DE60031828T2

DE60031828T2 - Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus Kunststoff

Info

Publication number: DE60031828T2
Application number: DE60031828T
Authority: DE
Inventors: Jules-Joseph Van Schaftingen; Yannick Gerard; Stephane Leonard; Serge Dupont; Joel Op De Beeck
Original assignee: Inergy Automotive Systems Research SA
Current assignee: Plastic Omnium Advanced Innovation and Research SA
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: EP1110697A2; ATE345206T1; EP1728669A2; US6866812B2; EP1110697B1; EP1728669A3; BR0006238B1; US20010015513A1; BE1013191A3; DE60031828D1; EP1110697A3; EP1728669B1; BR0006238A; US20050104260A1; US7166253B2; JP2002103427A; JP2011168064A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers aus Kunststoff.
Hohlkörper aus Kunststoff werden in einer Anzahl unterschiedlicher Industrien und in großer Vielfalt für verschiedene Anwendungszwecke, insbesondere als Behälter für Gas und Flüssigkeiten, verwendet. Die Hohlkörper müssen häufig für bestimmte besondere Anwendungen Dichtheitsstandards bezüglich des Anwendungszweckes hinsichtlich der Umwelt erfüllen. Man trachtet derzeit danach, sowohl in Europa wie in der gesamten Welt, die Anforderungen beträchtlich zu erhöhen, was die Begrenzung der Schadstoffaustritte in die Atmosphäre und in die Natur im allgemeinen betrifft. Die Entwicklung von Hohlkörpern, die dazu bestimmt sind, Flüssigkeiten und Gase aufzunehmen, zielt folglich rasch auf Techniken ab, die besser imstande sind, die Dichtheit und die Sicherheit unter verschiedenen Anwendungsbedingungen zu garantieren. Man ist auch gezwungen, soweit wie möglich jene Verluste zu reduzieren, die ihren Ursprung in den Leitungen und verschiedenem Zubehör haben, das mit dem Hohlkörper verbunden ist. Ein Mittel, das häufig angewendet wird, besteht darin, bestimmtes Zubehör und Leitungen im Inneren des Hohlkörpers selbst vorzusehen, wodurch eine Grenzfläche mit der Außenatmosphäre vermieden wird.
Das Einsetzen des Zubehörs in einen Rohling, der dazu bestimmt ist, durch Blasformung einen Hohlkörper zu erzeugen, ist als solches gut bekannt und findet sich in zahlreichen industriellen Anwendungen für die Herstellung von Hohlkörpern wieder, insbesondere jenen, die als Behälter für Flüssigkeit und Gas dienen.
Das Einsetzen bestimmter Zubehörteile in einen geschlossenen zylindrischen Vorformling erweist sich jedoch als heikel, wenn ihr Raumvolumen beträchtlich ist: es erfordert nämlich, daß der Vorformling das Zubehör umgibt, ohne mit diesem in Eingriff zu kommen, bevor der Blasformungsvorgang ausgeführt wird.
Aus dem US-Patent 4,952,347 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffbehälters aus Kunststoff bekannt, welches das Extrudieren von zwei parallelen flachen Folien umfaßt, zwischen die man das Zubehör einsetzt. Die beiden Folien werden sodann geformt, indem sie einander angenähert werden und die beiden Wände einer Form geschlossen werden, in die ein Blasgas eingeführt wird und deren Enden die beiden Folien durch Schweißen miteinander verbindet, derart, daß sie einen Hohlkörper bilden, welcher das Zubehör in seinem Inneren enthält.
Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es ein Positionieren der beiden Extrusionsköpfe und/oder der Extruder erfordert, das imstande ist, gleichzeitig zwei flache Folien zu erzeugen, deren Gleichmäßigkeit hinsichtlich ihrer Dicke und der Produktion von einer Folie zur anderen und in jedem Punkt jeder Folie konstant ist.
Das Dokument JP 04 244828 (Patent Abstracts of Japan vol. 017, n° 018 von 13/1/1993) offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers durch Formung eines Vorformlings, bei welchem während der Extrusion des Vorformlings ein Einschnitt vorgenommen wird. Das Profil der Form gestattet es, bei der Blasformung einen Hohlkörper und ein Rohr zu erzeugen. Jedoch ist bei dieser Vorrichtung nicht vorgesehen, daß ein Zubehör in den Hohlkörper eingesetzt wird, das Schneiden des Vorformlings gestattet nur eine leichtere Formung desselben, aber keine Führung des Vorformlings durch eine entsprechende Vorrichtung.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren zu schaffen, welches die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet und das Einsetzen und Positionieren von sperrigem Zubehör in einen Hohlkörper erleichtert und beschleunigt, ohne Gefahr zu laufen, nicht erwünschte Unregelmäßigkeiten in den Wänden des fertigen Hohlkörpers zu erzeugen.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus Kunststoff, ausgehend von einem extrudierten Rohling mit geschlossenem Querschnitt, gemäß dem Anspruch 1.
Unter Hohlkörper bezeichnet man jeden Gegenstand, dessen Oberfläche zumindest einen leeren oder konkaven Teil aufweist. Insbesondere eignet sich das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung von Hohlkörpern, welche geschlossene Form haben, wie Behälter.
Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hohlkörper werden aus einem Kunststoff erzeugt, d.h. aus einem Material, das zumindest ein Polymer aus Syntheseharz aufweist.
Alle Arten von Kunststoffen können sich eignen. Kunststoffe, die sich besonders gut eignen, gehören zur Kategorie der thermoplastischen Kunststoffe.
Unter thermoplastischem Material wird jedes thermoplastische Polymer verstanden, einschließlich thermoplastischer Elastomere, sowie deren Mischungen. Man bezeichnet mit dem Ausdruck „Polymer" sowohl Homopolymere wie Copolymere (binäre oder ternäre). Beispiele für solche Copolymere sind in nicht einschränkender Weise: Copolymere mit willkürlicher Verteilung, sequentielle Copolymere, Blockcopolymere und gepfropfte Copolymere.
Alle Arten von Polymeren oder thermoplastischen Copolymeren, deren Schmelztemperatur unter der Zersetzungstemperatur liegt, sind geeignet. Thermoplastische Synthesematerialien, die einen Schmelzbereich haben, der um zumindest 10 Grad höher liegt, eignen sich besonders gut. Als Beispiel für solche Materialien seien jene erwähnt, die eine Polydispersion in ihrer Molekularmasse aufweisen.
Insbesondere kann man Polyolefine, gepfropfte Polyolefine, thermoplastische Polyester, Polycetone, Polyamide und ihre Copolymere verwenden. Ein Copolymer, das häufig verwendet wird, ist Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH). Eine Mischung aus Polymeren oder Copolymeren kann ebenfalls verwendet werden, sowie eine Mischung aus Polymermaterialien mit anorganischen Ladungen, organischen und/oder natürlichen Ladungen, wie beispielsweise, aber nicht ausschließlich: Kohlenstoff, Salze und andere anorganische Derivate, Naturfasern oder Polymerfasern. Es ist auch möglich, mehrlagige Strukturen zu verwenden, die aus gestapelten Schichten bestehen und fest sind und zumindest ein Polymer oder Copolymer umfassen, wie es vorstehend beschrieben wurde. Derartige mehrlagige Strukturen können mit Hilfe eines Coextrusionskopfes oder durch eine Technik des vollständigen oder teilweise Überziehens eines Schichtsubstrates mit einer oder mehreren anderen Schichten erhalten werden. Ein Beispiel dieser Überzugstechnik ist die Projektion von Kunststoff auf eine Substratschicht mit Hilfe einer Pistole.
Ein Polymer, das häufig angewendet wird, ist Polyethylen. Ausgezeichnete Resultate sind mit Polyethylen hoher Dichte (PEHD) erzielt worden.
Unter extrudiertem Rohling bezeichnet man jedes Produkt, das durch den Durchgang durch eine Düse erhalten wird, mit einer Zusammensetzung, die zumindest ein thermoplastisches geschmolzenes Material und homogenisiertes Material in einer Extrusionsmaschine umfaßt, deren Kopf in einer Düse endet. Gemäß der Erfindung hat der Rohling einen geschlossenen Querschnitt. Vorzugsweise ist dieser Querschnitt kreisförmig oder elliptisch.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zumindest ein Einschnitt in dem aus der am Extrusionskopf montierten Düse austretenden Rohling erzeugt. Der Vorgang des Einschneidens besteht darin, über die Gesamtheit der Wandstärke des Rohlings gemäß einer Kurve vorbestimmter Form und Länge zu schneiden. Vorzugsweise ist die Krümmung des Schnittes geradlinig. Gemäß der Erfindung wird der Schnitt kontinuierlich über die gesamte Länge des Rohlings ausgeführt. In bevorzugter Weise wird das Schneiden in gerader Linie über die gesamte Länge des Rohlings ausgeführt.
Der geschnittene Rohling wird sodann in einer Form geformt, d.h. durch Einsetzen zwischen zumindest zwei Formteile, gefolgt vom Schließen der Teile und Zusammenpressen bei einer vorbestimmten Temperatur und während einer vorbestimmten Zeitspanne.
Vorzugsweise umfaßt der Formungsvorgang einen Blasformungs- und einen Schweißvorgang. Diese beiden unterschiedlichen Vorgänge können unabhängig voneinander hintereinander oder nach einer bestimmten Ordnung ausgeführt werden. Sie können auch vorzugsweise zumindest teilweise gleichzeitig ausgeführt werden.
Der Blasformungsvorgang im Inneren der Form, deren Wände durch irgendwelche Heizmittel oder durch entsprechende Kühlmittel auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden können, ermöglicht es, den geschnittenen Rohling zu formen.
Der Schweißvorgang in der Form besteht darin, den Umfang des Rohlings zumindest teilweise zusammenzupressen und die zusammengepreßten Oberflächen des Rohlings durch Hitzefusion zu einer Einheit zu verschweißen.
Als Option ist es auch möglich, eine Oberflächenbehandlung des erhaltenen Hohlkörpers auszuführen. Beispiele solcher Oberflächenbehandlungen sind in nicht einschränkender Weise: die Fluorierung, die Sulfonierung und das Überziehen mit einer anderen Mischung oder einem anderen Material.
Vorzugsweise wird das Verfahren in einer integrierten Herstellungsstraße durchgeführt, welche die Extrusion des Rohlings und seine Formung mit Hilfe einer Form umfaßt. Man erzeugt insbesondere identische Vorformlinge mit Hilfe einer Schneidklinge, die das Extrudat, das aus der Düse austritt, in gleichmäßigen Intervallen quer durchschneidet.
In bevorzugter Weise erfolgt das Schneiden des Rohlings in der Längsrichtung gemäß einer Erzeugenden desselben. Es ist in diesem Fall besonders interessant, daß der Schnitt in Richtung des Austrittes des Rohlings aus der Düse erfolgt.
Gemäß der Erfindung erfolgt das Schneiden des Rohlings über seine gesamte Länge doppelt, d.h. gemäß zweier unterschiedlicher Linien, derart, daß zwei separate Folien erzeugt werden. Der Schnitt gemäß zweier paralleler Erzeugender ist besonders bevorzugt.
Die erhaltenen Folien können bis zur endgültigen Schließphase der Form in konstantem gegenseitigen Abstand gehalten werden. Man kann auch als Variante den gegenseitigen Abstand der Folien über die Zeit bis zum Schließen der Form verändern. Gemäß dieser Variante ist es auch möglich, die Folien einander in dem Augenblick anzunähern, in dem die Form geschlossen wird. Dies gestattet es vorteilhaft, Herstellungsausschuß zu reduzieren.
Gemäß der Erfindung werden die beiden Teile des geschnittenen Rohlings in einem ausreichenden gegenseitigen Abstand gehalten, um zwischen diese beiden Teile einen Gegenstand, der im Inneren des Hohlkörpers eingeschlossen werden soll, vor der Formung einsetzen zu können. Auf diese Weise kann man insbesondere voluminöse Gegenstände einsetzen. Man kann auch das doppelte Schneiden zur Erzeugung zweier separater Folien mit der Technik des gegenseitigen Entfernens der geschnittenen Vorformlingteile über einen ausreichenden Abstand verbinden. Im letzteren Fall werden die separaten Folien im gegenseitigen Abstand gehalten.
Dieser voluminöse Gegenstand kann auf traditionelle Weise von der unteren Seite der Folie her gegensinnig zu ihrem Austritt aus der Düse eingesetzt werden.
In besonders vorteilhafter Form kann dieser Gegenstand seitlich vom oberen Teil der Folien her eingeführt werden. Auf diese Weise kann man die Zone oder die Seite der Folie wählen, wo der verfügbare Raum weniger beschränkt ist. Diese Art und Weise ist besonders vorteilhaft für Gegenstände großer Dimensionen.
Gemäß der Erfindung werden die infolge des Schneidens des Vorformlings erzeugten Folien mit Hilfe einer Führungsvorrichtung geführt. Diese Führungsvorrichtung kann jede beliebige Führungsvorrichtung für flache Gegenstände aus Kunststoff sein, die an sich bekannt ist. Man kann beispielsweise Rollen und/oder Walzen anwenden. Die Führungsvorrichtung kann außerdem eine Vorrichtung zum Quer- und/oder Längsstrecken der Folie umfassen.
Der Vorgang gemäß der Erfindung ist interessant, wenn man in den geschnittenen Rohling zumindest ein Zubehör einzusetzen wünscht, das dazu bestimmt ist, im Hohlkörper zu verbleiben. Der Vorgang gemäß der Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn man zwischen die Rohling zumindest ein Zubehör einzusetzen wünscht, das dazu bestimmt ist, im Hohlkörper zu verbleien.
Unter Zubehör versteht man allgemein jeden Gegenstand oder jede Vorrichtung, die dem Hohlkörper bei seiner Anwendung oder seiner üblichen Funktionsweise zugeordnet ist, und die dazu beiträgt, mit diesem bestimmte nützliche Funktionen zu erfüllen. Beispiele für solches Zubehör sind in nicht einschränkender Weise: Flüssigkeitspumpen, Pipetten, Reservoirs, innere Platten im Hohlkörper oder Lüftungsvorrichtungen.
Vorzugsweise wird das eingesetzte Zubehör, insbesondere wenn mehrere identische oder nicht identische Exemplare eingesetzt werden, von einer vorher zusammengebauten Struktur getragen. Auf diese Weise wird der Vorteil erreicht, daß man die Struktur vorher zusammenbauen kann bzw. diese, welche die Gesamtheit oder zumindest den größeren Teil des in den Hohlkörper einzusetzenden Zubehörs trägt, vor ihrem Einführen in den Hohlkörper in einem gesonderten Verfahren ausbilden kann. Daraus resultiert, daß der Einsetzvorgang wesentlich erleichtert wird und vorzusammengebaute Strukturen mit Zubehör relativ komplexer Art leicht vorbehandelt werden können.
Man kann auch unabhängig vom Einsetzen des vorstehend beschriebenen Zubehörs zwischen die Folien eine vorzusammengebaute Struktur einsetzen, die zumindest eine Verankerungsvorrichtung für diese Struktur an der Innenwand des Hohlkörpers enthält. Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise ein Arm sein, der mit einer Zunge zur Befestigung an der Innenwand des Hohlkörpers versehen ist. Diese Zungen können beispielsweise durch Schweißen mit der Wand des Hohlkörpers beim Schließen der Form verbunden werden. Alternativ können sie durch Einklemmen zwischen den gegenüberliegenden Wänden des Hohlkörpers genau angebracht werden.
Man kann auch vorsehen, daß die auf diese Weise vorher zusammengebaute Struktur als solche eine Verankerungsvorrichtung trägt, die erst später für die Befestigung eines Zubehörs eingesetzt wird. Ein Beispiel ist die Befestigung eines Zubehörs, das aus einer anderen Fabrikation kommt, wie jenes der vorher zusammengebauten Struktur, und das man zur gleichen Zeit einzusetzen wünscht, wie jenes, welches bereits an der Struktur vorhanden ist. Ein anderes Beispiel kann auch die Möglichkeit sein, ein Zubehör nach der Herstellung des Hohlkörpers in einem unabhängigen Schritt über eine Öffnung zu fixieren, die in der Wand des Hohlkörpers ausgebildet wird.
Alternativ kann man vorteilhaft das Einsetzen zumindest eines Zubehörs an einer vorher zusammengebauten Struktur mit der Struktur der Verankerungsvorrichtung kombinieren. Das Interesse besteht hier in der Reduktion der Anzahl der einzusetzenden Gegenstände, wobei jeder von diesen zwei Funktionen zum Abstützen und Verankern des Zubehörs an der Wand oder für ein später einzuführendes Zubehör erfüllen kann.
Es ist auch möglich, ein Erhitzen oder Abkühlen zumindest eines Teiles der Folien mit Hilfe irgendeines geeigneten Mittels vorzusehen, beispielsweise, aber nicht einschränkend: Bestrahlung mit Infrarotlampen, Konvektion mit heißem oder kaltem Gas ... Sobald die Folien über die Gesamtheit ihres Umfanges vor der Formung vollständig getrennt sind, ist die Annäherung und Positionierung der Heiz- und/oder Kühlmittel stark erleichtert.
Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich zum Positionieren voluminöser Objekte und vorzusammengebauter Strukturen, die eine sehr präzise Montage im Hohlkörper erfordern.
Ein Beispiel dieser Mittel ist die Verwendung von Trägern in Form von Filmen, Folien oder Platten aus Polyolefin, die mit dem Gegenstand oder der Struktur an Stellen verbunden sind, die es ermöglichen, den Gegenstand abzustützen und zu verlagern oder die Struktur durch Traktion zwischen den Klemmen zu halten. Der Film, die Folien oder die Platten sind beispielsweise mit der Struktur an Punkten verbunden, die um 180° gegeneinander versetzt sind. Vorteilhaft erstrecken sich die Filme, die Folien oder die Platten über den äußeren Umfang der Folien und gestatten auf diese Weise das kontinuierliche Halten und Positionieren des Gegenstandes oder der Struktur während des Schließens der Form. Die Filme, Folien oder Platten sind auf diese Weise zwischen den Klemmzonen der Wände eingeschlossen, die miteinander verbunden werden müssen. Eine Befestigungsform ist das Schweißen. Auf diese Weise schmelzen die Filme, Folien oder Platten zumindest teilweise an der Oberfläche, wobei sie während des Schweißvorganges mit der Innenfläche des Vorformlings verbunden werden.
Die Filme, Folien oder Platten haben im allgemeinen eine Dicke von zumindest 5 μm. Diese Dicke überschreitet im allgemeinen 20 mm nicht. Vorzugsweise verwendet man Filme von zumindest 50 μm Dicke. Diese bevorzugten Filme überschreiten im allgemeinen eine Dicke von 1 mm nicht. Der Vorteil der Verwendung der Filme mit einer solchen geringen Dicke besteht darin, daß die Gas- und/oder Flüssigkeitsverluste aus dem Hohlkörper in den Zusammenbauzonen der Folien reduziert werden.
Ein zusätzliches Mittel zum präzisen Positionieren voluminöser Gegenstände oder vorzusammengebauter Strukturen im Inneren des Hohlkörpers besteht darin, die Filme, Folien oder Platten, die als Abstützung dienen, mit aus Kunststoff ausgebildeten Koni zu versehen, die dazu dienen, genau in vorspringende Teile einzutreten, die sich an den Rändern der Form in den Schweißzonen des Vorformlings befinden.
Die Erfindung gestattet auch die Anwendung von beweglichen Formen und das seitliche Einsetzen eines Blasrohres einige Augenblicke vor dem Schließen der Form, wodurch der Vorteil erzielt wird, daß die Zykluszeit verkürzt und die Produktionsgeschwindigkeit erhöht wird.
Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich gut zum Herstellen von Hohlkörpern, die als Kraftstoffbehälter verwendet werden. Insbesondere eignet es sich für die Herstellung von Kraftstoffbehältern, die in Kraftfahrzeugen montiert werden.
Die angeschlossene Figur zeigt als konkrete Ausführungsform der Erfindung ohne irgendeine Einschränkung des Schutzumfanges eine Anlage zum Extrusions-Blasformen mit kontinuierlicher Extrusion zur Erzeugung von Kraftstoffbehältern für Fahrzeuge.
Das schlauchförmige Extrudat (1) mit kreisförmigem mehrlagigem Querschnitt, das eine Außenschicht aus Polyethylen hoher Dichte sowie eine zentrale Trennschicht aus einem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) aufweist, umgeben von zwei Klebeschichten aus mit Maleinsäureanhydrid gepfropftem Polyethylen, tritt aus dem Extrusionskopf (2) aus und wird mit Hilfe von zwei Klingen (3) aus Stahl in zwei Folien (1) getrennt, die am Ausgang der Düse um 180° gegeneinander versetzt angeordnet sind, die kreisförmig ausgebildet und am Extrusionskopf (2) befestigt ist.
Die beiden Folien (1) werden geführt und voneinander getrennt mit Hilfe von Rollen (nicht gezeigt) und einer Walze (4). Am Beginn eines Zyklus sind die beiden Teile (7) einer Form geöffnet und werden um den Extrusionskopf (2) herum angeordnet. Ein Roboter (nicht gezeigt) positioniert sodann die Struktur (5), welche das Zubehör trägt, das im Inneren des Behälters anzubringen ist. Ein Blasrohr (6) wird ebenfalls zwischen den beiden Formhälften positioniert. Die letztere wird sodann um die Gesamtheit der Folien und des Zubehörs geschlossen, wodurch das Schweißen der beiden Folien bewirkt wird, während Blasluft unter Druck über das Blasrohr (6) eingebracht wird, wodurch die Folien geformt werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffbehälters aus Kunststoff aus einem extrudierten Vorformling (1) mit geschlossenem Querschnitt, bei welchem man in dem Vorformling (1) einen Schnitt anbringt und sodann durch Formung in einer Form formt, wobei das Schneiden des Rohlings in der Längsrichtung des Verlaufes des Vorformlings (1) erfolgt, wobei das Schneiden ferner über die gesamte Länge gemäß zweier unterschiedlicher Linien doppelt erfolgt, um zwei separate Folien (7) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien (7), die durch das Schneiden des Rohlings (1) entstehen, mit Hilfe einer Führungsvorrichtung (4) geführt und vor ihrer Formung im gegenseitigen Abstand gehalten werden, während man zwischen die beiden ein Zubehör (5) einführt, welches dazu bestimmt ist, in den Behälter aufgenommen zu werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Formungsvorgang einen Blasformungsvorgang und einen Schweißvorgang umfaßt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in einer integrierten Fabrikationsstraße ausgeführt wird, welche die Extrusion des Vorformlings (1) und seine Formung durch Formen in einer Form umfaßt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen die Folien (7) eine vorher zusammengebaute Struktur (5) einfügt, die zumindest eine Vorrichtung zum Verankern dieser Struktur (5) an der Innenwand des Behälters umfaßt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man Träger in Form von Filmen, Folien oder Platten aus Polyolefin verwendet, die mit dem Gegenstand oder der Struktur (5) an Stellen verbunden sind, die es ermöglichen, den Gegenstand oder die Struktur (5) abzustützen und zu verlagern, indem er bzw. sie zwischen Formklemmen gespannt gehalten wird.