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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Spritzgießen von
Vorformlingen, derart, daß ihr
nachfolgendes Wiedererhitzen und ihre Blasformung zu Behältern vereinfacht
wird. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine
Vorrichtung zur Schaffung eines verbesserten Halsringes oder geteilter
Halskomponenten einer Spritzgießform,
die ein früheres
Auswerfen oder Entfernen der Vorformlinge aus der Spritzgießform ermöglichen,
wodurch die Zeit, die zum Herstellen des Vorformlings benötigt wird,
verringert wird. Die Vorrichtung eignet sich besonders gut für thermoplastische
Polyester-Polymermaterialien, wie Polyethylenterephthalat.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es
ist Fachleuten gut bekannt, daß der
Vorformling ein Rohr mit einer allgemein hohlen kreisförmigen Querschnittsform
ist, die einen Körperteil,
einen geschlossenen Endteil mit allgemein halbkugeliger Gestalt
und ein offenes Ende aufweist. Um das offene Ende herum und in Überlagerung
zwischen dem offenen Ende und dem Körperteil ist ein allgemein
kreisförmiges
Halsfinish. Die Erfordernisse des Endbehälters diktieren die spezifischen
Details der Größe und Gestalt
des Vorformlings. Obzwar kleinere und größere Größen möglich sind, machen Techniker
spezielle Vorformlingsformen für
spezielle Behälterkonfigurationen
mit einer Kapazität
von typischerweise zwischen 250 ml bis vier Liter.
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Zur
Aufnahme eines Verschlusses (d. h. eines Deckels) hat das Halsfinish
eine Konfiguration, die allgemein einen Dichtungsflächenteil
nahe dem offenen Ende, einen Handhabungsringteil nahe dem Körperteil,
welcher die Herstellung des blasgeformten Behälters erleichtert, sowie einen
Gewindeteil zwischen der Dichtungsfläche und dem Handhabungsring
zur Befestigung des Verschlusses aufweist. Um eine ordnungsgemäße Verschlußbefestigung
und Dichtung sicherzustellen, erfordert der Halsteil ausreichend
konsistente und genaue Dimensionsmerkmale, die im allgemeinen frei
von Verzerrungen oder Verformungen sein müssen. Während ein Schraubgewinde eine übliche Form
ist, kann der Gewindeteil jegliche Form von Ansätzen, Schnappringen oder anderen
Anhängern
zum Befestigen des Verschlusses aufweisen, wie, aber nicht beschränkt auf
ein Standard-Kronen-Halsfinish.
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Auch
das Spritzgießverfahren
ist Fachleuten gut bekannt. Das Verfahren umfaßt das Einspritzen eines thermoplastischen
Polymers oder anderen Kunststoffmaterials im geschmolzenen Zustand
bei erhöhter
Temperatur durch eine kleine Öffnung
oder Düse
in die Spritzgießform.
Die Spritzgießform
ist eine Anordnung aus verschiedenen Komponenten, die einen geschlossenen
und abgedichteten Hohlraum erzeugen, der gestattet, daß das geschmolzene
Polymer den Vorformling ohne Lecken zwischen den Komponenten bildet.
Sobald das eingespritzte Polymermaterial ausreichend abgekühlt ist
und sich verfestigt, trennen sich vorbestimmte Komponenten der Spritzgießform, um
den Vorformling auszustoßen oder
zu entfernen.
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In
einem üblicherweise
angewendeten Verfahren zum Blasformen der Behälter erhitzt ein Ofen einer
Blasformmaschine das Polymetermaterial und erweicht es im Körperteil
des Vorformlings, aber nicht im Halsfinish. Die Blasformmaschine,
welche den Vorformling an dem Handhabungsringteil seines Halsfinish
hält, plaziert
den erhitzten Vorformling in einen Blasformhohlraum, in welchem
Druckluft den Vorformling aufbläst
und aufweitet, so sich daß der Vorformling
dem Blasformhohlraum anpaßt
und dadurch den Behälter
bildet. Die Halsfinish-Ausbildung des blasgeformten Behälters bleibt
im allgemeinen unverändert
und behält
die Form bei, die sie ursprünglich
im Spritzgießvorgang
des Vorformlings angenommen hat.
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Die
Zeit, die zum Spritzgießen
des Vorformlings erforderlich ist, ist typischerweise durch die
Zeit beschränkt,
die zum Abkühlen
und Verfestigen des spritzgeformten Polymermaterials in einem ausreichenden
Maße benötigt wird,
damit der Teil aus der Form entfernt werden kann, ohne eine Verformung oder
Verzerrung zu verursachen. Üblicherweise
bestimmt ein Segment des Vorformlings, welches eine dickere Wandquerschnittsdimension
hat, die erforderliche Abkühlzeit.
Das Kunststoff innerhalb des Segmentes mit dickerem Wandquerschnitt
erfordert im allgemeinen mehr Zeit zur Abkühlung und ausreichenden Verfestigung,
und das Halsfinish weist eines der Segmente mit dickerem Wandquerschnitt
auf.
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Um
das offene Ende und die hohle kreisförmige Querschnittsform des
Vorformlings zu bilden, wendet die Spritzgießanordnung typischerweise eine Kernkomponente
an, die im wesentlichen ein Stab mit geraden Seiten und mit einer
Längsachse
ist. Diese Kernkomponente wird von einem benachbarten Halsring oder
geteilten Halsringkomponenten umgeben. Der Halsring ist ein Paar
von halbkreisförmigen Teilen,
welche die Dimensionsmerkmale des Halsfinish genau formen und zum
Entfernen des Vorformlings von der Kernkomponente beitragen.
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Während des
Entfernens des Vorformlings bewirkt eine Vorrichtung innerhalb der
Spritzgießform,
daß sich
die Halsringkomponenten anfänglich gemeinsam
in Richtung parallel zur Längsachse
des Kernstabes bewegen. Die Halsringkomponenten legen sich gegen
den Gewindeteil und den Handhabungsringteil des Halsfinish an und
bewirken, daß der
Vorformling in einer Längsrichtung
von der Kernkomponente abgleitet.
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Auf
erhöhter
Temperatur befindliches geschmolzenes thermoplastisches Polymermaterial wird,
wenn es abkühlt
und verfestigt, im allgemeinen schrumpfen. Dementsprechend wird
bei dem Herstellungsvorgang der Vorformling im allgemeinen gegen
die Kernkomponente schrumpfen, wenn sich das Material abkühlt. Da
die Kernkomponente dem Schrumpfen Widerstand leistet, entwickeln
sich Molekularkräfte,
die bewirken, daß der
Vorformling an den Kernseiten angreift. Die Kräfte, die auf den Gewindeteil
und den Handhabungsringteil des Halsfinish während des Entfernens einwirken,
müssen über die
Wand des Vorformlings übertragen
werden, um den Reibungswiderstand zu überwinden, der von dem Griff
des Vorformlings am Kern erzeugt wird. Mit anderen Worten, stehen
die Kräfte,
die auf den Gewindeteil und den Handhabungsringteil des Halsfinish
ausgeübt
werden, im Ausgleich mit dem Widerstand des Griffes des Vorformlings
am Kern.
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Das
Polymermaterial verfestigt nicht augenblicklich. Im allgemeinen
wird das Material, das in direktem Kontakt mit den Oberflächen ist,
rascher verfestigen als das Material, das nicht in direktem Kontakt
ist. Wenn sich das Polymermaterial nicht ausreichend über den
Halsfinish-Wandquerschnitt verfestigt hat, besitzt das Halsfinish
keine ausreichende Festigkeit, um Kraft zu übertragen, und kann somit während des
Entfernens verformt und verzerrt werden, wodurch der Dichtungsflächenteil
unregelmäßig wird
und nicht mehr imstande ist, eine ordnungsgemäße Dichtung mit dem Verschluß aufrechtzuerhalten.
Folglich verlängern
die Formungstechniker die Abkühlzeit,
um sicherzustellen, daß eine
Polymerverfestigung des Halsfinish eingetreten ist, die eine Verzerrung
verhindert. Für thermoplastische
Polyester-Polymermaterialien beträgt die Zeit, die typischerweise
erforderlich ist, um das Polymer einzuspritzen und abzukühlen und
den Vorformling zu entfernen, etwa 21 bis 26 Sekunden.
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Somit
ist bei den meisten Vorformlingsausbildungen der Teil, welcher die
früheste
Abstreifzeit begrenzt, der Halsfinishteil. 1 ist eine
Querschnittsansicht einer Vorformlingsformanordnung 10 mit
einem Kernkühlkanal 12,
einem Kernkühlrohr 14,
einem Halsring-Kühlkanal 16,
einem Halsring oder geteilten Halsringkomponenten 18a und 18b,
einer Kernkomponente 20 mit einer Achse 21, einem Formhohlraumblock 22 mit
einer Hohlraumfläche 23 und
einem Formkühlkanal 24,
der sich in Umfangsrichtung um den Formhohlraumblock 22 erstreckt. 1 zeigt
auch einen Vorformling 26, einen Formeinlaufeinsatz 28 und
eine Spritzgießdüse 30.
Die Vorformlingsformanordnung 10 ist eine Anordnung aus
verschiedenen Komponenten, die einen geschlossenen und abgedichteten
Hohlraum bildet, der gestattet, daß geschmolzenes Polymer in
den Hohlraum eingespritzt wird, um den Vorformling 26 ohne nennenswertes
Lecken zwischen den Komponenten auszubilden. In 1 hat
der Vorformling 26 eine Konfiguration, die im wesentlichen
identisch jener des geschlossenen Hohlraumes ist.
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Der
Kernkühlkanal 12 umfaßt einen
Kühleinlaß 32 und
einen Kühlauslaß 34.
Die Halsringkomponenten 18a und 18b sind an der
Auswerferstange 36a und 36b befestigt und gleiten
mit Hilfe von Nocken und Rippen (nicht gezeigt) auf einem Verschleißkissen 38.
Das Verschleißkissen 38 ist
an einer Stripperplatte 40 befestigt. Ein Kernhalter 41 hält die Kernkomponente 20.
Der Vorformling 26 hat ein offenes Ende 50, ein
geschlossenes Ende 52, einen Körperteil 54 und ein
Halsfinish 44. Das Halsfinish 44 hat einen Dichtungsflächenteil 45,
einen Gewindeteil 46 und einen Handhabungsringteil 48.
Die Halsringkomponenten 18a und 18b umfassen ein
Paar von halbkreisförmigen
Teilen, die genau die Dimensionsmerkmale des Halsfinish 44 formen
und dazu beitragen, den Vorformling 26 von der Kernkomponente 20 zu
entfernen.
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Während des
Entfernens oder Auswerfens des Vorformlings 26 teilt sich
anfänglich
die Vorformlingsformanordnung 10 entlang einer Teilungslinie 42,
damit die Kernkomponente 20, der Kernhalter 41, die
Halsringkomponenten 18a und 18b, der Vorformling 26 und
andere zugeordnete Komponenten zusammen in Richtung parallel zur
Achse 21 bewegt werden können und dadurch den Vorformling 26 aus dem
Formhohlraumblock 22, dem Formeinlaufeinsatz 28 und
der Düse 30 frei
ziehen, wodurch der Vorformling 26 von der Formhohlraumfläche 23 getrennt
wird. Ein Betätigen
der Stripperplatte 40 bewirkt dann, daß sich anfänglich die Auswerferstangen 36a, 36b und
die Halsringkomponenten 18a, 18b gemeinsam in
Richtung parallel zur Achse 21 bewegen, um den Vorformling 26 von
der Kernkomponente 20 zu entfernen. Schließlich bewegt
sich die Halsringkomponente 18a und die Auswerferstange 36a in einer
ersten Richtung senkrecht zur Achse 21 und von dieser weg
auf dem Verschleißkissen 38,
und gleichzeitig bewegen sich die Halsringkomponente 18b und
die Auswerferstange 36b in einer zweiten und entgegengesetzten
Richtung (zu jener, die von der Halsringkomponente 18a und
der Auswerferstange 36a beschritten wird) senkrecht zur
Achse 21 und von dieser weg auf dem Verschleißkissen 38,
wodurch der Vorformling 26 vollständig aus der Vorformlingsformanordnung 10 freigegeben
wird.
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Zusätzlich zu
dem vorstehend beschriebenen Verzerrungsproblem besteht ein anderes
Problem bei bekannten Formausbildungen darin, daß die Halsringhälften den
Kern nicht berühren,
wenn sie geschlossen (zusammengebaut) sind und die Form dann geschlossen
und gespannt wird. Nachdem die Form geöffnet worden ist und der Teil
ausgeworfen wird, werden die Halsringhälften 18a und 18b durch
die Stripperplatte 40 vorwärtsbewegt und voneinander getrennt.
Bevor der nächste
Formungszyklus beginnen kann, muß der Auswerfermechanismus eine
umgekehrte Bewegung ausführen,
um die Halsringe und die Stripperplatte in ihren Formungspositionen
zu bewegen, die in 1 gezeigt sind. Diese umgekehrte
Prozedur umfaßt
das Bewegen der Halsringe gegeneinander, bis sie während des
Rückwärtshubes
der Stripperplatte einander berühren,
so daß zu
dem Zeitpunkt, in welchem die Stripperplatte vollständig (in
die in 1 gezeigte Position) zurückgekehrt ist, die Halsringe
vollständig
geschlossen sind, wobei ihre gegenseitigen Teilungsflächen einander
berühren.
Das vollständige
Schließen
der Halsringe kann zu jedem Zeitpunkt während des Rückhubes der Stripperplatte
ausgeführt
werden, wenn die Halsringe keine Gefahr laufen, den Kern in irgendeinem
Punkt zu berühren.
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Bei
Ausführungsformen,
bei welchen die Halsringe den Kern in der Formschließstellung
berühren,
wird es bevorzugt, daß sie
selbst zuerst geschlossen werden, so daß sie schließlich den
Kern berühren,
aber nicht als zusammengebautes Paar. Im Falle einer früheren Husky-Ausbildung
haben die Halsringe eine „Abschalt"-Zylinderfläche, die
parallel zur Längsachse
des Kernes verläuft
und den Kerndurchmesser berührt.
Diese Ausführungsform
hat sich aber nicht als optimal erwiesen, wenn ein Spalt zwischen
den beiden zylindrischen Flächen
besteht, der größer als
etwa 0,005 Zoll ist, weil die Gefahr eines Leckens des Kunststoffes
durch diesen Spalt während
des Spritzgießens
signifikant ist. Folglich erfordert die Ausbildung enge Herstellungstoleranzen dieser
Oberflächen,
um sicherzustellen, daß im
zusammengebauten Zustand der Spalt kleiner ist. Unglücklicherweise
nützt sich
die Form ab, wenn sie verwendet wird, und schließlich leckt eine derartige Ausbildung.
Eine andere frühere
Husky-Ausbildung hatte eine verjüngte
oder konische Ab schaltfläche, welche
eine entsprechend ausgebildete verjüngte Fläche des Kernes kontaktierte.
Diese beiden Oberflächen
wurden während
des Formens zusammengepreßt,
wodurch eine positive Dichtung erzeugt wurde, welche das Lecken
des Kunststoffes verhinderte. Die Ausbildung war jedoch nicht optimal,
weil der Vorformling noch immer eine Halsringverzerrung aufwies,
wenn er von dem Kern abgestreift wurde.
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Die
Patentanmeldung Nr. 80 18034 von Yoshida Kogyo Company vom 19.2.1982
zeigt eine Spritzgießblasform.
Ein rotierender Tisch enthält
die Spritzgießformkomponenten
und die Blasformkomponenten. Der Teil wird zuerst spritzgegossen,
der Tisch gedreht, und dann wird der Teil blasgeformt. Der Blasformteil
wird dann mit Hilfe von Abstreifringen entfernt. Dieses Beispiel
ist ein solches, bei welchem die Halsringe eine Oberfläche aufweisen,
die vollständig
unterhalb der Kante eines Teiles liegt, wo sich die Oberfläche gegen
den Kern erstreckt und diesen berührt.
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Das
US-Patent 5,647,930 an Electra
Form vom 15. Juli 1997 illustriert eine Vorformlingsform. Diese
Druckschrift ist ein anderes Beispiel, bei welchem die Halsringe
eine Oberfläche
unterhalb der Kante eines Teiles aufweisen, von welchem sich die Oberfläche wegerstreckt
und den Kern berührt.
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Das
US-Patent 5,762,970 an Yamamura Glass
vom 9. Juni 1998 illustriert eine Vorformlingsform. Diese Druckschrift
ist ein weiteres Beispiel, bei welchem die Halsringe eine Oberfläche unterhalb
der Kante eines Teiles aufweisen, von welchem sich die Oberfläche wegerstreckt
und den Kern berührt.
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Ähnlich
1 der
vorliegenden Anmeldung zeigt das
US-Patent
5,736,173 an Zygo Mold vom 7. April 1998 eine Vorformlings form,
bei welcher die Halsringe keine Oberfläche unterhalb einer Kante eines
Teiles aufweisen.
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2 ist
eine Teilquerschnittsansicht von ausgewählten Komponenten, die in 1 gezeigt
ist, und zeigt ferner den Vorformling 26 mit einer Wandstärke 56,
wobei die Kernkomponente 20 eine Kernfläche 58 hat. Der Formhohlraumblock 22 (in 2 nicht
gezeigt) hat sich von dem Halsring 18b entlang der Teilungslinie 42 getrennt.
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3 ist
eine Teilquerschnittsansicht ähnlich von 2.
Der Halsring 18b hat sich anfänglich in der Richtung „A" parallel zur Achse 21 bewegt,
um das Entfernen des Vorformlings 26 von der Kernkomponente 20 zu
beginnen. Der Halsring 18b (und 18a, in 3 nicht
dargestellt) hat sich von dem Kernhalter 41 entlang einer
Trennlinie 64 getrennt. Außerdem hat sich der Vorformling 26 teilweise
bei 59 von der Kernfläche 58 getrennt.
Die Trennlinie 64 endet am Hals-finish 44 nahe
und zwischen dem Dichtungsflächenteil 45 und
dem Gewindeteil 46 (siehe 2).
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Geschmolzenes
thermoplastisches Polymermaterial, das sich auf erhöhter Temperatur
befindet, wird im allgemeinen schrumpfen, wenn es abkühlt und
verfestigt. Dementsprechend wird bei der Herstellung der Vorformling 26 im
allgemeinen gegen die Kernkomponente 20 schrumpfen, wenn
sich das Material abkühlt.
Wenn die Kernkomponente 20 dem Schrumpfen widersteht, entwickeln
sich Molekularkräfte,
die bewirken, daß der
Vorformling 26 an der Kernfläche 58 angreift. Kräfte, die
durch den Halsring 18b (und 18a, in 3 nicht
gezeigt) erzeugt werden und schließlich auf den Gewindeteil 46 und
den Handhabungsringteil 48 des Halsfinish 44 während des
Entfernens einwirken, müssen
durch die Wandstärke 56 des
Vorformlings 26 übertragen
werden, um die Reibung, die von dem Angriff des Vorformlings 26 an
der Kernfläche 58 erzeugt
wird, zu überwinden.
Wenn sich das Polymermaterial nicht ausreichend über die gesamte Halsfinish-Wandstärke 56 verfestigt
hat, wird es keine ausreichende Festigkeit für eine Kräfteübertragung gestatten, um die
Reibung des Vorformlings zu überwinden,
der an der Kernkomponente 20 an einem Punkt 60 der
Kernfläche 58 haftet.
Dies bewirkt anderseits eine Halsfinish-Verzerrung 62,
wenn sich der Halsring 18b (und 18a, in 3 nicht
gezeigt) in Richtung „A" bewegt. Die Verzerrung 62 bewirkt,
daß die
Dichtungsfläche 45 unregelmäßig wird
(nicht gezeigt), wodurch ein Verschluß (nicht gezeigt), der nachfolgend
an dem Halsfinish 44 befestigt wird, nicht ordnungsgemäß abdichtet.
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Um
sicherzustellen, daß das
Polymer innerhalb der Wandstärke 56 ausreichend
fest und starr ist, um Kräfte,
die von dem Halsring 18a und 18b auferlegt werden,
ohne Verzerrung des Halsfinish während
des Entfernens zu übertragen,
kann der Formungstechniker die Zeit verlängern, die zur Herstellung
des Vorformlings 26 erforderlich ist. Eine typische Formungszeit,
die zum Herstellen des Vorformlings 26 aus thermoplastischen
Polyestermaterialien benötigt
wird, ist etwa 21 bis 26 Sekunden. Ein Versuch, dieses Problem zu
vermeiden, wurde bei einer früheren
Husky-Ausbildung gemacht, bei welcher ein kleiner Teil des Halsringes
(weniger als fünfzig
Prozent) einen Außenumfangsteil
der oberen Dichtungsfläche
des Vorformlings kontaktierte. Diese Ausbildung hatte aber zwei
Nachteile. Zunächst
ist die kleine Kontaktfläche
zwischen dem Halsring und der oberen Dichtungsfläche noch immer so groß, daß sie eine
nennenswerte Kühlzeit
erfordert, um eine Verzerrung des Halsringes zu verhindern. Zweitens
hat diese Ausbildung zusammenpassende zylindrische Halsringflächen, die
kein Lecken des Kunststoffmaterials möglich machten.
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Die
US-Patente Nrn. 4,521,177 ,
6,176,700 ,
6,220,850 und
6,413,075 zeigen Einsatzanordnungen
für das
Formen von Vorformlingen. Die
US-Patente
Nrn. 4,025,022 ,
4,125,246 ,
4,179,254 ,
4,632,357 ,
4,648,834 und
5,137,442 zeigen andere Spritzgießmaschinen,
die verschiedene Abstreifvorrichtungen anwenden.
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Es
besteht deshalb ein Bedarf nach einem Verfahren und einer Vorrichtung
zum Kühlen
eines Halsfinishteiles, welche ein rasches wirksames Halskühlen ermöglichen,
ohne die Formungszykluszeit weiter zu verringern, und welche die
Herstellungskosten der geformten Kunststoffvorformlinge senkt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum
wirksamen Kühlen
geformter Kunststoffvorformlinge zu schaffen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung gemäß Anspruch
1 geschaffen.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Vorrichtung sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Auswerfen eines geformten Kunststoffgegenstandes aus einer Formungsanordnung
gemäß Anspruch
21 geschaffen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorteilhafte Struktur und/oder Funktion gemäß der vorliegenden Erfindung
wird leichter aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsbeispielen
und den angeschlossenen Zeichnungen verständlich, die zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht einer bekannten Vorformlings-Spritzgießformanordnung vor dem Auswerfen
eines geformten Vorformlings, der ein Halsfinish und eine Dichtungsfläche aufweist;
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2 eine
Teilquerschnittsansicht ausgewählter
Komponenten der Anordnung nach 1 und des
Halsfinishteiles des Vorformlings, bevor sich ein Halsring bewegt,
um das Auswerfen des Vorformlings zu vollenden;
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3 eine
Teilquerschnittsansicht der Komponenten nach 2, wobei
der Vorformling teilweise entfernt ist und eine typische Halsfinish-Verzerrung
aufweist;
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4 eine
Querschnittansicht einer Vorformlings-Spritzgießformanordnung, die nicht gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist, vor dem Auswerfen des geformten Vorformlings;
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5 eine
Teilquerschnittsansicht von ausgewählten Komponenten der Anordnung
nach 4 und des Halsfinishteiles des Vorformlings, bevor
sich ein rekonfigurierter Halsring bewegt, um das Auswerfen des
Vorformlings zu vollenden, wobei weiters eine Kernverriegelungs-Halsringkonfiguration
gezeigt ist;
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6 eine
Teilquerschnittsansicht von Komponenten nach 5, wobei
der Vorformling teilweise entfernt ist und ohne die typische Halsfinish-Verzerrung;
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7 eine
Teilquerschnittsansicht ähnlich 5,
die eine Hohlraumverriegelungs-Halsringkonfiguration zeigt;
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8 eine
Teilquerschnittsansicht ähnlich 6,
die eine Hohlraumverriegelungs-Halsringkonfiguration zeigt, und
wobei der Vorformling teilweise entfernt ist und ohne die typische
Halsfinish-Verzerrung;
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9 eine
Teilquerschnittsansicht ähnlich 5,
die eine Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, wobei eine Stufenkonfiguration entlang der Dichtungsfläche des
Vorformlings vorgesehen ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1. Einführung
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben,
bei denen ein Halsring eine Druckkraft aufbringt, um das kreisförmige Ende
eines spritzgießgeformten
Vorformlings zu öffnen,
bevor der Vorformling vollständig
verfestigt, wodurch die Zykluszeit verringert wird, und wobei konische
zusammenpassende Halsringflächen
verwendet werden, um ein Lecken zu verhindern. Die vorliegende Erfindung
findet jedoch auch Anwendung in vielen Formungstechnologien über spritzgießgeformte
Kunststoffvorformlinge hinaus, wie beim Formen von Behältern, Kübeln, Schalen, Farbdosen,
Werkzeugkisten und ähnlichen
Produkten, oder anderen geformten Produkten, die möglicherweise
nicht-kreisförmige
Querschnittsgestalt haben, etc.
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Kurz
gesagt, werden bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung die Kräfte,
die auf das Halsfinish während
des Entfernens des Vorformlings einwirken, umverteilt. Durch Umkonstruieren
des Halsringes oder der geteilten Halsringkomponenten, die nicht
nur gegen den Handhabungsringteil und den Gewindeteil, sondern auch
gegen den Dichtungsflächenteil
wirken, sind die bevorzugten Ausführungsbeispiele befähigt, die
Kräfte über eine
größere Fläche zu verteilen,
wodurch die Gefahr einer Verformung des Halsfinish und einer Verzerrung
während
des Entfernens des Vorformlings vermieden wird. Die Kraft, die nun
gegen den Dichtungsflächenteil
einwirkt, setzt einiges Polymermaterial innerhalb des Halsfinish
unter Druckspannung. Außerdem
wird das Material, das in direktem Kontakt mit den Formkomponenten
steht, unter Druck gehalten und deshalb wahrscheinlich zuerst verfestigt,
wodurch es besser gerüstet
ist, den Widerstand zu überwinden,
der durch den Angriff des Vorformlings gegen die Kernkomponente
verursacht wird. Dementsprechend gestattet die Rekonfiguration der
Halsringkomponenten das Entfernen des Vorformlings, bevor die Polymerverfestigung
insgesamt beendet ist. In Versuchen wurde eine bis zu fünf Sekunden
dauernde Verringerung der Herstellungszeit für den Vorformling ohne Gefahr
von Verzerrungen des Halsfinish erreicht.
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Im
allgemeinen wenden die bevorzugten Ausführungsbeispiele eine Vorrichtung
zum Entfernen eines Vorformlings aus einer Spritzgießform an, wobei
der Vorformling ein Halsfinish hat, das einen Handhabungsringteil,
einen Gewindeteil und einen Dichtungsflächenteil umfaßt. Die
Vorrichtung hat einen Halsring, der an einem Segment des Handhabungsringteiles,
einem Segment des Gewindeteiles und einem wesentlichen Segment des
Dichtungsflächenteiles
während
des Entfernens des Vorformlings aus der Spritzgießform angreift.
Der Halsring entfernt den Vorformling von einer Kernkomponente der Spritzgießform. Der
Halsring bildet das Halsfinish, einschließlich eines Segmentes des Handhabungsringteiles,
des Gewindeteiles und eines ersten Segmentes des Dichtungsflächenteiles
während
des Verfahrens zum Spritzgießen
des Vorformlings in der Spritzgießform, bevor der Vorformling
durch den Halsring entfernt wird. Die Kernkomponente bildet ein
zweites Segment des Dichtungsflächenteiles, während der
Halsring das erste Segment bildet. Der Halsring umfaßt auch
einen konischen verjüngten Teil,
um die Kernfläche
zu kontaktieren und die Halsringhälften zusammenzufügen.
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Der
Dichtungsflächenteil
des Vorformlings umfaßt
eine Umfangsstufe, die durch den Halsring gebildet wird, wodurch
das erste Segment als ein untergeordneter Dichtungsflächenteil
gebildet wird, der durch den Halsring entsteht, und das zweite Segment als
dominanter Dichtungsflächenteil,
der durch die Kernkomponente entsteht. Der dominante Dichtungsflächenteil,
der durch die Kernkomponente gebildet wird, und der untergeordnete
Dichtungsflächenteil,
der durch den Halsring gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
gebildet wird, haben eine Höhendifferenz
von etwa 0,001 bis 0,005 Zoll (0,025 bis 0,125 mm). Der Halsring
entfernt einen Vorformling aus thermoplastischem Material, wie aus thermoplastischem
Polyester.
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2. Der Aufbau
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4 ist
eine Querschnittsansicht einer Vorformlingsformanordnung 100 eines
Ausführungsbeispieles
gezeigt, das nicht durch die vorliegende Erfindung abgedeckt ist,
vor dem Ausstoßen
des geformten Vorformlings 26. Die Anordnung 100 hat
einen Halsring oder geteilte Halsringkomponenten 118a und 118b,
eine Kernkomponente 120 mit einer Achse 21 und
einen Kernhalter 141. Die Halsringkomponenten 118a und 118b,
der Kernhalter 141 und die Kernkomponente 120 bilden
eine Trennlinie 164 mit einem Endpunkt, der umfangsmäßig an dem
Dichtungsflächenteil 45 des
Vorformlings 26 endet. Andere Komponenten der rekonfigu rierten
Vorformlingsformanordnung 100 sind ähnlich jenen, die vorstehend
unter Bezugnahme auf die Vorformlingsformanordnung 10 erörtert worden
sind.
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4 zeigt
zwei bemerkenswerte Merkmale. Zuerst kontaktiert ein Anhebeteil 201 fünfzig Prozent oder
mehr des Außenumfangsteiles
der oberen Dichtungsfläche,
um den Vorformling von dem Kern anzuheben, nachdem die Außenhaut
etwas verfestigt ist, um eine Verzerrung des Halsringes zu verringern. Zweitens
haben die Halsringhälften 118a, 118b eine konische
Schrägfläche 263,
die unterhalb angeordnet ist und einen spitzen Winkel mit dem Anhebeteil 201 bildet,
um eng an der Außenfläche des
Kernes anzugreifen und ein Lecken zu verhindern.
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4 zeigt,
daß die
Außenverjüngungen 263 an
den Halsringen 118a, 118b an den Teilungslinien 164 und 42 bewirken,
daß die
Halsringe geschlossen und aneinandergepreßt bleiben, während die
Form geschlossen ist und unter Schließkraft steht. Die gleiche Aktion
stellt sicher, daß die
verjüngten
Dichtungsflächen
der Halsringanordnungen gegen jene des Kernes gepreßt bleiben,
welcher mit der Schrägfläche 164 in 5 in
Eingriff steht.
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Die
Vorformlingsformanordnung 100 folgt einer ähnlichen
Betriebssequenz wie die Vorformlingsformanordnung 10. Das
heißt,
geschmolzener Kunststoff wird in den Formhohlraum über die
Einspritzdüse 30 durch
den Einlaufeinsatz 28 eingespritzt. Die Kühlkanäle der Spritzgießform 100 und
die Kühlkanäle des Kernes 120 kühlen den
geschmolzenen Kunststoff und bilden den Vorformling 26 in
der Spritzgießform 100.
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Die 5–9 zeigen
in größerem Detail die
Halsringausbildungen, die eine Auswerfaktion des Vorformlings gestatten,
die früher
auftritt, als sie sonst für
eine gegebene Vorformlings ausbildung möglich wäre. Unter Bezugnahme auf 5 ist
der Halsring 118b in der Länge (Höhe) verlängert, so daß seine
Formungsfläche
einen Anhebeteil 201 umfaßt, der an einer entsprechenden
ringförmigen
oberen Dichtungsfläche
(in Eingriff mit einem Teil) der Vorformlingsoberfläche (am
offenen Vorformlingsende) angreift und diese anhebt, wenn der Halsring
in der Auswurfrichtung des Pfeiles AA bewegt wird. Wie gezeigt ist,
kontaktiert der Anhebeteil 201 zumindest eine Hälfte, aber
weniger als die gesamte obere Dichtungsfläche der Vorformlingsoberfläche. Natürlich kann
die Ausbildung modifiziert werden, so daß der Anhebeteil 201 die
gesamte obere Dichtungsfläche
kontaktiert.
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Der
flache Anhebeteil 201 als Teil der Formungsfläche der
Halsringe der vorliegenden Erfindung wird verwendet, um den auszustoßenden Teil während des
Formungszyklus früher
auszustoßen, als
dies bei vorhergehenden Ausbildungen der Fall war. Wie vorstehend
erwähnt,
kühlt das
eingespritzte Harz infolge seines Kontaktes mit den gekühlten Formungsflächen von
außen
nach innen ab. Folglich wird der Teil der oberen Dichtungsfläche, der
durch die Halsringe geformt wird, auf ähnliche Weise abkühlen – von der
Außenfläche nach
innen. Die Bildung einer festen Haut, die den Auswurfkräften standhalten
kann, ohne zu verformen, bestimmt, wann der Ausstoßvorgang
starten kann. Durch Miteinschließen des flachen Teiles 201 auf
dem Halsring kann auf den verfestigten Teil des Vorformlings durch den
Halsring eingewirkt werden, wenn der Teil ausgestoßen wird.
Die Ausstoßkraft
wirkt entlang einer Linie parallel zur Mittellinie des Kernes, das
heißt
senkrecht zur Oberfläche
des flachen Anhebeteiles 201. Dies ist ein optimaler Zustand.
Bei früheren
Ausbildungen, die diesen verlängerten
flachen Teil nicht aufwiesen, beginnt jegliche Auswurfbewegung von dem
Halsring auf den Kernradius der oberen Dichtungsfläche einzuwirken.
Das Aufbringen der Kraft auf diese radiale Fläche in duziert Vektoren, die
bestrebt sind, den Teil nach innen zu drücken, wodurch möglicherweise
der endgültige
Durchmesser des Halsfinish des Teiles verringert wird, und die Gefahr entsteht,
daß der
Teil nicht innerhalb der Dimensionsspezifikation geformt wird. Folglich
ist der Vorteil des frühen
Ausstoßens
gefährlicher
und wird deshalb wahrscheinlich bei einer solchen Ausbildung nicht vorgenommen.
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Die
Halsringhälften 118a, 118b haben
auch Schrägflächen 263,
welche eine konische Dichtungsfläche
für die
Außenfläche des
Kernes bilden, wenn die Halsringe geschlossen werden und der Kern
in die Form eingesetzt wird. Diese Schrägflächen bilden einen spitzen Winkel
von weniger als 90 Grad mit dem Anhebeteil 201. Die Kombination
der Schrägflächen 263 und
des substantiellen Anhebeteiles 201 ergeben eine Halsringausbildung,
die ein frühes
Ausstoßen
des Vorformlings mit minimalem Lecken ermöglicht. Die Tatsache, daß der spitze
Winkel zwischen der Schrägfläche 263 und
dem Anhebeteil 201 nahe der Mitte (oder an der Innenseite)
der oberen Dichtungsfläche 45 angeordnet
ist, verhindert ein Lecken durch die Teilungslinie 164,
während
eine gerade Druckanhebekraft auf den bereits verfestigten Teil der
Haut der oberen Dichtungsfläche
ausgeübt
wird.
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Der
Halsring hat auch eine ebene Fläche 206,
welche den Vorformling entlang einer Linie im wesentlichen parallel
zur Anheberichtung kontaktiert. Außerdem hat der Halsring einen
Gewindeteil 208, welcher den Gewindeteil des Vorformlings
kontaktiert. 5 zeigt auch, daß der Vorformling 26 eine Wandstärke 56 und
eine Kernkomponente 120 mit einer Kernfläche 58 hat.
Der Formhohlraumblock 22 (in 5 nicht
dargestellt) hat sich vom Halsring 118b entlang der Teilungslinie 42 getrennt.
Wie gezeigt ist, ist der Anhebeteil 201 so ausgebildet,
daß er
einen Innenumfangsteil der geformten Kunststoffoberfläche des
Vorformlings nicht berührt.
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6 ist
eine Teilquerschnittsansicht ähnlich 5.
Der Halsring 118b hat sich anfänglich in Richtung des Pfeiles
AA parallel zur Achse 21 bewegt, um das Entfernen des Vorformlings 26 von
der Kernkomponente 120 zu beginnen. Der Halsring 118b (und 118a,
in 6 nicht gezeigt) hat sich vom Kernhalter 141 entlang
einer rekonfigurierten Trennlinie 164 entfernt. Außerdem hat
sich der Vorformling 26 teilweise bei 59 von der
Kernfläche 58 getrennt.
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Der
Vorteil des Einschließens
des Anhebeteiles 201 ist klar gezeigt, wenn die Abstreifwirkung erfolgt,
wie dies in 6 gezeigt ist. Der Halsring-Anhebeteil 201 drückt direkt
auf den Teil des Vorformlings, der dem Kern am nächsten liegt, wo das Schrumpfen
verursacht, daß der
Vorformling einem Abstreifen Widerstand leistet.
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Die
Ausstoßkraft,
die durch den Anhebeteil 201 auf das Vorformlings-Halsfinish
ausgeübt
wird, ist eine Kombination aus einer Scherkraft (die von der Dichtungsfläche, dem
Gewindeteil und den Stützrippenflächen herrührt) und
einer Druckkraft (die von der Oberfläche 21 herrührt). Diese
letztere Kraft wird durch den verfestigten Hautteil des Vorformlings
bei 21 aufgebracht und kann deshalb ihre Wirkung zum Abstreifen
des Vorformlings ausüben,
sobald der Hautteil ausreichend verfestigt ist. Diese Verfestigung
tritt im Formungszyklus früher
auf als die Verfestigung des Kernteiles 18, da die obere
Dichtungsfläche
in direktem Kontakt mit den entsprechenden gekühlten Formkomponenten, dem
Kern 10 und dem Halsring 20 ist. Im Gegensatz
dazu muß der
Kernteil 18 für
das Ableiten seiner Wärme
durch den umgebenden Kunststoff warten, bis die Wärme die
gekühlten
Formflächen
erreicht, bevor eine Verfestigung wirksam wird. Folglich kann ein
defektfreies Abstreifen des Vorformlings in dem Formungszyklus früher begonnen
werden. Einsparungen von 2 bis 5 Sekunden in der Zykluszeit können, abhängig von
der Vorformlingsformausbildung, erreicht werden.
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Die
relativen Dimensionen des Anhebeteiles 201 hängen von
den Dimensionen des zu kühlenden besonderen
Vorformlings, der Vorformlings-Formungstemperatur, der Formkühlungsvorrichtung
etc. ab. Außerdem
kann der Anhebeteil 201 eine ebene Oberfläche oder
eine Oberfläche
mit Nuten, Kissen oder anderen Mustern haben, die so ausgebildet sind,
daß sie
zum Kühlen/Anheben
des Vorformlings beitragen. Der Anhebeteil 201 kann aus
dem gleichen Metall wie der Halsring oder aus einem anderen Metall
oder aus Kunststoff bestehen, und so ausgebildet sein, daß er rasch
kühlt und
die Vorformlings-Dichtungsfläche
sicher anhebt.
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Somit
belasten die Entfernungs- oder Ausstoßkräfte des Vorformlings 26,
die über
den rekonfigurierten Halsring 118b (118a, in 6 nicht
gezeigt) wirken, nicht nur den Gewindeteil 46 und den Handhabungsringteil 48 des
Halsfinish 44, sondern auch den Dichtungsflächenteil 45 des
Halsfinish 44. Die Kraft, die nunmehr gegen den Dichtungsflächenteil 45 wirkt,
setzt einiges an Polymermaterial innerhalb des Halsfinish 44 unter
Druck. Außerdem
wird das Material, das in direktem Kontakt mit den Formkomponenten
ist und unter Druck gesetzt wird, wahrscheinlich als erstes verfestigen
und ist somit besser gerüstet,
den Widerstand zu überwinden,
der durch den Griff des Vorformlings 26 gegen die rekonfigurierte
Kernkomponente 120 erzeugt wird.
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Da
die Kräfte
auf den Dichtungsflächenteil 45 einwirken
können,
wird das Erfordernis verringert, daß Entfernungskräfte zur
Gänze durch
die Wandstärke 56 übertragen
werden, in welcher einiges an Polymermaterial noch nicht vollständig verfestigt
sein kann. Dementsprechend braucht die Wandstärke 56 nicht mehr
so steif zu sein, um die Reibung zu überwinden, die vom Griff des
Vorformlings 26 gegen die Kernfläche 58 ausgeübt wird,
wodurch ein früheres Entfernen
des Vorformlings 26 aus der rekonfigurierten Formanordnung 100 ohne
Gefahr von Verzerrungen oder Verformungen ermöglicht wird. Versuche zeigen,
daß eine
Verringerung der gesamten Herstellungszeit für den Vorformling 26 von
bis zu fünf
Sekunden erzielt werden kann.
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Der
Fachmann bezeichnet eine Halsringanordnung gemäß 5 allgemein
als Kernverriegelungskonfiguration. 7 zeigt
eine Formhohlraumverriegelungs-Halsringkonfiguration, die eine alternative
Halsringkomponente 218b (die alternative Halsringkomponente 218a ist
nicht gezeigt), eine alternative Kernkomponente 220 und
einen alternativen Kernhalter 241 mit einer alternativen
Trennlinie 264 aufweist.
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8 ist
eine Teilquerschnittsansicht ähnlich 7.
Der alternative Halsring 218b hat sich anfänglich in
Richtung „AAA" parallel zur Achse 21 bewegt, um
das Entfernen eines Vorformlings 26 von der alternativen
Kernkomponente 220 zu beginnen. Der alternative Halsring 218b (und 218a,
in 8 nicht gezeigt) hat sich von dem alternativen
Kernhalter 241 und der alternativen Kernkomponente 220 entlang der
alternativen Trennlinie 264 getrennt. Die alternative Trennlinie 264 endet
an dem Dichtungsflächenteil 45 auf
eine ähnliche
Weise in Umfangsrichtung wie die rekonfigurierte Trennlinie 164.
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Die
Entfernungs- oder Ausstoßkräfte des Vorformlings 26,
die durch den alternativen Halsring 218b (und 218a,
in 8 nicht gezeigt) dieser Hohlraumverriegelungs-Halsringkonfiguration
wirken, wirken nicht nur auf den Gewindeteil 46 und den
Handhabungsringteil 48 des Halsfinish 44 ein,
sondern auch auf den Dichtungsflächenteil 45 des
Halsfinish 44, in ähnlicher
Weise wie die Kernverriegelungskonfiguration.
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9 ist
eine Teilquerschnittsansicht, die eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt, welche ein geringfügig modifiziertes Halsfinish 144 an
dem Vorformling 26 erzeugt, mit einer Dichtungsflächenstufe 65 im
Profil und in Umfangsrichtung mit einem modifizierten Halsfinish 144,
das dem Ende der rekonfigurierten Teilungslinie 164 entspricht.
Die Umfangsrichtung der Dichtungsflächenstufe 65 erzeugt
einen geringfügig
modifizierten Dichtungsflächenteil
mit zwei Höhen,
der dominanten Dichtungsfläche 145a und
der untergeordneten Dichtungsfläche 145b,
die einen Höhenunterschied
in Richtung parallel zur Achse 21 von etwa 0,001 bis 0,005
Zoll, bevorzugter 0,001 bis 0,002 Zoll (0,025 bis 0,050 mm) haben.
Die dominante Dichtungsfläche 145a ist
während
des Anbringens des Verschlusses zuerst in Kontakt mit dem Verschluß (nicht
gezeigt).
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3. Das Verfahren
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Im
Betrieb wird geschmolzener Kunststoff in die Form eingespritzt,
und der Vorformling wird zwischen dem Kern und der Hohlraumwand
geformt. Danach wird zum Ausstoßen
des Vorformlings von dem Kern der Halsring in Richtung des Pfeiles
AA angehoben. Wie klar aus den 5–8 hervorgeht, kontaktiert
der Anhebeteil 201 die obere Dichtungsfläche und
hebt den Vorformling von dem Kern ab. Vorzugsweise ist das Innere
des Vorformlings noch nicht verfestigt, obzwar die Haut der Vorformlingsoberfläche zu diesem
Zeitpunkt vorzugsweise fest ist.
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Das
vorliegende Ausführungsbeispiel
ist vorteilhaft, weil es mehrere nach der Seite wirkende Einsätze (Halsringe)
hat, die (wie ein kontinuierlicher Ring) geschlossen bleiben, um
den Teil von dem Kern auszustoßen
(abzustreifen), indem an seinem Ende (Dichtungsfläche) gedrückt wird.
Später
im Ausstoßhub
bewegen sich die Ringe seitwärts,
um die nach außen
ragenden Merkmale (Gewinde und Stützleiste) nahe dem ENDE des
Ausstoßhubes
freizugeben. Diese Wirkung nach der Seite wird durch Nocken verursacht,
die auf Rollen einwirken, welche am Ende der Auswerferstangen (nicht
gezeigt) montiert sind, auf welchen ebenfalls die Halsringe montiert
sind. Deshalb drückt
bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
dieses gegen das Ende des Teiles während des Hauptabschnittes
(50–90%)
des Ausstoßhubes.
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Sobald
der Vorformling von dem Kern getrennt ist, kann er zu einer Nachformungskühlstation bewegt
werden, oder der Vorformling kann in einen Transportbehälter ausgeworfen
werden. Da der Vorformling von dem Kern durch eine Kraft abgestreift wird,
die hauptsächlich
an der oberen Dichtungsfläche
statt an den Gewinden wirkt, braucht der Vorformling noch nicht
vollständig
verfestigt zu sein, was ein früheres
Abstreifen und eine Verringerung der Zykluszeit von 2 Sekunden bis
5 Sekunden ermöglicht.
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4. Vorteilhafte Merkmale
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Vorteilhafte
Merkmale gemäß den vorliegenden
Ausführungsbeispielen
umfassen:
- – Eine
Vorformlingsform-Halsringformungsflächenkonfiguration, die einen
Teil der oberen Fläche
der Vorformlingsfläche
umfaßt.
- – Eine
Vorformlingsform-Halsringkonfiguration, die eine Abstreifwirkung
auf eine Vorformlingsfläche
ausübt,
welche senkrecht zur Richtung der Abstreifkraft ist.