DE4423381C2 - Verfahren für die Herstellung von thermoplastischen Hohlkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Herstellung von thermoplastischen Hohlkörpern, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1.

Ein Blasformverfahren der gattungsgemäßen Art ist aus der DE-AS 12 61 657 bekannt. Dort werden schlauchförmige Stränge mittels eines Spritzkopfes hergestellt, die aus Kunststoffen mit voneinander abweichenden Eigenschaften bestehen. Im Spritzkopfgehäuse ist unter Belassung eines zylindrischen Ringkanals ein Kern angeordnet. Eine verschiebbare Hülse ist als Schieber vorhanden, der den zylindrischen Ringkanal zwischen Gehäuse und Kern in zwei Teilkanäle unterteilt; die Hülse ist in Richtung der Spritzkopfachse hin- und herverschiebbar. Der düsenseitige Endbereich des Schiebers ist wechselweise an eine am Kern und eine an einer Matrize vorgesehene Dichtfläche durch das Hin- und Herbewegen andrückbar.

Dadurch ist es möglich, die Schichtdicke des jeweiligen Materials über dem axialen Verlauf des schlauchförmigen Vorformlings zu verändern. Dadurch wird die dort genannte Aufgabe gelöst, nämlich Kunststoffstränge zu schaffen, bei denen Materialstreifen mit unter­ schiedlichen Eigenschaften quer zur Ausspritzrichtung verlaufen.

Mit derselben Extrusionskopf-Konzeption ist es möglich, schlauch­ förmige Vorformlinge zu erzeugen, die abschnittsweise aus unter­ schiedlichen Materialien bestehen (Sequentielle Co-Extrusion).

Derartige, aus mehreren Abschnitten bestehende Vorformlinge bzw. daraus hergestellte Blasformteile haben zunehmende Bedeutung. Z. B. werden im Kraftfahrzeugbau Teile benötigt, die zwar fast über ihre gesamte Erstreckung aus hartem Kunststoffmaterial bestehen müssen, die jedoch an ihren Enden aus weichem Kunststoff sein sollen, da die zur Bewerkstelligung einer Befestigung erforderliche Elastizität sichergestellt werden muß. Wichtig ist dabei, daß der Übergang vom einen Material zum anderen über eine möglichst kurze axiale Wegstrecke des Vorformlings stattfindet, da dann der gewünschte Effekt bestmöglich zur Geltung kommt.

Der aus der DE-AS 12 61 657 bekannte Spritzkopf ist zwar grundsätzlich zur Lösung dieser Aufgabe geeignet, jedoch bestehen einige Nachteile dieser Konzeption: Der konstruktive Aufwand für die Steuerung des Durchflusses des Schmelzematerials für beide Komponenten ist sehr hoch. Der hin- und herbewegbare Schieber muß im Ringspalt zwischen Gehäuse und Kern bewegt werden, wodurch aufwendige Konstruktionen für Bewegung und Lagerung des Schiebers erforderlich werden.

Daher ist man bemüht gewesen, auf einfachere Weise einen Extrusions­ kopf zu erhalten, der dennoch für die Verarbeitung mehrerer unter­ schiedlicher Schmelzen geeignet ist. Unter Verzicht auf einen beweglichen Schieber wird alleine durch die Regelung der Verschiebebewegung der Kolben verschiedener Massespeicher erreicht, daß einmal mehr von der einen, dann wieder mehr von einer anderen Schmelzekomponente aus dem Extrusionskopf ausgebracht wird. Regelgröße ist hierbei i. d. R. die Kolbengeschwindigkeit in Ausbring­ richtung der Schmelze.

Problematisch dabei ist jedoch, daß es schwierig ist, einen schnellen vollständigen Übergang zwischen zwei unterschiedlichen Materialien im Vorformling zu erreichen. Die Komponente, die auf Null reduziert werden soll, nimmt - bedingt durch die rheologischen Druckverhältnisse - erst allmählich ab; es gibt einen unerwünschten Übergangsbereich, in dem sich das erste Material bzgl. seiner Schichtdicke abbaut und sich die zweite Schmelzekomponente aufbaut.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem es ohne Verwendung eines komplizierten und teuren Schieber-Systems möglich ist, schnelle Übergänge von einem Schmelzematerial auf ein anderes zu erzielen. Ein "Nachfließen" der zu stoppenden Schicht soll also vermieden werden.

Die Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Für denjenigen axialen Bereich bzw. diejenige axiale Position des schlauchförmigen Vorformlings, an dem sich insbesondere ein vollständiger Wechsel zwischen mindestens zwei thermoplastischen Schmelzen vollziehen soll, wo also eine Veränderung der Schichtdicke des jeweiligen Materials gewünscht ist, wird also der Kolben-Regelung ein negativer Geschwindigkeits-Sollwert vorgegeben. Dadurch wird erzielt, daß sich der Kolben etwas zurückzieht und so den noch im Speicherzylinder vorhandenen Druck abbaut, der ansonsten dazu führen würde, daß erst allmählich der Übergang auf das andere Material vonstatten ginge.

Besonders geeignet ist ein Geschwindigkeitsprofil, das so gewonnen wird, daß zunächst die Messung der Kolbenbewegung erfolgt, die sich ergibt, wenn der unter Ausbringdruck stehende Kolben plötzlich druckentlastet wird; er springt in diesem Fall um einen gewissen Betrag zurück. Dieser Bewegung kann ein Geschwindigkeitsprofil zugeordnet werden und zwar ein negatives, da das "Rückspringen" des Kolbens entgegen der Ausbringrichtung des Kolbens erfolgt. Dieses Geschwindigkeitsprofil kann dann gezielt der Kolbenregelung zugrunde gelegt werden.

Aus letztgenannter Ausführungsform ergibt sich eine Variante, die insbesondere regelungstechnische Vorteile, da sehr einfach realisierbar, hat: Anstelle der Vorgabe eines negativen Geschwindigkeitsprofils ist es auch möglich und leicht bewerkstelligbar, daß zum schnellen Verändern der Schichtdicke des jeweiligen Materials über dem axialen Verlauf des schlauchförmigen Vorformlings (z) der Kolben (8, 9) des entsprechenden Massespeichers (2, 3), dessen Materialangebot geringer werden soll, lediglich druckentlastet wird, wodurch sich automatisch vorübergehend eine negative Kolbenbewegung bzw. -geschwindigkeit (v(t) bzw. v(z)) ergibt.

Vorteilhafterweise wird die die Kolbenbewegung regelnde Regelung für den Zeitbereich der Druckentlastung unterbrochen; nach "Rückspringen" des Kolbens kann sie wieder einsetzen.

Eine noch einfachere Bauart ergibt sich dann, wenn der Extrusionskopf und die Massespeicher in ein gemeinsames Bauteil integriert werden; man erhält so einen sog. Co-Extrusions-Speicherkopf.

In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Figur zeigt schematisch den Aufbau einer Blasform­ maschine.

Der Extrusionskopf 1 dient zur Herstellung eines schlauchförmigen Vorformlings, der nach seiner Produktion in einer Blasform 10 mittels Druckluft zum gewünschten Hohlkörper geblasen wird. In der Figur ist die Kontur eines herzustellenden Hohlkörpers in der Blasform 10 gestrichelt angedeutet. Der Vorformling - und der daraus resultierende fertige Hohlkörper - hat eine axiale Koordinate z über seinen axialen Verlauf. Diese ist zur Vereinfachung in der Figur neben der Blasform eingezeichnet; diese Koordinate hat man sich jedoch mit dem Vorformling verbunden vorzustellen, weshalb sie auch in den Bereich des Extrusionskopfes 1 verschoben werden kann. In jedem Falle ist die Bezugnahme auf die Koordinate z im folgenden so zu verstehen, daß sie für den axialen Verlauf des herzustellenden Vorformlings gilt.

Der Extrusionskopf 1 erhält im vorliegenden Fall aus zwei Masse­ speichern Schmelze zweier unterschiedlicher Kunststoffmaterialien. Die Überlegungen und der Schutzumfang der Ansprüche gelten jedoch auch analog, wenn Vorformlinge aus mehr als zwei Materialien herzustellen sind.

Im vorliegenden Fall speisen die beiden Massespeicher 2 und 3 den Extrusionskopf mit Schmelze. Diese stammt aus jeweils einer, jedem Massespeicher 2 und 3 zugeordneten Schnecken-Plastifiziereinheit 4 bzw. 5. Die Massespeicher 2 und 3 weisen jeweils einen Kolben 8 und 9 auf. Durch Abwärtsbewegung (= positive Richtung) der Kolben 8 bzw. 9 wird aus dem Massespeicher Schmelze in den Extrusionskopf 1 ausgebracht, was im - nicht näher dargestellten - unteren Bereich des Kopfes 1 durch Verwendung bekannter Ringdüsen dazu führt, daß ein extrudierter schlauchförmiger Vorformling entsteht. Die Ausbring­ bewegung des Kolbens kann natürlich auch in äquivalenter Weise horizontal anstatt vertikal erfolgen.

Für die Bewegung der Kolben 8 bzw. 9 ist jeweils ein unabhängiger Regler R1 bzw. R2 vorhanden; die Regler sind vorzugsweise in ein gesamtes Maschinensteuerkonzept integriert. Die Regler R1 bzw. R2 veranlassen eine geschwindigkeitsgeregelte Bewegung 6 bzw. 7 der Kolben 8 bzw. 9 in deren Verschiebungsrichtung, die mit v₁(t) bzw. mit v₂(t) bezeichnet sind. In der Praxis wird jedoch meist die Geschwindigkeit v über der axialen Koordinate z zugrundegelegt, so daß dann die Regler R1 und R2 für die Kolbengeschwindigkeiten v₁(z) bzw. v₂(z) verantwortlich zeichnen. In praxi wird häufig auch direkt das aus dem Extrusionskopf 1 auszubringende Gesamtvolumen (V(z)) als Regel­ größe zugrundegelegt (= Verschiebebeträge der Kolben multipliziert mit der Kolbenfläche + ggf. die von den Plastifiziereinheiten zugeführten Volumina).

Soll nun ein Vorformling hergestellt werden, regeln die Regler R1 und R2 die Geschwindigkeiten der Kolben 8 und 9 in der Art, wie es die gewünschte Materialverteilung über der Koordinate z erfordert.

Erfindungsgemäß wird nunmehr jedoch an einer Übergangsstelle z von einem Material auf das andere für die Bewegung des Kolbens, der die Ausbringung des Materials bestimmt, das nun nicht mehr extrudiert werden soll, eine negative Kolbengeschwindigkeit v(z) vorgegeben.

Der jeweilige Kolben wird also an der Übergangsstelle der Materialien kurzzeitig zurückbewegt, wodurch der noch im Massespeicher und Extrusionskopf bestehende Druck für dieses Material abgebaut wird.

So wird ein schneller Übergang von einem Material auf das andere möglich, ohne, daß es eine - nachteilige - allmähliche "Überblendung" auf das neue Material gibt.

Möglich ist es auch, verschiedene Funktionen für das negative, also gegen die Ausbringrichtung des Kolbens gerichtete Geschwindig­ keitsprofil vorzusehen: Die negative Geschwindigkeit kann insbesondere nicht konstant oder nichtlinear sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als negative Kolbengeschwindigkeit die zuvor gemessene und gespeicherte Kolbenbewegung zugrundegelegt wird, die sich bei plötzlicher Druckentlastung des Kolbens ergibt.

In modifizierter Form ist es auch möglich, daß die Regelung R1 bzw. R2 an einer Übergangsstelle zwischen zwei Materialien vorrübergehend deaktiviert wird und statt dessen der entsprechende Kolben druckentlastet wird. Hierbei ergibt sich das oben beschriebene Druckentlastungs- Geschwindigkeitsprofil automatisch.

Bezugszeichenliste

1 Extrusionskopf
2, 3 Massespeicher
4, 5 Schnecken-Plastifiziereinheiten
6, 7 Regelungen der Kolbenbewegung/geschwindigkeit
8, 9 Kolben der Massespeicher
10 Blasform
R1 Regler für die Kolbenbewegung/geschwindigkeit des ersten Kolbens 8
R2 Regler für die Kolbenbewegung/geschwindigkeit des zweiten Kolbens 9
v(t) Geschwindigkeit der Kolben als Funktion der Zeit
v₁(t) Geschwindigkeitsfunktion des ersten Kolbens 8
v₂(t) Geschwindigkeitsfunktion des zweiten Kolbens 9
v₁(z) Geschwindigkeitsfunktion des ersten Kolbens 8 als Funktion von z
v₂(z) Geschwindigkeitsfunktion des zweiten Kolbens 9 als Funktion von z
z axiale Koordinate über den Verlauf des schlauchförmigen Vorformlings

Claims (7)

1. Verfahren für die Herstellung von thermoplastischen Hohlkörpern, die aus mindestens zwei thermoplastischen Materialien bestehen, mit einer Blasformmaschine, die aufweist:

• - einen Extrusionskopf (1), in dem alle Materialien im schmelzflüssigen Zustand zu einem schlauchförmigen Vorformling ausgebildet werden,
• - für jedes zu extrudierende Material einen Massespeicher (2, 3), in den das zu extrudierende schmelzflüssige Material aus einer Schnecken-Plastifiziereinheit (4, 5) hineingefördert wird und aus dem es durch eine Verschiebebewegung (6, 7) eines Kolbens (8, 9) ausgebracht wird, und
• - eine Blasform (10), in der der schlauchförmige Vorformling zu dem Hohlkörper ausgeformt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß zum schnellen Verändern der Schichtdicke des jeweiligen Materials über dem axialen Verlauf des schlauchförmigen Vorformlings (z) der Geschwindigkeitsregelung (6, 7) für den Kolben (8, 9) des entsprech­ enden Massespeichers (2, 3) abschnittsweise eine negative Geschwindig­ keit (v(t)) vorgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Geschwindigkeitsverlauf (v(t) bzw. v(z)) aus einem vorher gemessenen Verlauf besteht, der sich ergibt, wenn der Kolben (8, 9) beim Verändern der Schichtdicke druckentlastet wird.

3. Verfahren für die Herstellung von thermoplastischen Hohlkörpern, die aus mindestens zwei thermoplastischen Materialien bestehen, mit einer Blasformmaschine, die aufweist:

• - einen Extrusionskopf (1), in dem alle Materialien im schmelzflüssigen Zustand zu einem schlauchförmigen Vorformling ausgebildet werden,
• - für jedes zu extrudierende Material einen Massespeicher (2, 3), in den das zu extrudierende schmelzflüssige Material aus einer Schnecken-Plastifiziereinheit (4, 5) hineingefördert wird und aus dem es durch eine Verschiebebewegung eines Kolbens (8, 9) ausgebracht wird, und
• - eine Blasform (10), in der der schlauchförmige Vorformling zu dem Hohlkörper ausgeformt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß zum schnellen Verändern der Schichtdicke des jeweiligen Materials über dem axialen Verlauf des schlauchförmigen Vorformlings (z) der Kolben (8, 9) des entsprechenden Massespeichers (2, 3), dessen Materialangebot geringer werden soll, druckentlastet wird, wodurch sich vorübergehend eine negative Kolbengeschwindigkeit (v(t) bzw. v(z)) ergibt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kolbenbewegung (v(t) bzw. v(z)) regelnde Regelung (6, 7) für den Zeitbereich der Druckentlastung unterbrochen wird und anschließend wieder einsetzt.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Extrusionskopf und die Massespeicher in einem gemeinsamen Bauteil integriert sind (Co-Extrusions-Speicherkopf).