DE69123154T2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines behälters - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche. Relevanter Stand der Technik ist im Dokument EP-A-0 106 425 offenbart worden.
• Es ist auf diesem Gebiet bereits bekannt, mit Hilfe einer mechanischen Formungseinrichtung die Materialdicke eines Rohlings aus Kunststoffmaterial zu verringern, indem eine Übergangszone zwischen dem im wesentlichen amorphen Kunststoffmaterial (dickes Material) und orientiertem solchem Material (dünnes Material) unter Verringerung der Menge von amorphen (dickem) Material und Erhöhung der Menge des orientierten (dünnen) Materials verschoben wird. Bei praktischen Anwendungen, bei denen die obigen mechanischen Einrichtungen zum Formen verwendet werden, wird während der Umformung des Rohlings und während der Orientierung des Kunststoffmaterials, das enthalten ist im Rohling, einem Erzeugnis, in der Regel ein Rohling, der in einen Behälter umgeformt werden soll, wenigstens ein Teil der Wand des Rohlings wird bei gewissen Anwendungen dazu gebracht, durch einen Spalt hindurchzugehen, der z. B. zwischen einem Ring, der im folgenden als Ziehring bezeichnet werden wird, der den Rohling umgibt, und einem Dorn, der innerhalb des Rohlings angeordnet ist, gebildet wird. Die Verschiebung der Übergangszone wird durch eine relative Verschiebung zwischen dem Dorn und dem Ziehring realisiert, wobei amorphes Material im Rohling durch den Spalt hindurchgeht und in Richtung der Verschiebung der Übergangszone orientiert wird in der Regel wird das Material in der Übergangszone in einen Zustand gebracht, der Materialverschiebung entspricht, woraufhin das Material bei seinem Durchgang durch den Spalt in einer Weise orientiert wird, die derjenigen Orientierung entspricht, die vom Material angenommen wird, wenn es bei derselben Temperatur monoaxial so gestreckt wird, daß Materialfließen auftritt. Eine solche Technik ist in der US-Patentschrift 4 631 163 beschrieben.
• Damit die oben beschriebene Verformung des Kunststoffmaterials und daher die hier betrachtete Orientierung (Kristallisierung) sichergestellt wird, ist es unter anderem notwendig, daß das Kunststoffmaterial während seines Durchgangs durch den Spalt temperaturkonditioniert wird, wodurch deutlich gemacht werden soll, daß die Begrenzungsflächen des Kunststoffmaterials, unmittelbar bevor das Material in den Spalt hineingelangt, in der Regel eine Temperatur aufweisen, die höchstens einen Wert im Temperaturbereich der Glasübergangstemperatur (Tg) des Materials einnimmt, und die vorzugsweise innerhalb dieses Bereiches angeordnet ist. Der Ausdruck "Tg" wird unten allgemein verwendet werden, um die Glasübergangstemperatur zu bezeichnen. Orientierung wird auch, das ist sicher, mit Kunststoffmaterial erzielt werden, das andere Temperaturen, z. B. niedrigere Temperaturen einnimmt; bei niedrigeren Temperaturen ist es jedoch notwendig, mit geringeren Geschwindigkeiten der Verschiebung der Übergangszone zu arbeiten. Bei einer Temperatur, die nahe bei Tg oder im Bereich von Tg ist, werden Verschiebungsgeschwindigkeiten verwendet, die vom Gesichtspunkt der Kapitalinvestition annehmbare Taktzeiten für die verwendete Ausrüstung mit sich bringen.
• Die Temperaturkonditionierung ist notwendig, damit das Material durch den Spalt hindurchgeht, ohne zu brechen und ohne daß Defekte auftreten, z. B. in Form von undurchsichtigen Teilen oder Kratzern in der Materialwand. Solche Kratzer entstehen allgemein aufgrund von Reibung zwischen dem Kunststoffmaterial und den Begrenzungsflächen des Spaltes, wenn diese übermäßig hoch ist. Es ist eine offensichtliche Maßnahme der Zweckmäßigkeit für den Fachmann, zu versuchen, Kratzer zu vermeiden, indem die Anlageoberflächen poliert werden; in der Realität hat es sich jedoch erwiesen, daß Polieren allein die Reibungsprobleme nicht löst. Der Grund hierfür ist, daß bei übermäßig hoher Temperaturen im Kunststoffmaterial ein Anwachsen des "Bockspringens" der Reibung bei der Anlage gegen Metall stattfindet. Z.B. tritt bei Polyethylenterephthalat (das im folgenden als PET abgekürzt wird) ein zehnfaches Anwachsen der Reibung auf, wenn die Materialtemperatur, wenn sich im Bereich der Glasübergangstemperatur befindet, um ungefähr 10ºC erhöht wird.
• Ein einschränkender Faktor bei der Orientierunglkristallisierung von Kunststoffmaterial unter Verwendung eines Spaltes, durch den das Material während der Verringerung der Dicke hindurchgeht, besteht darin, daß bei der Orientierung/Kristallisierung Energie frei wird. Die oben beschriebene Temperaturkonditionierung des Materials muß, bevor dieses in den Spalt gelangt, daher in Übereinstimmung mit vorbekannter Technik mit einer Temperaturkontrolle (Kühlung) des Kunststoffmaterials kombiniert werden, wenn dieses durch den Spalt hindurchgeht, d.h. wenn die Übergangszone in dem Material des Rohlings verschoben wird. Die freigesetzte Energie, einschließlich Reibungsenergie zwischen dem Kunststoffmaterial und dem umgebenden mechanischen Material führt gemäß der bekannten Technik zu einer Erhitzung des Materials, was es mit sich bringen kann, daß die Anlageoberflächen des Materials gegen die Wände des Spaltes übermäßig hohe Temperaturen annehmen. Die Energie, die innerhalb des Kunststoffmaterials freigesetzt wird, bringt es mit sich, daß ein heißer Kern von Material innerhalb des Materials in dem Bereich gebildet wird, wo die Materialverschiebung stattfindet. Von diesem heißen Kern wird die Energie zu den Begrenzungsflächen des Kunststoffmaterials geführt. Der heiße zentrale Kern wird in den Rohlingwänden durch Material umgeben, das dabei die nach innen und nach außen gerichteten Begrenzungsflächen des Rohlings bildet.
• Da die innere Reibung des heißen zentralen Kerns geringer ist als die innere Reibung des umgebenden und kühleren Materials, werden die Materialteile, die innerhalb der Oberflächen angeordnet sind im Falle von übermäßig großen Unterschieden in den Reibungskräften, die gegen die Begrenzungsflächen des Materials ausgeübt werden, in bezug aufeinander gleiten, was unter anderem dazu führt, daß die ursprünglich homogene Schicht von amorphem Material nach Durchgang durch den Spalt drei Schichten von Material bildet, die verhältnismäßig locker miteinander verbunden sind. Insbesondere, wenn nur eine der Materialoberflächen eine Temperatur annimmt, die dem Temperaturbereich von Tg um mehr als ungefähr 10ºC überschreitet, treten solche großen Unterschiede in den Reibungskräften auf, daß die oben beschriebene Schichtbildung auftritt. In z. B. PET werden darüber hinaus Blasen im Material in der zentralen Schicht gebildet. Das hergestellte Erzeugnis wird daher aufgrund der oben beschriebenen Effekte völlig unbrauchbar werden und kann auch nicht z. B. in einen verwendbaren Behälter umgeformt werden
• Die oben erwähnte Patentschrift US 4 631 163 beschreibt eine Technik, bei der die oben beschriebenen Probleme nicht auftreten. Die in diesem Patent offenbarte Lösung beruht auf dem Konzept, daß in der Übergangszone zwischen amorphem Material und orientiertem Material ein Energiegleichgewicht zwischen zugeführter Energie und abgeführter Energie bei einer Temperatur vorherrscht, die für die beabsichtigte Behandlung des Materials geeignet ist. Gemäß dieser Technik, die in der Patentschrift beschrieben ist, wird die Übergangszone durch einen Spalt unter Anlage gegen eine Formungsoberfläche verschoben, die schräg in bezug auf die Richtung der Verschiebung der Übergangszone geneigt ist, wobei diese Formungsoberfläche in einer der Begrenzungswände des Spaltes enthalten ist. Die schräg geneigte Formungsoberfläche bringt es mit sich, daß die Öffnungsfläche des Spalts in Richtung der Verschiebung des Rohlings variiert. Die Fläche des Spaltes ist am größten in einem Bereich, wo das Material des Rohlings in den Spalt verschoben wird, und ist am kleinsten in einem Bereich, in dem das Material des Rohlings den Spalt verläßt. Im Bereich der schräg geneigten Formungsoberfläche sind die Grenzwände des Spaltes mit Leitungen für ein Medium versehen, das thermische Energie aufnimmt oder abgibt und transportiert. Im folgenden wird der abgekürzte Ausdruck "thermisches Medium" allgemein für ein solches Medium verwendet werden. Während des Durchgangs durch den Spalt liegt das Kunststoffmaterial nicht nur gegen die schräg geneigte Form ungsoberfläche an, sondern auch gegen die äußere Begrenzungsfläche des Dorns. Das Anliegen gegen die Formungsoberfläche und den Dorn wird benutzt, um durch Wärmeleitung einen Energieaustausch zwischen dem Material in der Übergangszone und den Begrenzungswänden des Spalts zu erreichen, d.h., das Kunststoffmaterial zu kühlen, so daß die Ausdehnung des heißen Kerns sehr stark verringert wird. Dies wird dadurch erzielt, indem die Verschiebungsgeschwindigkeit des Materials in bezug auf den Spalt so niedrig gehalten wird, daß die Temperatur im wesentlichen für das gesamte Material, das gegen die Anlageoberflächen des Spaltes anliegt, die gleiche ist, und daß die Temperatur des Materials im Kern, wenn das Material den Spalt verläßt, niedriger ist als die Schmelztemperatur des Materials. Die oben genannten Probleme werden hierdurch vermieden werden.
• Die oben beschriebene Patentschrift beschreibt eine Technik, bei der, um ein Energiegleichgewicht zwischen zugeführter Energie und abgeführter Energie zu erzielen, der größere Teil der Energie, die in der Übergangszone frei wird, über die schräg geneigte Formungsoberfläche des Spalts abgeführt wird. Die oben beschriebene Beziehung ist diejenige, die in einem fortgesetzten Zustand gilt, d.h., wenn die Übergangszone in Längsrichtung des Rohlings verschoben wird. Die beschriebene Technik erfordert einen hochwirksamen Energietransport im Bereich des Anliegens der schräg geneigten Formungsoberfläche gegen das Kunststoffmaterial. Da der größere Teil der Energie innerhalb des Kunststoffmaterials freigesetzt wird und das Material in diesem Fall verhältnismäßig hohe Temperaturen (in der Größenordnung der Schmelztemperatur) erreicht, wird das Material in dem Bereich, in dem es gegen die schräg geneigte Formungsoberfläche des Spaltes anliegt, wenn die Kühlkapazität zu niedrig ist, so Temperaturen erreichen, daß das unerwünschte "Bockspringen-Anwachsen" bei der Reibung auftritt.
• In diesem Zusammenhang sollte auch beobachtet werden, daß, wenn das Material durch die Übergangszone hindurchgeht, der Rohling verlängert wird. Dies wird durch die betreffende Verringerung der Dicke der Wand des Rohlings aus im wesentlichen amorphem Material bestimmt. Diese Verlängerung bringt es mit sich, daß bis jetzt noch nicht orientiertes amorphes Material verschoben wird, z. B. in einer Richtung weg vom Boden des Rohlings. Diese Verschiebung findet unter Anlage gegen den Dorn statt. Daher treten Reibungskräfte zwischen dem Kunststoffmaterial und dem Dorn auf, aus welchem Grunde eine wirksame Kühlung des Materials, das gegen den Dorn anliegt, erforderlich ist. Es ist besonders notwendig, das "Bockspringen-Anwachsen" bei der Reibung im Bereich von Tg zu vermeiden.
• Das obige Problem wird gemäß der oben erwähnten Patentschrift dadurch gelöst, daß die Übergangszone verhältnismäßig langsam verschoben wird, um eine wirksame Kühlung des Materials in der Übergangszone und dadurch eine so niedrige Temperatur des Materials möglich zu machen, daß das "Bockspringen-Anwachsen" bei der Reibung nicht auftritt. Diese relativ langsame Verschiebung der Übergangszone wiederum führt dazu, daß die Energiefreisetzung bei der Kristallisierung in das das im wesentlichen amorphe Material gelangt, so daß sich dieses schon auf einer erhöhten Temperatur befindet, bevor das amorphe Material deformiert wird. Dies wiederum führt zu noch höheren Anforderungen an die Abführung der Energie in der Übergangszone. Es ist jedoch offensichtlich, daß aufgrund der langsamen Verschiebung in der Übergangszone es möglich ist, in zufriedenstellender Weise sowohl die Energie, die in Verbindung mit der Bildung/Kristallisierung des Materials frei wird, als auch die Energie, die durch Reibung gegen die äußeren Begrenzungsoberflächen des Spaltes und seine inneren Begrenzungsoberflächen frei wird, abzuführen. Anders gesagt wird die Energie ausreichend schnell (wirksam) abgeführt, so daß die Materialtemperatur des Kunststoffmaterials nicht bis auf Werte erhöht werden wird, die das "Bockspringen-Anwachsen " bei Reibung und/oder die unerwünschte relative Verschiebung (Gleiten) der äußeren Schichten einer Materialwand mit sich bringen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei der die Übergangszone mit wesentlich höheren Geschwindigkeiten als beim Stand der Technik verschoben wird und in denen die oben genannten Nachteile beseitigt sind. Die betrachtete Wirkung wird mit Hilfe eines Verfahrens und einer Vorrichtung erzielt, das die kennzeichnenden Merkmale aufweist, wie sie in den kennzeichnenden Teilen der beigefügten unabhängigen Ansprüche angegeben sind. Die vorliegende Erfindung soll in erster Linie auf im wesentlichen amorphes Kunststoffmaterial angewendet werden, wobei diese Bezeichnung so zu verstehen ist, daß es ein Material ist, dessen Kristallinität höchstens ungefähr 10 % beträgt.
• Wie dies in den kennzeichnenden Teilen der unabhängigen Ansprüche erwähnt wird, ist die Geschwindigkeit der Verschiebung der Übergangszone erfindungsgemäß an die Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffmaterials angepaßt, so daß die Kristallisationsenergie, die in der Übergangszone frei wird, im wesentlichen die Begrenzungsfläche des Kunststoffmaterials erst erreicht, wenn das Material durch den Teil des Spaltes hindurchgegangen ist, der die kleinste Spaltbreite hat. Hierdurch werden die Materialoberflächen während ihres Durchgangs durch den Spalt ihre angestrebte niedrige Temperatur beibehalten, d.h. eine Temperatur, die geringer ist als diejenige, bei der die Reibung ein Bocksprunganwachsen zeigt. Diese Reibungsenergie, die in der Übergangszone freigesetzt wird, kann nicht die Temperatur des Kunststoffmaterials auf solche hohen Werte erhöhen, daß die Reibungskräfte in Bocksprungart anwachsen. Die Energie vom heißen Kern erreicht die Begrenzungsoberflächen des Materials erst, nachdem die Verdünnung des Materials beendet ist. Das Material wird dann bereits verlängert worden sein und liegt gegen den Dorn an, ohne in bezug auf denselben verschoben zu werden. Das Material ist verhältnismäßig dünn, und der Dorn führt auf wirksame Weise die Energie ab, die die Anlageoberfläche des Materials gegen den Dorn erreicht.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Kunststoffmaterial, bevor es durch den Spalt hindurchgeht, auf eine erhöhte Temperatur eingestellt, die jedoch niedriger ist als die Temperatur, bei der die Reibung groß ist. In diesem Fall wird das Erhitzen allgemein dadurch bewirkt, daß das Material im Rohling einmal oder mehrere Male gegen einen Dorn, der innerhalb des Rohlings angeordnet ist, und/oder eine Hülse anliegt, die den Rohling umgibt. Bei gewissen praktischen Anwendungen ist die Hülse als Halter ausgebildet, der sich auf der erhöhten Temperatur befindet. Der Halter ist so angeordnet, daß er um eine Mittelachse gedreht werden kann, die außerhalb des Halters angeordnet ist, und ist in einem solchen Falle so angeordnet, daß er zu Positionen verschoben werden kann, die aufeinander folgen. In wenigstens einer dieser Stellungen findet eine Verschiebung des Dorns zur Position innerhalb des Rohlings statt. Nach einer vorbestimmten Anlagezeit gegen die innere Oberfläche des Rohlings wird der Dorn vom Rohling zurückgezogen, woraufhin dann anschließend der Halter um die Mittelachse in seine nächste Position gedreht wird. Während dieser Verschiebung beginnt die Energiewelle in eine Richtung zur äußeren Oberfläche des Rohlings zu wandern. Bei denjenigen Ausführungsformen bei denen eine mehr als einmalige Erhitzung erfolgt, wird ein Dorn nach einer vorbestimmten Zeit noch einmal wiederum nach unten in den Rohling verschoben, wodurch noch einmal Energie dem Kunststoffmaterial des Rohlings zugeführt wird. Der Dorn wird anschließend von der Position innerhalb des Rohlings wegbewegt, und dies ergibt die Möglichkeit durch Verschiebung mit Hilfe des Halters zur nächsten Stellung. Die Anzahl von Positionen, in denen das Kunststoffmaterial erhitzt wird, und die Verschiebungsgeschwindigkeit des Halters werden durch die Dicke des Kunststoffmaterials im Rohling, durch die Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffmaterials und durch die Temperatur bestimmt, auf die das Kunststoffmaterial erhitzt werden soll.
• Man sollte beachten, daß die beschriebene Ausführungsform wobei der Rohling in einem Halter angeordnet ist, der um eine Mittelachse gedreht wird, die außerhalb des Halters angeordnet ist, die Möglichkeit ergibt, unterschiedliche Dorne in jeder Stellung zu verwenden. Die Temperatur und/oder das Material der Anlageoberfläche jedes Dorns unterscheiden sich in gewissen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung von Position zu Position. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, nicht nur die Heizzeit (Anlagezeit) in jeder getrennten Position zu kontrollieren, sondern auch an jeder der Positionen die Gefahr von Anhafttendenzen zwischen Dorn und Kunststoffmaterial zu minimalisieren.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Geschwindigkeit des Ziehrings in bezug auf das Kunststoffmaterial des Rohlings bei der anfänglichen Phase der Verschiebung des Ziehrings niedriger. Dadurch wird im Übergangsbereich zwischen im wesentlichen amorphen Material und orientierten Material im Rohling eine Energiewelle erzeugt, die durch die thermische Energie bewirkt wird, die in Verbindung mit der Kristallisierung des Materials freigesetzt wird. Als Ergebnis der ausgewählten niedrigen Geschwindigkeit der Verschiebung des Ziehrings wird diese Energiewelle Zeit haben, sich in das Kunststoffmaterial zu bewegen, bevor das Material den Spalt erreicht, wodurch das Material eine Temperatur erreichen wird, die geeignet ist für die nachfolgenden Orientierung (Orientierungstemperatur). Wenn dies stattgefunden hat, hat es sich in überraschender Weise als möglich erwiesen, eine beträchtliche Erhöhung der Verschiebungsgeschwindigkeit des Ziehrings zu erreichen. Es wird daher der Fall sein, daß das Material einer Erhöhung der Verschiebungsgeschwindigkeit um mehr als das Zehnfache im Vergleich mit der maximalen Geschwindigkeit, die beim Stand der Technik anwendbar ist, widerstehen wird, ohne daß irgendeine Verschlechterung in der Qualität des orientierten Materials auftritt. Z.B. haben praktische Versuche gezeigt, daß die Geschwindigkeit von 4 m/min bei der Anwendung der Technik des Standes der Technik auf 45 m/min bei der Anwendungen der neuen Technik erhöht werden könnte. In diesem Falle bildete die Geschwindigkeit von 45 m/min keine obere Grenze für die Geschwindigkeit, bei der das Verfahren mit beibehaltener Qualität des orientierten Materials ausgeführt werden könnte.
• Bei gewissen Ausführungsformen wird das Material durch äußere Mittel temperiert, unt die oben genannte Temperaturverteilung in einem Querschnitt durch die Materialwand zu erhalten, wobei Verschiebung des Ziehrings in bezug auf das Kunststoffmaterial mit der maximalen Geschwindigkeit direkt von Anfang an stattfindet.
• Weitere zweckmäßige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Unteransprüchen offenbart.
• Die Erfindung soll in größerem Detail unten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen:
• Fig. 1a einen Querschnitt durch eine kombinierte Halter- und Aufnahmeeinrichtung für einen Rohling;
• Fig. 1b einen Fig. 1a entsprechenden Querschnitt mit einem Konditionierdorn, der oberhalb des Halters angeordnet ist;
• Fig. 2 einen Fig. 1 entsprechenden Querschnitt, wobei der Konditionierdorn in den Rohling eingeführt ist;
• Fig. 3 einen Fig. 2 entsprechenden Querschnitt, bei dem der Konditionierdorn expandiert worden ist;
• Fig. 4a einen den vorstehenden Querschnitten entsprechenden Querschnitt, bei dem der Orientierungsdorn in den Rohling eingeführt ist;
• Fig. 4b den eingekreisten Bereich A von Fig. 4 in Vergrößerung;
• Fig. 5a einen Fig. 4 entsprechenden Querschnitt, wobei sich im Halter und in der Aufnahmeeinrichtung kein Rohling befindet und der Orientierungsdorn in der Fig. nach unten verschoben ist;
• Fig. 5b in einem Fig. 5a entsprechenden Querschnitt, wie der Rohling umgeformt wird;
• Fig. 6a, b den eingekreisten Bereich B von Fig. 5a und 5b in Vergrößerung; und
• Fig. 7 in Draufsicht von oben eine Vorrichtung zum Aufnehmen, Temperaturkonditionieren und Umformen des Rohlings.
• In den Figuren, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, ist ein Rohling 10 mit einem verschlossenen Bodenbereich 11 und einem Ausguß- oder Mündungsteil 12 gezeigt. Der Rohling hat eine nach innen gerichtete Bodenoberfläche 13 und eine nach innen gerichtete, allgemein im wesentlichen zylindrische oder leicht konische Oberfläche 14, die die Wand 15 des Rohlings begrenzt. Wenn die Oberfläche konisch ist, so ist ihr größerer Umfang im Mündungsteil 12. Die äußere Oberfläche der Wand ist durch die Bezugsziffer 17 bezeichnet. Fig. 5b zeigt, wie der Rohling teilweise umgeformt worden ist, wodurch ein dünnerer Wandteil 16a im unteren Bereich des Rohlings gebildet ist, während der restliche Wandteil 16b immer noch seine ursprüngliche Form hat. Ein Übergangsbereich 18 kann zwischen dem Wandteil der ursprünglichen Dicke und dem Wandteil der verringerten Dicke gefunden werden.
• Eine Aufnahmeeinrichtung 30 (siehe Fig. 1a und 1b), die auch einen Halter für den Rohling bildet, ist mit einer Seitenwand 31 versehen, deren innere Begrenzungsfläche 32 eine Größe und eine Form hat, die im wesentlichen der äußeren Form der Wand 15 des Rohlings entspricht. In der Regel ist die Begrenzungsfläche daher leicht konisch, wobei ihr größerer Umfang im oberen Bereich des Halters vorliegt. Leitungen 38 für thermisches Medium sind in der Seitenwand vorgesehen. Eine Unterlage, z. B. eine Platte 33 ist innerhalb der Seitenwand 31 des Halters zum Abstützen des Rohlings angeordnet.
• Eine mechanische Einrichtung, die in den Fig. als Dorn 20 (siehe z. B. Fig. 1b) gezeigt ist und die im folgenden nicht einschränkend als Konditionierdorn bezeichnet wird, wird durch eine Bodenfläche 25 und eine Seitenfläche 26 begrenzt. Der Dorn ist über einen Antriebsschaft 21 mit Antriebsmitteln (in den Zeichnungen nicht gezeigt) verbunden. Solche Mittel sind zum Verschieben des Dorns von der in Fig. 1b gezeigten Stellung, in der der Dorn oberhalb des Rohlings ist, in die in Fig. 2 dargestellte Stellung vorgesehen, in der der Dorn in den Rohling eingeführt ist. Der Konditionierdorn ist so ausgebildet, daß er auf eine gewisse Temperatur eingestellt werden kann, die an die Temperatur angepaßt ist, auf die das Material im Rohling eingestellt werden soll. Für diesen Zweck ist der Konditionierdorn mit Kanälen 28 für thermisches Medium versehen und vorgesehen, nach dem Einsetzen in den Rohling entweder Energie an den Rohling abzugeben oder Energie vom Rohling abzuführen.
• Die äußere Begrenzungsfläche (Seitenfläche) 26 des Konditionierdorns ist so dimensioniert, daß sie eine Form hat, die im wesentlichen der Form der nach innen gerichteten Begrenzungsfläche 14 des Rohlings entspricht. Daher hat der Dorn in der Regel ein wenig konische Form, wobei der kleinste Umfang der Bodenfläche 25 des Dorns am nächsten ist. In der Regel verändern sich die Dimensionen des Rohlings von einem Rohling zum nächsten, aus welchem Grunde der Konditionierdorn allgemein so bemessen ist, daß er einen Spalt 41 zwischen seiner äußeren Oberfläche 26 und der inneren Oberfläche 14 der Rohlingwand bildet, wenn der Dorn in den Rohling eingeführt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Konditionierdorn mit einem ersten Dornteil 22 und einem zweiten Dornteil 23 versehen, die durch Antriebsmittel (nicht gezeigt) voneinander entfernbar sind, wobei der Umfang des Konditionierdorns vergrößert wird. In diesem Falle sind die Dornteile voneinander in dem Längsschnitt voneinander getrennt, der durch die Bezugsziffer 24 bezeichnet ist. Es wird für den Fachmann offensichtlich sein, daß bei gewissen Ausführungsformen mehr als zwei Dornteile verwendet werden, insbesondere bei praktischen Anwendungen, in denen die Veränderung des Umfangs des Konditionierdorns groß sein soll. Wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist wenigstens ein Spalt 27 zwischen den Dornteilen gebildet, wenn sie voneinander wegbewegt sind. Die Anzahl der Dornteile ist an die maximale Expansion des Rohlings angepaßt, für den die Konditioniereinrichtung dimensioniert ist. Hierdurch wird das Risiko vermieden, daß die Entfernung zwischen den Dornteilen im Bereich, wo das Anliegen gegen den Rohling stattfindet, nach beendeter Expansion übermäßig groß wird. Bei einer übermäßig großen Entfernung variiert die Materialtemperatur im Rohling in Umfangsrichtung des Rohlings in einem so großen Ausmaß, daß das Ergebnis der weiter stattfindenden Umformung des Rohlings unannehmbar sein wird. Daher ist der Dorn allgemein so dimensioniert, daß die Entfernung höchstens von der Größenordnung der Materialdicke des Rohlings vor dem Verformen ist.
• Fig. 4a, 4b; 5a, 5b zeigen die Aufnahmeeinrichtung 30 (den Halter), der mit einem Orientierungsdorn 60 mit einer im wesentlichen zylindrischen äußeren Begrenzungsoberfläche (Seitenoberfläche) 66 zusammenwirkt. Der Orientierungsdorn ist über einen Antriebsschaft 61 mit Antriebsmitteln (nicht gezeigt) verbunden. Der Dorn hat äußere Abmessungen, die im wesentlichen den inneren Abmessungen des Rohlings 10 entsprechen, was mit sich bringt, daß, wenn der Dorn in die in Fig. 4a dargestellte Position gebracht wird (d. h., bei der der Dorn in den Rohling eingesetzt ist), die Seitenfläche 66 des Dorns wenigstens mit ihrem unteren Teil gegen die Innenfläche 14 des Rohlings anliegt. Kanäle 68 sind im Orientierungsdorn zum Einstellen der Temperatur der Seitenoberfläche 66 des Orientierungsdorns vorgesehen. Die Bodenfläche 65 des Dorns ist so angeordnet, daß sie gegen die nach innen gerichtete Bodenfläche 13 des Rohlings anliegt. In der in den Fig. dargestellten Ausführungsform ist die Bodenfläche des Dorns mit einem mittigen versenkten Bereich 64 versehen. Dadurch bildet die Bodenfläche des Dorns einen in Umfangsrichtung verlaufenden äußeren und nach unten vorstehenden Rand 63, der die Anlageoberfläche des Dorns gegen die nach innen gerichtete Bodenfläche des Rohlings bilden soll. Als Ergebnis dieser Konstruktion liegt der Dorn gegen die Bodenfläche des Rohlings nur in einem Bereich an, der der Wand 15 des Rohlings benachbart ist. Der versenkte Bereich hat einen Form und Tiefe, die an die Form des Bodenbereiches des Rohlings angepaßt sind, um sicherzustellen, daß unabhängig von der Form der nach innen gerichteten Bodenoberfläche des Rohlings der Dorn gegen die Bodenfläche des Rohlings nur in dem ringförmigen Bereich anliegt, der der Wand des Rohlings benachbart ist.
• Fig. 4a, 4b; 5a, 5b; 6a, 6b zeigen, wie die Unterlage 33 mit einer Öffnung 35 einer Größe versehen ist, die es mit sich bringt, daß der Rohling durch die Öffnung hindurchgehen kann. In den Fig. 4a, 4b ist der Rohling immer noch durch den Halter 30 als Ergebnis der Expansion des Rohlings in Anlage gegen den Halter fixiert. Bei den Ausführungsformen, in denen die innere Begrenzungsfläche des Halters konisch ist, wird das Festhalten des Rohlings natürlich noch verbessert. Im Zusammenhang mit der Öffnung ist ein Ziehring 50 mit einem Umfangsbereich 51 vorgesehen, in dem der innere Umfang des Ziehrings von einem größeren Wert in größter Nähe zum Rohling zu einem geringeren Wert mehr entfernt vom Rohling reduziert ist (siehe Fig. 4a und 6a). Dieser Umfangsbereich ist zur Mitte der Öffnung durch eine Arbeitsoberfläche 52 begrenzt. Vor der Arbeitsoberfläche ist im Ziehring eine Eintrittsoberfläche 55 angeordnet, die dem Halter 30 am nächsten ist, und auf die eine Austrittsoberfläche 56 folgt, die dem Halter entfernter angeordnet ist. Sowohl die Eintrittsoberfläche als auch die Austrittsoberfläche sind im wesentlichen parallel mit der Seitenfläche 66 des Orientierungsdorns ausgerichtet. Die Reduktion des inneren Umfangs des Ziehrings wird mit Hilfe der Arbeitsoberfläche bewirkt, die einen schrägen Winkel sowohl mit der Eintrittsoberfläche als auch mit der Austrittsoberfläche bildet und diese verbindet. in einer Ebene quer zur Axialrichtung des Halters 30 ist die Oberfläche, wo sie mit der Eintrittsoberfläche zusammenkommt, dem Halter näher angeordnet als dort, wo sie in die Austrittsoberfläche übergeht. Der Ziehring 50 ist mit einer Leitung oder mehreren Leitungen 58 für thermisches Medium zum Einstellen der Temperatur der Eintrittsoberfläche 55 und der Arbeitsoberfläche 52 des Ziehrings und bei gewissen praktischen Anwendungen auch der Austrittsoberfläche 56 versehen. Zwischen dem Ziehring und dem Orientierungsdorn ist ein Spalt 54 (im folgenden als Ziehringspalt 54 bezeichnet) gebildet, wenn der Ziehring in die Öffnung eingesetzt ist, wobei der Spalt 54 eine Spaltbreite hat, die geringer ist als die Materialdicke des Rohlings 10. Der Ziehringspalt hat seine kleinste Spaltbreite in einem Teil 57 des Ziehrings, der zwischen der Austrittsoberfläche 56 und dem Orientierungsdorn 60 angeordnet ist.
• Fig. 6a-b zeigen im Detail die Konstruktion einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung im Bereich des Ziehrings 50 und darüber hinaus das Aussehen des Rohlings 10 im Bereich des Ziehringspalts 54 während des tatsächlichen Verformungstaktes. In diesem Gebiet findet man den Übergangsbereich 18 zwischen dem Wandteil 16b, der die ursprüngliche Materialdicke hat, und demjenigen Wand bereich 16a, der eine reduzierte Materialdicke hat. Man wird aus der Fig. ersehen können, daß der Rohling in einer Ausführungsform gezeigt ist, bei der die nach innen gerichtete Begrenzungsfläche 14 der Rohlingswand 15 eine konische Oberfläche bildet, deren Umfang zum Mündungsteil des Rohlings anwächst. Da der Orientierungsdorn 60 im wesentlichen zylindrisch ist, wird ein Spalt 42 zwischen der Seitenoberfläche 66 des Dorns und der Begrenzungsfläche 14 gebildet, wobei dieser Spalt eine Breite hat, die zur Mündung des Rohlings hin anwächst. Wo der Übergangsbereich 18 in den dünneren Wandteil 16a der Rohlingswand übergeht, liegt die Rohlingswand gegen den Orientierungsdorn in einem Umfangsbereich 44 und in verhältnismäßig geringem Ausmaß in Axialrichtung des Rohlings an. Es ist aus Fig. 6b ersichtlich, daß das Material des Rohlings nicht nur gegen die Seitenwand 31 des Halters anliegt, sondern auch gegen die innere Begrenzungsfläche des Ziehrings, bevor das Material beim Durchgang an die Arbeitsfläche 52 des Ziehrings dadurch so stark deformiert wird, daß das Material orientiert/kristallisiert wird. Während dieses Anliegens wird die Temperatur des Kunststoffmaterials wenigstens in einer Oberflächenschicht des Materials auf eine Temperatur eingestellt, die für die nachfolgende Behandlung geeignet ist. In PET hat die innere Begrenzungsfläche der Seitenwand einer bevorzugten Ausführungsform eine Temperatur im Bereich von Tg (d.h. ungefähr 75ºC), während die innere Begrenzungsfläche des Ziehrings eine niedrigere Temperatur hat, vorzugsweise wenigstens 5ºC niedriger und allgemein wenigstens 10ºC niedriger.
• Auf den Übergangsbereich 18 folgt ein Bereich 19, in dem sich die Rohlingswand und dadurch ihre innere Begrenzungsoberfläche 14 vom Dorn nach außen ausbeult. Dieser Bereich ist im wesentlichen dort angeordnet, wo der engste Bereich des Ziehringspalts beginnt (gesehen in der Verschiebungsrichtung des Materials durch den Spalt). Der Teil der Begrenzungsfläche der Rohlingswand, der sich vom Dorn ausbeult, ist allgemein als eine Gleitoberfläche 46 bezeichnet. Die Gleitoberfläche hat in Axialrichtung des Rohlings verhältnismäßig geringes Ausmaß. Ein in Umfangsrichtung verlaufender ringförmiger Spalt 43 ist zwischen der Gleitoberfläche und dem Dorn ausgebildet.
• Im Bereich 19 der Gleitfläche 46 hat die Rohlingswand bereits ihre verringerte Dicke angenommen. Außerdem ist in der Regel der Ziehringspalt so dimensioniert, daß seine kleinste Spaltbreite größer ist als die Dicke, die die Rohlingswand bei Orientierung/Kristallisierung des Materials annimmt. Außerdem liegt unterhalb des ringförmigen Spalts 43 die Rohlingswand 15 (jetzt in Form der Wand 16a von reduzierter Materialdicke, die aus orientiertem/kristallisiertem Material besteht) noch einmal gegen den Orientierungsdorn an. Dort wird daher zwischen der Rohlingswand 16a von reduzierter Materialdicke und der Austrittsoberfläche 56 des Ziehrings 50 ein Spalt gebildet, sobald das Material in der Rohlingswand sich an der Arbeitsoberfläche 52 des Ziehrings vorbeibewegt hat.
• Hierdurch wird jegliche Reibung zwischen der äußeren Oberfläche der Rohlingswand und dem Ziehring im engsten Teil 57 des Ziehringspaltes 54 vermieden.
• Fig. 5a-b und 6a-b umfassen ebenfalls eine Ausführungsform, in der die Vorrichtung mit einer Kalibrierhülse 70 versehen ist, die mit dem Ziehring 50 verbunden ist. Die Kalibrierhülse ist so angeordnet, daß die Hülse und der Halter 30 auf jeweils einer Seite des Ziehrings angeordnet sind. Die Kalibrierhülse ist mit Kanälen 78 für thermisches Medium versehen. Die innere Begrenzungsoberfläche 72 der Kalibrierhülse hat einen minimalen Umfang und eine Form, die im wesentlichen dem inneren Umfang und der Form der Austrittsoberfläche 56 entsprechen, d. h. in einem Querschnitt durch den Ziehring und durch die Kalibrierhülse haben beide Oberflächen entsprechende Form. Die entsprechende Form bringt es mit sich, daß beide Oberflächen einen gleichförmigen Übergang ineinander haben. Bei gewissen praktischen Anwendungen ist jedoch die innere Begrenzungsfläche der Kalibrierhülse von größerem Umfang als die Ausgangsoberfläche des Ziehrings. Die Kalibrierhülse und der Ziehring sind so angeordnet, daß sie lösbar an der Unterlage 33 befestigt sind, z.B., indem sowohl die Unterlage 33 als auch diese beiden Einrichtungen mit Innen- und Außengewinden versehen sind, mit Hilfe derer die Einrichtungen mit der Unterlage verbunden sind. Eine Grundplatte 80 ist so angeordnet, daß sie durch Antriebsmittel (nicht gezeigt) zu der in Fig. 5a-b gezeigten Stellung und von derselben weg verschiebbar ist, wobei die Platte eine Bodenabstützung 80 für die Kalibrierhülse 70 bildet. Der Pfeil C stellt eine Ausführungsform dar, in der die Grundplatte quer zur Axialrichtung der Kalibrierhülse verschoben wird. Es wird offensichtlich sein, daß bei anderen Ausführungsformen die Grundplatte (z. B. in Form einer Lagerung) um eine horizontale Achse zu der in der Fig. gezeigten Stellung und von derselben weg schwenkbar ist.
• Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Unterlagenplatte 33 unterhalb einer zusammengesetzten Einheit 37 angeordnet ist, die durch eine Anzahl von Aufnahmebechern (Haltern) 30a-30e gebildet wird, die mit Hilfe von Verbindungsmitteln 36 aneinander befestigt sind. In einem solchen Fall sind die Becher oder Halter in der Regel als ein wenig konische Röhren 30a-30e ausgebildet, die an beiden Enden offen sind. Die größte Öffnung der Halter ist so gedreht, daß sie nach oben gerichtet ist. Die zusammengesetzte Einheit ist über Verbindungseinrichtungen mit einer Mittelwelle 34 verbunden, um die Antriebsmittel (nicht gezeigt) die Einheit zu bestimmten Positionen drehen, in denen die Kombinationen von Einrichtungen, die oben in Zusammenhang mit den Fig. 1 - 6 beschrieben worden sind, gebildet werden. Bei gewissen praktischen Anwendungen ist die Mittelwelle fest mit der zusammengesetzten Einheit verbunden, um dieselbe zu drehen. Die Drehbewegung um das Zentrum der zusammengesetzten Einheit ist normalerweise schrittförmig ausgebildet, so daß die Halter in vorbestimmten Intervallen in einer der Positionen angeordnet sind, die durch die Bezugsziffern 1-5 bezeichnet sind. Die Verschiebung der Halter zu den Positionen 1-5 wird durch Relativbewegung in bezug auf die Unterlage 33 bewirkt, die in der Regel eine feste Stellung hat.
• In Position 1, die Fig. 1a entspricht, wird der Rohling 10 durch die Aufnahmeeinrichtung (den Halter) 30a aufgenommen, der in Fig. 7 in Position 1 angeordnet ist. Positionen 2, 3 und 4 entsprechen jeweils den Kombinationen von Einrichtungen, die in Fig. 1b, 2 und 3 gezeigt sind, und Position 5 entspricht der Kombination der Einrichtungen, die in Fig. 4a, 4b; 5a, 5b; 6a, 6b dargestellt sind. Im Bereich, der der Position 5 für den Halter 30e entspricht, ist die Platte 33 mit der Öffnung 35 und dem Ziehring 50 versehen. Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform ermöglicht es die Vorrichtung, falls notwendig, daß der Rohling maximal dreimal temperaturkonditioniert wird. Es ist klar, daß die Anzahl der Positionen erhöht oder verringert werden kann, um z. B. eine Anpassung der Ausrüstung an die Anzahl der notwendigen Temperaturkonditionierschritte vorzunehmen.
• Die Vorrichtung schließt Steuer- und Regeleinrichtungen (in den Zeichnungen nicht gezeigt) zum Verschieben des Konditionierdorns und des Orientierungsdorns ein. Solche Steuer- und Regeleinrichtungen, die in den Zeichnungen nicht gezeigt sind, sind zum Steuern und Regeln der Bewegungen und der Expandierung des Konditionierdorns und dabei auch des Zeitintervalls vorgesehen, währenddessen der Dorn nach der Expandierung gegen die innere Begrenzungsoberfläche der Rohlingswand anliegt. Steuer- und Regeleinrichtungen (nicht gezeigt) sind auch zum Steuern der Verschiebungsgeschwindigkeit des Orientierungsdorns und der Einstellung der Temperatur des thermischen Mediums vorgesehen, das dem Konditionierdorn 20, dem Orientierungsdorm 60, dem Halter 30, dem Ziehring 50 und, soweit anwendbar, der Kalibrierhülse 70 zugeführt wird.
• Wenn die vorliegende Erfindung praktisch ausgeführt wird, wird der Rohling 10 bei einer bevorzugten Ausführungsform, die derjenigen entspricht, die in Zusammenhang mit Fig. 7 beschrieben wurde, in die Aufnahmeeinrichtung (den Halter 30a) zu der in Fig. 1a dargestellten Position verschoben. Danach wird die zusammengesetzte Einheit 37 einen Schritt gedreht, wobei der Halter 30a in die Stellung 2 bewegt wird. Während dieser Verschiebung ist der Halter direkt oberhalb der oberen Begrenzungsoberfläche der Unterlagenplatte 33 angeordnet, während der Rohling durch den Halter fixiert ist und in der Regel auf die Begrenzungsoberfläche gleitet. In Position 2 wird die Konditionierdorn 20 von einer oberen Stellung, siehe Fig. 1b, in eine untere Stellung, siehe Fig. 2, verschoben. In der oberen Stellung ist der Konditionierdorn oberhalb und außerhalb des Rohlings angeordnet, und in der unteren Stellung innerhalb des Rohlings. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Konditionierdorn so dimensioniert, daß er mit seiner äußeren Begrenzungsfläche 26 den Spalt 41 zusammen mit der inneren Begrenzungsoberfläche 14 des Rohlings bildet. In denjenigen praktischen Anwendungen, in denen der Rohling konische Form hat, stellt diese Konizität allgemein sicher, daß der Spalt erhalten wird.
• Hierdurch werden die Umstände vermieden, daß die nach innen gerichtete Oberfläche 14 des Rohlings während der Verschiebung des Dorns 20 in Berührung mit demselben ist, wodurch ebenfalls z. B. das Risiko einer unkontrollierten Erhitzung des Materials des Rohlings und dadurch das Risiko einer unerwünschten Reibung zwischen Dorn und Kunststoffmaterial vermieden wird.
• Im Hinblick auf die variierenden Größen der Rohlinge ist der Halter 30 bei einer bevorzugten Ausführungsform auch so dimensioniert, daß er einen Spalt 40 zwischen sich selbst und der nach außen gerichteten Begrenzungsfläche 17 des Rohlings bildet. Der Konditionierdorn wird danach in Anlage gegen die innere Begrenzungsoberfläche des Rohlings und danach in der Regel eine geringe weitere Entfernung expandiert, um so das Material des Rohlings nach außen in zuverlässige Anlage gegen die nach innen gerichtete Begrenzungsfläche 32 des Halters zu verschieben. Die Expandierung des Konditionierdorns wird so gesteuert, daß sie fortschreitet bis zu dem Moment, wo der Rohling mit seiner äußeren Oberfläche gegen die innere Oberfläche des Halters anliegt. Hierdurch wird ein zuverlässiger Kontakt zwischen dem Konditionierdorn und Rohling und zwischen dem Halter und dem Rohling und eine gute Kontrolle der Energieübertragung zwischen dem Rohling und dem Dorn und dem Halter erhalten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird von einer verhältnismäßig geringen Expandierung Gebrauch gemacht - in der Regel auf höchstens 20 % und vorzugsweise auf höchstens 10 % begrenzt. Im Falle leichter Expandierung werden nur wenige Dornteile benötigt, während bei einer größeren Expandierung die Anzahl der Dornteile erhöht wird, um die Breite derjenigen Spalte zu verringern, die bei Expandierung zwischen den Dornteilen gebildet werden. Dadurch wird eine gleichförmige Erhitzung des Kunststoffmaterials sichergestellt werden. Mit Hilfe des thermischen Mediums in den Kanälen 28 und 38 des Konditionierdorns und des Halters wird die Temperatur in den Anlageoberflächen des Dorns gegen die Rohling eingestellt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind der Konditionierdorn 20 und der Halter 30 konisch, wobei sich ihr größter Umfang am nächsten zum oberen Bereich des Dorns und des Halters befindet.
• Die folgenden Beispiele von verwendeten Temperaturen und Zeiten können für die Temperaturkonditionierung von PET genannt werden. Die Temperatur der äußeren Oberfläche 26 des Konditionierdorns 20 ist in der Regel oberhalb des Bereiches von Tg und in solchen Fällen um wenigstens 10ºC, in der Regel um wenigstens 30ºC und vorzugsweise um wenigstens 50ºC höher. Mit Hilfe der Steuer- und Regeleinrichtungen wird die Zeit für das Anliegen des Konditionierdorns gegen die innere Oberfläche des Rohlings eingestellt, wobei diese so ausgewählt wird, daß sie höchstens ungefähr 5 sec, normalerweise höchstens 3 sec und vorzugsweise höchstens 2 sec beträgt. Natürlich ist die verwendete Anliegezeit an die Temperatur des Konditionierdorns und die Eigenschaften des Kunststoffmaterials angepaßt. Die Temperaturen und Zeiten, die in diesem Absatz genannt sind, beziehen sich auf Konditionieren eines Rohlings von PET, dessen Wanddicke eine Größenordnung 2 mm hat. Es ist offensichtlich, daß für andere Kunststoffmaterialien und/oder andere Abmessungen des Rohlings die Konditionierungszeit an die betreffende Situation angepaßt wird.
• Hat einmal der Konditionierdorn gegen den Rohling während der vorbestimmten Zeit angelegen, so wird der Dorn zusammengezogen und anschließend aus dem Rohling zurückgezogen. Dieser wird in dann in die nächste Position (Position 3) verschoben, in der zutreffendenfalls ein erneutes Anliegen des Konditionierdorns dieser Stellung gegen das Material des Rohlings stattfindet, um thermische Energie zwischen Dorn und Rohling auszutauschen. Auch in dieser Position wird die Zeit des Anliegens entsprechend zu dem geregelt, was im vorstehenden Absatz offenbart worden ist. Es wird für den fachmännischen Leser klar sein, daß der Zyklus für Temperaturkonditionierung des Rohlings in einer individuellen Station wiederholt werden kann, indem man es dem Dorn ermöglicht, das oben beschriebene schematische Diagramm mehr als einmal zu durchlaufen, wobei der Halter in derselben Position gehalten wird.
• Nachdem der Rohling die Positionen 2-4 für die Temperaturkonditionierung durchlaufen hat, wird er in Position 5 bewegt. In diesem Falle wird der Rohling allgemein durch den Halter 30 in einer Stellung oberhalb der Arbeitsoberfläche 52 des Ziehrings 50 (siehe Fig. 4b) gehalten. Wenn der Halter Position 5 eingenommen hat, so wird der Orientierungsdorn 60 nach unten und durch die Öffnung 35 in der Grundplatte 33 verschoben, wobei die Bodenfläche 65 des Dorns den Rohling 10 durch die Öffnung unter Anlage gegen die nach innen gerichtete Bodenfläche 13 des Rohlings wenigstens in einem Bereich, der der Wand 15 des Rohlings am nächsten ist, verschiebt. In der Regel wird der Dorn, der im Rohling angeordnet ist, so angeordnet werden, daß er mit seiner Begrenzungsfläche 66 die nach innen gerichtete Begrenzungsfläche der Rohlingswand 15 wenigstens im Material kühlt, das durch den Ziehringspalt hindurchgegangen ist. Bei Verschiebung des Orientierungsdorns wird ein Übergangsbereich zwischen dünneren (orientierten) und dickeren (amorphen) Material gebildet. Bei Verschiebung des Orientierungsdorns wird die Übergangszone in Axialrichtung des Dorns und in das amorphe Material unter gleichzeitiger Verringerung der Menge von amorphem Material verschoben. Hierdurch wird das Material in der Wand 15 in Axialrichtung orientiert werden, wenn das Material sich an der Arbeitsoberfläche 52 vorbeibewegt. In Abhängigkeit von der gewünschten praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung wird das gesamte Material im Rohling orientiert oder nur ein Teil davon. Bei praktischen Anwendungen, bei dem das gesamte Material in der Wand des Rohlings reduzierte Materialdicke erhält, wird sich der umgeformte Rohling in einer Stellung unterhalb des Ziehrings befinden, wenn die Bewegung des Orientierungsdorns beendet worden ist. Ein Kanal 62 für Druckmedium ist vorgesehen, um den umgeformten Rohling vom Orientierungsdorn zu lösen. Ist der Orientierungsdorn in seine Startposition zurückgekehrt, so wird der Halter 30 in Position 1 verschoben, woraufhin dann der oben beschriebene Zyklus wiederholt wird.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Orientierungsdorn so dimensioniert, daß er mit seiner äußeren Begrenzungsfläche 66 den Spalt 42 mit der inneren Begrenzungsoberfläche 14 des Rohlings in dem Teil 16b der Rohlingswand bildet, der die ursprüngliche Dicke hat. Hierdurch wird der Rohlingswandteil 16b, der die ursprüngliche Dicke hat daran gehindert, gegen den Orientierungsdorn 60 bei der Verlängerung des Rohlings und der Verschiebung des Wandteils in bezug auf den Dorn anzuliegen, was stattfindet, wenn das Material des Rohlings durch den Orientierungsdorn durch den Ziehringspalt 54 verschoben wird. Solche Maßnahmen vermeiden das Risiko von den Reibungskräften und Kratzerbeschädigungen, die bei Verschiebung des Wandtells 16b entlang dem Dorn auftreten würden, wenn der Wandteil gleichzeitig dagegen angelegen hätte.
• Die Temperatur des Halters 30 wird allgemein auf einen Wert eingestellt, der höchstens eine Temperatur ist, bei dem die Thermokristallisierung des thermoplastischen Materials beginnt. Als Regel wird daher eine solche Einstellung auf eine Temperatur innerhalb des Bereiches von Tg des thermoplastischen Materials eingestellt, bei gewissen praktischen Anwendungen aber auf eine Temperatur unterhalb Tg eingestellt. Soweit PET betroffen ist, so hat sich bei einer Temperatur von höchstens ungefähr 85ºC, vorzugsweise höchstens 80ºC erwiesen, daß man eine gute Temperaturverteilung in der Wand des Rohlings erhält. Es ist offensichtlich, daß die Temperatur der Seitenwand des Halters auf eine Temperatur eingestellt werden wird, die es mit sich bringt, daß die nach außen gerichtete Begrenzungsfläche der Rohlingswand beim Durchgang durch den Ziehringspalt 54 eine Temperatur hat, die geringer ist als die Temperatur, bei der die oben beschriebene Bocksprungerhöhung der Reibung stattfindet. Während maximale Werte oben von 85ºC bzw. 80ºC erwähnt wurden, werden bei gewissen praktischen Anwendungen beträchtlich niedrigere Temperaturen verwendet, z. B. höchstens 75ºC oder alternativ 65ºC.
• Da alle mechanischen Einrichtungen, die mit dem Kunststoffmaterial in Berührung sind, aus Material mit gutem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten (in der Regel Metalle) bestehen, wird eine Einstellung und Regelung erfindungsgemäß mit engen Toleranzen der Temperatur des thermischen Kunststoffmaterials in allen Schritten des oben beschriebenen Zyklus erreicht werden. Dies ist besonders wichtig im Übergangsbereich 18 des Wandmaterials des Rohlings - welches der Bereich ist, in dem das Material des Rohlings gegen die Arbeitsoberfläche 52 des Ziehrings anliegt und wo die Materialdicke des Rohlings verringert wird. In diesem Bereich haben der Anlagedruck zwischen dem Material des Rohlings und dem Ziehring und damit die Reibungskräfte die höchsten Werte. Da die oben beschriebene Einstellung der Materialtemperatur im Bereich der äußeren Grenze der Rohlingswand es mit sich bringt, daß das thermoplastische Material beim Durchgang durch den Ziehringspalt eine Temperatur unterhalb der Temperatur des Bocksprunganwachsens der Reibung ist, werden Reibungskräfte und damit auch diejenige Energie auf ein Minimum reduziert, die als Ergebnis dieser Reibung erzeugt wird.
• Im Übergangsbereich wird die Rohlingswand im ringförmigen Bereich 44 in Anlage gegen den Orientierungsdorn 60 gebracht. Auch hier befindet sich das Kunststoffmaterial auf einer Temperatur, die geringer ist als die Temperatur, bei der das Bocksprunganwachsen der Reibung auftritt, aus weichem Grunde die durch Reibung gebildete Energie in diesem Bereich nur gering ist und als Ergebnis nicht ein so großes Anwachsen der Temperatur des Kunststoffmaterials mit sich bringt, daß die Reibungskräfte in Bocksprungart anwachsen. Das Kunststoffmaterial gelangt anschließend in den engsten Teil des Ziehringspaltes 54 und hat bereits bei seinem Durchgang durch diesen Bereich des Ziehringspalts seine endgültige Dicke angenommen. In diesem Falle bildet das Material einen Spalt 53 mit dem Ziehring und ebenfalls in einem kürzeren Bereich den oben erwähnten ringförmigen Spalt 43 zwischen dem Material und der Austrittsfläche 56 des Orientierungsdorns. Unterhalb des ringförmigen Spalts wird das Material noch einmal in Anlage gegen die Orientierungsdorn gebracht. Wenn das Material erneut mit dem Orientierungsdorn in Berührung kommt, hat das Material seine endgültige reduzierte Dicke und auch seine endgültige Länge, was es mit sich bringt, daß Relativbewegung zwischen Kunststoffmaterial und dem Dorn nicht weiter bei fortschreitender Verschiebung des Dorns in bezug auf den Ziehring auftritt. Die Begrenzungsfläche 66 des Orientierungsdorns ist auf eine Temperatur eingestellt, die um wenigstens 5ºC, vorzugsweise wenigstens 10ºC kleiner ist als Tg des Kunststoffmaterials. Es tritt auch keinerlei Reibung zwischen der äußeren Begrenzungsfläche 17 des dünnen Kunststoffmaterials und der Austrittsoberfläche 56 des Ziehrings auf, da sich auch dort ein Spalt befindet. In PET ist die normale Temperatur für die Arbeitsfläche 52 des Ziehrings höchstens 75ºC und in der Regel höchstens 65ºC.
• Die Geschwindigkeit der Verschiebung des Orientierungsdorns in bezug auf den Ziehring wird so ausgewählt, daß die im Material freigesetzte Energie, wenn dieses im Zusammenhang mit dem Durchgang durch den Ziehringspalt orientiert wird, keine Zeit hat, die Begrenzungswand des Kunststoffmaterials zu erreichen, bevor das Kunststoffmaterial sich von der Berührung mit dem Ziehring gelöst hat. Daher wird die freigesetzte Energie die innere Begrenzungsoberfläche des Kunststoffmaterials frühestens erreichen, wenn das Material in den engsten Teil des Ziehringspalts eintritt, was mit sich bringt, daß Erhöhung der Materialtemperatur, die auftritt, für Kunststoffmaterial stattfindet, das sich nicht in Berührung mit dem Ziehring befindet, oder für Kunststoffmaterial, das keinerlei Bewegung in bezug auf den Orientierungsdorn ausführt. Die äußere Oberfläche des orientierten Materials ist völlig frei von Berührung mit mechanischen Einrichtungen, wenn das Material durch den Ziehringspalt hindurchgegangen ist.
• Bei denjenigen Ausführungsformen, bei denen die im Zusammenhang mit den Fig. 5a-b und 6a-b dargestellte Kalibrierhülse eingeschlossen ist, befindet sich die Begrenzungswand dieser Hülse, die zum Kunststoffmaterial gerichtet ist, auf einer verhältnismäßig geringen Temperatur, in der Regel auf einer Temperatur, die um wenigstens 15ºC, vorzugsweise wenigstens 30ºC und in der Regel um wenigstens 45ºC geringer ist als die Glasübergangstemperatur. Wenn der Orientierungsdorn in seine Endstellung verschoben worden ist und in der Regel alles Material im Rohling durch den Ziehringspalt hindurchgegangen ist, wird Druckmedium durch den Druckmediumkanal 62 des Orientierungsdorns zugeführt, wodurch das Material im Rohling in Anlage gegen die Kalibrierhülse 70 expandiert wird. Diese Expansion hat verhältnismäßig geringes Ausmaß, da die Entfernung zwischen der Rohlingswand und der Kalibrierhülse höchstens von der Größenordnung einer halben Wanddicke ist. Das oben erwähnte Anliegen gegen die Kalibrierhülse bringt es mit sich, daß der expandierte Rohling fest durch die Kalibrierhülse festgehalten wird und der Orientierungsdorn aus dem Rohling verschoben wird. Die Bodenstütze wird von der Stellung entfernt, die in den Fig. 5a-b gezeigt ist. Ein unterbrochenes Anwachsen des Drucks innerhalb des Rohlings findet spätestens dann statt, wenn nur noch eine kurze Verschiebungsentfernung für den Orientierungsdorn übrig bleibt, bevor der Dorn völlig vom Rohling zurückgezogen worden ist. Die Erhöhung im Druck bringt es mit sich, daß der Rohling, der nicht mehr durch die Bodenstützung abgestützt wird, aus der Kalibrieihülse herausgeblasen wird. In der Regel wird die Zeit für das Anliegen des Kunststoffmaterials gegen die Kalibrierhülse so ausgewählt, daß sie wenigstens so weit ist, daß das Kunststoffmaterial eine Temperatur unterhalb der Temperatur für Tg annimmt. Durch das Anliegen gegen die Kalibrierhülse und die Kühlung des Kunststoffmaterials, die dann auftritt, wird das endgültige Formen des Rohlings bewirkt, und der Rohling hat seine endgültige Form angenommen, die der inneren Form der Kalibrierhülse entspricht.
• Sowohl während des Durchgangs durch den Ziehringspalt 54 als auch danach (und auch während des vorher beschriebenen Temperaturkonditionierungszyklus) hat die Wand 31 des Halters 30 über ihre Begrenzungsfläche 32, die zum Rohling gerichtet ist, die Temperaturverteilung im Rohling beeinflußt. Bei gewissen praktischen Anwendungen und/oder Stellungen hat die Begrenzungsfläche 32 eine niedrigere Oberflächentemperatur als die Seitenfläche 26 des Konditionierdorns 20, während bei anderen Anwendungen und/oder Stellungen die Begrenzungsfläche 32 eine Oberflächentemperatur hat, die größer ist als die Oberflächentemperatur der Seitenfläche 26 des Konditionierdorns. Im Normalfall hat die Seitenfläche 32 des Halters eine Temperatur, die kleiner ist als Tg oder sich im Bereich von Tg befindet.
• Bei Verschiebung durch die Antriebsmittel des Orientierungsdornes 60 durch die Öffnung 35 verschiebt der Orientierungsdorn den abgeschlossenen Bodenteil 11 des Rohlings vor sich her, während gleichzeitig der Orientierungsdorn zwischen sich selbst und dem Ziehring 50 den Ziehringspalt bildet, dessen Größe im Falle von PET höchstens die Hälfte der Materialdicke des ursprünglichen Rohlings beträgt, der im wesentlichen aus amorphem Material besteht. Dies soll thermisches Kunststoffmaterial mit einer Kristallinität bedeuten, die höchstens ungefähr 10% beträgt. Als Ergebnis der relativen Verschiebung des Orientierungsdorns 60 in bezug auf den Ziehring 50 und dadurch die Verschiebung des Bodenteils des Rohlings, wird die Materialwand im Rohling gezwungen, durch den Ziehringspalt 54 hindurchzugelangen, wodurch die Materialdicke der Wand des Rohlings unter gleichzeitiger monoaxialer Orientierung/Kristallisierung des Materials des Rohlings reduziert wird.
• Während der Verschiebung des Orientierungsdorns wird daher die Menge und die Länge des monoaxial orientierten Materials allmählich anwachsen, während gleichzeitig die Menge und die Länge des amorphen Materials verringert wird. Bei praktischen Anwendungen, bei denen das gesamte Material in der Wand des Rohlings durch den Spalt hindurchgeht, wird auf diese Weise das gesamte Material in der Wand orientiert werden. Mit Hilfe der Kanäle 38, 58 und 68 in der Wand 31 des Halters 30, im Ziehring 50 und in dem Orientierungsdorn 60 wird die Materialtemperatur der Anliegeoberflächen des Materials im Übergangsbereich 18 geregelt. Es wird also für amorphes Material, d.h. also Material, das noch nicht durch den Spalt hindurchgegangen ist, eine letzte Einstellung der Temperatur wenigstens in Oberflächenschichten des Materials des Rohlings mit Hilfe des Orientierungsdorns 60, der Seitenwand 31 des Halters 30, der Eintrittsoberfläche 55 des Ziehrings 50 und - auch in einem gewissen Ausmaß - mit Hilfe der Arbeitsoberfläche 52 stattfinden. Die Energie, die während des Orientierungszyklus freigesetzt wird, wird durch das Kunststoffmaterial an den mechanischen Begrenzungsflächen vorbeigeleitet, die den Ubergangsbereich umgeben, und erreicht die Begrenzungsflächen des Kunststoffmaterials in einem solchen Ausmaß, daß die Temperatur der Oberflächenschichten in den Bereich des Bocksprunganwachsens in der Reibung erst dann erhöht wird, wenn die Dikkenverringerung des Materials beendet worden ist.
• Bei gewissen Ausführungsformen sind die Kanäle für thermisches Medium im Halter 30 und im Orientierungsdorn 60 durch elektrische Widerstandsdrähte ersetzt. Nur wenn der Halter 30 und/oder der Orientierungsdorn 60 zum Kühlen von Material im Rohling verwendet werden, sind die Kanäle für normalen Transport von thermischen Medium vorgesehen.
• Die obige detaillierte Beschreibung hat nur auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen der Erfindung bezug genommen; ein Fachmann wird jedoch ohne weiteres verstehen, daß die vorliegende Erfindung eine größere Anzahl von Ausführungsformen innerhalb des Bereichs der beigefügten Ansprüche umfaßt.

Claims (11)

1. Verfahren zum Orientieren von im wesentlichem amorphem Kunststoffmaterial in einem Rohling (10), bei dem das Kunststoffmaterial durch einen Spalt (54) mit einer minimalen Spaltbreite verschoben wird, die geringer ist als die Materialdicke, wobei das Material unter Bildung einer Übergangszone (18) zwischen noch nicht orientiertem (dickerem) Material (16b) und orientiertem (dünnerem) Material (16a) orientiert (kristallisiert) wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (10) durch den Spalt (54) mit einer Geschwindigkeit verschoben wird, die es mit sich bringt, daß die bei der Orientierung frei werdende Kristallisationsenergie im wesentlichen die Grenzflächen (14,17) des Kunststoffmaterials zu einem Zeitpunkt erreicht, wenn das Material bereits seine dünnere Dicke erreicht hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem dem Spalt (54) eine kleinste Spaltbreite gegeben wird, die die Dicke des orientierten Materials übersteigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Rohling (10) durch den Spalt mit einer Geschwindigkeit verschoben wird, die im wesentlichen der Ableitungsgeschwindigkeit der thermischen Energie des Kunststoffmaterials entspricht oder größer ist als diese Geschwindigkeit.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem dem Rohling (10) im wesentlichen röhrenförmige Form gegeben wird und der Spalt (54) mit Hilfe eines Ziehrings (50) gebildet wird, der einen Dorn (60) umgibt und unter relativer Verschiebung in bezug auf den Dorn (60) den Spalt (54) in Axialrichtung des Dorns (60) verschiebt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das orientierte Kunststoffmaterial, das bei Orientierung des Kunststoffmaterials gebildet ist, in Anlage gegen den Dorn (60) erst gebracht wird, nachdem das Material im wesentlichen seine endgültige Dicke angenommen hat.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem, sobald die Kristallisationsenergie die Begrenzungsflächen des dünneren Kunststoffmaterials erreicht hat, das Kunststoffmaterial gegen den Orientierungsdorn (60) im wesentlichen ohne irgendeine Relativbewegung in bezug auf den Dorn (60) in seiner Axialrichtung anliegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem die Oberflächentemperatur des Dorns (60) auf eine Größe eingestellt wird, die um wenigstens ungefähr 5ºC, vorzugsweise um wenigstens ungefähr 10ºC geringer ist als die Glasübergangstemperatur des Kunststoffmaterials.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 7, bei dem die Oberfläche des Ziehrings (50), die zum Dorn (60) gerichtet ist, auf eine Temperatur eingestellt wird, die um wenigstens ungefähr 5ºC, vorzugsweise um wenigstens ungefähr 10ºC geringer ist als die Glasübergangstemperatur des Kunststoffmaterials.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei dem nach Durchgang durch den Spalt (54) das orientierte Kunststoffmaterial des Rohlings (10) durch Überdruck in demselben in Anlage gegen die innere Begrenzungsfläche (72) eine Kalibrierhülse (70) expandiert wird.

10. Vorrichtung zum Orientieren von im wesentlichen amorphem Kunststoffmaterial in einem Rohling (10), die einen Spalt (54), der zwischen einem Dorn (60) und einem Ziehring (50) ausgebildet ist, der denselben umgibt, und der einen Teil (57) aufweist, dessen Spaltbreite geringer ist als die Materialdicke des Materials des Rohlings (10), und Mittel zum Verschieben von wenigstens Teilen des Rohlings (10) durch den Spalt (54) unter Verringerung der Dicke des Kunststoffmaterials für Orientierung (Kristallisierung) des Kunststoffmaterials aufweist; wobei der Teil (57) eine Spaltbreite hat, die die Dicke überschreitet, die dem Kunststoffmaterial bei Orientierung durch die Anordnung (50,60) von Dorn und Ziehring, die den Spalt (54) bildet, gegeben wird; wobei der Ziehring (50) und der Dorn (60) so ausgebildet sind, daß sie in bezug aufeinander in Axialrichtung des Dorns (60) verschiebbar sind; dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Ziehrings (50), die zum Dorn (60) gerichtet ist, eine Arbeitsoberfläche (52) einschließt, die schräg in bezug auf die Axialrichtung des Dorns (60) geneigt ist; daß die Arbeitsoberfläche (52) in Richtung der Verschiebung des Kunststoffmaterials in bezug auf den Ziehring (50) einen sich kontinuierlich verringernden Abstand zur Begrenzungsfläche (66) des Dorns (60) aufweist; und daß der Arbeitsoberfläche (52) eine Ausgangsoberfläche (56) folgt und sie mit dieser verbunden ist, deren kleinster Abstand zur Begrenzungsfläche des Dorns (60) die Dicke überschreitet, die durch das Kunststoffmaterial bei Orientierung angenommen wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Ausgangsoberfläche (56) des Ziehrings (50) eine Kalibrierhülse (70) folgt; wobei der Dorn (60) und die Kalibrierhülse (70) so angeordnet sind, daß sie durch Relativbewegung den Dorn (60) in die Kalibrierhülse (70) verschiebt; wobei eine innere Begrenzungsfläche (72) der Kalibrierhülse (70), wenn der Dorn (60) in die Hülse (70) verschoben ist, einen Spalt mit der Begrenzungsfläche (66) des Dorns (60) bildet, dessen Breite größer ist als die Materialdicke des orientierten Materials; wobei die Kalibrierhülse (70) mit Kanälen (78) für Temperatureinstellung der nach innen gerichteten Oberfläche (72) der Hülse (70) versehen ist; und wobei der Dorn (60) mit Mitteln (62) zum Zuführen von Druckmedium zum Inneren des Rohlings (10), der orientiertes Material aufweist, versehen ist, um die Rohlingwand in Anlage gegen die nach innen gerichtete Oberfläche der Kalibrierhülse (70) zu expandieren, wenn der Rohling (10) durch den Dorn (60) in die Kalibrierhülse (70) verschoben wird oder ist.