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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Mehrschichtprodukte und eine Vorrichtung zum Spritzgießen derselben.
Insbesondere betrifft es einen vierschichtigen Flaschen-Vorformling
und Formverschluss (closure) und eine Vorrichtung zum Spritzgießen derselben.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Mehrtachhohlraum-Spritzgießvorrichtungen (multi-cavity
injection molding apparatus) zum Herstellen von mehrschichtig geformten
Produkten, wie beispielsweise von Schutzbehältern für Nahrungsmittel, Vorformlingen
für Getränkeflaschen
und Formverschlüssen
sind bekannt. Eine oder mehr Schichten eines Materials werden normalerweise
in oder zusammen mit einer oder mehr Schichten eines anderen Materials
geformt, um das geformte Produkt zu bilden. Wenigstens eine dieser
Schichten ist üblicherweise
eine Sperschicht, die aus einem Sperrmaterial gebildet wird, um
den Inhalt des geformten Produkts zu schützen. Da das Sperrmaterial
kostspielig ist, wird normalerweise nur eine sehr dünne Sperrschicht in
dem geformten Produkt verwendet. Im Allgemeinen ist es auch wünschenswert,
diese dünne
Sperrschicht gleichförmig
und ebenmäßig (d.
h. ausgewogen) über
das geformte Produkt zu verteilen, um den entsprechenden Schutz
für den
Inhalt des geformten Produkts bereitzustellen.
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Ein Beispiel einer Spritzgießvorrichtung,
die zum Herstellen von vierschichtigen Vorformlingen mit dünnen Sperrschichen
verwendet wird, ist im US-Patent Nr. 4,990,301 an Krishnakumar et
alii offenbart. Krishnakumar et alii offenbaren eine Spritzgießeinrichtung,
die mehrere und selektive Schmelze-Einlässe, -Durchgänge, -Kanäle und -Einläufe aufweist, für die unterschiedliche
Verteilerkonfigurationen erforderlich sind, um mehrschichtige Vorformlinge
zu bilden. Insbesondere offenbaren Krishnakumar et alii den Einsatz
eines großen
zentralen Schmelzedurchgangs und drei kleine ringförmige Schmelzedurchgänge, die
in einen zentralen Kanal fließen,
der sich in einen Hohlraum für
mehrschichtige Vorformlinge öffnet.
Abhängig
von der Anwendung kann entweder der große zentrale Schmelzedurchgang
oder einer der drei kleinen ringförmigen Schmelzedurchgänge für ein Sperrmaterial
gewählt
werden. Krishnakumar et alii spritzen das Sperrmaterial aus einem
gewählten
Durchgang in den Hohlraum ein, entweder direkt auf eine abgekühlte Menge
von Vorformlingmaterial, die vorher in dem Hohlraum angeordnet wurde,
oder nach dem Einspritzen einer heißen Menge von Vorformlingmaterial
aus einem anderen Durchgang in den Hohlraum, zusätzlich zu der abgekühlten Menge.
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Es gibt mehrere Probleme mit der
Einrichtung, die von Krishnakumar et alii offenbart wird. Erstens
verwendet die von Krishnakumar et alii offenbarte Spritzgießeinrichtung
mehrere Schmelze-Einlässe,
-Durchgänge, – Kanäle und -Einläufe, die,
abhängig
von der Anwendung, mehrere unterschiedliche Konfigurationen für den gleichen
Verteiler erfordern, um mehrschichtige Vorformlinge herzustellen.
Infolgedessen ist die Spritzgießeinrichtung
von Krishnakumar et alii sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb
komplex und kostspielig. Zweitens führt das Einspritzen eines Spermaterials
direkt auf eine abgekühlte
Menge von Vorformlingmaterial, das vorher in einem Hohlraum angeordnet
wurde, oft zu einer ungleichmäßigen oder
unterbrochenen Sperrschicht, die den Inhalt des geformten Vorformlings
nicht richtig schützt.
Eine veränderte
und nichtgleichförmige Sperrschicht
kann auch Probleme beim Ausblasen des Vorformlings darstellen. Drittens
wird durch das Einspritzen eines Sperrmaterials erst nach dem Einspritzen
einer heißen
Menge von Vorformlingmaterial in einen Hohlraum, zusätzlich zu
der abgekühlten Menge,
zusätzliche
Zeit zu dem Einspritzzyklus oder der Produktionszeit für die Vorformlinge
addiert.
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Schließlich verwendet die von Krishnakumar et
alii offenbarte Spritzgießeinrichtung
große
und kleine Durchgänge
für den
Fluss des Sperrmaterials. Der große Durchgang kann problematisch
sein, da er zu viel Sperrmaterial bei einer hohen Temperatur stauen
kann, wodurch ein Qualitätsverlust
des Sperrmaterials verursacht wird. Andererseits können die kleinen
Durchgänge
hohe Druckabfälle
für das
Sperrmaterial verursachen, wenn es in den Hohlraum eintritt, wodurch
das bereits in dem Hohlraum befindliche Vorformlingmaterial beschädigt oder
ausgewaschen werden kann.
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Weitere Beispiele einer Spritzgießvorrichtung,
die zum Herstellen von vierschichtigen Vorformlingen mit dünnen Sperrschichten
verwendet werden, sind im US-Patent Nr. 5,141,695 an Nakamura offenbart.
Wie Krishnakumar et alii offenbart Nakamura ein Verfahren zum Herstellen
eines vierschichtigen Vorformlings aus drei Materialien, wobei Vorformlingmaterial
zuerst durch einen ringförmigen Schmelzekanal
eingespritzt wird, und eine Sperrschicht später aus einem getrennten ringförmigen Schmelzekanal
gleichzeitig mit einem Gemisch aus Vorformling- und Sperrmaterial
eingespritzt wird, das durch einen zentralen Schmelzekanal eingespritzt wird.
Neben der Verwendung mehrerer ringförmiger Schmelzekanäle, die
zur Komplexität
und den Kosten der Spritzgießvorrichtung
beitragen, wird bei dem von Nakamura offenbarten Verfahren die dünne Sperrschicht
direkt auf der abgekühlten
Menge von Vorformlingmaterial positioniert, die sich bereits im Hohlraum
befindet. Wie vorher erläutert,
führt diese Anordnung
zu einer ungleichmäßigen, ungleichförmigen und
unausgewogenen Sperrschicht in dem Vorformling. Außerdem verursacht
der kleine ringförmige
Schmelzekanal für
das Sperrmaterial, der im Verfahren von Nakamura verwendet wird,
einen hohen Druckabfall, wenn das Sperrmaterial in den Hohlraum
eintritt, wodurch potenziell eine Beschädigung des bereits in dem Hohlraum
vorhandenen Vorformlingmaterials verursacht wird.
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Weitere Beispiele für Spritzgießvorrichtungen,
die zum Formen von Mehrschichtprodukten verwendet werden, sind im
US-Patent Nr. 5,094,603 an Gellert und in der WO-Veröffentlichung
Nr. 9 813 187 von Svenson offenbart. Gellert offenbarte Formvorrichtungen
für das
gemeinsame Einspritzen von unter Druck gesetzter Schmelze. Ein innerer
Schmelzedurchgang erstreckt sich durch eine zentrale Bohrung einer
beheizten Düse,
die zu einem Hohlraum führt.
Ein äußerer Schmelzedurchgang
ist um die zentrale Bohrung der Düse radial beabstandet, die Schmelze
aus dem äußeren Schmelzedurchgang
ist gleichmäßig über die
Schmelze aus dem inneren Schmelzedurchgang verteilt, bevor sie in
den Einlauf gelangt. Auch Stevenson offenbart eine Formvorrichtung
für gemeinsames
Einspritzen, zum Zusammenführen
von Strömen
von Vorformlingmaterial mit mindestens einem internen Strom. Die
kombinierten Ströme
fließen
entlang eines konzentrischen ringförmigen Fließpfads in und entlang eines
sich längs
erstreckenden röhrenförmigen Extruders
zu dem Hohlraum.
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Dementsprechend wäre es wünschenswert, eine Vorrichtung
zum Spritzgießen
von vierschichtigen Vorformlingen oder Formverschlüssen zu
haben, welche die Probleme überwinden,
die mit dem Stand der Technik verbunden sind, indem sie nicht mehrere Schmelze-Einlässe, -Durchgänge, -Kanäle und -Einläufe besitzen,
und indem sie eine einzige Konfiguration für jeden ihrer Verteiler aufweisen.
Eine Spritzgießvorrichtung
zum Spritzgießen
von vierschichtigen Vorformlingen oder Formverschlüssen ohne mehrfache
Schmelze-Einlässe, – Durchgänge, -Kanäle und -Einläufe würde eine
kompaktere Auslegung bereitstellen und wäre relativ einfacher und weniger
kostspielig, sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb.
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Es wäre ebenfalls wünschenswert,
eine Vorrichtung zum Spritzgießen
von vierschichtigen Vorformlingen oder Formverschlüssen zu
haben, die ein Sperrmaterial nicht entweder direkt auf eine abgekühlte Menge
eines Vorformlingmaterials, das vorher in einem Hohlraum angeordnet
wurde, oder nach dem Einspritzen einer heißen Menge von Vorformlingmaterial,
zusätzlich
zu der abgekühlten
Menge, in den Hohlraum spritzen. Eine solche Vorrichtung würde vierschichtige
Vorformlinge oder Formverschlüsse mit
gleichmäßigeren
und gleichförmiger
verteilten Sperrschichten und damit einen besseren Schutz des Inhalts
der Vorformlinge oder Formverschlüsse bereitstellen, ohne die
Zyklus- oder Produktionszeit für
die Vorformlinge oder Formverschlüsse zu erhöhen. Des Weiteren wäre es auch
wünschenswert, eine
Vorrichtung zum Spritzgießen
von vierschichtigen Vorformlingen oder Formverschlüssen zu
haben, mit denen die Probleme verhindert werden, die mit großen und/oder
kleinen Durchgängen
oder Kanälen für Sperrmaterial
verbunden sind.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt
eine Spritzgießvorrichtung
zum Mehrschichtformen bereit, die einen zentralen Schmelzekanal
und einen ringförmigen
Schmelzekanal umfasst, der radial von dem zentralen Schmelzekanal
beabstandet ist. Die Vorrichtung umfasst auch einen ersten Schmelzedurchgang,
der in Verbindung mit dem ringförmigen Schmelzekanal
steht, einen zweiten Schmelzedurchgang in Verbindung mit dem zentralen
Schmelzekanal und einen dritten Schmelzedurchgang in Verbindung
mit dem zentralen Schmelzekanal.
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Außerdem stellt die vorliegende
Erfindung eine Spritzgießvorrichtung
zum Mehrschichtformen bereit, die einen zentralen Schmelzekanal
umfasst, der einen ersten Abschnitt für einen Fluss eines ersten
Materials, einen zweiten Abschnitt für einen Fluss des ersten Materials
und eines zweiten Materials und eine Fließverlängerung aufweist, die den ersten
Abschnitt und den zweiten Abschnitt verbindet. Die Fließverlängerung
weist auch eine Fließöffnung auf. Die
Vorrichtung umfasst des Weiteren einen ringförmigen Ringkanal, der den zentralen
Schmelzekanal für
einen Fluss des zweiten Materials umgibt. Der ringförmige Ringkanal
steht auch mit der Fließöffnung der
Fließverlängerung
in Verbindung. Die Vorrichtung umfasst auch einen ringförmigen Schmelzekanal,
der von dem zentralen Schmelzekanal für einen Fluss eines dritten
Material radial beabstandet ist.
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Des Weiteren stellt die vorliegende
Verbindung auch eine Spritzgießvorrichtung
für Mehrschichtformen
bereit, die einen zentralen Schmelzekanal für einen Fluss eines ersten
Materials und eines zweiten Materials umfasst, und einen ringförmigen Schmelzekanal,
der von dem zentralen Schmelzekanal für einen Fluss eines dritten
Materials radial beabstandet ist. Die Vorrichtung umfasst auch einen Hohlraum
zum Aufnehmen eines Flusses des ersten Materials und des zweiten
Materials aus dem zentralen Schmelzekanal und zum Aufnehmen eines
Flusses des dritten Materials aus dem ringförmigen Schmelzekanal.
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Ein Verfahren zum Spritzgießen von
Mehrschichtprodukten umfasst den Schritt des Einspritzens eines
dritten Materials aus einem ersten Schmelzedurchgang in einen ringförmigen Schmelzekanal,
der von einem zentralen Schmelzekanal radial beabstandet ist. Das
Verfahren umfasst des Weiteren den Schritt des Einspritzens eines
ersten Materials aus einem zweiten Schmelzedurchgang in den zentralen
Schmelzekanal. Außerdem
umfasst das Verfahren den Schritt des Einspritzens eines zweiten Materials
aus einem dritten Schmelzedurchgang in den zentralen Schmelzekanal.
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Ein weiteres Verfahren zum Spritzgießen von
Mehrschichtprodukten umfasst die Schritte des Einspritzens eines
ersten Materials in einen zentralen Schmelzekanal, der einen ersten
Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und eine Fließveriängerung aufweist, welche die
ersten und zweiten Abschnitte verbindet, und des Einspritzens eines
zweiten Materials in einen ringförmigen
Ringkanal, der den zentralen Schmelzekanal umgibt. Das Verfahren
umfasst auch den Schritt des Einspritzens des zweiten Materials aus
dem ringförmigen
Ringkanal in den zentralen Schmelzekanal durch eine Fließöffnung in
der Fließverlängerung.
Des Weiteren umfasst das Verfahren die Schritte des Einspritzens
eines dritten Materials in einen ringförmigen Schmelzekanal, der von
dem zentralen Schmelzekanal radial beabstandet ist, und des Zusammenführens des
dritten Materials aus dem ringförmigen
Schmelzekanals mit den ersten und zweiten Materialien aus dem zentralen
Schmelzekanal.
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Ein weiteres Verfahren zum Spritzgießen von
Mehrschichtprodukten umfasst die Schritte des Einspritzens eines
ersten Materials und eines zweiten Materials in einen zentralen
Schmelzekanal und des Einspritzens des ersten Materials und des
zweiten Materials aus dem zentralen Schmelzekanal in einen Hohlraum.
Außerdem
umfasst das Verfahren die Schritte des Einspritzens eines dritten
Materials in einen ringförmigen
Schmelzekanal, der von dem zentralen Schmelzekanal radial beabstandet
ist, und des Einspritzens des dritten Materials aus dem ringförmigen Schmelzekanal
in den Hohlraum.
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Des Weiteren stellt die vorliegende
Erfindung einen Spritzgießgegenstand
bereit, der eine äußere Schicht
und eine innere Schicht aufweist, die aus einem dritten Material
aus einem ringförmigen
Schmelzekanal hergestellt sind. Der Gegenstand umfasst auch eine
Kernschicht zwischen den äußeren und
inneren Schichten und eine Zwischenschicht zwischen der inneren
Schicht und der Kernschicht. Die Kernschicht besteht aus einem ersten
Material aus einem zentralen Schmelzekanal, und die Zwischenschicht besteht
aus einem zweiten Material aus dem zentralen Schmelzekanal.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer ventilgesteuerten (valve-gated) Spritzgießvorrichtung der
vorliegenden Erfindung für
einen vierschichtigen Flaschen-Vorformling.
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2 ist
eine Explosions-Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Ventilbuchse
der Spritzgießvorrichtung
von 1.
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3 ist
eine Explosions-Querschnittsansicht des Abschnitts der Ventilbuchse
von 2.
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4A – 4E sind Explosions-Querschnittsansichten
einer Düse
und eines Hohlraums der Vorrichtung von 1, die ein Verfahren der vorliegenden
Erfindung darstellen.
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5 ist
eine Explosions-Querschnittsansicht von 4C.
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6 ist
eine Querschnittsansicht eines vierschichtigen Flaschen-Vorformlings
der vorliegenden Erfindung.
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7 ist
eine Querschnittsansicht eines vierschichtigen Formverschlusses
der vorliegenden Erfindung.
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8 ist
eine Querschnittsansicht einer temperaturgesteuerten (thermal-gated)
Spritzgießvorrichtung
der vorliegenden Erfindung für
einen vierschichtigen Flaschen-Vorformling.
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9 ist
eine teilweise Querschnittsansicht eines alternativen vorderen Schmelzeverteilungs-Verteilers
(melt distribution manifold) der vorliegenden Erfindung.
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10 ist
eine Querschnittsansicht der temperaturgesteuerten Spritzgießvorrichtung
von 8 mit Schmelzemischem
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt 1 eine bevorzugte Ausführungsform
eines Abschnitts einer ventilgesteuerten Mehrfachhohlraum-Spritzgießvorrichtung 5 der
vorliegenden Erfindung mit einer Düse 10 zum Formen von
vierschichtigen Flaschen-Vorformlingen,
Formverschlüssen oder
anderen Produkten durch aufeinanderfolgendes und gleichzeitiges
gemeinsames Einspritzen. Obwohl in 1 zur
leichteren Darstellung nur eine Düse gezeigt ist, kann jede gewünschte Anzahl
von Düsen
(d. h. 12, 16 oder 48) mit der Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Vorzugsweise würde jede
zusätzliche
Düse identische
Merkmale mit der in 1 gezeigten
Düse 10 aufweisen, die
im Folgenden im Detail beschrieben wird.
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Neben der Düse 10 umfasst die
Vorrichtung 5 auch einen vorderen Schmelzeverteilungs-Verteiler 18,
eine Düsenhalteplatte 20,
eine rückwärtige Platte 24,
eine Hohlraumhalteplatte 28 und einen rückwärtigen Schmelzeverteilungs-Verteiler 94.
Vorzugsweise sind die Düsenhalteplatte 20 und
die rückwärtige Platte 24 mit
einer Verteilerplatte 26 verbunden. Es versteht sich auch,
dass die Vorrichtung 5 eine größere oder geringere Anzahl
von Platten in Abhängigkeit
von der Anwendung aufweisen kann, und dass zur leichteren Darstellung
nur die oben genannten Platten in 1 gezeigt
sind.
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Die Düsenhalteplatte 20 ist
um ein Ende 87 eines Verteilersteckers (manifold locator) 88 zwischen
dem vorderen Schmelzeverteilungs-Verteiler 18 und der Hohlraumhalteplatte 28 positioniert.
Die Düsenhalteplatte 20 weist
eine Düsenaufnahmeöffnung 54 zum
Aufnehmen der Düse 10 auf.
Vorzugsweise gibt es eine getrennte Düsenaufnahmeöffnung für jede Düse der Spritzgießvorrichtung.
Die Düsenhalteplatte 20 weist
vorzugsweise auch eine gegenläufige
Nocke 90 neben der Düse 10 auf,
um zu verhindern, dass sich die Düse in ihrer jeweiligen Düsenaufnahmeöffnung 54 dreht.
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Die Düse 10 weist einen
Körper 12 mit
einem vorderen Spitzenende 30 und einem rückwärtigen Ende 14 auf.
Die Düse
wird durch ein integriertes elektrisches Heizelement 58 aufgeheizt,
das den Körper 12 umhüllt. Das
Heizelement 58 weist einen Anschluss 60 auf, der
in der Nähe
des rückwärtigen Endes
der Düse
positioniert ist. Die Düse 10 weist auch
einen radialen Schmelzekanal 64 auf, der sich vom rückwärtigen Ende 14 aus
erstreckt. Außerdem weist
die Düse 10 eine
Düseneinlauf-Dichtung
(nozzle gate seal) 73 auf, die im Körper 12 der Düse 10 befestigt
ist und das vordere Spitzenende 30 bildet. Des Weiteren
weist die Düseneinlauf-Dichtung 73 eine vordere Öffnung 74 auf,
um zu ermöglichen,
dass Material durch das vordere Spitzenende 30 aus der Düse herausgelangen
kann.
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Die Düse weist auch eine Futterhülse 70 auf, die
in der Düseneinlauf-Dichtung 73 befestigt
ist. Die Futterhülse 70 weist
eine vordere Öffnung 75,
die mit und in der Nähe
der vorderen Öffnung 74 der
Düseneinlauf-Dichtung 73 fluchtet,
und ein rückwärtiges Ende 71 auf,
das dem rückwärtigen Ende 14 der Düse 10 entspricht.
Zusammen bilden die Futterhülse 70 und
die Düsenaufnahme 73 einen
ringförmigen Schmelzekanal 76 zwischen
ihnen, der sich durch die Düseneinlauf-Dichtung 73 erstreckt
und in flüssiger Verbindung
mit dem radialen Schmelzekanal 64 steht. Vorzugsweise weist
die Futterhülse 70 auch
einen Winkelflansch 80 in der Nähe der Düseneinlauf-Dichtung 73 auf,
um den Materialfluss aus dem radialen Schmelzekanal 64 in
den ringförmigen Schmelzekanal 76 zu
leiten.
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Außerdem weist die Futterhülse 70 eine
zentrale Bohrung 68 auf, die sich durch den Körper 12 und
zu dem rückwärtigen Ende 14 der
Düse 10 erstreckt.
Die zentrale Bohrung 68 der Futterhülse 70 ist ausgelegt,
um einen verlängerten
Ventilstift 110 aufzunehmen. Die zentrale Bohrung 68 definiert auch
einen Abschnitt eines zentralen Schmelzekanals 78 für den Fluss
von Material um den Ventilstift 110 und durch die Düse 10.
Wie in 1 gezeigt, ist ein
ringförmiger
Schmelzekanal 76 radial von dem zentralen Schmelzekanal 78 beabstandet.
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Der Ventilstift 110 weist
einen Körper 111,
einen Kopf 112 und eine vordere Spitze 116 gegenüber dem
Kopf 112 auf. Die vordere Spitze 116 kann entweder
rechteckig beschnitten sein, wie in 1, 4A–4E und 5 gezeigt, oder konisch zulaufen
(nicht dargestellt). Die vordere Spitze 116 ist auch ausgelegt,
um in die vordere Öffnung 74 der
Düseneinlauf-Dichtung 73 zu
passen. Außerdem
kann der Ventilstift 110 vorwärts und rückwärts in mehrere verschiedene
Positionen bewegt werden, wie im Folgenden detaillierter beschrieben
wird.
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Der vordere Schmelzeverteilungs-Verteiler 18 ist
auf dem Verteilerstecker 88 zwischen der Düsenhalteplatte 20 und
dem rückwärtigen Schmelzeverteilungs-Verteiler 94 positioniert.
Der vordere Schmelzeverteilungs-Verteiler 18 wird durch
ein integriertes elektrisches Heizelement 86 aufgeheizt
und weist eine Vorderseite 16 auf, die an das rückwärtige Ende 14 der
Düse 10 anstößt. Der
vordere Schmelzeverteilungs-Verteiler 18 weist auch wenigstens eine
Buchsenaufnahmeöffnung 50 mit
einem vertieften Abschnitt 52 zum Aufnehmen einer Ventilbuchse 98 und
wenigstens eine Schmelzebohrung 104 mit einem Durchmesser 104a auf,
die mit der zentralen Bohrung 68 der Futterhülse 70 in
Verbindung steht. Wie die zentrale Bohrung 68 ist die Schmelzebohrung 104 für die Aufnahme
des Ventilstifts 110 ausgelegt und definiert einen weiteren
Abschnitt des zentralen Schmelzekanals 78 für den Fluss
von Material um den Ventilstift 110 und durch den vorderen Schmelzeverteilungs-Verteiler 18.
Vorzugsweise weist der vordere Schmelzeverteilungs-Verteiler 18 eine
Buchsenaufnahmeöffnung 50 und
eine Schmelzebohrung 104 für
jede Düse 10 auf,
die in der Vorrichtung 5 verwendet wird.
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Außerdem weist der vordere Schmelzeverteilungs-Verteiler 18 einen
ersten Schmelzedurchgang 42 mit einem L-förmigen Schmelzeabschnitt 43 auf,
der sich nach vorne durch den vorderen Schmelzeverteilungs-Verteiler 18 erstreckt
und mit dem radialen Schmelzekanal 64 der Düse 10 in
Verbindung steht. Der Schmelzeabschnitt 43 gestattet es
Material, aus dem ersten Schmelzedurchgang 42 in den radialen
Schmelzekanal 64 und anschließend in den ringförmigen Schmelzekanal 76 der
Düse 10 zu
fließen.
Dementsprechend steht der Schmelzeabschnitt 43, und damit
der erste Schmelzedurchgang 42 über den radialen Schmelzekanal 64 mit
dem ringförmigen Schmelzekanal 76 in
Verbindung.
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Wie in 1 gezeigt,
stößt eine
Schmelzeeinlassdüse 130 an
den vorderen Schmelzeverteilungs-Verteiler 18 gegenüber der
Düsenhalteplatte 20 an.
Die Schmelzeeinlassdüse 130 weist
eine zentrale Bohrung 132 auf, die teilweise einen Schmelzehauptdurchgang 134 definiert,
der sich durch die Schmelzeeinlassdüse 130 und in den
vorderen Schmelzeverteilungs-Verteiler 18 erstreckt. Der Schmelzehauptdurchgang
steht in flüssiger
Verbindung mit dem ersten Schmelzedurchgang 42 des vorderen
Schmelzeverteilungs-Verteilers 18 und einem (nicht gezeigten)
Einspritzzylinder zum Zuführen
von neuem Vorformlingmaterial (virgin preform material) 200,
wie beispielsweise Polyethylenterephthalat ("PET").
Die Schmelzeeinlassdüse 130 weist auch
ein Heizelement 136 auf.
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Die Vorrichtung 5 umfasst
auch einen rückwärtigen Schmelzeverteilungs-Verteiler 94,
der auf dem Verteilerstecker 88 zwischen, aber vorzugsweise
davon beabstandet, dem vorderen Schmelzeverteilungs-Verteiler 18 und
der rückwärtigen Platte 24 positioniert
ist, wie in 1 gezeigt.
Der rückwärtige Schmelzeverteilungs-Verteiler
weist eine zentrale Bohrung 95 zum Aufnehmen der Schmelzeeinlassdüse 130 auf.
Der rückwärtige Schmelzeverteilungs-Verteiler 94 weist
auch einen dritten Schmelzedurchgang 118 in Verbindung
mit einem (nicht gezeigten) Einspritzzylinder zum Zuführen eines
Sperrmaterials 300 auf, wie beispielsweise Nylon oder Ethylvinylalkohol
("EVOH"). Der dritte Schmelzedurchgang 118 weist
auch einen L-förmigen
Abschnitt 119 auf, der sich nach vorne aus dem rückwärtigen Schmelzeverteilungs-Verteiler 94 erstreckt. Außerdem weist
der rückwärtige Schmelzeverteilungs-Verteiler 94 eine
Buchsenbohrung 149 auf, die mit der Schmelzebohrung 104 des
vorderen Schmelzeverteilungs-Verteilers 18 fluchtet. Wie
im Folgenden detaillierter beschrieben wird, wird der rückwärtige Schmelzeverteilungs-Verteiler 94 durch
ein integriertes elektrisches Heizelement 100 auf eine
niedrigere Betriebstemperatur als der vordere Schmelzeverteilungs-Verteiler 18 aufge heizt,
und der zwischen den beiden Verteilern 18, 94 vorgesehene
Luftraum 101 stellt die thermische Trennung zwischen ihnen bereit.
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Die Vorrichtung 5 der vorliegenden
Erfindung umfasst auch eine Ventilbuchse 98, die zwischen
den Verteilern 18, 94 positioniert und in der
Buchsenaufnahmeöffnung 50 des
ersten Schmelzeverteilungs-Verteilers 18 aufgenommen ist.
Um ihre Herstellung zu erleichtem, ist die Ventilbuchse 98 vorzugsweise
aus einer Vielzahl von Komponenten gefertigt, die hartverlötet werden,
um eine einzelne ganze Komponente zu bilden. Wie in 1 gezeigt, weist die Ventilbuchse 98 einen
Spitzenvorsprung 102 auf, der sich von einem mittleren
Kopfabschnitt 103 in den vertieften Abschnitt 52 des
vorderen Schmelzeverteilungs-Verteilers 18 nach vorne erstreckt.
Zusammen bilden der Spitzenvorsprung 102 und der vertiefte
Abschnitt 52 einen ringförmigen Ringkanal 106 zwischen
ihnen, wie in 2 gezeigt. Der
ringförmige
Ringkanal 106 umgibt den zentralen Schmelzekanal 78.
Die Ventilbuchse 98 weist auch einen verlängerten
rückwärtigen Spindelabschnitt 148 auf,
der sich von dem mittleren Kopfabschnitt 103 durch die
Buchsenbohrung 149 in dem rückwärtigen Schmelzeverteilungs-Verteiler 94 nach
hinten erstreckt. Ein Führungszapfen 126,
der sich zwischen dem mittleren Kopfabschnitt 103 und dem
vorderen Schmelzeverteilungs-Verteiler 18 befindet, hält die Ventilbuchse
exakt in ihrer Stellung und hindert sie daran, sich zu drehen.
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Die Ventilbuchse 98 weist
auch eine zentrale Bohrung 108 auf, die sich durch den
Spitzenvorsprung 102, den mittleren Kopfvorsprung 103 und den
Spindelabschnitt 148 erstreckt. Wie in 2 gezeigt, weist die zentrale Bohrung 108, ähnlich wie
die zentrale Bohrung 68 und die Schmelzebohrung 104, einen
ersten Durchmesser 108a zum Aufnehmen des Ventilstifts 110 und
Definieren eines Abschnitts des zentralen Schmelzekanals 78 für den Materialfluss
um den Ventilstift 110 und durch die Ventilbuchse 98 auf.
Der erste Durchmesser 108a der zentralen Bohrung 108 ist
jedoch vorzugsweise kleiner als der Durchmesser 104a der
Schmelzebohrung 104. Die zentrale Bohrung 108 weist
auch einen zweiten Durchmesser 108b zum Aufnehmen nur des
Ventilstifts 110. und zum Verhindern des Materialflusses nach
hinten durch die Ventilbuchse 98 auf.
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Wie in 3 gezeigt,
sind die zentrale Bohrung 108 der Ventilbuchse 98 und
die Schmelzebohrung 104 des vorderen Schmelzeverteilungs-Verteilers 18 über eine
Fließverlängerung 105 miteinander verbunden,
die auch einen Abschnitt des zentralen Schmelzekanals 78 bildet.
Die Fließverlängerung 105 weist
eine ringförmige
Fließöffnung 109 auf,
die mit dem ringförmigen
Ringkanal 106 in Verbindung steht. Vorzugsweise ist die
ringförmige
Fließöffnung 109 so
bemessen, dass sie im Wesentlichen gleich dem jeweiligen Unterschied
zwischen den Durchmessern 104a, 108a der Schmelzebohrung 104 und der
zentralen Bohrung 108 ist. Mit anderen Worten, die Breite
des zentralen Schmelzekanals 78 wird vorzugsweise erhöht, um zusätzlichen
Materialfluss aus dem ringförmigen
Ringkanal 106 aufzunehmen, ohne den Fluss von anderem Material
in dem zentralen Schmelzekanal zu unterbrechen oder zu beeinflussen.
Es versteht sich auch, dass die Menge von Material, das aus dem
ringförmigen
Ringkanal 106 fließt, durch
eine Erhöhung
(d. h. mehr Fluss) oder Verringerung (d. h. weniger Fluss) der Größe der ringförmigen Fließöffnung 109 kontrolliert
werden kann.
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Wie in 1 bis 2 gezeigt, weist die Ventilbuchse 98 einen
L-förmigen
ersten Übergangs-Schmelzedurchgang 122 und
einen zweiten Übergangs-Schmelzedurchgang 84 auf.
Der erste Übergangs-Schmelzedurchgang 122 ist
gefluchtet und in Verbindung mit sowohl dem Schmelzeabschnitt 45 des
zweiten Schmelzedurchgangs 44 des vorderen Schmelzeverteilungs-Verteilers 18 als
auch mit einem ringförmigen
Durchgang 123 in dem mittleren Kopfabschnitt 103 der
Ventilbuchse 98. Der ringförmige Durchgang 123 steht
auch in Verbindung mit der zentralen Bohrung 108 der Ventilbuchse 98,
wie am besten in 2 gezeigt
ist. Dementsprechend steht der Schmelzeabschnitt 45, und
damit der zweite Schmelzedurchgang 44, über den ersten Übergangs-Schmelzedurchgang 122 und
den ringförmigen
Durchgang 123 mit dem zentralen Schmelzekanal 78 in
Verbindung.
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Der zweite Übergangs-Schmelzedurchgang 84 steht
sowohl mit dem L-förmigen
Abschnitt 119 des dritten Schmelzedurchgangs 118 und
mit einer ringförmigen
Ringnut 107 in Verbindung, die um den Spitzenvorsprung 102 der
Ventilbuchse 98 angeordnet ist. Die ringförmige Ringnut 107 steht
auch in Verbindung mit dem ringförmigen
Ringkanal 106, wie am besten in 2 gezeigt ist. Dementsprechend steht der
L-förmige
Abschnitt 119, und damit der dritte Schmelzedurchgang 118,
mit dem ringförmigen Ringkanal 106 über den
zweiten Übergangs-Schmelzedurchgang 84 und
die ringförmige
Ringnut 107 in Verbindung.
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Die rückwärtige Platte 24 der
Vorrichtung 5 der vorliegenden Erfindung ist auf dem Verteilerstecker 88 neben
dem rückwärtigen Schmelzeverteilungs-Verteiler 94 gegenüber dem
vorderen Schmelzeverteilungs-Verteiler 18 positioniert.
Die rückwärtige Platte 24 weist
eine zentrale Bohrung 25 auf, die mit der zentralen Bohrung 95 des
rückwärtigen Schmelzeverteilungs-Verteilers 94 zum
Aufnehmen der Schmelzeeinlassdüse 130 gefluchtet
ist. Des Weiteren ist ein Arretierring 160 vorzugsweise
mit einer oder mehr Schrauben 162 an der rückwärtigen Platte 24 gegenüber dem
rückwärtigen Schmelzeverteilungs-Verteiler 94 angebracht.
Der Arretierring 160 weist auch eine zentrale Bohrung 164 auf,
die mit der zentralen Bohrung 25 der rückwärtigen Platine 24 zum
Aufnehmen der Schmelzeeinlassdüse 130 gefluchtet
ist.
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Die rückwärtige Platte 24 weist
vorzugsweise eine Kolbenaufnahmeöffnung 150 auf,
die mit der Buchsenbohrung 149 des rückwärtigen Schmelzeverteilungs-Verteilers 94 gefluchtet
ist. Ein Betätigungsmechanismus 146 ist
in der Kolbenaufnahmeöffnung 150 positioniert.
Der Betätigungsmechanismus 146 umfasst
einen Kolbenzylinder 154 und einen Endaufsatz 155 zum
Verbinden des Kopfs 112 des Ventilstifts 110 mit
dem Kolbenzylinder 154. Während des Betriebs des Betätigungsmechanismus 146 können sich
der Kolbenzylinder 154 und der Endaufsatz 155 in
einen Abschnitt der Buchsenbohrung 149 erstrecken, wie
in 1 gezeigt. Der Kolbenzylinder 154 wird
vorzugsweise durch einen kontrollierten Fluiddruck (d. h. von Öl oder Wasser)
betrieben, der über
eine oder mehrere (nicht gezeigte) Leitungen angewendet wird. Es
versteht sich, dass, obwohl hier nur ein hydraulischer Betätigungsmechanismus
beschrieben und gezeigt wird, auch andere Arten von Betätigungsmechanismen,
wie beispielsweise elektromechanische Mechanismen mit der Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
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Wenn der Kolbenzylinder 154 nach
vorne getrieben wird, wird damit verursacht, dass der Ventilstift 110 sich
nach vorne in Richtung auf die Hohlraumhalteplatte 28 bewegt.
Wird der Kolbenzylinder 154 vollkommen nach vorne bewegt,
wird damit verursacht, dass das vordere Spitzenende 116 des
Ventilstifts 110 in der vorderen Öffnung 74 der Düseneinlauf-Dichtung 73 aufgenommen
wird, wodurch die Fluid-Verbindung zwischen den Schmelzekanälen 76, 78 und
der vorderen Öffnung 74 der
Düseneinlauf-Dichtung 73 unterbrochen
wird. Andererseits, wenn der Kolbenzylinder 154 nach hinten
getrieben wird, wird damit verursacht, dass der Ventilstift 110 sich
von der Hohlraumhalteplatte 28 weg nach hinten bewegt.
Wird der Kolbenzylinder 154 an der vorderen Öffnung 74 der
Düseneinlauf-Dichtung 73 vorbei nach
hinten bewegt, wird damit verursacht, dass das vordere Spitzenende 116 des
Ventilstifts 110 aus der vorderen Öffnung 74 der Düseneinlauf-Dichtung 73 zurückgezogen
wird, wodurch die Fluid-Verbindung zwischen dem ringförmigen Schmelzekanal 76 und der
vorderen Öffnung 74 der
Düseneinlauf-Dichtung 73 hergestellt
wird. Des Weiteren, wenn der Kolbenzylinder 154 an der
vorderen Öffnung 75 der
Futterhülse 70 vorbei
nach hinten bewegt wird, wird damit verursacht, dass sich das vordere
Spitzenende 116 des Ventilstifts 110 an der vorderen Öffnung 75 der Futterhülse 70 vorbei
nach hinten bewegt, wodurch die Herstellung einer Fluid-Verbindung
nicht nur zwischen dem ringförmigen
Schmelzekanal 76 und der vorderen Öffnung 74 der Düseneinlauf-Dichtung 73, sondern
auch zwischen dem zentralen Schmelzekanal 78 und der vorderen Öffnung 74 der
Düseneinlauf-Dichtung 73 erfolgt.
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Wie in 1 und 5 gezeigt, weist die Hohlraumhalteplatte 28 der
vorliegenden Erfindung einen Hohlraum 36 um einen Formkern 37 auf.
Der Hohlraum 36 weist eine Hohlraumöffnung 38 auf, die
mit der vorderen Öffnung 74 der
Düseneinlauf-Dichtung 73 gefluchtet
ist. Der Hohlraum 36 kann jede Anzahl von Formen und Konfigurationen
besitzen, abhängig von
dem gewünschten
zu formenden Produkt. Wie in 1 gezeigt,
weist der Hohlraum vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, die
Form eines Flaschen-Vorformlings mit einem Gewindeende auf. Es versteht
sich, dass durch Ändern
des Hohlraums 36 andere Flaschen-Vorformlinge mit unterschiedlichen Formen
und Konfigurationen oder andere Produkte als Flaschen geformt werden
können,
wie beispielsweise Formverschlüsse,
und die vorliegende Erfindung ist nicht auf das Formen nur des gezeigten
Flaschen-Vorformlings oder auch anderer Arten von Vorformlingen
beschränkt.
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Es versteht sich auch, dass die Vorrichtung 5 der
vorliegenden Erfindung, insbesondere ihre Düsen, ebenfalls ein oder mehrere
Heizsysteme, Kühlsysteme
und isolierende Lufträume
zum Aufrechterhalten der geeigneten Temperaturen für ihre Komponenten
und die Materialien aufweisen kann, die durch die Vorrichtung fließen. Beispiele
für geeignete
Heizsysteme, Kühlsysteme
und isolierende Lufträume
für die
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind in US-Patentanmeldung,
Aktenzeichen 08/969,764 beschrieben, mit dem Titel "Spure Gated Five
Layer Injection Molding Apparatus, angemeldet am 13. November 1997,
sowie in den US-Patenten Nr. 5,094,603, 5,135,377 und 5,223,275
an Gellert, die alle speziell in ihrer Gesamtheit hierin durch Bezugnahme
aufgenommen wurden.
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Der Betrieb der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
wird im Folgenden unter besonderer Bezugnahme auf die 4A–4E und 5 beschrieben. Obwohl nur
die Ausbildung eines vierschichtigen Flaschen-Vorformlings in den
Zeichnungen gezeigt und im Folgenden beschrieben wird, versteht
es sich, dass andere Arten von vierschichtigen Vorformlingen oder
andere Produkte als Vorformlinge, wie beispielsweise Formverschlüsse, mit
unterschiedlichen Materialmerkmalen die Ergebnisprodukte der Vorrichtung
und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung sein können.
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Wie in 4A gezeigt,
beginnt der Vorgang damit, dass der Ventilstift durch die Vorwärtsbewegung
des Kolbenzylinders 154 vollkommen durch die vordere Öffnung 74 der
Düseneinlauf-Dichtung 73 eingeführt wird.
Infolgedessen wird die Fluid-Verbindung zwischen dem ringförmigen Schmelzekanal 76, dem
zentralen Schmelzekanal 78 und der vorderen Öffnung 74 der
Düseneinlauf-Dichtung 73 unterbrochen.
In dieser Position ist der Ventilstift durch das Bezugszeichen 110a gekennzeichnet.
Anschließend wird
jeweils an die Heizelemente 58, 86, 136 der Düse 10,
des vorderen Schmelzeverteilungs-Verteilers 18 und
der Schmelzeeinlassdüse 130 elektrische Energie
angelegt, um sie auf eine Betriebstemperatur für das neue Vorformlingmaterial,
die in dem Schmelzehauptdurchgang 143 und dem ersten Schmelzedurchgang 42 angeordnet
ist, und das zurückgeführte Vorformlingmaterial
aufzuheizen, das in dem zweiten Schmelzedurchgang 44 angeordnet
ist. Wenn PET für
die das Vorformlingmaterial und das zurückgeführte Vorformlingmaterial verwendet
wird, beträgt
die bevorzugte Betriebstemperatur etwa 296°C, d. h. 565°F.
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Danach wird der Ventilstift durch
die Rückwärtsbewegung
des Kolbenzylinders aus der vorderen Öffnung der Düseneinlauf-Dichtung
herausgezogen, wie in 4B gezeigt.
Infolgedessen wird eine Fluid-Verbindung zwischen dem ringförmigen Schmelzekanal
und der vorderen Öffnung
der Düseneinlauf-Dichtung
hergestellt, nicht jedoch zwischen dem zentralen Schmelzekanal und
der vorderen Öffnung
der Düseneinlauf-Dichtung.
In dieser Position ist der Ventilstift mit dem Bezugszeichen 110b gekennzeichnet.
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Einsprtzdruck wird anschließend an
den Schmelzehauptdurchgang 134 angelegt, um eine erste
Menge 200a des neuen Vorformlingmaterials durch den ersten
Schmelzedurchgang 42 und in den Schmelzeabschnitt 43 zu
zwingen. Von da aus fließt die
erste Menge 200a von neuem Vorformlingmaterial durch den
radialen Schmelzekanal 64, der mit dem Schmelzeabschnitt 43 gefluchtet
ist, in den ringförmigen
Schmelzekanal 76, aus der vorderen Öffnung 74 der Düseneinlauf-Dichtung 73 und
in die Hohlraumöffnung 38.
Einspritzdruck wird angelegt, bis die erste Menge 200a von
neuem Vorformlingmaterial den Hohlraum 36 füllt, wie
in 4B gezeigt. Die erste Menge 200a von
neuem Vorformlingmaterial beginnt sich beim Füllen des Hohlraums 36 abzukühlen.
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Anschließend wird elektrische Energie
an das Heizelement 100 in dem rückwärtigen Schmelzeverteilungs-Verteiler 94 angelegt,
um ihn auf eine Betriebstemperatur für das Sperrmaterial 300 aufzuheizen,
das in dem dritten Schmelzedurchgang 118 angeordnet ist.
Wenn für
das Sperrmaterial Nylon verwendet wird, beträgt die bevorzugte Betriebstemperatur
etwa 204°C,
d. h. 400°F.
Anschließend
wird der Ventilstift aus der vorderen Öffnung 75 der Futterhülse 70 durch
die Rückwärtsbewegung
des Kolbenzylinders herausgezogen, wie in 4C gezeigt. Infolgedessen wird eine Fluid-Verbindung
nicht nur zwischen dem ringförmigen
Schmelzekanal und der vorderen Öffnung
der Düseneinlauf-Dichtung,
sondern auch zwischen dem zentralen Schmelzekanal und der vorderen Öffnung der
Düseneinlauf-Dichtung hergestellt.
In dieser Position ist der Ventilstift mit dem Bezugszeichen 110c gekennzeichnet.
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Einspritzdruck wird anschließend an
den Schmelzehauptdurchgang 134 angelegt, um eine zweite
Menge 200b von neuem Vorformlingmaterial durch den ersten
Schmelzedurchgang 42 und in dessen Schmelzeabschnitt 43 zu
zwingen. Von da aus fließt
die zweite Menge 200b von neuem Vorformlingmaterial durch
den radialen Schmelzekanal 64, der mit dem ersten Schmelzeabschnitt 43 gefluchtet
ist, und in den ringförmigen
Schmelzekanal 76. Einspritzdruck wird auch an das zurückgeführte Vorformlingmaterial 250 in
dem zweiten Schmelzedurchgang 44 angelegt, um das zurückgeführte Vorformlingmaterial
durch den zweiten Schmelzedurchgang 44 und in dessen Schmelzeabschnitt 45 zu
zwingen. Von da aus fließt
das zurückgeführte Vorformlingmaterial 250 durch
den L-förmigen
ersten Übergangs-Schmelzedurchgang 122,
der mit dem Schmelzeabschnitt 45 des zweiten Schmelzedurchgangs 44 gefluchtet
ist, und in den ringförmigen Schmelzedurchgang 123 der
Ventilbuchse 98. Das zurückgeführte Vorformlingma terial 250 fließt ebenfalls
aus dem ringförmigen
Durchgang 123 in den zentralen Schmelzekanal 78 und
um den Ventilstift 110 in Richtung auf den Hohlraum 36.
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Zur etwa gleichen Zeit wird Einspritzdruck
an das Sperrmaterial 300 in dem dritten Schmelzedurchgang 118 angelegt,
um das Sperrmaterial durch den dritten Schmelzedurchgang 118 und
in seinen L-förmigen
Abschnitt 119 zu zwingen. Von da aus fließt das Sperrmaterial 300 in
den zweiten Übergangs-Schmelzedurchgang 84,
durch die ringförmige Ringnut 107 und
in den ringförmigen
Ringkanal 106. Wie am besten in 3 gezeigt ist, fließt das Sperrmaterial 300 aus
dem ringförmigen
Ringkanal 106 durch die Fließöffnung 109 und in
die Fließverlängerung 105.
Das Spermaterial 300 wird danach dem Fluss des zurückgeführten Vorformlingmaterials 250 in
dem zentralen Schmelzekanal 78 zugeführt und umgibt ihn. Da die
Fließöffnung 109 vorzugsweise
so bemessen ist, dass sie im Wesentlichen gleich dem Unterschied
zwischen den jeweiligen Durchmessern 104a, 108a der
Schmelzebohrung 104 des vorderen Schmelzeverteilungs-Verteilers 18 und
der zentralen Bohrung 108 der Ventilbuchse 98 ist,
unterbricht der Fluss des Sperrmaterials nicht den Fluss des zurückgeführten Vorformlingmaterials.
Infolgedessen ist der Fließdruck
des zurückgeführten Vorformlingmaterials vor
der Fließveriängerung
im Wesentlichen der Gleiche wie der Fließdruck des zurückgeführten Vorformlingmaterials
nach der Fließverlängerung.
Da außerdem
das Sperrmaterial zusammen mit dem zurückgeführten Vorformlingmateral durch
den zentralen Schmelzekanal 78 fließt, wie dies am besten in 5 dargestellt ist, werden
Qualitätsverlust-
und Druckabfallprobleme vermieden, die durch zu große oder
zu kleine Kanäle
für das
Sperrmaterial verursacht werden.
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Zusammen fließen das Sperrmaterial 300 und
das zurückgeführte Vorformlingmaterial 250 durch
den zentralen Schmelzekanal 78 und um den Ventilstift 110 und
aus der vorderen Öffnung 75 der Futterhülse 70.
Hier werden das Sperrmaterial 300 und das zurückgeführte Vorformlingmateral
zusammengeführt
und von der zweiten Menge 200b des neuen Vorformlingmaterials
umgeben, die aus dem ringförmigen
Schmelzekanal 76 fließt.
An diesem Punkt sind die zweite Menge des neuen Vorformlingmaterials 200b,
das Sperrmaterial 300 und das zurückgeführte Vorformlingmaterial 250 immer
noch heiß.
Zusammen fließen
die zweite Menge 200b des neuen Vorformlingmaterials, das
Sperrmaterial 300 und das zurückgeführte Vorformlingmateral 250 gleichzeitig
aus der vorderen Öffnung 74 der
Düseneinlauf-Dichtung 73 und
in die Hohlraumöffnung 38. Der gleichzeitige
Fluss dieser Materialien hilft dabei, die Zyklus- oder Produktionszeit
für den
sich daraus ergebenden Vorformling zu reduzieren. Als Nächstes teilen
die zweite Menge 200b des heißen neuen Vorformlingmaterials,
das heiße
Sperrmaterial 300 und das heiße zurückgeführte Vorformlingmaterial 250 die
erste Menge 200a des abgekühlten neuen Vorformlingmaterials
in dem Hohlraum 36, wie in 4C und 5 gezeigt. Einspritzdruck
wird an die ersten, zweiten und dritten Schmelzedurchgänge 42, 44, 118 angelegt,
bis der Hohlraum 36 vollkommen mit Material gefüllt ist.
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Wie am besten in 5 gezeigt ist, ist das Sperrmaterial 300 von
der zweiten Menge 200b von heißem neuen Vorformlingmaterial
und dem heißen zurückgeführten Vorformlingmaterial 250 umgeben und
darin eingebettet, wenn das Sperrmaterial 300 in den Hohlraum 36 fließt. Infolgedessen
isolieren die zweite Menge 200b von heißem neuen Vorformlingmaterial
und das heiße
zurückgeführte Vorformlingmaterial 250 das
Sperrmaterial 300 von der ersten Menge 200a von
abgekühltem
neuem Vorformlingmaterial, die sich bereits in dem Hohlraum 36 befindet.
Diese Anordnung stellt eine gleichmäßig und gleichförmig verteilte
Schicht von Sperrmaterial in dem daraus resultierenden Vorformling
bereit.
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Außerdem, da das Sperrmaterial 300 von
der zweiten Menge 200b des heißen neuen Vorformlingmaterials
und dem heißen
zurückgeführten Vorformlingmaterial 250 umgeben
ist, wird die Verteilung und Position des Sperrmaterials 300 in
dem Hohlraum in geeigneter Weise kontrolliert. Mit anderen Worten, die
Verteilung und Positionierung des Sperrmaterials 300 hängt nicht
allein von dem Hohlraum, dem Formkern und/oder dem abgekühlten Vorformlingmaterial ab,
das bereits in dem Hohlraum vorhanden ist. Stattdessen wird die
Verteilung und Positionierung des Sperrmaterials für den Hohlraum,
und damit der daraus resultierende Vorformling, durch die Schmelzekanäle kontrolliert
und ausgewogen, bevor das Sperrmaterial in den Hohlraum 36 eintritt.
Die Position des Sperrmaterials innerhalb des Hohlraums, und damit
der daraus resultierende Vorformling, kann auch durch Einstellen
von Zeitabläufen,
Temperatur und Druck, wie aus dem Stand der Technik bekannt, eingestellt
und kontrolliert werden. Diese Anordnung gewährleistet, dass das Sperrmaterial
in dem Hohlraum korrekt und ausgewogen positioniert wird, und vermeidet
die unausgewogene Verteilung und Positionierung des Sperrmaterials
innerhalb des Hohlraums, die beispielsweise durch Fehlausrichtung oder
Verschieben des Formkerns 37 verursacht werden kann.
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Nachdem der Hohlraum 36 gefüllt ist,
wird der Ventilstift durch den Kolbenzylinder nach vorne bewegt,
um den Materialfluss und die Fluid-Verbindung zwischen dem zentralen
Schmelzekanal in der vorderen Öffnung
der Futterhülse
zu unterbrechen, wie in 4D gezeigt.
Wie in 4E gezeigt, fährt der
Kolbenzylinder fort, den Ventilstift vorwärts zu bewegen, bis der Ventilstift
vollständig
in die vordere Öffnung
der Düseneinlauf-Dichtung
eingeführt
ist, wodurch ebenfalls Materialfluss und Fluid-Verbindung zwischen
dem ringförmigen
Schmelzekanal und der vorderen Öffnung
der Düseneinlauf-Dichtung unterbrochen
werden. Da der Ventilstift den Fluss von Material aus der Düse unterbricht,
ist es nicht erforderlich, den Einspritzdruck, der auf den Vorformling
bzw. das Sperrmaterial angewendet wird, auszulösen. Sobald der Hohlraum gefüllt und
der Materialfluss gestoppt ist, fährt der Vorformling fort, sich
abzukühlen,
bis das Material ausreichend ausgehärtet ist, um aus dem Hohlraum
ausgestoßen
zu werden.
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Als Ergebnis der Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung kann ein Flaschen-Vorformling 170 hergestellt
werden, wie in 6 gezeigt.
Der Flaschen-Vorformling 170 weist ein erstes offenes Ende 171 und
ein zweites geschlossenes Ende 172 auf, das vom ersten
offenen Ende beabstandet ist und diesem gegenüberliegt. Vorzugsweise, aber
nicht notwendigerweise, weist das erste offene Ende 171 Gewinde 173 auf.
Der Flaschen-Vorformling 170 weist auch eine äußere Schicht 174 von
neuem Vorformlingmaterial auf, wie beispielsweise neuem PET, eine
innere Schicht 175 von neuem Vorformlingmaterial, wie beispielsweise
neuem PET, und eine Kernschicht 176 aus Sperrmaterial,
wie beispielsweise Nylon oder EVOH, zwischen den äußeren und
inneren Schichten 174, 175 aus neuem Vorformlingmaterial
und eine Zwischenschicht 177 aus zurückgeführtem Vorformlingmaterial,
wie beispielsweise zurückgeführtem PET,
zwischen der Kernschicht 176 von Sperrmaterial und der
inneren Schicht 175 von neuem Vorformlingmaterial. Die
Kernschicht 176 aus Sperrmaterial und die Zwischenschicht 177 von
zurückgeführtem Vorformlingmaterial
erstrecken sich vorzugsweise im Wesentlichen über den ganzen Flaschen-Vorformling 170,
wie in 6 gezeigt. Jede Schicht 174, 175; 176, 177 weist
mehrere Eigenschaften auf, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Dicke,
Gewicht und Prozentsatz des Gesamtvolumens ("Volumenanteil").
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Durch Ändern der Zeitabläufe und/oder
der Menge von Vorformling- oder Sperrmaterial können auch die Eigenschaften
der äußeren, inneren,
Kern- und Zwischenschichten
174, 175, 176, 177 geändert werden.
Beispielsweise können
durch Einspritzen einer größeren Menge
der ersten und/oder zweiten Mengen 200a, 200b des
neuen Vorformlingmaterials in den Hohlraum 36 dickere und
schwerere äußere und/oder
innere Schichten 174, 175 von neuem Vorformlingmaterial
ausgebildet werden. Bei einem angenommen konstanten Gesamtvolumen
für den Hohlraum,
und damit des Flaschen-Vorformlings 170,
erhöht
sich der Volumenanteil des neuen Vorformlingmaterials, während sich
der Volumenanteil des Sperrmaterials 300 und des zurückgeführten Vorformlingmaterials
verringert. Andererseits kann durch Einspritzen einer größeren Menge
von Sperrmaterial in den Hohlraum eine dickere und schwerere Kernschicht 176 von
Sperrmaterial ausgebildet werden. Bei einem wiederum angenommenen
konstanten Gesamtvolumen für
den Hohlraum, und damit des Flaschen-Vorformlings, erhöht sich
der Volumenanteil des Sperrmaterials, während sich der Volumenanteil
des neuen und zurückgeführten Vorformlingmaterials
verringert. In ähnlicher
Weise kann eine dickere und schwerere Zwischenschicht 177 von
zurückgeführtem Vorformlingmaterial
durch Einspritzen einer größeren Menge
von zurückgeführtem Vorformlingmaterial
in den Hohlraum ausgebildet werden. Bei einem konstanten Gesamtvolumen
für den Hohlraum,
und damit des Flaschen-Vorformlings, erhöht sich der Volumenanteil des
zurückgeführten Vorformlingmaterials,
während
der Volumenanteil des Sperrenmaterials und neuen Vorformlingmaterials
sich verringert.
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Als ein Ergebnis der Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung kann auch ein Formverschluss 180 hergestellt
werden, wie in 7 gezeigt.
Der Formverschluss 180 kann mit der gleichen Vorrichtung
wie der Flaschen-Vorformling 170 hergestellt werde, mit
der Ausnahme, dass das Vorformlingmaterial (d. h. PET) vorzugsweise
durch ein Formverschlussmaterial ersetzt wird, wie beispielsweise
Polypropylen. Der Formverschluss 180 weist eine Basis 181 und
einen ringförmigen
Flansch 182 auf, der sich von der Basis aus nach außen erstreckt.
Der ringförmige
Flansch 182 weist eine Innenseite 183 auf, vorzugsweise,
aber nicht notwendigerweise, mit Gewinden 184. Der Formverschluss 180 weist
auch eine äußere Schicht 185 aus
Formverschlussmaterial auf, wie beispielsweise neues Polypropylen,
eine innere Schicht 186 aus neuem Formverschlussmaterial,
wie beispielsweise neuem Polypropylen, eine Kernschicht 187 aus
Sperrmaterial, wie beispielsweise Nylon oder EVOH, zwischen den äußeren und
inneren Schichten 185, 186 aus neuem Formverschlussmaterial
und eine Zwischenschicht 188 aus zurückgeführtem Formverschlussmaterial,
wie beispielsweise zurückgeführtem Polypropylen, zwischen
der Kernschicht 187 von Sperrmaterial und der inneren Schicht 186 von
neuem Formverschlussmaterial. Die Kernschicht 187 aus Sperrmaterial
und die Zwischenschicht aus zurückgeführtem Formverschlussmaterial
erstrecken sich vorzugsweise im Wesentlichen über die gesamte Basis 181 des
Formverschlusses 180, wie in 7 gezeigt.
Jede Schicht 185, 186, 187, 188 weist
mehrere Eigenschaften auf, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Dicke, Gewicht
und Prozentsatz des Gesamtvolumens ("Volumenanteil").
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Durch Ändern der Zeitabläufe und/oder
der Menge von Formverschluss- oder Sperrmaterial können auch
die Eigenschaften der äußeren, inneren, Kern-
und Zwischenschichten 185, 186, 187, 188 geändert werden.
Beispielsweise können
durch Einspritzen einer größeren Menge
der ersten und/oder zweiten Mengen von neuem Formverschlussmaterial in
den Hohlraum dickere und schwerere äußere und/oder innere Schichten 185, 186 von
neuem Formverschlussmaterial ausgebildet werden. Bei einem angenommen
konstanten Gesamtvolumen für den
Hohlraum, und damit des Formverschlusses 180, erhöht sich
der Volumenanteil des neuen Formverschlussmaterials, während sich
der Volumenanteil des Sperrmaterials und des zurückgeführten Formverschlussmaterials
verringert. Andererseits kann durch Einspritzen einer größeren Menge
von Sperrmaterial in den Hohlraum eine dickere und schwerere Kernschicht 187 von
Sperrmaterial ausgebildet werden. Bei einem wiederum angenommenen
konstanten Gesamtvolumen für
den Hohlraum, und damit des Formverschlusses, erhöht sich
der Volumenanteil des Sperrmaterials, während sich der Volumenanteil
des neuen und zurückgeführten Formverschlussmaterials
verringert.
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Als eine Alternative zur ventilgesteuerten Vorrichtung 5,
die in den 1 bis 5 gezeigt und oben beschrieben
wurde, zeigt 8 eine
bevorzugte Ausführungsform
eines Abschnitts einer temperaturgesteuerten Mehrfachhohlraum-Spritzgießvorrichtung 405 der
vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 405 ist, abgesehen
von nur wenigen Ausnahmen, identisch mit der Vorrichtung 5 und
arbeitet in der gleichen Weise. Um Redundanz und unnötige Wiederholung
zu vermeiden, werden im Folgenden nur die Unterschiede zwischen
der Vorrichtung 405 und der Vorrichtung 5 im Detail
erläutert.
In ähnlicher
Weise werden zur einfacheren Darstellung nur einige der Komponenten
der Vorrichtung 405 durch Bezugszeichen in 8 gekennzeichnet. Vorzugsweise sind die
nicht gekennzeichneten Komponenten der Vorrichtung 405 mit
den entsprechenden Komponenten der Vorrichtung 5 identisch.
Außerdem
versteht es sich, dass die Vorrichtung 405 wie die Vorrichtung 5 verwendet
werden kann, um sowohl den Flaschen-Vorformling 170 und
den Formverschluss 180 herzustellen, die in 6 bis 7 gezeigt und oben beschrieben wurden.
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Der primäre Unterschied zwischen der
Vorrichtung 405 und der Vorrichtung 5 ist derjenige,
dass die Vorrichtung 405 keinen Ventilstift aufweist. Demzufolge
wird die Vorrichtung 405 durch Steuern des Einspritzdrucks
betätigt,
der an die ersten und zweiten Schmelzedurchgänge angelegt wird, anstatt durch
Steuern des Ventilstifts. Mit anderen Worten, anstatt einen Ventilstift
vorwärts
und rückwärts zu bewegen,
um einen Fluss von Material zu unterbrechen und herzustellen, verwendet
die Vorrichtung 405 Erhöhungen
und Verminderungen des Einspritzdrucks zum Unterbrechen oder Herstellen
des Materialflusses. Ansonsten sind der Betrieb und das Verfahren der
Vorrichtung 405 die Gleichen wie der Betrieb und das Verfahren
der Vorrichtung 5.
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Da die Vorrichtung 405 keinen
Ventilstift verwendet, sind für
die Vorrichtung 405 gewisse Komponenten der Vorrichtung 5 nicht
länger
erforderlich. Beispielsweise weist die rückwärtige Platte 424 der Vorrichtung 405 keine
Kolbenaufnahmeöffnung 150 oder
einen Betätigungsmechanismus 146 auf.
Desgleichen weist der rückwärtige Schmelzeverteilungs-Verteiler 494 der
Vorrichtung 405 keine Buchsenbohrung 149 auf.
Außerdem
besitzt die Ventilbuchse 498 der Vorrichtung 405 keinen
Spindelabschnitt 148, und die Ventilbuchse 498 hat
eine zentrale Bohrung 508 mit nur einem Durchmesser 108a,
die sich nicht an dem ringförmigen
Durchgang 123 vorbei erstreckt.
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9 zeigt
eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform eines vorderen Schmelzeverteilungs-Verteilers 618 der
vorliegenden Erfindung. Der vordere Schmelzeverteilungs-Verteiler 618 ist,
abgesehen von wenigen Ausnahmen, identisch mit dem oben beschriebenen
und in 1 und 8 gezeigten vorderen Schmelzeverteilungs-Verteiler 18 und
arbeitet in der gleichen Weise. Um Redundanz und unnötige Wiederholung
zu vermeiden, werden im Folgenden nur die Unterschiede zwischen
dem vorderen Schmelzeverteilungs-Verteiler 618 und dem
vorderen Schmelzeverteilungs-Verteiler 18 im Detail erläutert.
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Wie in 9 gezeigt,
umfasst der vordere Schmelzeverteilungs-Verteiler 618 einen
Brückenabschnitt 705,
einen Verteiler-Unterabschnitt 710, der von dem Brückenabschnitt 705 beabstandet
ist, und eine Schmelzeverbindung 715, die den Brückenabschnitt 705 und
den Verteiler-Unterabschnitt 710 verbindet. Der Brückenabschnitt 705 weist
einen Brückendurchgang 707 in
Verbindung mit dem Schmelzehauptdurchgang 134 der Schmelzeeinlassdüse 130 auf,
der Verteiler-Unterabschnitt 710 weist einen untergeordneten
Verteilerdurchgang 713 in Verbindung mit dem ersten Schmelzedurchgang 42 auf, und
die Schmelzeverbindung 715 weist einen Verbindungsdurchgang 717 in
Verbindung sowohl mit dem Brückendurchgang 707 und
dem untergeordneten Verteilerdurchgang 713 auf. Ein Beispiel
einer geeigneten Schmelzeverbindung für den Einsatz in der vorliegenden
Erfindung ist im US-Patent 5,843,361 offenbart, das hier als Referenz
speziell aufgenommen wird.
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Ein herkömmlicher Schmelzemischer
719 (oder
statischer Mischer) ist ebenfalls in dem Verbindungsdurchgang
717 positioniert,
wie in
9 gezeigt. Während des
Betriebs der vorliegenden Erfindung kann der Einsatz von PET für das Vorformlingmaterial
eine gewisse Menge von unerwünschtem Acetaldehyd
("AA") erzeugen. Außerdem kann
während
des Fließens
des Vorformlingmaterials oder des Sperrmaterials durch die Schmelzekanäle der Verteiler
und/oder der Düse
eine nicht-gleichförmige Scherspannung
auftreten. Diese nicht-gleichförmige Scherspannung
kann eine nicht-gleichförmige
Temperaturverteilung über
das Vorformling- oder Sperrmaterial erzeugen, wodurch Schwierigkeiten
beim gleichförmigen
Befüllen
des Hohlraums
36 mit dem Vorformling- und Sperrmaterial erzeugt werden. Der Schmelzemischer
719 beschäftigt sich
jedoch mit diesen Problemen und hilft, deren Auftreten zu verhindern
oder deren Auswirkungen zu reduzieren. Insbesondere hilft der Schmelzemischer
719 beim
Reduzieren der erzeugten Menge von AA und beim Verbessern der Temperatur-Gleichförmigkeit
während des
gesamten Materialflusses. Alle Schmelzemischer oder statischen Mischer,
die nach dem Stand der Technik bekannt sind, können für den Einsatz mit der vorliegenden
Erfindung angepasst werden. Beispiele für geeignete Schmelzemischer
oder statische Mischer sind im US-Patent Nr. 4,541, 982, im US-Patent
Nr. 4,965,028, im US-Patent Nr. 5,262,119 und der Anmeldung
DE 3201710 des Anmelders
offenbart, die alle speziell in hierin durch Bezugnahme aufgenommen
wurden.
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Obwohl ein Schmelzemischer nur in
dem Verbindungsdurchgang der Schmelzeverbindung für den vorderen
Schmelzeverteilungs-Verteiler gezeigt ist, versteht es sich, dass
Schmelzemischer oder statische Mischer in einer Reihe von verschiedenen
Positionen in der gesamten Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
verwendet werden können.
Beispielsweise kann ein Schmelzemischer in einem Verbindungsdurchgang
einer Schmelzeverbindung für
den rückwärtigen Schmelzeverteilungs-Verteiler 94 positioniert
sein. Außerdem
können
Schmelzemischer in den Übergangs-Schmelzedurchgängen 84, 122 der Ventilbuchse 98 und/oder
in dem radialen Schmelzekanal 64 der Düse 10 positioniert
sein.
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Wie in 10 gezeigt,
können
ein oder mehrere Schmelzemischer in dem zentralen Schmelzekanal 78 des
temperaturgesteuerten Spritzgießvorrichtung 405 positioniert
sein, die in 8 gezeigt
ist und oben beschrieben wurde. Vorzugsweise ist ein erster Schmelzemischer 719a in
dem zentralen Schmelzekanal 78 in der Nähe des ringförmigen Ringkanals 106 positioniert,
um das Sperrmaterial 300 mit dem zurückgeführten Vorformlingmaterial 250 zu
mischen. Zusätzlich
oder alternativ ist ein zweiter Schmelzemischer 719b ebenfalls
bevorzugt in dem zentralen Schmelzekanal 78 in der Nähe der vorderen Öffnung 74 der
Düseneinlass-Dichtung 73 positioniert,
um das Sperrmaterial 300 mit dem zurückgeführten Vorformlingmaterial 250 zu
mischen. Obwohl beide, die ersten und zweiten Schmelzemischer 719a, 719b in 10 gezeigt sind, versteht
es sich, dass nur der eine oder der andere oder beide mit der temperaturgesteuerten
Spritzgießvorrichtung der
vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
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Die Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung kann besonders vorteilhaft auf Vorformlinge und Formverschlüsse für Flaschen
oder Behälter
angewendet werden. Die vierschichtigen Vorformlinge und Formverschlüsse, die
durch die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden,
stellen zuverlässige
geformte Produkte zum Schutz ihres Inhalts bereit. Des Weiteren
werden durch die Verwendung eines zurückgeführten Vorformlingmaterials
die Herstellungskosten der Vorformling und Formverschlüsse reduziert.
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Aus der vorherigen Beschreibung und
den begleitenden Zeichnungen ist ebenso leicht ersichtlich, dass
die Spritzgießvorrichtung
der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung gegenüber dem
aktuellen Stand der Technik ist. Beispielsweise erfordern die Vor richtung
und das Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht mehrere Schmelze-Einlässe, -Durchgänge, -Kanäle und -Einläufe. Stattdessen
verwendet die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung nur drei Einspritzzylinder,
drei Schmelzedurchgänge
und einen Einlauf zum Herstellen von vierschichtigen Vorformlingen
und Formverschlüssen.
Infolgedessen überwindet
die vorliegende Erfindung die Nachteile, die mit den Spritzgießvorrichtungen
und Verfahren nach dem aktuellen Stand der Technik verbunden sind,
indem eine Mehrschicht-Spritzgießvorrichtung bereitgestellt
wird, die relativ einfach und kostengünstig in der Herstellung und
im Betrieb ist.
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Die vorliegende Erfindung überwindet
die Nachteile der Spritzgießvorrichtungen
und Verfahren nach dem aktuellen Stand der Technik auch, indem das
Sperrmaterial mit heißem
Vorformlingmaterial umgeben wird, bevor es in den Hohlraum eingespritzt wird,
wodurch ein Einspritzen des Sperrmaterials direkt auf einen abgekühlten Abschnitt
von Vorformlingmaterial vermieden wird, das vorher in dem Hohlraum
angeordnet wurde. Infolgedessen stellt die vorliegende Erfindung
einen vierschichtigen Vorformling und Formverschluss mit einer gleichmäßiger und gleichförmiger verteilten
Sperrschicht mit besseren Schutzmerkmalen bereit. Desgleichen wird
die Zykluszeit für
die Vorformlinge oder Formverschlüsse minimiert und nicht erhöht, da im
Gegensatz zum bekannten Stand der Technik die vorliegende Erfindung das
Sperrmaterial gleichzeitig mit dem es umgebenden heißen Vorformlingmaterial
einspritzt, anstatt nach einem ersten Einspritzen von heißem Vorformlingmaterial
in den Hohlraum.
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Fachleute, an die die Erfindung gerichtet
ist, können
Modifizierungen vornehmen und andere Ausführungsformen unter Verwendung
der Grundsätze dieser
Erfindung herstellen, ohne von deren Erfindungsgedanken oder wesentlichen
Merkmalen abzuweichen, insbesondere unter Berücksichtigung der vorherigen
Lehren. Beispielsweise können
die Gewinde des Flaschen-Vorformlings und/oder des Formverschlusses
vollständig
weggelassen oder durch irgendein anderes Befestigungsmerkmal ersetzt
werden. Außerdem
kann jede gewünschte Form
und Konfiguration für
den Hohlraum und den daraus resultierenden Flaschen-Vorformling und/oder
Formverschluss verwendet werden, je nach Herstellungs- oder Verbraucherpräferenzen.
Desgleichen können
Herstellungs- und Verbraucher-Präferenzen
auch die Zeitabläufe
und Anzahl der Zyklen für
den Betrieb der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung vorgeben.
Außerdem
kann das zurückgeführte Vorformlingmaterial
durch ein anderes Vorformlingmaterial, ein Sperrmaterial oder eine Mischung
aus beidem ersetzt werden. Dementsprechend sind die beschriebenen
Ausführungsformen
in jeder Hinsicht nur als veranschaulichend und nicht einschränkend zu
betrachten, und der Umfang der Erfindung ist daher durch die Ansprüche im Anhang angegeben,
und nicht durch die vorherige Beschreibung. Infolgedessen, obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen
beschrieben wurde, sind Modifizierungen von Struktur, Zeitablauf,
Materialien und Ähnlichem
für Fachleute offensichtlich,
fallen jedoch immer noch in den Bereich der Erfindung.