DE69726366T2

DE69726366T2 - Form mit schnellem Zyklus auf Anfrage

Info

Publication number: DE69726366T2
Application number: DE69726366T
Authority: DE
Inventors: John Wu; Carl Crowe; Victor Lust; Robert Phillips; Scott F. Ansell
Original assignee: Johnson and Johnson Vision Care Inc
Current assignee: Johnson and Johnson Vision Care Inc
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1997-09-19
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2017-09-20
Also published as: CA2215801A1; MX9707205A; TW458876B; SG74021A1; AU3831397A; EP0830931A3; EP0830931A2; US5776514A; EP0830931B1; JPH10180830A; DE69726366D1; CA2215801C; AU727837B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein eine Form mit schnellem Zyklus auf Anfrage oder Abruf und insbesondere eine Verpackungs-Form mit schnellem Zyklus auf Anfrage, die eine Warmzulaufanordnung umfaßt, die erwärmt und gekühlt wird, um eine kurze Ansprechzeit und eine optimale Temperaturregelung bereitzustellen. Ein Spritzgießen auf Anfrage wird durch ein impulsgesteuertes Kühl-System, durch die Kühlanordnung von Toreinsätzen und durch ein wirksames Ausgestalten der Kühlkanäle ermöglicht. Das Programmieren der Software und Hardware wurde daraufhin ausgelegt, ein Spritzgießen auf Anfrage zu erreichen. Die Ausführung eines geschlossenen Kreislauf-Kühl-Systems für die Form umfaßt eine fortschrittliche Ausgestaltung des Kühl-Kreislaufs und Einsätze mit hoher thermischer Leitfähigkeit und stellt auch eine einfache Instandhaltung und eine bessere Überwachung des Kühlmittels bereit, was eine signifikante Reduktion der Korrosion und Anreicherung von Kesselstein mit sich bringt. Das Kühlen der Form wird von Sensoren geregelt, die innerhalb der Form installiert sind und die in Rückführungskreisen verwendet werden. Das Design des Toreinsatzes stellt eine genaue Form-Temperatursteuerung und ein verbessertes äußeres Erscheinungsbild der geformten Verpackung bereit. Die Verwendung einer Nadelventil-Düse führt zu reduzierten Zykluszeiten und zu verbesserter Formbarkeit.
2. Stand der Technik
Die WO-A-92/08598 offenbart ein Temperatur-Regelsystem für eine Form.
Die US-A-5 464 343 offenbart eine Mehrspitzen ("multi-tip")-Warmzulaufanordnung.
Die EP-A-0 688 656 offenbart einen Mehrkanal-Spritzgieß-Einsatz mit einer Kühlkammer.
Die EP-A-0 687 551 offenbart eine Formanordnung mit kurzem Zyklus.
ABRISS DER ERFINDUNG
Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist, eine Verpackungs-Form mit schnellem Zyklus auf Anfrage bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Verpackungs-Form mit schnellem Zyklus auf Anfrage mit den folgenden Vorteilen bereitzustellen:

1. Eine mit Hochspannung (208–220 V versus 24 V) erwärmte Warmzulaufanordnung stellt eine kurze Ansprechzeit und eine optimale Temperaturregelung bereit.
2. Ein hartgelöteter Toreinsatz stellt eine genaue Temperaturregelung bereit und verbessert das äußere Erscheinungsbild der Verpackung.
3. Eine optimale Position des Tores verbessert die Unversehrtheit der Wärmeabdichtung.
4. Ein Spritzgießen auf Anfrage wird durch ein impulsmoduliertes Kühl-System, durch die Kühlausführung des hartgelöteten Toreinsatzes und durch eine wirksame Ausgestaltung der Kühlkanäle ermöglicht.
5. Das Kühlen der Form wird von Sensoren gesteuert, die innerhalb der Form installiert sind und die in Rückführungskreisen verwendet werden.
6. Ein Kühl-System mit geschlossenem Kreislauf stellt eine einfachere Instandhaltung und bessere Überwachung des Kühlmittels bereit, um Korrosion und eine Anreicherung von Kesselstein zu reduzieren.
7. Die Prozeßvariabilität wird im Vergleich zu konventionellen Formausführungen minimiert.
8. Eine Nadelventil-Düse führt zu reduzierten Zykluszeiten und verbesserter Formbarkeit.
9. Das Programmieren der Software und Hardware wurde daraufhin ausgelegt, ein Spritzgießen auf Anfrage zu erreichen.
10. Die Ausführung des Form-Kühl-Systems umfaßt eine fortschrittliche Ausgestaltung des Kühl-Kreislaufs und Einsätze mit hoher thermischer Leitfähigkeit, wodurch die Zykluszeit und Formdefekte signifikant reduziert werden.

Gemäß den hier dargelegten Lehren stellt die Erfindung ein Form-System mit Hochgeschwindigkeits-Zyklus auf Anfrage zum Herstellen von Erzeugnissen im Spritzgießverfahren (wie Blisterverpackungsunterlagen) bereit, wie es in Anspruch 1 beschrieben ist. Das Form-System umfaßt eine Warmzulaufanordnung zum Zuführen von geschmolzenem Form-Material aus jeglichem geeigneten thermoplastischen Material zu mindestens einer Einspritzdüse, und die Warmzulaufanordnung wird sowohl erwärmt als auch abgekühlt, um eine kurze Ansprechzeit und eine optimale Temperaturregelung bereitzustellen. Das Kühl-System ist ein impulsmoduliertes Kühl-System, wobei im Betrieb des Kühl-Systems während jedes Formzyklus, nachdem die Form mit geschmolzenem Kunststoff gefüllt ist, die Wärmezufuhr des geschmolzenen Kunststoffs auf einen zeitgesteuerten Impuls eines Kühlmittels abgestimmt wird, wonach die Form Wärme-Gradienten abführen sowie einen Gleichgewichtszustand einstellen kann, so daß der geschmolzene Kunststoff mit größerer Gleichmäßigkeit abgekühlt wird, woraus ein geformtes Teil mit reduzierter Spannung und verbesserter Oberflächenerscheinung resultiert. Ein elektrisches Erwärmungs-System ist vorgesehen, um das Form-System zu erwärmen. Mehrere Temperatursensoren, die innerhalb des Form-Systems installiert sind, werden in Rückführungskreisen verwendet, um den Fluß von Kühlmittel durch das Kühl-System zu regeln. Alle vorgenannten Merkmale führen zu einer reduzierten Zykluszeit und zu einer verbesserten Formbarkeit.
Detaillierter betrachtet umfaßt das elektrische Erwärmungs-System eine mit 208–220 V betriebene Hochspannungs-Erwärmungseinrichtung, um eine kurze Ansprechzeit und optimale Temperaturregelung bereitzustellen. Die Einspritzdüse wird von einer elektrischen Heizspule erwärmt, die um die Einspritzdüse herum positioniert ist. Ein Toreinsatz mit hoher Wärmeleitfähigkeit umfaßt einen ringförmigen Kühlmittelstromdurchgang, der die Einspritzdüse umgibt, um eine genaue Formtemperaturregelung und eine verbesserte äußerliche Erscheinung des ge formten Erzeugnisses zu gewährleisten. Die Form umfaßt einen Oberschaleneinsatz, welcher eine obere Fläche einer geformten Schale definiert, die einen zentralen Kühlmittelstromdurchgang umfaßt, der sich zentral darin erstreckt, um den Oberschaleneinsatz zu kühlen. Die Form umfaßt weiterhin einen Unterschaleneinsatz, welcher eine untere Fläche einer geformten Schale definiert, die einen ringförmigen Kühlmittelstromdurchgang umfaßt, der den Unterschaleneinsatz umgibt, um ihn zu kühlen. Das Form-System erzeugt spritzgeformte Polypropylen-Blisterverpackungsunterlagen, von denen jede einen Schalenabschnitt, der dazu ausgelegt ist, eine Hydrogelkontaktlinse, die in eine Salzverpackungslösung getaucht ist, aufzunehmen oder zu verpacken, und einen Schwanzabschnitt definiert. Jeder Form-Hohlraum wird von ersten und zweiten Thermoelementen temperaturüberwacht, wobei ein erstes Thermoelement positioniert ist, um die Temperatur am Schwanzabschnitt der Blisterverpackungsunterlage zu fühlen, und ein zweites Thermoelement positioniert ist, um die Temperatur am Schalenabschnitt der Blisterverpackungsunterlage zu fühlen.
Die Form kann eine warme Verteilerausführung mit 16 Hohlräumen umfassen, die eine ortsfeste Formseite und eine bewegliche Formseite umfaßt, die während eines Einspritzform-Vorgangs aneinandergeklemmt sind, wobei nach dem Setzen des geformten Erzeugnisses die bewegliche Formseite freigegeben ist und von der ortsfesten Formseite entfernt ist, um die Spritzguß-Erzeugnisse aus den Formhohlräumen entformen oder herausbringen zu können. Das Form-System umfaßt ein Warmzulaufsystem, wobei der anfängliche Strom des Warmzulaufsystems sich in der Mitte der Warmverteilerform-Ausführung befindet und sich nach links und rechts und zudem nach vorne und hinten und nach unten zu einer symmetrischen Anordnung von 16 Formhohlräumen verzweigt, welche Anordnung vier Reihen à vier Formhohlräumen aufweist.
Das geformte Erzeugnis ist vorzugsweise aus Polypropylen gespritzt, und die Polypropylen-Schmelztemperatur ist innerhalb eines engen Temperatur-Bereichs geregelt, um das Unterkühlen oder Abfrieren oder das Überhitzen oder Sabbern der Polypropylen-Schmelze während der Spritzgießvorgänge zu vermeiden.
Das Kühl-System umfaßt ein geschlossenes Kreislauf-Kühl-System, um die warme Verteiler-Form abzukühlen, das eine Kühlmittelpumpe zum Zuführen von Kühlmittel zu mehreren solenoidbetriebenen Formzuführventilen für mehrere Kühlbereiche umfaßt. Das Kühlmittel fließt von den mehreren Zuführventilen zu mehreren Reihenzuführverteilern, von denen jeder mehrere Kühlmittelwege aufweist. Das Kühlmittel gelangt durch Rückleitungen zu mehreren manuellen Rückabschluß-Schaftventilen zurück, von denen jedes eine Flußturbine und einen entfernt aufgestellten Flußsensor umfaßt, wobei es von da zu einem Kühlmittelbehälter gelangt, um durch die Kühlmittel-Pumpe wiederaufbereitet zu werden. Das Form-System umfaßt mehrere Temperatursensoren, wobei ein Temperatursensor für jeden Kühlbereich vorgesehen ist und jeder Temperatursensor einen Eingang für ein Bereichsteuersystem für jedes solenoidbetriebene Ventil bereitstellt. Das Kühlmittel fließt durch einen Schalen- oder Rohrwärmetauscher, wo es auf eine gewählte, geeignete Temperatur durch eine Kühlerlösung gekühlt wird, die durch ein Temperaturregelventil zugeführt und zurückgebracht wird, was von einem Temperatursensor gesteuert wird, der in dem Kühlmittelbehälter eingebaut ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden Aufgaben und Vorteile der Erfindung für eine Form mit schnellem Zyklus auf Anfrage können von einem Fachmann unter Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausfertigungen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen leichter verstanden werden, in denen ähnliche Bauteile mit identischen Bezugszeichen durchweg in den verschiedenen Ansichten versehen sind und in denen zeigen:
1 bzw. 2 eine Draufsicht bzw. eine Seitenschnittansicht einer Polypropylen-Blisterverpackungsunterlage, die gemäß der Lehre der Erfindung geformt werden kann;
3 ein Schaubild der Polypropylen-Wärmefluß-Charakteristika abhängig von der Temperatur und einen klar abgegrenzten Schmelzpunkt von Polypropylen und somit das Bedürfnis, die Polypropylen-Schmelztemperatur innerhalb eines engen Temperaturbereichs zu regeln, um zu verhindern, daß die Polypropylenschmelze während des Spritzgießverfahrens abfriert oder sich überhitzt;
4 eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines Abschnitts eines Aufbaus einer warmen Verteilerformausführung mit 16 Hohlräumen und 2 der 16 Formhohlräume, Details einer Einspritzdüse und 2 Thermoelemente, die zum Abfühlen der Temperatur an zwei Stellen in der warmen Verteilerform angeordnet sind;
5 Details des Warmzulaufsystems der Warmverteilerformausführung;
6 den Kühlmittelfluß in zwei Bereichen um jeden Formhohlraum und auch den Fluß von geschmolzenem Polypropylen darin;
7 ein geschlossenes Kühlkreislauf-System zum Kühlen der warmen Verteilerform für eine Linsenschalenformausführung mit 16 Hohlräumen;
8 weitere Details des Kühl-Systems;
9 eine Anordnung des oberen und unteren Schaleneinsatzes jeder Form, die den Hohlraum der Blisterverpackungsschale bilden, und den Kühlmittelfluß dort hindurch;
10 und 11 zwei separate Ansichten des oberen und unteren Schaleneinsatzes, die den Hohlraum der Blisterverpackungsschale bilden, wie in 9 dargestellt;
12 eine Detailansicht jeder Spritzdüse, die dem Detail-Kreis 12 in 5 entnommen ist, und die darin befindlichen Heizspiralen, um das geschmolzene Polypropylen innerhalb eines engen Temperaturbereichs warm zu halten;
13 eine separate Ansicht des Toreinsatzes;
14 vier Kühlmittelflußwege von einem Hauptblock durch 4-Hohlraum-Einsatz-Rohrleitungen und auch einen getrennten Kühlmittelflußweg durch 4 Schaleneinsätze hindurch sowie das Zurückfließen des Kühlmittels zu dem Hauptblock;
15 vier Kühlmittelflußwege durch und um 4-Hohlraum-Toreinsatz-Hülsen herum und auch das Zurückfließen des Kühlmittels zu dem Hauptblock;
16 vier Kühlmittelflußwege von einem Hauptblock durch vier Kerne, Einsätze und einen getrennten Kühlmittelflußweg durch vier Schaleneinsätze hindurch und um vier Schaleneinsätze herum sowie auch das Zurückfließen des Kühlmittels zu dem Hauptblock;
17 ein Schaubild B der Temperatur gegenüber der Zeit für eine Unterbrechung eines Form-Zyklus-Arbeitsgangs für ein Spritzgieß-System mit konventionellem Stömungs-Kühl-System und ein Schaubild A der Temperatur gegenüber der Zeit für eine Unterbrechung eines Form-Zyklus-Arbeitsgangs für ein Spritzgieß-System einer bevorzugten Ausführung der Erfindung mit einem impulsmodulierten Kühl-System;
18 ein Schaubild, das die Prinzipien der Funktionsweise eines impulsmodulierten Kühl-Systems darstellt, so wie es in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umgesetzt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Detaillierter betrachtet sind die 1 und 2 eine Draufsicht bzw. eine Seitenschnittansicht einer Polypropylen-Blisterverpackungsunterlage 10, die gemäß der Lehre der Erfindung geformt werden kann. Die Polypropylen-Blisterverpackungsunterlage 10 definiert einen Schalenabschnitt 12, der dazu ausgelegt ist, eine Hydrogel-Kontaktlinse zu verpacken, die in eine Salzverpackungslösung in der Schale eingetaucht ist, sowie einen Schwanzabschnitt 14 und umfaßt einen Abdeckstreifen und einen Aufkleber 16 auf dem oberen Ende der Blisterverpackungsunterlage.
Wie aus dem Stand der Technik allgemein bekannt ist, können Polypropylen-Blisterverpackungsunterlagen in einer warmen Verteilerformausführung mit 16 Hohlräumen hergestellt werden, die eine ortsfeste Form-Seite (A-Seite) und eine bewegliche Form-Seite (B-Seite) umfaßt, die während eines Spritzgießvorgangs aneinander befestigt werden. Nach dem Festsetzen des Polypropylens wird die bewegliche Seite freigegeben und von der ortsfesten Form entfernt, um die 16-Spritzguß-Blisterverpackungsunterlagen aus den Formhohlräumen ausheben zu können.
Die Blisterverpackungsunterlagen 10 sind vorzugsweise aus Polypropylen geformt. 3 ist ein Schaubild der Wärmefluß-Charakteristika von Polypropylen in Abhängigkeit von der Temperatur. 3 zeigt einen klar abgegrenzten Schmelzpunkt für Polypropylen bei 30, welches einen gewünschten Temperaturbereich darstellt, in welchem das Polypropylen im Spritzgießverfahren herzustellen ist, innerhalb dessen das Polypropylen nicht abfriert oder Schwierigkeiten mit dem Überhitzen oder Sabbern aufweist. Dies zeigt die Notwendigkeit der Kontrolle der Schmelztemperatur von Polypropylen innerhalb eines engen Temperaturbereichs an, um zu verhindern, daß das Polypropylen während der Spritzgießvorgänge abkühlt oder sich überhitzt bzw. sabbert.
4 zeigt eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines Abschnitts einer warmen Verteilerformausführung 40 mit 16 Hohlräumen und stellt 2 der 16 Formhohlräume 42 und 42', Details einer Einspritzdüse 44 und 2 Thermoelemente 46, 48 dar, die angeordnet sind, um die Temperatur an zwei Stellen in der warmen Verteiler-Form zu fühlen. Die 2 in 4 dargestellten Formhohlräume werden auf die Temperatur hin durch 2 Thermoelemente überwacht, wobei ein erstes Thermoelement 46 angeordnet ist, um die Temperatur am Schwanzabschnitt der linken Blisterverpackungsunterlage 42 zu fühlen, und ein zweites Thermoelement 48 angeordnet ist, um die Temperatur an dem Schalenabschnitt der rechten Blisterverpackungsunterlage 42' zu fühlen.
Die Details mehrerer in 4 dargestellter Komponenten, wie die Formhohlräume, Formeinsätze und Düsen, sowie das Erwärmen und Abkühlen dieser Komponenten werden im folgenden mit Bezug auf die restlichen Figuren, die diese Komponenten besser darstellen, werden detaillierter beschrieben. 4 stellt eine Heizspirale 112 dar, die in 12 detaillierter gezeigt ist, welche um die Einspritzdüse 44 herum angeordnet ist, und auch die Anordnung eines gekühlten Toreinsatzes 118, der in 13 detaillierter gezeigt ist, um die Einspritzdüse 44 herum. Der gekühlte Toreinsatz 118 umfaßt einen ringförmigen Kühlmitteldurchgang 120 dort herum zum genauen Steuern des Abkühlens der Form an dieser Stelle. 4 veranschaulicht zudem die Anordnung eines oberen und unteren Schaleneinsatzes 94, 96, die detaillierter in den 10 und 11 gezeigt sind, und den Hohlraum des geformten Schalenabschnitts formen.
5 veranschaulicht Details des Warmzulaufsystems der Warmverteilerformausführung. Ein Polypropylen-Extruder bei 50 extrudiert geschmolzenes Polypropylen durch ein Warmzu laufsystem, wobei der anfängliche Fluß des Warmzulaufsystems sich in dem Zentrum der Warmzulaufformausführung bei 52 befindet und rechts und links bei 54 und 56 sowie vorwärts und rückwärts (nicht dargestellt) und nach unten bei 58, wie in 5 dargestellt, abzweigt hin zu einer symmetrischen Anordnung von 16 Formhohlräumen mit 4 Reihen von 4 Formhohlräumen, von denen jeder den in 4 dargestellten Formhohlräumen ähnlich ist. 5 veranschaulicht die Unterbringung eines Hochspannungs(220 V)-Heizelements 59 mit 450 Watt zum Erwärmen des Polypropylen-Warmzulaufsystems.
6 veranschaulicht den Fluß 60 von geschmolzenem Polypropylen bei einer anfänglichen mittleren Schmelztemperatur von 198°C durch die Mitten von zwei erwärmten Einspritzdüsen 44 in zwei gekühlte Blisterverpackungsunterlagen-Formhohlräume 42 bei einer mittleren Formtemperatur von 45°C. Zwei Kühlwege 120, 102 sind dargestellt, ein erster ringförmiger Kühlmitteldurchgang 120 um den Toreinsatz 118 herum, der um die Einspritzdüse 44 herum am Schwanzabschnitt der Blisterverpackung angeordnet ist, und ein zweiter Kühlmitteldurchgang 102, der durch den Oberschaleneinsatzabschnitt der Form verläuft. Ein dritter Kühlflußweg durch den Unterschaleneinsatzabschnitt der Form ist in 6 nicht dargestellt. Diese typischen Temperaturen stellen eine Zyklus-Zeit von etwa 7,0 Sekunden bereit.
7 veranschaulicht den geschlossenen Kühl-System-Kreislauf zum Kühlen der warmen Verteiler-Form. 7 veranschaulicht den Kühlmittelkreislauf von einer rostfreien, hitzebeständigen Wasserpumpe 70 zu einem ersten solenoidbetriebenen Formzuführventil 71 für einen Bereich 1, zu einem zweiten solenoidbetriebenen Formzuführventil 71' für einen Bereich 2, Kreislauf 1, und zu einem dritten solenoidbetriebenen Formzuführventil 71'' für Bereich 2, Kreislauf 2. Das Kühlmittel fließt von dem ersten Ventil 71 zu einem Reihenzuführverteiler 72 bei Bereich 1 und durch vier Ausgänge zu vier Kühlwegen. Das Kühlmittel fließt von dem zweiten Ventil 71' zu einem Reihenzuführverteiler 72' bei Bereich 2, Kreislauf 1, durch vier Ausgänge zu vier Kühlwegen und gleichermaßen für Bereich 2, Kreislauf 2, durch einen Reihenzuführverteiler 72'' bei Bereich 2, Kreislauf 2, durch vier Austrittsstellen zu vier Kühlwegen. Das Kühlmittel strömt durch 12 Rückleitungen zu 12 manuellen Rückabsperr-Schaftventilen 73 zurück, von denen jedes mit einer Durchflußturbine und einem entfernt aufgestellten Durchflußsensor versehen ist, und von dort zu einem rostfreien Kühlmittelbehälter 74, um von der Wasserpumpe aufbereitet zu werden. Drei Temperatursensoren sind bereitgestellt, ein Temperatursensor 75 für Bereich 1, ein zweiter Temperatursensor 75' für Bereich 2, Kreislauf 1, und ein dritter Temperatursensor 75'' für Bereich 2, Kreislauf 2. Jeder Temperatursensor stellt einem Bereichnkontrollsystem 76, 76', 76'' für jedes solenoidbetriebene Ventil 73 einen Eingang bereit. Ein Durchflußmonitor 77 stellt ein eine Gallone pro Minute (GPM)-Überwachungssignal für Bereich 2, Kreislauf 2 bereit.
Das Kühlmittel strömt von den solenoidbetriebenen Ventilen 73 zurück und fließt durch einen Gehäuse- und Rohrwärmetauscher 78, wo es zu einer gewählten, zweckmäßigen Temperatur durch eine Kühllösung abgekühlt wird, die durch ein Hauptstrom-Temperatursteuerungs-Wassersparventil 79 zu- und zurückgeführt wird, welches Ventil von einem Temperatursensor 80 gesteuert wird, der auf einem Schwimmsicherheitsschalter im Kühlmittelbehälter montiert ist.
Der Druck des Kühlmittels in dem geschlossenen Kreislauf wird durch ein regelbares Druckventil 81 in dem geschlossenen Kreislauf stromabwärts der Kühlmittelpumpe 70 geregelt, welches Druckventil von einem Druckmesser 82 überwacht wird, und das Kühl-System beinhaltet ebenfalls einen Bypass-Filter 83, der auch einen Druckmesser umfaßt.
8 veranschaulicht weitere Details des Kühl-Systems für die Formausführung mit 16 Hohlräumen. 8 veranschaulicht den Kühlmittelfluß von einer Kühlmittelkonsole 86 zu der ortsfesten Seite 87 der Form und auch zu der beweglichen Seite 88 der Form. Zwei Zuführschläuche 89, 89' führen das Kühlmittel zu, der erste Zuführschlauch 89 zu einem Zuführverteiler 90 mit sechs Zuführleitungen für den Zuführbereich 1, Kreisläufe 1 und 2, in der ortsfesten Seite 87 der Form und der zweite Zuführschlauch 89' zu einem Zuführverteiler 90' mit vier Zuführleitungen für die Zuführbereich 2 in der beweglichen Seite der Form. Das Kühlmittel in Bereich 1 fließt durch getrennte Kühlmittelkreisläufe 1 und 2 in Bereich 1 und strömt von Bereich 1, Kreislauf 1 und Kreislauf 2, zurück zu Rückführverteilern 91, 91a. Das Kühlmittel des Bereichs 2 fließt durch den Bereich 2 durch vier Rückführschläuche zu dem Rückführverteiler 91' und anschließend durch Rückführschläuche zu der Kühlkonsole. Die Kühlkonsole 86 umfaßt eine Einrichtung zum Überwachen und Regeln des Kühlmittelstroms in den drei Bereichen und umfaßt darin die Komponenten 70, 71, 73, 74, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82 und 83, die in 7 beschrieben sind. 8 veranschaulicht ebenfalls die Kühlschläuche mit Kupplungen, die Außenstecker und Innenhülsen umfassen.
9 veranschaulicht eine Anordnung des oberen und unteren Schaleneinsatzes 94, 96 der Form, die den Hohlraum der Schale bildet, und zeigt die Kühlmittelflußwege durch sie hin durch. Die 10 und 11 sind jeweils zwei separate Ansichten des oberen und unteren Schaleneinsatzes 94, 96, die den Hohlraum der Schale bilden, wie in den 4 und 9 dargestellt.
Das Kühlmittel für den Oberschaleneinsatz 94 fließt durch einen Kühlmitteldurchgang 98 auf der rechten Seite des Oberschalen-Hohlraums 94 durch eine Durchflußöffnung 100 in der oberen Hohlraumform hindurch nach unten und in einen zentralen Kühlmitteldurchgang 102 der oberen Hohlraumform 94 und anschließend nach oben und durch den linken Abschnitt der Durchflußöffnung 100 und den linken Abschnitt des Kühlmitteldurchgangs 98 hindurch heraus. Der zentrale Kühlmitteldurchgang 102 umfaßt einen zentralen Teilbereich 103 zwischen der Einlaß-Durchflußöffnung 100 und der Austritts-Durchflußöffnung 100, der sich annähernd zu dem Boden des zentralen Kühlmitteldurchgangs 102 erstreckt und der das Kühlmittel dazu zwingt, dort herum nach unten zum Boden des zentralen Durchgangs 102 zu fließen.
Ebenso fließt das Kühlmittel für den Unterschaleneinsatz 96 durch einen Kühlmitteldurchgang 106 auf der linken Seite des unteren Schalenhohlraums 96 und in einen sowie um einen ringförmigen Kühldurchgangsweg 108 herum, der um den Unterschaleneinsatz herum definiert ist, und anschließend durch den rechten Abschnitt des Kühlmitteldurchgangs 106 hindurch hinaus.
Üblicherweise wurde Messing in Form von CuZn30 (eine Legierung von 70% Cu und 30% Zink) verwendet, um Einsätze optischer Qualität herzustellen, so wie die Schaleneinsätze 94 und 96, durch stromloses oder chemisches Ni-Beschichten und durch Diamant-Drehen.
Nach umfangreicher Forschung und Entwicklung wurden Einsätze optischer Qualität aus der Legierung Ampco 940 entwickelt, die Ni-beschichtet und anschließend diamant-gedreht wurden, um einen Formeinsatz mit einer Oberflächenbearbeitung optischer Qualität zu erzeugen. Ampco 940 ist eine von Ampco Metal, Inc. entwickelte Legierung, die aus etwa 96,4% Cu, 2,5% Ni, 0,7% Si und 0,4% Cr besteht.
Die folgende Tabelle zeigt einen Vergleich der thermischen Leitfähigkeit von Ampco 940 (AMPCO 940) mit Materialien, die meistens zur Herstellung von Formeinsätzen verwendet wurden.
Die Ampco 940-Einsätze optischer Qualität reduzieren die Zykluszeiten des Spritzgießverfahrens, stellen eine bessere mechanische Festigkeit bereit, verbessern die Lebensdauer der Einsätze und stellen eine optische Oberflächenbehandlung bereit.
Die Ampco 940 Legierung stellt eine einfache maschinelle Bearbeitbarkeit bereit, eine gute Haftung zwischen Trägermaterial und einer chemischen Ni-Schicht, kann durch eine Diamant-Schneidevorrichtung gedreht werden, um eine optische Oberflächenbehandlung zu erhalten, hat eine ausreichende mechanische Festigkeit, um extrem hohen Drücken (55 mPa–57 mPa (8000– 14.000 psi)), die während des Spritzgießverfahrens aufgebracht werden, ohne Verformung standzuhalten und stellt hohe thermische Leitfähigkeit bereit.
Einsätze optischer Qualität aus Ampco 940 wurden dadurch hergestellt, daß ein Rohling durch Diamant-Drehen einer Ampco 940-Stange hin zu der speziellen Einsatz-Geometrie erzeugt wurde, daß die Ampco 940-Rohlinge anschließend chemisch bis hin zu einer Dicke von 120 bis 200 mu m Ni-beschichtet wurden, wobei die beschichteten Rohlinge anschließend diamant-gedreht wurden, um eine Form mit Oberflächenbearbeitung optischer Qualität in den Endabmessungen (mit einer verbleibenden Ni-Dicke von etwa 80 mu m).
12 ist eine Detailansicht jeder Einspritzdüse 44, die dem Detail-Kreis 12 in 5 entnommen ist, und zeigt die darin enthaltenen Heizspulen 112, um das geschmolzene Polypropy len innerhalb eines engen Temperaturbereichs erwärmt zu halten. Jede Einspritzdüse 44 umfaßt einen zentralen Polypropylenflußdurchgang 114, der an seinem unteren Ende in einen Nadel-Ventil-Einspritzdurchgang 116 mündet. Jede Einspritzdüse 44 ist in einem Gehäuse 117 angeordnet und wird von ihm gestützt.
13 ist eine separate Ansicht des Toreinsatzes 118 für jede Einspritzdüse 44 und zeigt die detaillierte Konstruktion jedes hartgelöteten Toreinsatzes 118 mit einem Einlaß-Kühlmittelflußdurchgang 119, einem ringförmigen Kühlmittelflußdurchgang 120 dort herum und einem Austritts-Kühlmittelflußdurchgang 121. Das Kühlmittel tritt durch einen Einlaß-Kühlmittelflußdurchgang 119 ein und fließt nach unten zu dem und um den ringförmigen Kühlmittelflußdurchgang 120 herum und fließt anschließend nach oben durch einen Austritts-Kühlmittelflußdurchgang 121.
14 zeigt einen ersten Kühlkreislauf mit 4 Kühlmittelwegen von einem Eingang zu dem Hauptblock bei 140 durch vier parallele Flußwege 142 hindurch zum Kühlen des A-seitigen Hauptformblocks und einen Rückfluß von dem Hauptblock bei 144. 14 zeigt auch einen zweiten Kühlkreislauf mit einem Kühlmittelflußweg von einem Eingang bei 146 durch vier Oberschaleneinsätze bei 102 (wie in 9 dargestellt) und anschließend den Rückfluß des Kühlmittels zu einem Ausgang bei 149.
15 zeigt vier Kühlmittelflußwege von einem Kühlmittel-Einlaß-Durchgang 152 durch vier Fluß-Einlaß-Durchgänge 119 zu vier ringförmigen Kühlwegen 120 um vier Hohlraum-Toreinsätze 118 herum und auch Rückfluß-Kühlmitteldurchgänge bei 121 zu einem Kühlmittel-Austrittsdurchgang 154.
16 zeigt einen ersten Kühlkreislauf mit vier Kühlmittelflußdurchgängen von einem Eintritt zu dem Hauptblock bei 160 durch vier parallele Flußwege 162 zum Kühlen des B-seitigen Hauptformblocks und einen Kühlmittel-Rückfluß von dem Hauptblock bei 164. 16 zeigt auch einen zweiten Kühlkreislauf mit einem Kühlmittel-Einlaß-Durchgang bei 166 zu vier ringförmigen Kühlmittelkanälen bei 108 um jeden der vier Unterschaleneinsätze 96 herum und zu einem Rückfluß-Kühlmitteldurchgang bei 169.
Die Erfindung stellt ein Spritzgieß-Formsystem mit schnellem Zyklus auf Anfrage bereit, das ein impulsmoduliertes Kühl-System für die Form verwendet. Eine impulsmodulierte Kühltechnologie wurde angewendet, um die Temperatur der Spritzgieß-Maschinen und -Formen zu steuern und verwendet verschiedene Methoden, um den Fluß des Wasser-Kühlmittels zu pulsieren und die Form zu kontrollieren.
Das erfindungsgemäße impulsmodulierte Formtemperatur-Regelsystem verwendet einen Prozeßregler, der eine Vorwärts- und Rückführregelung durchführen kann. Die Genauigkeit der Formtemperaturregelung, die durch impulsmoduliertes Kühlen erreicht wird, hat sich als ausgezeichnet erwiesen. 17 zeigt ein Schaubild B der Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit für eine Unterbrechung des Betriebs-Formzyklus für ein Spritzgieß-System mit einem konventionellen, kontinuierlich fließenden Kühl-System und einem Schaubild A der Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit für eine Unterbrechung des Betriebs-Formzyklus für das Spritzgieß-System einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, die ein impulsmoduliertes Kühl-System umfaßt. Wenn der Spritzgieß-Zyklus mit der konventionellen Formkühl-Technologie unterbrochen ist, trat ein Temperaturabfall von 10° auf, während mit dem impulsmodulierten Kühlen ein Formtemperatur-Abfall von nur 1°C auftrat. Die Fähigkeit zum genauen Regeln der Formtemperatur, wenn der Formzyklus unterbrochen oder angehalten ist, hat sich als Schlüsselelement eines erfolgreichen Spritzgießens auf Anfrage herausgestellt.
In einem impulsmodulierten Kühl-System wird die Schmelzwärmezufuhr durch einen zeitgesteuerten, phasenverschobenen (-verzögerten) Kühlimpuls angepaßt, der gleich nach dem Füllen der Form wirkt, um einen bevorzugten Zustand thermischen Gleichgewichts bereitzustellen.
Während eines Formzyklus:

1. wird eine heiße Formmasse (ein Schuß) in den Formhohlraum eingespritzt und trifft auf eine thermisch entspannte Formoberfläche. Es gibt keinen erzwungenen Gradienten, der von einem kontinuierlich fließenden Kühlmedium hervorgerufen wird. Die Formoberfläche kann bei einem Temperaturanstieg "spiken" (sich erhöhen), was einen hohen Glanz und eine gute Oberflächenverarbeitung ergibt.
2. mißt ein Temperatursensor, der unmittelbar unter der Formoberfläche angeordnet ist, den Anstieg der von Schmelze induzierten Temperatur.
3. analysiert ein mikroprozessorgesteuerter Regler das thermische Profil des Form/Schmelztemperatur/Volumen-Verhältnisses und steuert das Einspritzen eines gemessenen Impulses von Kühlmedium in die Formkühlkanäle. Dieser Kühlimpuls paßt die Wärmemenge an, die abgeleitet werden muß, um das thermische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten und ein zufriedenstellendes geformtes Teil herzustellen.
4. werden die Hohlräume gefüllt und das Tor ist zugefroren.
5. steuert der Impuls von kaltem Wasser (ausgehend von einem stark kühlenden Kühler) das Kühlen H Δt des Teils. Die Oberfläche wird schnell gekühlt, was ein Abziehen der Außenhaut von der Teilfläche bewirkt. Dies reduziert Öberflächenabsenkungen und ermöglicht dem Teil innen zu schrumpfen (was Hohlräume in dicken Abschnitten vermeidet).

Der impulsmodulierte Kühlvorgang resultiert in geformten Teilen hoher Qualität mit einer reduzierten Zykluszeit (üblicherweise 10 bis 25%). Der schnelle, freie Anstieg der Formoberflächentemperatur erzeugt eine Oberflächenerscheinung des Teils mit hoher Qualität. Das rapide Fallen der Temperatur, das durch die Höhe beim Kühlimpuls verursacht wird, ruft ein schnelles Abziehen der Außenhaut von der Teilfläche hervor und entfernt schnell die überschüssige Wärme. Im Anschluß an den Kühlimpuls folgt eine Wärmegradienten-Abnahme-Periode, die Zeit zur Verfügung stellt, um die Wärmegradienten abzuleiten, so daß eine gleichmäßige Tor- und Formoberflächentemperatur für den nächsten Zyklus bereitgestellt ist.
Mit einem impulsmodulierten Kühl-System gibt es einen minimalen Temperaturunterschied an der Formoberfläche in der Nähe der "IN"- und "OUT"-Wasserleitungen. Da Wärmegradienten abgeleitet werden können, werden geformte Teile mit höherer Teil-Unifomität und geringerer Belastung oder Spannung auf den geformten Teilen erzeugt. Das erweiterte Vorgangsfenster bietet entweder eine verbesserte Qualität des Teils oder eine reduzierte Form-Zykluszeit oder eine Kombination von beiden. Da die zyklische Wärmeeingabe (Schmelze) von dem zyklischen Kühlimpuls angepaßt wird, kann die Form die Wärmegradienten abgeben und das Gleichge wicht suchen. Die Schmelze wird mit höherer Gleichmäßigkeit gekühlt, was zu Teilen mit reduzierter Belastung und verbesserter Oberflächenerscheinung führt.
Eine Formtemperaturabweichung wird ausgeschlossen, weil der Betrieb des Kühlmittelsteuerungs-Ventils automatisch zeitgesteuert wird, um einen modulierten Kühlimpuls zu erzeugen, der an die Menge an überschüssiger Wärme angepaßt ist. Der Kühlimpuls kann 0,1 Sekunden kurz sein oder bis zu 100% des Formzyklus dauern.
18 ist ein exemplarisches Schaubild, das die Prinzipien des Betriebs eines impulsmodulierten Kühl-Systems darstellt. Die Höchstwerte 180 zeigen Punkte in dem Formzyklus an, wenn die Form gefüllt ist. Der steile Anstieg der Temperatur 182 stellt einen schnellen, uneingeschränkten Anstieg der Formoberflächentemperatur dar, die eine Teil-Oberflächenerscheinung hoher Qualität erzeugt. Der steile Abfall der Temperatur 184 stellt einen schnellen Abfall der Temperatur von dem hohen Δt des Kühlimpulses dar, der ein schnelles Abziehen der Außenhaut Teilfläche verursacht und die überschüssige Wärme schnell ableitet.
In 18 stellt Q1 die Schmelzwärme dar, Q2 stellt den Kühlimpuls dar, t1 stellt die Ventil-Reaktionszeit dar, t2 stellt die Ventil-Öffnungszeit dar, t3 stellt die Gradienten-Ableitungszeit dar und t4 stellt den Gesamtzyklus dar.
Mit einem Formen auf Anfrage ist es möglich, eine Zykluszeit von 6 Sekunden, 10 Minuten oder 30 Minuten ohne Veränderungen der Dimensionen oder der mechanischen Eigenschaft der resultierenden geformten Verpackung zu betreiben. Dies ist aufgrund des Konzepts des Impulskühlens (Regelung der Formtemperatur) und aufgrund der Integration des Torkühlens möglich.
Da verschiedene Ausführungen und Variationen der Erfindung für eine Verpackungsform mit schnellem Zyklus auf Anfrage hier detailliert beschrieben sind, sollte klar sein, daß die Offenbarungen und Lehren der Erfindung den Fachleuten viele alternative Ausführungen nahelegen.

Claims

Form-System mit Hochgeschwindigkeits-Zyklus auf Anfrage oder Abruf (40) zum Herstellen von Erzeugnissen im Spritzgußverfahren, wie Blisterverpackungsunterlagen, mit: mindestens einer Form (40); mindestens einer Einspritzdüse (44); einer Warmzulaufanordnung zum Zuführen von geschmolzenem Kunststoff zur mindestens einen Einspritzdüse (44); einem impulsmodulierten Kühl-System zum Kühlen des Form-Systems (40) mit einer auf einen Mikroprozessor basierten Steuereinrichtung, welche das Wärmeprofil des Form/Schmelztemperatur/Volumen-Verhältnisses analysiert und das Einspritzen eines gemessenen Kühlmediumimpulses in Formkühlkanäle steuert; einem elektrischen Erwärmungs-System (59) zum Erwärmen des Form-Systems (40) umfassend: – eine elektrische Hochspannungs-Erwärmungseinrichtung (59), die mit 208–220 V betrieben wird, um die Warmzulaufanordnung zu erwärmen; und – mehrere Temperatursensoren (46, 48), die innerhalb des Form-Systems (40) eingebaut sind, wobei: das Form-System (40) sowohl erwärmt als auch gekühlt ist, um eine schnelle Ansprechzeit und eine optimale Temperaturregelung bereitzustellen; beim Betrieb des impulsmodulierten Kühl-Systems während jedes Form-Zyklus, nachdem die Form (40) mit geschmolzenem Kunstsoff gefüllt ist, die Wärmezufuhr des geschmolzenen Kunststoffs durch einen zeitgesteuerten Impuls eines Kühlmittels abgestimmt ist, wonach die Form (40) Wärme-Gradienten abführen sowie sich in einen Gleichgewichtszustand bringen kann, so daß der geschmolzene Kunststoff ziemlich gleichmäßig abgekühlt wird, woraus geformte Erzeugnisse (10) mit reduzierter Spannung, dimensionaler Konsistenz und verbesserter Oberflächenerscheinung resultieren; die mehreren Temperatursensoren (46, 48) in Regelkreisen eingesetzt werden, um den Durchfluß des Kühlungsmittelsstroms durch das impulsmodulierte Kühl-System zu regeln, woraus eine Reduktion der Zykluszeit und eine Verbesserung der Formbarkeit der Erzeugnisse resultiert; und die elektrische Hochspannungs-Erwärmungseinrichtung (59) bereitstellt: eine schnelle Ansprechzeit; eine optimale Regelung der Temperatur; und eine Zykluszeit von weniger als 7 Sekunden.
Form-System nach Anspruch 1, bei dem die Einspritzdüse (44) von einer elektrischen Heizspule (112) erwärmt wird, die um die Einspritzdüse herum untergebracht ist.
Form-System nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit einem Toreinsatz (118) mit hoher Wärmeleitfähigkeit, der die Einspritzdüse (44) umgibt und einen Kühlmittelstromdurchgang (102) aufweist, welcher eine genaue Regelung der Form-Temperaturen und eine verbesserte äußerliche Erscheinung des geformten Erzeugnisses (10) gewährleistet.
Form-System nach Anspruch 3, bei dem der Toreinsatz (118) einen ringförmigen Kühlmittelstromdurchgang (120) umfaßt, der um die Einspritzdüse (44) herum angeordnet ist.
Form-System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Form (40) mindestens einen optischen Qualitätseinsatz (94, 96) umfaßt, welcher aus einer Legierung gebildet ist, die aus etwa 96,4% Cu, 02,5% Ni, 00,7% Si und 00,4% Cr gebildet ist, nickel-plattiert und mittels Diamanten geschliffen ist, um einen Formeinsatz mit optischer Oberflächenqualität zu erzeugen.
Form-System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Form einen Oberschaleneinsatz (94), welcher eine obere Fläche einer geformten Schale (12) definiert, und einen Unterschaleneinsatz (96) umfaßt, welcher eine untere Fläche einer geformten Schale (12) definiert.
Form-System nach Anspruch 6, bei dem der Oberschaleneinsatz (94) und der Unterschaleneinsatz (96) aus einer Legierung geformt sind, die aus etwa 96,4% Cu, 02,5% Ni, 00,7% Si und 00,4% Cr gebildet ist, nickel-plattiert und mittels Diamanten geschliffen ist, um Formeinsätze (94, 96) mit optischer Oberflächenqualität zu erzeugen.
Form-System nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der Oberschaleneinsatz (94) einen Kühlmittel-Durchgang (102) umfaßt, der sich darin zentral erstreckt, um den Oberschaleneinsatz (94) zu kühlen.
Form-System nach einem der Ansprüche 6 oder 8, bei dem der Unterschaleneinsatz (96) einen ringförmigen Kühlmittelstromdurchgang (108) umfaßt, der den Unterschaleneinsatz (96) umgibt, um den Unterschaleneinsatz zu kühlen.
Form-System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das im Spritzgußverfahren hergestellte Polypropylen-Blisterverpackungsunterlagen (10) herstellt, von denen jede einen Schalenabschnitt (12) definiert, der zum Verpacken eines Erzeugnisses ausgelegt ist und einen Schwanzabschnitt (14) abgrenzt.
Form-System nach Anspruch 10, das von mindestens dem ersten und zweiten Thermoelement (46, 48) temperaturüberwacht ist, wobei das erste Thermoelement (46) positioniert ist, um die Temperatur am Schwanzabschnitt (14) der Blisterverpackungsunterlage (10) zu fühlen, und das zweite Thermoelement (48) positioniert ist, um die Temperatur am Schalenabschnitt (12) der Blisterverpackungsunterlage (10) zu fühlen.
Form-System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, (42), das eine warme Verteiler-Form (40) mit sechzehn Hohlräumen umfaßt, welche eine ortsfeste Form-Seite (A) und eine bewegliche Form-Seite (B) umfaßt, die während eines Einspritzform-Verfahrens festgeklemmt sind, wobei nach dem Setzen des geformten Erzeugnisses (10) die bewegliche Form-Seite (B) freigegeben ist und von der ortsfesten (A) wegversetzt ist, um die Spritzguß-Erzeugnisse (10) aus den Formhohlräumen (42) entformen zu können.
Form-System nach Anspruch 12, bei dem der anfängliche Strom des Warmzulaufsystems in der Mitte des Form-Systems liegt und sich nach links und rechts und zudem nach vorne und hinten abzweigt und nach unten zu einer symmetrischen Anordnung von 16 Form-Hohlräumen (42), welche Anordnung vier Reihen à vier Formhohlräumen (42) aufweist.
Form-System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das geformte Erzeugnis (10) aus Polypropylen gespritzt ist und die Polypropylen-Schmelztemperatur innerhalb eines engen Temperatur-Bereichs geregelt ist, um das Abkühlen oder Abfrieren oder das Überhitzen oder Sabbern der Polypropylen-Schmelze während der Spritzgießschritte zu vermeiden.
Form-System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das impulsmodulierte System eine Kühlmittelpumpe (70) zum Zuführen von Kühlmittel zu mehreren solenoidbetriebenen Formzuführventilen (71) für mehrere Kühlbereiche umfaßt und das Kühlmittel von den mehreren Zuführventilen (71) zu mehreren Reihenzuführverteilern (72) strömt, von denen jeder mehrere Kühlmittelstromdurchgänge aufweist.
Form-System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Kühlmittel- durch Rückleitungen zu mehreren manuellen Rückabschluß-Schaftventilen (73) zurückgelangt, von denen jedes eine Stromturbine und einen distalen Stromsensor umfaßt, wobei es von da zu einem Kühlmittelbehälter (74) gelangt, um durch die Kühlmittel-Pumpe (70) wiederaufbereitet zu werden.
Form-System nach Anspruch 15 oder 16 mit mehreren Temperatursensoren (75), wobei ein Temperatursensor für jeden Kühlbereich vorgesehen ist und jeder Temperatursensor eine Eingabe für ein Bereichsteuersystem für jedes solenoidbetriebene Ventil bereitstellt.
Form-System nach Anspruch 15 bis 17, bei dem das Kühlmittel durch einen Schalen- und Rohrwärmetauscher (78) strömt, wo es auf eine ausgewählte Temperatur durch eine Kühlerlösung gekühlt wird und durch ein Temperatursteuerventil hindurch zurückgelangt, welches von einem Temperatursensor gesteuert ist.