. B. mehrere Vorformlinge erzeugende Spritzmaschinen auf einer Blasmaschine arbeiten können. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß bei der Herstellung von Hohlkörpern mit einer Füll- und Entleerungsöffnung, z. B. Flaschen, Dosen, Kanistern und dergleichen, der für den Verschluß präzise auszubildende Bereich, z. B. in Form eines Gewindes, bereits präzise am Vorformlingsende in der Spritzmaschine hergestellt werden kann und dann beim Blasen in der Blasform nicht mehr angeformt zu werden braucht. Dadurch kann auch die Blaszeit verkürzt werden, weil dieser Halsbereich der Bereich mit dem dicksten Querschnitt am fertigen Hohlkörper ist, der, wenn in der Blasform angeformt, die meiste Zeit für die Abkühlung braucht, die erforderlich ist, um den Hohlkörper ohne Beschädigung durch Verformung aus der Blasform entnehmen zu können.

Für das Reheat-Verfahren müssen also die einem Vorrat entnommenen, kalten Vorformlinge auf die Blastempe­ ratur wieder erwärmt werden, und dies geschieht in der Regel mittels Infraroterhitzung, die in der relativ kürzesten Zeit und relativ am gleichmäßigsten die Vor­ formlinge erwärmt. Dabei bedeutet "gleichmäßig" sowohl Erwärmung über die axiale Länge des Vorformlings, als auch über dessen Querschnitt.

Die größere Schwierigkeit bereitet die Erwärmung über den Gesamtquerschnitt, weil der an einer Heizstrecke vorbeilaufende und sich dabei um seine Achse drehende Vorformling nur von außen erwärmt werden kann. Die Folge ist ein Temperaturgradient über den Querschnitt, der sich beim anschließenden Recken und Verblasen auf die Qualität des hergestellten Hohlkörpers nachteilig auswirken würde. Die Innenseite des Vorformlings mit ihrer dann geringeren Temperatur verhält sich beim Recken und Blasen anders als die äußere, stärker erwärmte, soz. "heiße" Seite, wodurch beim Verstrecken und Blasen die inneren Bereiche des Vorformlings der Verformung größeren Widerstand als die äußeren Bereiche entgegensetzen, wodurch Verspannungen im Hohlkörper entstehen, die die Festigkeit und das Aussehen beeinflussen.

Um dem entgegenzuwirken, ist es aus der US-PS 40 36 927 bekannt, die Außenseite der Vorformlinge durch Infrarotstrahlung so hoch zu erhitzen, daß auch auf der Innenseite eine Temperatur erreicht wird, bei der eine gute Verformung möglich ist. Bei manchen, für die Herstellung hochwertiger Artikel eingesetzten Materialien, z. B. PET, soll aber die Außenseite des Vorformlings nicht zu hoch erhitzt werden, weil dieses Material bei höheren Temperaturen zur Rekristallisation neigt, was sich als Sprödigkeit im fertigen Hohlkörper auswirkt und zu Haarrissen oder dergleichen führt. Deshalb ist es auch z. B. durch die US-PS 40 79 104 bekannt, der Infraroterwärmung eine Luft- oder Gaskühlung derart zu überlagern, daß gleichzeitig mit der Erwärmung eine Kühlung der Außen­ seite erfolgt, also z. B. zwischen die parallel im Abstand angeordneten Infrarotstrahler Kühlluft auf die Oberfläche der Vorformlinge geblasen wird, oder die sich um ihre Vertikalachse drehenden, an den Infrarotstrahlern vorbeigeführten Vorformlinge auf der einen Seite durch diese erwärmt und auf der gegen­ überliegenden Seite mit einem Luftstrom angeblasen werden.

Diese bekannte Methode ist aber nicht sicher, zumindest nicht optimal und erlaubt kein sehr feinfühliges Reagieren auf unterschiedliche Bedingungen, die nicht nur von der Länge und dem Durchmesser der Vorformlinge sowie deren Wandstärke, sondern auch von den Tagesbedingungen, z. B. davon abhängen, ob die Maschine in der Frühschicht oder in der meist warmen Nachmittagsschicht oder dem­ gegenüber kälteren Nachtschicht arbeitet. Insbesondere aber wird mit zunehmendem Querschnitt der Vorformlinge das bekannte Verfahren riskanter. Schon für Quer­ schnitte ab etwa 3 mm, die in der Praxis häufig vor­ kommen, müßte für eine genügende Erwärmung des Innen­ wandbereichs, die Außenseite so stark erhitzt werden, daß trotz der gleichzeitigen Kühlung zumindest örtliche Überhitzungen nicht ausgeschlossen werden können.

Aus der DE-OS 25 45 134 ist ferner ein zweistufiges Verfahren zur Erhitzung kalter Vorformlinge bekannt, bei dem in der ersten Stufe als Heizquelle ein Warm­ luftstrom verwendet wird, der die Vorformlinge über ihren gesamten Querschnitt gleichmäßig durchwärmt. In der zweiten Erhitzungsstufe wird durch Infrarotstrahlung in Längsrichtung der Vorformlinge ein bestimmtes Temperatur­ profil erzeugt, das unterschiedlichen Wandstärken Rechnung tragen soll.

Die nach dem Stande der Technik übliche Erwärmung eines Vorformlings sei anhand der Kurve für die der direkten Infrarotbestrahlung ausgesetzten Außenwand wa und der nur durch Konvektion erwärmten Innenwand wi nach dem Schaubild der Fig. 1 erläutert. Demnach wird auf der Heizstrecke, neben der die Infrarotstrahler angebracht sind, die Außenwand wa von der Temperatur To, mit der er dem Vorrat entnommen wurde, auf eine Temperatur Tmax erhitzt, die wesentlich über der für das Verblasen in der Blasform erforderlichen Temperatur Tbl liegt. Wenn der Vorformling die Heizstrecke verläßt, hat aber die Innen­ wand wi erst eine Temperatur Tmin erreicht, die noch wesentlich unter der für das Verblasen erforderlichen liegt. Es entsteht ein Temperaturgradient Δ T. In der der Heizstrecke folgenden sog. "Ausgleichsstrecke" kühlt dann die Außenwand wa des Vorformlings langsam ab, bis sie die Blastemperatur Tbl erreicht, während die im Materialquer­ schnitt des Vorformlings noch genügend gespeicherte Wärme die Innenwand wi weitererwärmt, bis auch diese die Blas­ temperatur Tbl erreicht hat.

Wäre die Außenwand nicht bis Tmax erwärmt worden, würde die Kurve wi an ihrem Ende die Kurve wa nicht treffen, d.h. zwischen der Temperatur für die Außenwand und der für die Innenwand weiterhin ein Temperaturgra­ dient vorhanden sein. Dabei wird nach dem Stande der Technik die Außenwand nicht nur durch Infrarotstrahlung sh erwärmt, sondern gleichzeitig wird, um ein noch höheres Ansteigen von Tmax zu verhindern, mit Luft oder Gasstrah­ len sk gekühlt.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erwärmung von Vorformlingen mittels Infrarotstrahlung zu schaffen, das es gestattet, die Vorformlinge ohne Gefahr der Überhitzung ihrer Außen­ seite auf die richtige Blastemperatur zu bringen. Außerdem soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn­ zeichen der Patentansprüche 1 und 3 angegebenen Merk­ male gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Das Verfahren nach der Erfindung ist mit Hilfe der Zeichnungen nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben; es stellen dar:

Fig. 2 die Erhitzung der Außen- und Innenwand eines Vorformlings im Temperatur-Zeit-Diagramm;

Fig. 3 eine Aufsicht auf eine Erhitzungsstrecke einer Reheat-Blasmaschine für die Durchführung des Verfahrens schematisch und stark verkleinert.

Bei dem Verfahren gemäß dem Schaubild der Fig. 2 wird die Außenwand WA des Vorform­ lings in einer Heizstrecke 1 auf eine Temperatur Tmax₁ erwärmt, die noch unterhalb der für das Verblasen erforderlichen Temperatur TBL liegt und entsprechend erreicht die Innenwand WI eine Temperatur Tmin₁.

An die Heizstrecke schließt sich eine Kühl­ strecke an, in der die Temperatur der Außenwand WA auf eine Temperatur Tmax₂ absinkt, während die Temperatur der Innenwand Wi, wenn auch mit geringerer Steigung gegenüber der in der Heizstrecke, weiter auf eine Temperatur Tmin₂ ansteigt. Von diesem gegenüber To höheren Niveau gelangt der Vorformling in eine zweite Heizstrecke 2, in der die Temperatur weiter steigt, jedoch auf eine Temperatur Tmax₃, die nur gering über der Blastemperatur TBL liegt, so daß keine Gefahr für ein "Verbrennen" der Außenhaut des Vorformlings besteht. Gleichzeitig steigt auch die Temperatur der Innenwand WI weiter an bis zur Temperatur Tmin₃.

Nach Verlassen der Heizstrecke 2 kann nun der Vor­ formling in einer Ausgleichsstrecke außen langsam weiter bis auf die Blastemperatur TBL abkühlen und die Innenwand­ temperatur sich bis auf diese weiter gering erhöhen.

Mit Hilfe des Verfahrens kann man sich an die für das jeweils verarbeitete Material günstigste Blastemperatur gewissermaßen "schonend" heran­ arbeiten und sehr feinfühlig die besonderen Gegebenheiten berücksichtigen. So wird man z. B. bei der Behandlung dickwandiger Vorformlinge eine von der Darstellung der Fig. 2 insofern abweichende Kurve erhalten, als beim Ver­ lassen der ersten Heizstrecke Tmax₁ und Tmin₁ niedriger liegen werden, und man wird dann in der Kühlstrecke eine geringere Kühlung vornehmen. Auf jeden Fall kann der über der TBL-Geraden liegende, durch die senkrechte Schraffur gekennzeichnete "Überhitzungsbauch" bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr flach gehalten werden.

Eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist schematisch in Fig. 3 veranschaulicht. Die auf Vorrat im Spritzverfahren herge­ stellten Vorformlinge 3 gelangen über eine sie sortieren­ de und zurechtlegenden Zuführung 4 auf nebeneinander in gleichen Abständen angeordnete Haltedorne 5, die auf Transportketten 6 montiert sind. Diese werden in Pfeil­ richtung A in Richtung auf die, die Vorformlinge nach der Erhitzung aufnehmenden Organe 7 bewegt, die sie einer - nicht dargestellten - Blaseinheit zuführen. Während des Transports auf den Ketten 6 werden die sie stützenden Haltedorne 5 und damit auch die Vorformlinge 3 um ihre Achse mehrmals gedreht. Bei dem dargestellten Beispiel sind zwei Bahnen 8, 8′ vorgesehen, d.h. es werden zwei Reihen von Vorformlingen gleichzeitig erhitzt. Hierfür sind die Bahnen 8, 8′ voneinander durch eine Wand 9 getrennt.

An die Zuführung 4 der Vorformlinge 3 schließt sich eine erste Heizstrecke an, die aus einem Infrarotstrah­ lerblock oder -panel 10 sowie aus einer, die Heizstrahlen zurückwerfenden Fläche 11 auf den Bereich der Trennwand 9 besteht, die dem Block 10 gegenüberliegt. Nach dem Verlassen der ersten Heizstrecke gelangen die Vorformlinge in eine Kühlstrecke mit einer Kühlluft oder ein Kühlgas gegen die Vorformlinge blasenden Kühleinrichtung 12, und danach werden die Vorformlinge in einer zweiten Heiz­ strecke mit einem Strahlerblock 13 wieder erwärmt. Auf die zweite Heizstrecke folgt eine Ausgleichsstrecke 14, auf die normalerweise kein Einfluß auf die Vorformlinge mehr genommen wird, die aber auch eine zweite Kühleinrichtung für die Fälle aufweisen kann, daß in Ausnahmesituationen eine zumindest geringe Kühlung zweckmäßig sein sollte.

Claims (5)

1. Verfahren zur Erhitzung von einem Vorrat entnommenen, im Spritzverfahren hergestellten, kalten Vorformlingen (3), die auf einer Bahn (8) eine Erhitzung mittels Infra­ rotstrahlung und Kühlung erfahren und nach Durchlaufen der Bahn einer Blaseinrichtung zum Aufblasen der Vorform­ linge zu Hohlkörpern zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorformlinge beim Durchlaufen der Bahn (8) zunächst mittels der Infrarotstrahlung auf eine Temperatur (Tmax₁/Tmin₁) unterhalb der Blastemperatur (TBL) erwärmt, danach gekühlt und im Anschluß an die Kühlung wieder mittels der Infrarotstrahlung auf eine Temperatur (Tmax₃/ Tmin₃) erwärmt werden, die gering oberhalb der Blastem­ peratur liegt, wonach sie zum Ausgleich zwischen Außen­ wand- und Innenwandtemperatur auf die Blastemperatur, ehe sie in die Blasform überführt werden, sich auf der Bahn (8) selbst überlassen bleiben oder gering gekühlt werden.

2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorformlinge die erste Erwärmung, die darauf folgende Kühlung und die zweite Erwärmung in gleichen Zeiten durchlaufen.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, mit einer die gespritzten kalten Vorformlinge sortierenden und zurechtlegenden Zuführung (4) und einer oder mehreren parallel nebeneinanderliegen­ den Bahnen (8) mit Transportketten (6), auf denen Haltedorne (5) die auf sie durch die Zuführung gesteckten Vorformlinge (3) mit Drehung um ihre Achse in Richtung auf eine Blaseinheit bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Bahn (8) im Anschluß an die Zuführung (4) hintereinander eine erste Erhitzungs­ strecke, eine Kühlstrecke, eine zweite Erhitzungsstrecke und eine Ausgleichsstrecke angeordnet sind, wobei die erste und zweite Erhitzungsstrecke aus einem Infrarot­ strahlerblock oder -Panel (10) bzw. (13) besteht.

4. Vorrichtung nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstrecke eine Luft oder Gas gegen die Vorformlinge blasende Kühleinrichtung (12) aufweist.

5. Vorrichtung nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Ausgleichsstrecke eine Kühleinrichtung aufweist.