DE69004698T2

DE69004698T2 - Anordnung der Verteilungsrohre bei einer Spritzgussform.

Info

Publication number: DE69004698T2
Application number: DE69004698T
Authority: DE
Inventors: Wayne N Collette; Suppayan M Krishnakumar; Thomas E Nahill; Steven Lyle Schmidt
Original assignee: Graham Packaging Pet Technologies Inc
Current assignee: Graham Packaging Pet Technologies Inc
Priority date: 1989-01-03
Filing date: 1990-01-03
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2010-01-04
Also published as: NZ231996A; AU4760390A; ATE97606T1; CA2007037C; ES2091218T3; EP0377497A1; EP0377497B1; DE69004698D1; AU632523B2; CA2007037A1; US4950143A; JPH0483618A; MX165584B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Spritzformvorrichtung zur Herstellung von spritzgeformten Kunstharz-Vorformlingen, die zu Behältern blasgeformt werden sollen, sowie insbesondere eine Spritzform-Verteileranordnung zur Ausbildung eines aus einer Vielzahl von Werkstoffen aufgebauten Vorformlings.
Bisher hat man Vorformlinge aus einem einzigen Werkstoff hergestellt, den man in einem einzigen Spritzvorgang in den Formhohlraum einspritzte. Bei einem solchen Spritzformsystem ist der Einspritzverteiler sehr einfach aufgebaut; eine einzige Quelle des geschmolzenen fließfähigen Kunststoffs speist alle Formhohlräume, d.h. bis zu 72 in einem Formsystem. Soll jedoch zur Ausbildung des Vorformlings mehr als ein Werkstoff verwendet werden, wird dies Verteileranordnung kompliziert und weist (unter anderen Speiseeinrichtungen) Dosiertöpfe auf. Da die Formhohlräume jeweils nicht mit einem einzigen, sondern mit mehreren Werkstoffen in unterschiedlichen Mengen gefüllt werden, erfolgt das Füllen nicht mit einem einzigen Spritzimpuls. Es hat sich daher in der jüngeren Vergangenheit als nötig erwiesen, jeden Formhohlraum mit einer eigenen Einspritzanordnung auszurüsten. Der Einspritzverteiler wird also weitaus größer als ein Einspritzverteiler für nur einen Werkstoff, so daß der Abstand zwischen den Formhohlräumen vergrößert werden mußte. Die Formanordnung wird also sehr viel größer und auch weitaus teurer als zuvor. Eine solche Einspritzanordnung ist in der EP-A-0291640 offenbart, die die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 angibt.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Spritzformvorrichtung zum Ausbilden von spritzgeformten Kunstharz-Vorformlingen zum Blasformen zu Behältern mit einer Spritzform mit Formhohlräumen und mit einer Harzeinspeiseeinrichtung mit einer ersten und einer zweiten Harzspeiseeinheit zum Einspeisen von zugehörigen Harzen aus Dosiertöpfen in Formhohlräume der Spritzform, die dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens eine der Speiseeinheiten einen Dosiertopf aufweist, mit dem jeweils eine abgemessene Harzmenge gleichzeitig in eine Mehrzahl der Formhohlräume einspeisbar ist.
Die vorliegende Erfindung ist gegenüber der bekannten Anordnung dahingehend vorteilhaft, daß der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Formhohlräumen im wesentlichen der gleiche ist wie zuvor, als ein einziger Werkstoff in die Formhohlräume eingespritzt wurde.
Vorzugsweise ist der Dosiertopf Teil der ersten Harzspeiseeinheit, mit der ein erstes Harz in die Vielzahl von Formhohlräumen einspritzbar ist.
Der Dosiertopf ist besser so angeordnet, daß er eine anfängliche abgemessene Menge des ersten Harzes in die Vielzahl von Forrnhohlräumen spritzt.
Noch besser ist der Dosiertopf so angeordnet, daß er in jeden der Vielzahl von Formhohlräumen eine anfängliche abgemessene Menge eines ersten Harzes einspritzt, die diesen zu etwa 50 % seines Volumens füllt.
Optimal weist die erste Harzspeiseeinheit eine erste Harz quelle auf und ist die erste Harzspeiseeinheit so angeordnet, daß sie aus der ersten Harzquelle eine abschließende Mange des ersten Harzes in die Vielzahl von Formhohlräumen einspritzt, um diese vollständig aufzufüllen.
Bevorzugt weist die erste Harzspeiseeinheit zwischen der ersten Harzquelle und dem Dosiertopf eine Ventileinrichtung auf, um die erste Harzquelle und den Dosiertopf wahlweise mit der Vielzahl von Formhohlräumen zu verbinden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Harzspeiseeinheit eine Vielzahl zweiter Dosiertöpfe auf, mit denen jeweils eine abgemessene Menge eines zweiten Harzes in einen jeweiligen aus der Vielzahl der Formhohlräume einspritzbar ist.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Harzspeiseeinheit einen zweiten Dosiertopf auf, mit dem eine abgemessene Menge eines zweiten Harzes in die Vielzahl von Formhohlräumen gleichzeitig einspritzbar ist.
Vorzugsweise ist in beiden Ausführungsformen die zweite Harzspeiseeinheit so angeordnet, daß in jeden der Vielzahl von Formhohlräumen eine abgemessene Menge des zweiten Harzes einspritzbar ist, nachdem die erste Harzspeiseeinheit in jeden der Vielzahl von Formhohlräumen eine anfängliche abgemessene Menge des ersten Harzes eingespritzt hat.
Vorzugsweise ist in der einen bevorzugten Ausführungsform jeder zweite Dosiertopf so angeordnet, daß in jeden aus der Vielzahl von Formhohlräumen eine abgemessene Menge des zweiten Harzes einspritzbar ist, die ihn zu 2 bis 5 % seines Volumens füllt, und ist in der alternativen Ausführungsform der zweite Dosiertopf so angeordnet daß in die Vielzahl von Formhohlräumen jeweils eine abgemessene Menge des zweiten Harzes einspritzbar ist, die jeden von ihnen zu 20 bis 30 % seines Volumens füllt.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei der Vielzahl von Formhohlräumen um 2 bis 4 Formhohlräume.
Anhand der beigefügten Zeichnungen sollen nun Ausführungsformen der Erfindung lediglich beispielhaft beschrieben werden.
Fig. 1 ist eine schaubildliche Darstellung eines Einspritzverteilers zur Materialzufuhr zu jedem Formhohlraum nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine schaubildliche Darstellung eines Schnitts durch das untere Ende eines Formhohlraums, der eine Düse zum Einführen unterschiedlicher Materialien in den Formhohlraum nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 3 ist eine schaubildliche Darstellung einer modifizierten Verteileranordnung mit einem 4-Kammer-Formsatz nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie nun insbesondere die Fig. 1 zeigt, bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein einen typischen 4-Kammer-Formsatz. Die Formhohlräume (Kammern) im Formsatz 10 sind sowohl vertikal als auch horizontal beabstandet, wobei nur die die Düsen aufnehmenden öf fnungen 12 jedes Formhohlraums gezeigt sind. Es ist einzusehen, daß diese Formhohlräume waagerecht langgestreckt sind.
Zur Erläuterung der Erfindung sei nun darauf verwiesen, daß, wenn zur Ausbildungeines Vorformlings mit 28mm-Halsanformung ein einziger Werkstoff in jede Formhohlraum eingesrpitzt werden soll, die Formhohlräume einen waagerechten Mittenabstand von 150 und einen vertikalen Abstand von 60 haben. Ist für jeden Formhohlraum pro eingesetztes Material ein Topf erforderlich, müssen der horizontale Abstand auf 185 und der vertikale Abstand auf 75 vergrößert werden.
Wird weiterhin der Vorformling aus einem einzigen Material hergestellt und ist der Formhohlraum für eine 80mm-Halsanformung ausgelegt, betragen der horizontale Abstand 200 und der vertikale Abstand 125, während bei mehreren Materialien der horizontale Abstand 300 und der vertikale Abstand 140 betragen.
Es ist einzusehen, daß mit der Größe auch der finanzielle Aufwand für die Formanordnung zunimmt.
Um die Größe der (und den Aufwand für die) Formwerkzeuge zu verringern, schlägt die Erfindung bei verhältnismäßig großen Einspritzinengen vor, jeweils einen Dosiertopf zur Speisung von bis zu vier Formhohlräumen zu verwenden. Ist andererseits der in einen Formhohlraum einzuspeisende Materialanteil verhältnismäßig gering, kann es erforderlich sein, für jeden Formhohlraum einen einzelnen Dosiertopf vorzusehen. Diese Dosiertöpfe können jedoch klein sein und nehmen so wenig Raum in Anspruch, daß der Abstand der Formhohlräume nicht vergrößert zu werden braucht.
Wie die Fig. 1 zeigt, ist dem 4-Kammer-Formsatz 10 ein Einspritzverteiler zugeordnet, der allgemein mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet und nur schaubildlich angedeutet ist. Bei der Anordnung der Fig. 1 kann ein Formhohlraum teilweise mit einem primären Harz gefüllt, dann eine kleine Menge eines sekundären Harzes in den Formhohlraum eingespritzt und dieser schließlich mit dem gleichen primären Harz aufgefüllt werden. Hierzu ist ein üblicher Extruder 16 für das primäre Harz vorgesehen, der als Quelle für das primäre Harz gilt. Es ist auch ein Dosiertopf 18 einer solchen Größe vorhanden, daß eine erste Menge des primären Harzes in alle Formhohlräume einspritzbar ist. Der Dosiertopf 18 enthält einen Kolben 20, der wahlweise so positionierbar ist, daß eine vorabgemessene Menge des primären Harzes in einen Speisekanal 22 ausgegeben werden kann. Der Speisekanal 22 ist mit allen Formhohlräumen verbunden. Der Speisekanal 22 ist mit der Primärharzquelle 16 über einen Kanal 24 verbunden, in dem sich ein Ventil 26 mit einem drehbaren Ventilkörper 28 befindet, durch den ein Strömungskanal 30 verläuft.
Weiterhin ist eine Quelle 32 eines sekundären Harzes vorgesehen, bei der es sich ebenfalls um einen Extruder oder dergl. Einrichtung handeln kann. Diese Quelle 32 hat einen Speisekanal 34, der mit beabstandeten Speisekanälen 38 verbunden ist, die zu einzelnen kleinen, jeweils mit einem Ausgabekolben 42 versehenen Dosiertöpfen 40 führen. Jeder Speisekanal 38 enthält ein allgemeinen mit dem Bezugszeichen 44 bezeichnetes Ventil mit eine drehbaren Ventilkörper 46. Der Ventilkörper 46 enthält einen Kanal 48, der in einer Stellung des Ventilkörpers 46 die zweite Materialquelle 32 mit einem zugehörigen Dosiertopf 40 verbindet. In einer anderen Stellung des Ventilkörpers 46 verbindet ein in ihm enthaltener Steuerkanal 50 den Dosiertopf 40 mit einem Ausgabekanal 52. Jeder Ausgabekanal 52 ist mit einem zugehörigen Formhohlraum verbunden.
Zum Verständnis der Arbeitsweise der Einspritzanordnung sei nun auf die Fig. 2 verwiesen, die nur den Unterteil eines einzelnen Hohlraums C der Form 10 zeigt. Im Hohlraum C ist ein Kern 54 angeordnet, der einen Vorformling mit geschlossenem Ende ausbildet. In einer der Öffnungen 12 der Formanordnung 10 ist eine allgemein mit dem Bezugszeichen 56 bezeichnete Harzzufuhrdüse dicht abgeschlossen eingesetzt dargestellt. Die dargestellte Düse 56 enthält einen Kanal 58 für ein erstes und einen konzentrischen Kanal 60 für ein zweites Material. Die Strömung durch den Kanal 58 wird über die Stellung eines axial verschiebbaren Steuerelements 62 in Zuordnung zu einer ersten Steueröffnung 64, die Strömung des zweiten Materials im Kanal 60 mit dem gleichen Steuerschieber 62 in der Öffnung 66 gesteuert. Der Steuerschieber 62 wird mit einer herkömmlichen Stelleinrichtung 68 positioniert.

ARBEITSWEISE

Bei mit ihren Harzen gefüllten Dosiertöpfen 18 und 40 wird der Steuerschieber 62 zurückgezogen, um die Öffnungen 66 und 64 zu öffnen, und der Kolben des Dosiertopfes 18 betätigt, um an alle vier Formhohlräume die gleiche Menge des ersten Materials auszugeben. Dann wird der Steuerschieber 62 so bewegt, daß er die Öffnung 64 schließt, aber die Öffnung 66 offenhält. An diesem Zeitpunkt werden die Ventile 44 so gesetzt daß das zweite Material aus den Dosiertöpfen 40 in die zugehörigen Formhohlräume C ausgegeben wird. Danach wird - bei in der Speisestellung der Fig. 1 befindlichem Ventil 26 und eingezogenem Steuerschieber 62 - in jedem Formhohlraum C eine zusätzliche Menge des ersten Materials eingespritzt, um diesen vollständig aufzufüllen.
Sobald das Einspritzen des erforderlichen Materials in den Formhohlraum C abgeschlossen ist, wird der Steuerschieber 62 in eine Stellung gebracht, in der er beide Öffnungen 64, 66 schließt. Geschieht dies und befindet sich das Ventil 26 in der in Fig. 1 gezeigten Stellung, wird der Dosiertopf 18 aufgefüllt. Wenn die Ventile 44 die Quelle 32 mit den Dosiertöpfen 40 verbinden, werden letztere nachgefüllt.
Obgleich hier in Verbindung mit der Spritzformanordnung 14 speziell ein 4-Kammer-Formsatz gezeigt ist, ist einzusehen, daß die gleiche Spritzverteileranordnung auch zusammen mit einem 2-Kammer-Formsatz verwendet werden kann, wobei dann anstelle von 4 jedoch nur 2 Dosiertöpfe vorliegen würden.
Mit dem Einspritzverteiler 14 der Fig. 1 kann der gleiche Formkammerabstand verwendet werden wie bei einem Vorformling aus nur einem Material.
Es ist einzusehen, daß wettbewerbsfähige Mehrschicht-Systeme nicht für jeden Formhohlraum einen eigenen Dosiertopf aufweisen, sondern mit Temperatur-, Druck- und Strömungsregelung am Extruderausgang arbeiten, um das jedem Formhohlraum zugeführte Material unter Kontrolle zu halten. Die Volumenschwankungen unter den Formhohlräumen sind bei diesen Systemen extrem; sie liegen bei 50 % für eine einzige Füllung und bei ±20 - 50 % in jeder Kammer eines 16-Kammer-Formsatzes. Demgegenüber betragen die Schwankungen bei einem mit Doseritöpfen versehenen 16-Kammer-Formsatz ±2 %.
Bei einem erfindungsgemäßen 2-Kammer-Formsatz beträgt die Schwankung ±3 - 5%, bei einem 4-Kammer-Formsatz ±4 - 6 %.
Es hat sich erwiesen, daß die zunehmenden Kammer/Kammer- Volumenschwankungen bei der Bedienung mehrerer Formkammern durch aus jeweils einem Dosiertopf (im Gegensatz zu jeweils einem Dosiertopf pro Kammer) akzeptabel sind, wenn das eingespritzte Materialvolumen min. 20 - 30 % des Gesamtgewichts des Vorformlings ausmacht. Bei sehr kleinen Volumenanteilen (d.h. 2 - 5 %) müssen einzelne Dosiertöpfe zugewiesen werden, bei denen der Anteil des ersten im Verhältnis zum zweiten Material 96:4 beträgt.
Erfindungsgemäß wird ein typischer Vorformling hergestellt, indem man zunächst 50 % des Volumens des Formhohlraums aus dem Dosiertopf 18 ausfüllt und dann in jeden Formhohlraum das zweite Material mit ca. 4 % des Volumens des Formhohlraums einspritzt. Diesen beiden dosierten Einspritzungen folgt ein Auffüllen jedes einzelnen Formhohlraums mit dem ersten Material in einer Menge von 40 % des Kammervolumens unmittelbar aus dem Extruder.
Bei einer typischen Ausbildung eines geschichten Vorformlings ist das primäre Material ein Polyesterharz wie PET und das zweite Material vorzugsweise ein geeignetes Sperrschichtmaterial wie EVAL.
Es ist einzusehen, daß im Sinne konstanter Einspritzmengen und insbesondere im Sinne gleichmäßiger Einspritzmengen in den Formkammern untereinander in die Kanäle zwischen den Dosiertöpfen 18, 40 und den Düsen mechanisch und thermisch arbeitende Ausgleichseinrichtungen eingefügt werden sollten. Jede Ausgleichseinrichtung 70 kann eine geeignete variable Heizeinrichtung sowie eine einstellbare Ventileinrichtung aufweisen, die hier nicht speziell erläutert sind.
Die Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei der der in jedem Ausgabesschritt in einen Formhohlraum einzuspritzende Materialanteil verhältnismäßig groß ist. Unter diesen Umständen kann man anstelle der einzelnen Dosiertöpfe 40 einen einzigen, sehr viel größeren Dosiertopf 140 vorsehen, der das zweite Material an die vier Formkammern gleichzeitig ausgibt. Dieser Dosiertopf wird gemeinsam mit dem Dosiertopf 18 eingesetzt, der ebenfalls eine abgemessene Menge des ersten Materials an alle Formhohlräume gleichzeitig ausgibt. Natürlich werden abschließend die einzelnen Formhohlräume auf die bereits beschriebene Weise mit dem ersten Material aufgefüllt.
Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 3 lassen sich Ausgleichseinrichtungen verwenden.

Claims

1. Spritzformvorrichtung zum Ausbilden von spritzgeformten Kunstharz-Vorformlingen zum Blasformen zu Behältern mit einer Spritzform (10) mit Formhohlräumen (12) und einer Harzeinspeiseeinrichtung (14) mit einer ersten und einer zweiten Harzspeiseeinheit zum Einspeisen von zugehörigen Harzen aus Dosiertöpfen (18, 40) in Formhohlräume (12) der Spritzform (10), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Speiseeinheiten einen Dosiertopf (18) aufweist, der in eine Vielzahl der Formhohlräume (12) jeweils eine abgemessene Harzmenge gleichzeitig einspeisen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosiertopf (18) Teil der ersten Harzspeiseeinheit ist, die ein erstes Harz in die Vielzahl von Formhohlräumen (12) einspritzen kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosiertopf (18) so angeordnet ist daß er eine abgemessene Anfangsmenge des ersten Harzes in die Vielzahl von Formhohlräumen (12) ein-Spritzen kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosiertopf (18) so eingerichtet ist, daß er in jeden der Formhohlräume (12) eine abgemessene Anfangsmenge eines ersten Harzes einspritzt, die diesen jeweils zu etwa 50 % seines Volumens füllt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Harzspeiseeinheit weiterhin eine erste Harzquelle aufweist, und daß die erste Harzspeiseeinheit so eingerichtet ist, daß sie aus der ersten Harzquelle (18) in die Vielzahl von Formhohlräumen (12) eine abschließende Menge des ersten Harzes einspritzt, die diese Formhohlräume ausfüllt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Harzspeiseeinheit zwischen der Harzquelle (16) und dem Dosiertopf (18) eine Ventileinrichtung (16, 28) aufweist, um die erste Harzquelle und den Dosiertopf (18) selektiv mit der Vielzahl von Formhohlräumen (12) zu verbinden.

7. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Harzspeiseeinheit eine Vielzahl zweiter Dosiertöpfe (40) aufweist, die jeweils eine abgemessene Menge eines zweiten Harzes in einen zugeordneten der Vielzahl von Formhohlräumen (12) einspritzen kann.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Harzspeiseeinheit einen zweiten Dosiertopf (140) aufweist, der so eingerichtet ist, daß er eine abgemessene Menge des zweiten Harzes in die Vielzahl von Formhohlräumen (12) gleichzeitig einspritzen kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Harzspeiseeinheit so eingerichtet ist, daß sie in jeden der Vielzahl von Formhohlräumen (12) eine abgemessene Menge des zweiten Harzes einspritzen kann, nachdem die erste Harzspeiseeinheit in jeden der Vielzahl von Formhohlräumen (12) eine abgemessene anfängliche Menge des ersten Harzes eingespritzt hat.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9 in Abhängigkeit von Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß der zweite Dosiertopf (40) so eingerichtet ist, daß er eine abgemessene Menge des zweiten Harzes einspritzt, die jeden der Vielzahl von Formhohlräumen (12) zu ca. 2 % bis 5 % seines Volumens füllt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 in Abhängigkeit von Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß der zweite Dosiertopf (140) so eingerichtet ist, daß er eine abgemessene Menge des zweiten Harzes einspritzt, die jeden der Vielzahl von Formhohlräumen (12) zu ca. 20 % bis 30 % seines Volumens füllt.

12. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Vielzahl von Formhohlräumen (12) um 2 bis 4 Formhohlräume (12) handelt.