DE69808728T3

DE69808728T3 - Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen eines Vorformlings nach der Formung

Info

Publication number: DE69808728T3
Application number: DE69808728T
Authority: DE
Inventors: Witold Neter; Faisal Oueslati; Tiemo Brand; Gordon Elliott; Richard Unterlander; Gheorghe Olaru
Original assignee: Husky Injection Molding Systems Ltd
Current assignee: Husky Injection Molding Systems Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 2012-04-26
Anticipated expiration: 2018-07-30
Also published as: US6475422B1; ATE226135T1; ES2185093T3; DK1260339T3; DE69808728T2; DK0947304T3; ATE281295T1; DE69827418D1; US20030108638A1; US6475415B1; US6957954B2; EP0947304A2; US6171541B1; DE69827418T2; ES2230434T3; US20020074687A1; DE69808728D1; US6558598B2; EP0947304A3; US6488878B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines geformten Gegenstandes und im Speziellen auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen und Kühlen von geformten Plastikgegenständen, wie z. B. Vorformlinge, die aus einem oder mehreren Materialien wie z. B. Plastikgranulat (Kunststoffharze) hergestellt sind. Insbesondere lehrt die Erfindung ein schnelles Einspritzformverfahren (Spritzgiessverfahren), wobei die geformten Gegenstände, wie z. B. PET-Vorformlinge, von einer Form ausgestossen werden, bevor der Kühlungsschritt beendet wurde. Dies wird möglich als Resultat eines neuen Nachform-Kühlverfahrens und einer Vorrichtung, bei welcher der Vorformling inwendig durch Konvektionswärme-Übertragung gekühlt wird, nachdem er von der Form entfernt wurde und ausserhalb des Formbereiches zurückbehalten wurde. Die vorliegende Erfindung lehrt ebenfalls zusätzliches externes Kühlen, das entweder durch Konvektionswärme-Übertragung oder Wärmeleitungsübertragung konvektive oder konduktive (leitend) Wärmeübertragung) gemacht wird, welches mindestens teilweise gleichzeitig mit dem inwendigen Kühlen stattfinden kann.
Das geeignete Kühlen der geformten Gegenstände stellt einen sehr entscheidenden Aspekt des Spritzgiessverfahrens dar, da es die Qualität des Gegenstandes beeinflusst und sich auf die Gesamtzeit eines Einspritzzyklusses auswirkt. Dies wird sogar noch entscheidender für Anwendungen, in denen halbkristalline Harze (Granulate) verwendet werden, wie z. B. beim Spritzgiessen von PET-Vorformlingen. Nach dem Einspritzen bleibt das PET-Harz für eine genügend lange Zeitdauer zum Kühlen im Formhohlraum, um das Bilden von kristallinen Teilen zu verhindern und um es dem Vorformling zu erlauben fest zu werden, bevor er ausgeworfen wird.
Zwei Dinge passieren üblicherweise, wenn ein Vorformling schnell aus einer Form ausgeworfen wird, um die Zykluszeit des Spritzverfahrens zu reduzieren. Das erste ist, dass der Vorformling nicht gleichmässig gekühlt wird. In den meisten Fällen kristallisiert der Bodenbereich, der gegenüber der Einspritzöffnung liegt. Die Menge der in den Wänden der Vorformlinge während dem Einspritzverfahren angesammelten Wärme wird immer noch ausreichend hoch sein, um Nach-Form-Kristallisierung speziell im Einspritzbereich des Vorformlings hervorzurufen. Der Einspritzbereich ist ein sehr kritischer Bereich, da das Kühlen der Form in diesem Bereich nicht wirksam genug ist, und ebenso, weil das Harz im Formhohlraum immer noch in Kontakt mit dem heissen Schaft der Heisskanaleinspritzdüse steht. Falls dieser Bereich eines Vorformlings über eine bestimmte Grösse und Tiefe kristallin bleibt, wird dies die Qualität eines geblasenen Gegenstandes verringern. Das zweite ist, dass der Vorformling zu welch sein wird und folglich während den nächsten Handhabungsschritten verformt werden kann. Ein anderer kritischer Bereich eines Vorformlings ist der Halsabschlussteil, welcher in vielen Fällen eine dickere Wand aufweist und folglich mehr Wärme als die anderen Bereiche zurückbehält. Dieser Halsbereich benötigt ein aggressives Nach-Form-Kühlen, um zu verhindern, dass er kristallisiert wird. Ebenso neigt aggressives Kühlen dazu, den Hals ausreichend fest zu machen, um weitere Manipulationen auszuhalten.
In der Vergangenheit wurden viele Versuche unternommen, um die Kühlwirksamkeit von PET-Spritzgiessystemen zu verbessern, ohne dass sie eine wesentliche Verbesserung der Qualität der geformten Vorformlinge oder eine wesentliche Verminderung der Zykluszeit ergeben hätten. Bezug wird in der Hinsicht auf die US-Patentschrift US-A-4 382 905 genommen, die ein Spritzgiessverfahren offenbart, in dem der geformte Vorformling zu einer ersten Temperierform für einen ersten Kühlschritt und anschliessend zu einer zweiten Temperierform für einen abschliessenden Kühlschritt überführt wird. Beide Temperierformen sind ähnlich zur Einspritzform und weisen innere Elemente zum Kühlen ihrer Wände auf, welche während dem Kühlverfahren in Kontakt mit dem Vorformling stehen. Diese Patentschrift lehrt nicht die Bereitstellung von Kühlvorrichtungen, welche auf den Elementen zum Überführen der Vorformlinge von dem Formbereich platziert sind, oder zusätzliche Kühlvorrichtungen, welche ein Kühlmittel innerhalb des geformten Extrudat zirkulieren lassen.
Die Patentschrift US-A-4 592 719 offenbart ein Spritzgiessverfahren zum Herstellen von PET-Vorformlingen, in welchem geformte Vorformlinge von Einspritzkerngehäusen (Einspritzhülsen) mittels einer ersten beweglichen Vorrichtung entfernt werden, welche vakuum-saugende Vorrichtungen zum Halten der Vorformlinge und ebenso zum Einbeziehen eines luft-absorbierenden (Konvektion) Kühlens der äusseren Oberfläche des Vorformlings umfasst. Eine zweite Kühlvorrichtung wird bei der Patentschrift US-A-4 592 719 in Verbindung mit einer zweiten beweglichen Vorrichtung verwendet, um das Innere der Vorformlinge ebenso durch Luftabsorption weiter zu kühlen. Siehe dazu 22. US-A-4 592 719 lehrt nicht das Blasen von kalter Luft in einen Vorformling, welches einen entscheidend höheren Kühleffekt in Bezug auf das Ansaugen oder das Absorbieren von umgebender Luft aufweist, und ebenso lehrt US-A-4 592 719 keine Kühlmittel zur konduktiven Wärmeübertragung, welche in innigem Kontakt mit der Wand des Vorformlings angesiedelt sind, und keine Luftblasmittel, welche auf den Wölbungsbereich der Vorformlinge gerichtet sind. US-A-4 592 719 leidet unter einer Anzahl von Mängeln, einschliesslich geringerer Kühlwirksamkeit, weniger Gleichmässigkeit, längerer Kühlzeit und einem hohen Potential für Vorformlingsverformung.
Die US A-5 176 871 und US 5 232 715 zeigen ein Vorformlingskühlverfahren und eine -vorrichtung. Der geformte Vorformling wird mittels des Spritzgiesskerngehäuses ausserhalb des Formbereiches zurückgehalten. Der Formkern (Formkerngehäuse) wird mittels eines Kühlmittels gekühlt, welches nicht in Kontakt mit dem geformten Vorformling steht. Eine Kühlröhre, grösser als der Vorformling, wird um den Vorformling angeordnet, um Kühlluft um den Vorformling zu blasen. Das Hauptproblem mit der Vorrichtung und dem Verfahren, welche in diesen Patenten gezeigt werden, ist, dass der Vorformling auf dem Formkernhäuse zurückgehalten wird und dies steigert die Zykluszeit erheblich. Auch wird inneres Kühlen nicht mittels direkten Kontakts zwischen dem Kühlmittel und dem Vorformling erreicht. Weiter wird auf die US-A-5 114 327 , US 5 232 641 , US 5 338 172 und US 5 514 309 Bezug genommen, die ein Verfahren zum inneren Kühlen eines Vorformlings unter der Verwendung eines flüssigen Kühlmittels zeigen. Vorformlinge, welche aus einer Form ausgeworfen werden, werden an einem Vorformlingsträger übergeben, welcher Vakuumelemente aufweist, um die Vorformlinge an ihrem Platz zu halten, ohne dabei in Kontakt mit der Aussenwand der Vorformlinge zu treten. Der Vorformlingsträger jedoch weist keine Kühleinrichtungen auf. Kühlkerngehäuse werden des Weiteren innerhalb der Vorformlinge, welche mittels des Trägers zurückgehalten werden, eingeführt und ein Kühlmittel wird in die Vorformlinge geblasen, um diese zu kühlen. Das Kühlmittel wird ferner mittels denselben Vakuumelemente entfernt, welche die Vorformlinge von der die Vorformlinge umgebende Kammer zurückhalten. Diese Patente lehren nicht das Einblasen von kalter Luft in einen Vorformling, wobei die Luft nach dem Kühlen den Vorformling frei verlässt. Diese Patente lehren auch nicht das gleichzeitige interne und externe Kühlen der Vorformlinge oder einen Vorformlingsträger mit Kühlelementen. Siehe dazu 21.
Ferner wird Bezug genommen auf die Japanische Patentoffenbarungsschrift 7-171888 , welche eine Vorformlingskühlvorrichtung und ein -verfahren lehrt. Ein Roboterträger für geformte Vorformlinge wird verwendet, um die Vorformlinge an eine Kühlstation zu übergeben. Der Roboter umfasst äusserliches Kühlen der Wände der Vorformlinge mittels konduktiver thermischer Übertragung unter der Verwendung von Wasserkühlmitteln. Die Kühlstationen umfassen einen ersten beweglichen Übertragungsroboter, welcher einen drehbaren Greifbereich einschliesslich Vakuumelementen zum Halten der Vorformlinge und ferner zum äusserlichen Kühlen der Wände der Vorformlinge mittels konduktiver thermischer Übertragung aufweist. Die geformten Vorformlinge werden vom Roboterträger zum Greifbereich übertragen. Der Greifbereich wird von einer Position A zu einer Position B bewegt, in welcher er um 90° gedreht wird, um die Vorformlinge (so weit nur auf der Aussenseite gekühlt) an ein Kühlgerät zu übertragen. Das Kühlgerät weist Elemente zum Halten der Vorformlinge auf, Vorrichtungen zum Kühlen des Inneren der Vorformlinge durch Blasen von Luft, sowie Vorrichtungen zum Kühlen der Aussenseite der Vorformlinge durch entweder Blasen von Luft oder durch Wasserkühlung. Das innere Kühlen, welches angewendet wird, ist in den 19 und 20 gezeigt. Dieses Patent lehrt kein Kühlverfahren, in welchem inneres und äusseres Kühlen sobald als möglich, von dem Moment an, in dem die Vorformlinge aus der Form und in eine Trägerplatte ausgeworfen werden, durchgeführt wird. Es lehrt auch kein gleichzeitiges inneres und äusseres Kühlen der Vorformlinge, während sie mittels des beweglichen Roboterträgers zurückgehalten werden. Somit ist dieses Kühlverfahren nicht schnell genug und verhindert nicht Kristallisationsbildung ausserhalb der Form.
Die 19 und 20 zeigen bekannte Verfahren des inneren Kühlen von Vorformlingen, bei denen eine Kühlvorrichtung ausserhalb des Vorformlings angeordnet ist und verwendet wird, um kalte Luft in den Vorformling zu blasen. Da die Luftdüse ausserhalb des Vorformlings angeordnet ist, wird die einströmende kalte Luft unausweichlich durch den ausströmenden warmen Strom behindert und zumindest teilweise mit ihm vermischt. Dies wird die Kühlungswirksamkeit wesentlich herabsetzen. Ist die Kühlvorrichtung auf derselben Achse mit dem Vorformling, wird der Ansatz von 19 ineffektiv, da es keine Luftzirkulation im Vorformling gibt. Falls die Kühlvorrichtung wie in 20 seitlich verschoben ist, wird eine innere Luftzirkulation erreicht, aber diese ist immer noch ineffektiv, da eine Seite des Vorformlings besser und schneller gekühlt wird, als die andere. Das Kühlmittel weist ein quasi divergierendes Flussprofil mit einem nicht symmetrischen Profil auf. Dieses Profil ist sehr uneffektiv und ermöglicht keine Konzentration der Kühlfluid/-gas zur Einspritzöffnungs- oder Wölbungsbereich hin.
JP-A-08103948 zeigt eine Vielzahl von zylindrischen Vorsprüngen, die in einer reservierten Kühlkammer platziert sind. Ein Abhebroboter löst den Vorformling auf hervorstehende Vorsprünge, so dass die zylindrischen Vorsprünge auslaufen und auf dem Vorformling bleiben.
Die US-Patentschrift 5 114 327 ist ein geschlossenes System, das zur Wiederaufbereitung des Kühlmittels angeordnet ist. Ein zentraler Kühlschaft umfasst darin eine Vielzahl von Öffnungen, welche Öffnungen entlang der Länge des Schaftes liegen, um die Hitze vom ganzen Vorformling zu senken.
US RE33237 beschreibt eine Mehrfachpositions-Herausnahmeplate, in welcher geformte Vorformlinge in der Herausnahmeplate (zu Kühlzwecken) während einer verlängerten Zeitdauer zurückgehalten werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung mit einer verbesserten Kühlwirksamkeit zum Herstellen von Vorformlingen zu erzeugen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung wie oben zu erzeugen, welche Vorformlinge mit einer verbesserte Qualität herstellen. Es ist weiter eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung wie oben zu erzeugen, welche die gesamte Zykluszeit verkürzen.
Die innovative Form- und Kühlmethode der vorliegenden Erfindung umfasst ein Entfernen der Vorformlinge aus der Form, bevor die Vorformlinge vollständig innerhalb der Form abgekühlt sind, d. h. die Vorformlinge behalten immer noch eine gewisse Menge an Wärme, welche eventuell den Einspritzöffnungsbereich, den Halsendbereich oder den gesamten Vorformling kristallisieren kann; ein Zurückhalten der Vorformlinge ausserhalb des Formbereiches; ein inneres Kühlen der Vorformlinge durch konvektive Wärmeübertragung, so dass Kristallisation in keiner der zuvor genannten Regionen auftritt, wobei der genannte Kühlschritt folgende Schritte umfasst: Plazieren des Kühlmittels in direktem Kontakt mit dem Vorformling; und externes Kühlen der Vorformlinge durch konvektive Wärmeübertragung, so dass Kristallisation in keiner der zuvor genannten Regionen auftritt. Der äussere (externe) Kühlungsschritt kann gleichzeitig oder wenigstens teilweise gleichzeitig oder sequenziell mit Bezug auf den inneren Kühlungsschritt durchgeführt werden.
In einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst das innovative Form- und Kühlverfahren der vorliegenden Erfindung ein Entfernen der Vorformlinge aus der Form, bevor die Vorformlinge innerhalb der Form vollständig abgekühlt sind, d. h., sie behalten immer noch eine gewisse Menge an Wärme, welche eventuell den Einspritzöffnungsbereich, den Halsendbereich oder den gesamten Vorformling kristallisieren kann; ein Zurückhalten der Vorformlinge ausserhalb des Formbereiches; ein inneres Kühlen der Vorformlinge durch konvektive Wärmeübertragung, so dass eine Kristallisation in keiner dieser Regionen auftritt, wobei der genannt Kühlschritt folgende Schritte umfasst: Plazieren des Kühlmittels in direktem Kontakt mit dem Vorformling; und externes Kühlen der Vorformlinge durch konvektive Wärmeübertragung, so dass Kristallisation in keiner der zuvor genannten Regionen auftritt. Der äussere Kühlschritt kann gleichzeitig oder wenigstens teilweise gleichzeitig oder sequenziell in Bezug auf das innere Kühlen durchgeführt werden.
In jeder dieser Ausführungsbeispiele werden die Vorformlinge aus der Form ausgeworfen und werden ausserhalb der Form mittels Elementen, welche unabhängig von der Form sind, wie zum Beispiel einer beweglichen Entnahmeplatte gehalten. Solche unabhängigen Halteelemente können einen Satz von geformten Vorformlingen oder einige Sätze solcher Vorformlinge gleichzeitig halten. Wenn mehrere Sätze durch die unabhängigen Elemente gehalten werden, so werden die Sätze eine unterschiedliche Temperatur aufweisen, da sie zu unterschiedlichen Zeiten geformt wurden. Gemäss der vorliegenden Erfindung werden die geformten Vorformlinge in unterschiedlichen Sequenzen unter der Verwendung des Kühlverfahrens der vorliegenden Erfindung innerlich und äusserlich gekühlt. In jedem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung findet das innere Kühlen unter der Verwendung von Elementen, wie Kühlstiften, statt, welche zumindest teilweise in den Vorformling eintreten und das Kühlmittel darin zirkulieren.
Das Kühlen wird bevorzugt mittels eines quasi-symmetrischen Kühlmittelstromes ausgeführt, welcher im den Vorformling eingeführt wird und welcher gegen die Bereiche der Vorformlinge gerichtet werden kann, welche Bereiche ein stärkeres Kühlen benötigen als andere, so wie z. B. die Einspritzöffnung und der Halsendbereich.
Das Kühlmittel ist gegen den Boden- oder Wölbungsbereich des Vorformlings gerichtet, um einen ringförmigen Strom des Kühlmittels zu erzeugen. In bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird das innovative innere Kühlen der Vorformlinge durch ein äusseres Kühlen ergänzt, welches auf verschiedene Weisen durchgeführt werden kann. Zum Beispiel kann das äussere Kühlen auf einer Entnahmeplatte (mit einzelner oder mehrfacher Positionen) ausgeführt werden, welche Entnahmeplatte Kühlelemente aufweist, die unter der Verwendung von entweder konduktiver (gekühltes Wasser) oder konvektiver (Luft/Gas) Wärmeübertragung arbeiten. Es kann auch auf einer Entnahmeplatte (mit einzelner oder mehrfacher Positionen) ausgeführt werden, welche keine Kühlelemente aufweist, wobei die Vorformlinge nur teilweise mit ihren Haltern in Kontakt stehen. Auf diesem Weg kann das kühlende Gas/Luft mittels einer unabhängigen Kühlvorrichtung zugeführt werden, um direkt die Aussenfläche der Vorformlinge zu berühren. In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Vorformlinge in einer Entnahmeplatte zurückgehalten, welche keine Kühlelemente aufweist, und ausschliesslich mittels der neuen Kühlstifte der vorliegenden Erfindung innerlich gekühlt werden.
Der innovative Kühlansatz der vorliegenden Erfindung kann in einem Ausführungsbeispiel durch das Entfernen der Vorformlinge oder geformten Gegenstände aus der Form, wobei die Vorformlinge oder die geformten Gegenstände in einer roboterartigen Entnahmeplatte gehalten werden, welche ein System zum Kühlen der Aussenflächen der Vorformlinge oder geformten Gegenstände aufweist, und danach durch das Einsetzen der Kühlelemente in den Vorformling oder geformten Gegenstand zum gleichzeitigen Kühlen der Aussen- und Innenflächen erreicht werden. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein zusätzlicher Kühlschritt eingeführt, wobei die Temperatur des Vorformlings unter der Verwendung der Wärmeübertragung durch Konvektion reduziert wird, wie z. B. durch Zirkulation eines Kühlgases im Inneren des Vorformlings.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung können, wie zuvor besprochen, vorteilhaft verwendet werden, um Kristallisation in den meisten kritischen Bereichen der Vorformlinge zu vermeiden, nämlich im Bodenteil oder im Wölbungsbereich, in welchem die Einspritzöffnung liegt, und im Halsendbereich. Des Weiteren kann das Kühlverfahren und die -vorrichtung der vorliegenden Erfindung in eine Formmaschine mit Blasspritzung integriert sein, in der die gekühlten Vorformlinge ohne Kristallisation weiter temperaturbehandelt und zu Flaschen geblasen werden.
Die vorliegende Erfindung erzeugt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verhinderung von Kristallisation in einem spritzgeformten Vorformling durch verbesserte Kühlung ausserhalb der Form. Geschmolzener Werkstoff wird in eine Form eingespritzt, die aus zwei Formhälften oder -platten besteht, welche in einer Formöffnungslage getrennt voneinander sind, um einen Formbereich zu definieren. Der geschmolzene Werkstoff wird, während er in dem Formhohlraum ist, der durch die Formhälften gebildet wird, bis zu einer Temperatur im wesentlichen nahe der Kristallglasübergangstemperatur des geschmolzenen Werkstoffes gekühlt, so dass der geformte Gegenstand ausserhalb der Form mechanisch gehandhabt werden kann, ohne geometrische Deformationen zu erleiden. Ein Öffnen der Formhälften über eine ausreichende Entfernung hinweg, die es einem Träger für geformte Gegenstände ermöglicht, zwischen die beiden Formhälften bewegt zu werden; erlaubt ein Auswerfen der geformten Gegenstände aus der Form und ihre Übertragung zu dem beweglichen Träger. Ein Kühlen der geformten Gegenstände (mittels Wärmeübertragungsleitung, eig. Wärmeleitung) geschieht, während sie in dem beweglichen Träger sind um Kristallisation zu vermindern, wobei das Kühlmittel geblasene Luft ist und weiter geschieht ein inneres Kühlen der geformten Gegenstände durch konvektive Wärmeübertragung bis jeder geformte Gegenstand im wesentlichen frei von jedem kristallisierten Bereich ist. Dasselbe Verfahren kann unter der Verwendung eines beweglichen Trägers durchgeführt werden, welcher eine konvektive Wärmeübertragungseinrichtung für ein äusseres Kühlen umfasst.
Wie hier verwendet, werden die Bezeichnungen „Abnahmeplatte”, „Entnahmeplatte” und „Endarm-Gerät” (oder ”Endarmwerkzeug”) austauschbar verwendet und beziehen sich auf dieselbe Struktur(en).
In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Kühlen eines geformten Gegenstandes erzeugt, welcher Gegenstand ein erstes Gebiet mit einer relativ hohen Wärme und ein benachbartes Gebiet mit einer relativ tieferen Wärme umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Entfernen eines geformten Gegenstandes aus einer Form, die Formhälften umfasst, wobei der geformte Gegenstand in einen Halter eines Endarm-Gerätes übernommen wird, während der geformte Gegenstand eine Menge an Wärme behält und wobei das Endarm-Gerät zwischen einer ersten Position zwischen den Formhälften, in welcher Position der Halter den geformte Gegenstand empfängt, und einer zweiten Position ausserhalb der Form in Betrieb bewegbar ist; Zurückziehen des Endarm-Gerätes zwischen den Formhälften hervor in die zweite Position; Einführen einer Spitze eines Kühlstiftes in den geformten Gegenstand zu einem Zeitpunkt nach dem Zurückziehen des Endarm-Gerätes in die zweite Position, während der geformte Gegenstand im Halter gehalten wird; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es folgende Schritte umfasst: Bilden eines offenen Systems in Beziehung auf den Kühlstift und den geformten Gegenstand, welches offene System einen Durchgang umfasst, der einem gasförmigen Kühlfluid erlaubt, sich vom Inneren des geformten Gegenstandes zu einer äusseren Umgebung zu entlüften, und welches offene System durch das Positionieren des Kühlstifts relativ zu einem offenen Ende des genannten geformten Gegenstandes (48) gebildet wird, um einen Raum zwischen einem Gebiet einer äusseren Oberfläche des Kühlstifts und dem offenen Ende des genannten geformten Gegenstandes (48) benachbart zum Gebiet der äusseren Oberfläche zu bilden, wobei der Raum den Durchgang definiert; und Treiben eines gasförmigen Kühlfluids entlang eines internen Kanals des Kühlstifts, welcher interne Kanal in der Spitze oder Auslassdüse des Kühlstifts endet, welche Auslassdüse bei der Einführung in den geformten Gegenstand in einen Abstand zum ersten Gebiet gebracht wird, wobei das gasförmige Kühlfluid von der Auslassdüse im Wesentlichen in eine Richtung des ersten Gebietes zum Beschleunigen des Kühlens in mindestens dem ersten Gebiet ausgestossen wird, und wobei eine Ausbreitung des gasförmigen Kühlfluids vom Inneren des geformten Gegenstandes und über den Durchgang ermöglicht ist, um das gasförmige Kühlfluid in die äussere Umgebung zu entlüften und wobei das Zusammenwirken des inneren Kanals und der Auslassdüse, wenn die Auslassdüse im geformten Gegenstand platziert ist, das Kühlfluid auf das erste Gebiet fokussiert.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Kühlen eines geformten Gegenstandes erzeugt, welcher Gegenstande in einer Spritzform gebildet aus Formhälften gemacht ist, wobei der geformte Gegenstand ein erstes Gebiet mit einer relativ hohen Wärme und ein benachbartes Gebiet mit einer relativ tieferen Wärme besitzt, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein Endarm-Gerät, welches mindestens einen Halter umfasst, wobei das Endarm-Gerät in Betrieb zwischen einer ersten Position zwischen den Formhälften, wo das Endarm-Gerät den geformten Gegenstand in dem entsprechenden der mindestens einen Halter empfängt, und einer zweiten Position ausserhalb der Form betreibbar ist, wobei der geformte Gegenstand in Betrieb in den entsprechenden der mindestes einen Halter zu der Zeit platziert wird, zu welcher der geformte Gegenstand eine Menge Hitze zurückbehält; einen Kühlstift auf einem Rahmen, der angrenzend an die zweite Position platziert ist, wobei der Kühlstift eine Auslassdüse umfasst und der Rahmen in Betrieb so angeordnet ist, dass er sich relativ zum Endarm-Gerät bewegt, um das Eindringen der Auslassdüse des Kühlstifts in den geformten Gegenstand zu verursachen, nachdem das Endarm-Gerät (60) die zweite Position erreicht hat; wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kühlstift einen internen Kanal umfasst, der bei der Auslassdüse endet, die nach dem Einführen in den geformten Gegenstand durch relative Bewegung des Rahmens und des Endarm-Gerätes innerhalb des geformten Gegenstandes ist, aber zum ersten Gebiet einen Abstand aufweist, und wobei der Kühlstift in Betrieb verbindbar zu einem Kühlfluidliefersystem ist das so angeordnet ist, dass das gasförmige Kühlfluid von der Auslassdüse entlang des internen Kanals getrieben wird, um ein Ausströmen des gasförmigen Kühlfluids von der Auslassdüse mehrheitlich in einer Richtung des ersten Gebiets zu verursachen, um das Kühlen in mindestens dem ersten Gebiet zu verstärken; und dass der Rahmen während des Ausströmens des gasförmigen Kühlfluids von der Auslassdüse bezüglich des Endarm-Gerätes so positioniert ist, dass er in Betrieb ein offenes System definiert, das einen Durchgang umfasst, der es dem gasförmigem Kühlfluid erlaubt, von einem Inneren des geformten Gegenstandes zu einer äusseren Umgebung zu entlüften; und worin die Vorrichtung während des Ausströmens des gasförmigen Kühlfluids von der Auslassdüse so betreibbar ist, dass der Rahmen vom Endarm-Gerät distanziert wird, und dass der Durchgang des offenen Systems durch die Bildung eines Raums zwischen einem Gebiet einer externen Oberfläche des Kühlstifts und einem offenen Ende des geformten Gegenstandes erzeugt wird, wobei beide, das Gebiet einer externen Oberfläche des Kühlstifts und das offene Ende des geformten Gegenstandes, in Betrieb im entsprechenden Halter platziert sind und benachbart zum genannten Gebiet der äusseren Oberfläche des Kühlstifts positioniert sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Graphik, die die Vorformlingstemperatur gegen die Zeit während und nach dem Einspritzvorgang zeigt;
2 ist eine schematische Darstellung eines Vorformlings in der Form; 3(a) und 3(b) zeigen den Temperaturgradienten durch die Wände eines geformten Vorformlings während dem Kühlen;
3(c) zeigt das Temperaturprofil entlang den Vorformlingswänden;
4 ist eine Schnittansicht, die eine Einspritzform des Standes der Technik zeigt;
5 ist eine Schnittansicht, die einen beweglichen Roboter zeigt, welcher eine Endarm-Geräte(EOAT)-Einrichtung umfasst, die in dem Formbereich zwischen den feststehenden und den beweglichen Formplatten angeordnet ist;
6(a) und 6(b) sind Seitenansichten, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen, welches eine roboterartige Entnahmeplatte (oder Endarm-Gerät EOAT) und einen Rahmen zum Halten von Kühlstiften umfasst;
6(c) und 6(d) sind Frontansichten des Ausführungsbeispiels gemäss den 6(a) und 6(b);
7(a)–7(d) zeigen den Rahmen und die Kühlstifte gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8(a)–(g) zeigen verschiedene Ausführungen von Kühlstiften gemäss der vorliegenden Erfindung;
9(a) und 9(b) illustrieren eine detailliertere Ansicht der Kühlstifte gemäss zwei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
10(a) zeigt einen Vorformling, welcher kristallisierte Zonen aufweist, wie sie in den Verfahren nach dem Stand der Technik auftreten;
10(b) zeigt einen Vorformling ohne kristallisierte Zonen, wie er aus dem Verfahren der vorliegenden Erfindung resultiert;
11(a)–11(l) zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel des Rahmens und der Kühlstifte gemäss der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine Schnittansicht eines Systems, in welchem Luftkühlkanäle in die Formhälften integriert sind;
13(a) und 13(b) zeigen Seitenansichten eines anderen Ausführungsbeispiels des Kühlsystems der vorliegenden Erfindung;
14 zeigt eine Draufsicht auf ein Spritzgiesssystem, welches ein anderes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems der vorliegenden Erfindung aufweist;
15 ist eine Schnittansicht noch eines weiteren Ausführungsbeispiels des Kühlsystems der vorliegenden Erfindung, die den Mechanismus zum Kühlen des Inneren der geformten Gegenstände zeigt, welche an der Entnahmeplatte befestigt sind;
16 illustriert ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in welchem eine Abnahmeplatte ohne Kühlelemente zum Entnehmen der geformten Vorformlinge aus dem Formbereich verwendet wird;
17 illustriert die Konstruktion eines alternativen Kühlstiftes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
18(a) und (b) illustrieren die Konstruktion noch eines weiteren alternativen Kühlstiftes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dar;
19 und 20 illustrieren Verfahren nach dem Stand der Technik zum Kühlen des Inneren eines Vorformlings;
21 illustriert ein anderes System nach dem Stand der Technik zum Kühlen des Inneren und des Äusseren eines Vorformlings;
22 illustriert ein System nach dem Stand der Technik, welches das Ansaugen von umgebender Luft zum Kühlen eines Vorformlings verwendet; und
23 illustriert eine alternative Rahmenkonstruktion mit Kühlstiften auf mehreren Oberflächen des Rahmen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bezugnehmend auf die Zeichnungen zeigt 1 eine Graphik der Entwicklung der Vorformlingstemperatur gegen die Zeit während und nach dem Einspritzvorgang. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Vorformlings, während er in der Form ist. Wie aus dieser Figur ersichtlich, wird das Kühlen des Vorformlings in der Form typischerweise durch Kühlröhren 12 und 14 bewirkt, welche innerhalb des Formhohlraums 16 bzw. der Forminnenteilbereichen 18 angeordnet sind. Daraus resultierend wird das Kühlen von beiden Seiten des Vorformlings 11 bewirkt. Weiter weist die Formhohlraumplatte 16, wie in 2 gezeigt, typischerweise einen Einspitzbereich 20 auf, in welchem der Bodenteil oder der Wölbungsbereich 22 des Vorformlings 11 gebildet ist. Der Vorformling weist einen Halsendbereich 13 (Hals-bildenden Bereich) auf, welcher manchmal eine dickere Wand besitzt, die schwierig zu kühlen ist, um eine Kristallisation zu vermeiden.
Die 3(a) und 3(b) zeigen den Temperaturgradienten durch die Wände eines geformten Vorformlings während dem Kühlen. 3(a) zeigt den Temperaturgradienten innerhalb der Form, während 3(b) den Temperaturgradienten ausserhalb der Form zeigt. 3(c) zeigt das Temperaturprofil entlang der Vorformlingswände. Die Temperaturspitze repräsentiert die Temperatur in dem Wölbungs- oder Einspritzbereich des Vorformlings.
Bezugnehmend auf 4 ist nun eine Einspritzform vorgesehen, welche eine feststehende Formhälfte oder -platte 32 aufweist, die eine Anordnung von Formhohlräumen 34 besitzt, und eine bewegliche Formhälfte oder -platte 36, welche eine Anordnung von Formkerngehäuse 38 aufweist. Die Formhohlraumplatte 32 steht in Flüssigkeitsverbindung mit einer Verteilerplatte (nicht gezeigt), welche den geschmolzenen Werkstoff von einer Einspritzeinheit (nicht gezeigt) einer Spritzgiessmaschine aufnimmt. Die Formhohlräume 34 erhalten den geschmolzenen Werkstoff von einer Heisskanaldüse (nicht gezeigt), wie beispielsweise einer Düse mit einem Ventil am Einspritzbereich (nicht gezeigt), durch Formhohlraumöffnungen 40 (Formhohlraumeinlass). Die Formhohlräume werden jede von Kühlelementen 42 zum Kühlen des geschmolzenen Werkstoffes in dem Hohlraum umgeben, welcher durch den Formkerngehäuse 38 und den Formhohlraum 34 gebildet wird, wenn die Formplatten 32 und 36 in einer geschlossenen Formposition sind. Die Kühlelemente 42 werden vorzugsweise durch Kühlkanäle gebildet, welche innerhalb der Formplatte 32 zum Führen einer Kühlflüssigkeit eingebettet sind. Wie weiter oben besprochen, bilden die Formkerngehäuse 38 und die Formhohlräume 34 in der geschlossenen Formposition eine Vielzahl an Formhohlräumen (nicht gezeigt), welche durch die Formöffnungen 40 während dem Einspritzvorgang mit geschmolzenem Werkstoff gefüllt werden. Die Formkerngehäuse 38 beinhalten auch Elemente 44 zum Kühlen des geschmolzenen Werkstoffes in dem Hohlraum. Die Kühlelemente 44 umfassen bevorzugt ein Kühlrohr innerhalb jedes Formkerngehäuses. Die Formkerngehäuseplatte 36 weist weiter eine Auswerferplatte 46 auf, welche verwendet wird, um die geformten Vorformlinge 48 von den Formkerngehäuse 38 zu entfernen. Der Betrieb der Auswerferplatte 46 ist im Stand der Technik bekannt und bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Tatsächlich umfasst die Auswerferplatte 46 jede geeignete, im Stand der Technik bekannte Auswerferplatte.
Gemäss einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung kann bei Verwendung des Formsystems von 4 jeder geschmolzene Kunststoff, Metall- oder Keramikwerkstoff, in den Formhohlraum eingespritzt werden und in einen gewünschten Gegenstand abgekühlt werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der geschmolzene Werkstoff PET und der geformte Gegenstand ein Vorformling. Gemäss einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung kann ein geformter Gegenstand jedoch auch ein Vorformling aus mehr als einem Werkstoff sein, wie beispielsweise frisches PET, recyceltes PET und ein geeigneter Grenzwerkstoff wie zum Beispiel EVOH.
Wie im Stand der Technik bekannt, wird ein Vorformling durch das Schliessen der Form, das Einspritzen des geschmolzenen Werkstoffes in den Formhohlraum, das Füllen des Hohlraumes, das Einleiten des Kühlen des Hohlraumes, das Halten des geformten Gegenstandes unter Druck, das Durchführen des schlussendlichen In-der-Form-Kühlens, das Öffnen der Form, das Auswerfen der erstarrten Gegenstände oder Vorformlinge von den Kerngehäusen und das Übertragen der Gegenstände oder Vorformlinge auf eine Entnahmeplatte gebildet.
Gemäss einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung muss, um die gesamte Zykluszeit zu reduzieren, die Verweilzeit des Vorformlings in der Form minimal sein, so dass die Form in der Lage ist, Vorformlingssätze so schnell wie möglich herzustellen. Das Problem bei einer verminderten Aufenthaltszeit in der Form ist, dass die Kühlzeit vermindert werden muss, jedoch in solch einer Weise, dass die geformten Gegenstände oder Vorformlinge verfestigt genug sind, um allen folgenden Bearbeitungsschritten ohne Deformation zu widerstehen. Eine verminderte Kühlzeit ist eine problematische Option, da die Gegenstände oder Vorformlinge nicht ausreichend und einheitlich durch die Kühlelemente 42 und 44 gekühlt sind. Die Menge der Wärme, die in dem Gegenstand oder Vorformling nach dem Abkühlen innerhalb der Form für eine verminderte Zeit und gleich nach dem Öffnen der Form bleibt, ist sehr bedeutend und hängt von der Dicke des geformten Gegenstandes oder Vorformlings ab. Diese innere Wärme eröffnet die Möglichkeit der Bildung von kristallisierten Bereichen am Einspritzöffnungs- oder Wölbungsbereich des geformten Gegenstandes oder Vorformlings, am Hals bildenden Bereich des geformten Gegenstandes oder Vorformlings oder am gesamten Vorformling. Um die Kristallisation des geformten Gegenstandes oder Vorformlings zu verhindern, muss ein sehr aggressives Kühlverfahren verwendet werden. Während dem Kühlen muss darauf aufgepasst werden, dass das Schrumpfen der geformten Gegenstände kontrolliert wird, was sich ungünstig auf ihre schlussendliche Dimension auswirken kann.
5 stellt ein Ausführungsbeispiel einer Roboter-Entnahmeplatte 60 dar, welche in dem Kühlverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die Entnahmeplatte 60 beinhaltet eine Vielzahl an hohlen Halter oder Aufnahmen 62, welche wassergekühlte Röhren sein können. Typische Entnahmeplatten, welche für die Entnahmeplatte 60 verwendet werden können, sind in der US-A-5 447 426 gezeigt und in dem US Reissue Patent No. RE 33 237 . Im Betrieb sind die Öffnungen einer Vielzahl von Halter 62 mit den Formkerngehäusen 38 der Formplatte 36 ausgerichtet. Die Übertragung der geformten Gegenstände 48 zu den Haltern 62 wird durch die Tätigkeit der Auswerferplatte 46 bewirkt. Gemäss einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung kann die Entnahmeplatte 60 mit einer Anzahl an Haltern 62 gleich der Anzahl der Formkerngehäuse 38 oder einer höheren Anzahl an Haltern 62 wie auch einer höheren Anzahl an Formkerngehäusen ausgestattet sein, zum Beispiel drei- oder viermal die Anzahl an Formkerngehäusen. Durch das Aufweisen von mehr Haltern 62 als Kerngehäuse 38 ist es möglich, einige der geformten Gegenstände für eine längere Zeit als einen einzigen Formzyklus zurückzuhalten und dabei die Kühlzeit zu erhöhen, während ein hoher Output an geformten Gegenständen beibehalten wird. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ungeachtet der relativen Anzahl an geformten Gegenständen, welche durch die Halter 62 zurückgehalten werden, ausgeführt werden. Nichtsdestotrotz weist die Roboter-Entnahmeplatte in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Anzahl an Haltern 62 auf, die die Anzahl der Kerngehäuse 38 dreifach übersteigt. Dies bedeutet, dass die Entnahmeplatte 60 nicht immer eine Anzahl an Vorformlingen oder geformten Gegenständen gleich der Anzahl der Halter 62 trägt. Dies bedeutet ebenso, dass ein einziger Satz Vorformlinge mehr als einmal in den Formbereich zwischen den Formkerngehäuse und Formhohlraumplatten zurückbewegt werden kann, um andere Sätze geformter Gegenstände aufzunehmen, während sie durch den intensiven Kontakt zwischen den hohlen Rohren 64 innerhalb der Entnahmeplatte, deren Röhren 64 eine Kühlflüssigkeit wie Wasser tragen, und der Aussenwand der Vorformlinge gekühlt werden, wie detaillierter in der vorerwähnten US-A-5 447 426 gezeigt. Die Wärmeübertragung zwischen den Röhren 64 und den heissen geformten Gegenständen, welche aus der Form kommen, findet durch Übertragung statt. Insbesondere kann jeder feste Werkstoff verwendet werden, der jegliche Kühlmittel in sich beinhaltet, und in direkten Kontakt mit der Aussenwand der geformten Gegenstände gebracht werden, um die geformten Gegenstände zu kühlen. Durch die Verwendung eines Kühlsystems, welches auf der Wärmeübertragung durch Konduktion (Wärmeleitung) basiert, die durch einen direkten Kontakt zwischen dem geformten Gegenstand oder Vorformling und den Kühlelementen durchgeführt wird, bleibt die Form des Gegenstandes oder Vorformlings ohne durch die Bearbeitung verursachten Deformationen oder Kratzer erhalten.
Falls gewünscht, können die konduktiven Kühlelemente 64, welche in der Entnahmeplatte angeordnet sind, durch eine konvektive Wärmeübertragungseinrichtung ersetzt werden. Jede geeignete konvektive Wärmeübertragungseinrichtung nach dem Stand der Technik kann mit der Entnahmeplatte 60 verwendet werden, um eine Kühlung der Aussenflächen der geformten Gegenstände oder Vorformlinge, welche von der Entnahmeplatte 60 getragen werden, zu bewirken.
Bezugnehmend auf die 6(a) und 6(b) wird eine zusätzliche Kühlvorrichtung 70 im Zusammenhang mit der Roboter-Entnahmeplatte 60 verwendet, um die Wirksamkeit des Nach-Form-Kühlen durch das Ermöglichen eines gleichzeitigen Kühlens der Innen- und Aussenflächen der geformten Gegenstände oder Vorformlinge durch konvektive Wärmeübertragung zu steigern und somit die Zykluszeit zu vermindern und die Qualität der Vorformlinge zu verbessern. Die zusätzliche Kühlvorrichtung 70 beinhaltet eine Anordnung von länglichen Kühlstiften 74, deren Aufgabe es ist, eine Kühlflüssigkeit in die geformten Gegenstände abzugeben, welche durch die Entnahmeplatte 60 gehalten werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Kühlflüssigkeit meist direkt in den Wölbungsbereich (Einspritzöffnung) 22 des geformten Gegenstandes oder Vorformlings gerichtet und abgegeben, bei dem die Chance zu kristallisieren am höchsten ist aufgrund der Verminderung der Kühlzeit in der Form. Die Kühlflüssigkeit wird so eingeführt, dass ein kreisförmiges Fliessmuster entsteht. Gemäss der vorliegenden Erfindung könnte die Kühlflüssigkeit jedes geeignete Kühlmittel sein, wie zum Beispiel eine Flüssigkeit oder ein Gas. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Kühlmittel unter Druck stehende Luft (Druckluft), welche durch einen Kanal 90 hingeführt wird, der in dem Kühlstift 74 vorgesehen ist. Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung wird detaillierter in 9(a) dargestellt.
9(a) zeigt einen Kühlstift 74 gemäss der vorliegenden Erfindung, in einem Vorformling oder geformten Gegenstand 48 angeordnet, welcher gekühlt wird. Um einen optimalen Fluss des Kühlmittels herzustellen, wird der Kühlstift 74 tief in den Vorformling 48 eingeführt, so dass das Kühlmittel den Wölbungs- oder Einspritzöffnungsbereich 22 erreichen kann. Darüber hinaus wirkt der Kühlstift 74 als ein zusätzlicher Kühlkern (Kühlkerngehäuse). Der Kühlstift 74 trägt auch zur Herstellung eines kreisförmigen Fliessmusters bei, welches ein höheres Kühlpotential als andere Kühlfliessmuster aufweist. Auch werden durch die Verwendung der neuen Kühlstifte 74 die einströmende geblasene kalte Luft und die ausströmende warme Luft vollständig voneinander getrennt, und somit wird das Mischen der beiden vermieden.
Wie in 9(a) gezeigt, wird der Kühlstift 74 mittig innerhalb des Vorformlings oder geformten Gegenstandes angeordnet, vorzugsweise so, dass die Zentralachse 220 des Kühlstiftes 74 auf die Zentralachse 222 des Vorformlings ausgerichtet ist. Wie aus dieser Figur ersichtlich, ist die Aussenwand 224 des Kühlstiftes 74 in einem oberen Bereich UP von der Innenwand 226 des Vorformlings in einem Abstand D getrennt, Zusätzlich ist die Auslassdüse 92 des Kühlstiftes 74 von der Innenwand 228 des Wölbungsbereiches 22 durch einen Abstand d getrennt. Um das gewünschte kreisförmige Fliessmuster des Kühlmittels herzustellen, ist das Verhältnis d:D bevorzugt in der Grössenordnung von 1:1 bis 10:1. Es ist ebenso äusserst wünschenswert, dass die Auslassdüse 92 des Kühlstiftes durch eine divergente (sich öffnende) Düsenkonstruktion gebildet ist. Obwohl die Verwendung einer divergenten Düse für den Auslass 92 bevorzugt wird, ist es möglich, den Auslass 92 aus einer geradwandigen Düsenkonstruktion zu bilden.
Da der Kühlstift 74 tief in den Vorformling eindringt und sich auch wie ein Kühlkern verhält, weist das Muster der ausströmenden warmen Luft, welche frei aus dem Vorformling entweicht, eine ringförmige Form auf.
Während eine bevorzugte Ausgestaltung für den Kühlstift in 9(a) gezeigt wurde, können die Kühlstifte 74 auch, wie in den 8(a) bis 8(g) und die 17 und 18, verschiedene Grössen und Formen aufweisen, um verschiedene Kühleffekte zu erreichen. Zum Beispiel kann der untere Bereich LP des Kühlstiftes, wie in 8(a) gezeigt, einen Durchmesser D₂ aufweisen, der sich von dem Durchmesser D₁ eines oberen Bereiches UP des Stiftes unterscheidet. Wie in 8(a) bis 8(c) gezeigt, kann der obere Bereich UP der Stifte verschiedene Formen aufweisen. Bezugnehmend auf 8(d) kann der Kühlstift 74 seitliche Auslässe 82 zum Abführen eines Kühlmittels auf Seitenwände des geformten Gegenstandes aufweisen, wo eine Kristallisierungserscheinung auftreten kann. Wie in 8(e) gezeigt, könnte der Kühlstift 74 schraubenförmige Rinnen 84 aufweisen, um spezielle Kühleffekte zu erhalten. Gleichermassen wie in 8(f) und 8(g) könnte der Kühlstift 74 eine Vielzahl von Rippen 86 aufweisen, die getrennt über den Umfang angeordnet sind, oder eine Vielzahl von Kontaktelementen 88.
Die 18a und 18b illustrieren einen Kühlstift 74, welcher eine Vielzahl von radialen Leitungen 230 zum Abgeben des Kühlmittels auf andere als den Wölbungsbereich 22 bildende Bereiche des Vorformlings aufweist, wie den Hals bildenden Bereich oder den Körperbereich. Die radialen Leitungen 230 können räumlich getrennt entlang der Länge des Kühlstiftes angeordnet sein, um das Kühlmittel gegen spezielle Bereiche eines Vorformlings 48 zu richten.
Die Kühlstifte 74 können aus jedem geeigneten, thermisch konduktiven oder thermisch isolierenden Werkstoff hergestellt sein. Falls gewünscht kann der Kühlstift 74, wie in 17 gezeigt, aus einem porösen Werkstoff 232 hergestellt sein, so dass zusätzliches Kühlmittel in einer sehr einheitlichen Weise auf andere Bereiche als den Wölbungs- oder Einspritzöffnungsbereich 22 eines Vorformlings verteilt wird.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung soll die Ausgestaltung des Kühlstiftes 74 ein Maximum an Kühlmittel in dem Einspritzöffnungs- oder Wölbungsbereich 22 des geformten Gegenstandes 48 konzentrieren und somit das Kühlmittel aggressiv darauf ausrichten, diesen Bereich zu kühlen. Auf diesem Weg können geformte Gegenstände wie Vorformlinge gebildet werden, welche frei vom kristallisierten Bereich im Einspritzöffnungs- oder Wölbungsbereich 22 sind.
Eine alternative Stiftkonstruktion mit einem Blassystem für kalte Luft, welches in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wird in der 9(b) illustriert. Wie darin gezeigt, weist der Stift 74 einen Blaskanal 90 für kalte Luft auf, welcher einen Auslass 92 zum Richten der kalten Luft gegen die Innenflächen des geformten Gegenstandes 48 aufweist, bevorzugt den Wolbungs- oder Einspritzöffnungsbereich 22 des geformten Gegenstandes. Der Kanal 90 steht über einen Einlass 94 mit einer Kaltluftquelle (nicht gezeigt) in Verbindung. Der Kühlstift 74 ist des Weiteren mit einem Vakuumkanal 96 zum Entfernen der Kühlungsluft aus dem Inneren des geformten Gegenstandes 48 versehen. Der Vakuumkanal 96 kann mit jeder gewünschten Vakuumquelle (nicht gezeigt) verbunden sein.
Wie aus 9(b) ersichtlich, wird der Kühlstift 74 auf einen Bereich eines Rahmens 98 mittels Gleitblöcken 100 (Gleitsteinen), welche zur Selbstausrichtung des Stiftes verwendet werden, und einem Befestigungselement, wie eine Mutter 102 (Schraubenmutter), befestigt. Die Mutter 102 kann an dem Element 104 befestigt sein, welches einen Bereich mit Aussengewinde (nicht gezeigt) aufweist.
Bezugnehmend auf die 6 und 7 wird die Anordnung der Kühlstifte 74 auf einen Kühlrahmen 98 festgelegt, welcher aus einem leichtgewichtigen Werkstoff wie Aluminium hergestellt sein kann. Gemäss einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung kann der Kühlrahmen 98 entweder in vertikaler oder horizontaler Position betätigt werden. In beiden Fällen ist der Rahmen 98 gegen die Entnahmeplatte 60 bin bewegbar, wenn die Entnahmeplatte 60 ihre Endlage ausserhalb der Form erreicht. Alle geeigneten Einrichtungen nach dem Stand der Technik können verwendet werden, um den Rahmen 98 zu bewegen, um ihn zu einer höheren Geschwindigkeit zu bringen, so dass die Kühlstifte 74 sofort in den geformten Gegenstand eingeführt werden können. In einem bevorzugten Auführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Rahmen unter der Verwendung eines hydraulischen Zylinders 110 bewegt. Gemäss der vorliegenden Erfindung kann die Anzahl der Kühlstife 74 die gleiche sein oder weniger als die Anzahl der Aufnahmebehälter 62 in der Entnahmeplatte 60. Gemäss der vorliegenden Erfindung ist die Entnahmeplatte 60 mit Elementen zum Halten der geformten Gegenstände oder Vorformlinge 48 innerhalb der Aufnahmebehälter 62, wie Ansaugelemente (nicht gezeigt), versehen sowie mit Elementen zum Auswerfen der Vorformlinge von der Entnahmeplatte. Die Halteelemente und die Auswerferelemente können diejenigen aus dem zuvor genannten US-A-5 447 426 sein. Wie in den 6(c) und 6(d) gezeigt, ist der Kühlrahmen 98 mit einer Vielzahl von Öffnungen 112 versehen. Die Öffnungen 112 ermöglichen es, die fertig gekühlten geformten Gegenständen oder Vorformlingen, die von der Entnahmeplatte 60 ausgeworfen werden, auf ein Förderband 114 zum Transport von dem System weg fallen zu lassen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden vollständig gekühlte Vorformlinge 48 durch die Öffnungen 112 mittels seitlichem Verschieben der Kühlstifte 74 relative zu den Aufnahmebehälter 62, welche die Vorformlinge halten, die von der Entnahmeplatte 60 ausgeworfen werden müssen, auf das Förderband 114 fallen gelassen. Dies ist der Fall, wenn der Kühlrahmen in einer horizontalen Position ist. Wenn der Kühlrahmen in einer vertikalen Position ist, stört er die von der Entnahmeplatte fallen gelassenen Vorformlinge wicht.
Bezugnehmend auf die 7(a) und 7(b) wird eine erste Anordnung von Kühlstiften 74 gezeigt. Wie aus 7(b) ersichtlich, weist jeder der Kühlstifte 74 Durchlässe 90 für Kühlluft auf, welche über den Durchlass 122 mit einer Kühlluftquelle (nicht gezeigt) in Verbindung stehen. In dem Durchlass 122 (Durchgang) sind eine Anzahl von Luftventilen 124 vorgesehen, welche verwendet werden können, um den Fluss der Kühlluft zu regulieren. Auf diesem Weg können die Kühlstifte 74 mit unterschiedlichen Mengen an Kühlluft versorgt werden.
Bezugnehmend auf 7(c) ist es auch möglich, jeden Kühlstift 74 direkt über einen einfachen Durchlass 126 (Durchgang) mit Luft aus einer Kühlmittelquelle (nicht gezeigt) zu versorgen. Falls gewünscht könnte der Durchlass 126, wie in 7(d) gezeigt, weiter noch über eine flexible Leitung 128 (flexible Führung) mit der Kühlmittelleitung 120 (Kühlmittelführung) verbunden sein.
Gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dringen die Kühlstifte 74 in die Vorformlinge, welche durch die Entnahmeplatte 60 gehalten werden, in einigen Schritten ein, und bei jedem Schritt weisen die Vorformlinge, welche zu unterschiedlichen Zeiten geformt werden, unterschiedliche Temperaturen auf. Um den gesamten Kühlschritt zu optimieren und die Verschwendung von Kühlmittel zu vermeiden, sind die Vorformlinge während dem ersten Schritt des Kühlens sehr heiss und somit wird eine maximale Menge an Kühlluft durch die Stifte abgegeben. In dem zweiten und den folgenden Schritten ist die Menge an Kühlluft, welche durch die Stifte, die in die ersten geformten Vorformlinge eingreifen, wesentlich geringer als die Menge, die gegen die neu geformten und heisseren Vorformlinge gerichtet wird. Um das Kühlverfahren weiter zu optimieren, können jegliche geeignete Temperatursensoren, wie Thermoelemente, verwendet werden, um die Temperatur der Vorformlinge vor und nach dem Kühlen zu messen, so dass Regulierungen der Kühlrate ohne eine Unterbrechung des Formzykluses durchgeführt werden können. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Thermoelemente (nicht gezeigt), welche mit einer Kühlkontolleinrichtung (nicht gezeigt) verbunden sind, in der Entnahmeplatte 60 neben jedem Vorformling angeordnet. Durch die Beobachtung der Temperatur jedes Vorformlings können einige Regulierungen in Bezug auf die Menge der Kühlluft, welche an alle Kühlstifte 74 oder zu einigen der Kühlstifte abgegeben wird, durchgeführt werden. Hierdurch kann auch eine uneffektive oder uneinheitliche Kühlung der konduktiven Kühleinrichtung ausgeglichen werden, welche in der Entnahmeplatte angeordnet ist.
Bezugnehmend auf die 10(a) und 10(b) zeigt die 10(a) einen Vorformling 48 in einer Schnittansicht, welcher mit einem System nach dem Stand der Technik geformt wurde. Wie hier gezeigt, kann der Vorformling 48 kristalline Bereiche in vier verschiedenen Zonen einschliesslich des Wölbungsbereichs 22 und dem Hals bildenden Bereich 13 aufweisen. 10(b) auf der anderen Seite zeigt einen Vorformling 48 in einer Schnittansicht, welcher unter der Verwendung des Systems der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. Wie hier gezeigt, gibt es keine kristallinen Bereiche.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird in den 11(a) bis 11(l) gezeigt, in denen die Entnahmeplatte 60' während des gesamten Formzykluses immer in einer vertikalen Position bleibt. Dies erspart einen komplizierten Motor und macht es leichter und somit schneller, die Aufnahmeplatte in und aus dem Formraum zu bewegen, welcher zwischen den Formhälften oder -platten 32 und 36 gebildet ist. Der Kühlrahmen 98', welcher in diesem System verwendet wird, weist eine zusätzliche Funktion und eine zusätzliche Bewegung auf. Zuallererst verwenden die Stifte 74' Blasluft, um die geformten Gegenstände oder Vorformlinge zu kühlen, und Saugluft, um die geformten Gegenstände oder Vorformlinge von der Entnahmeplatte 60' zu ziehen. Die Vorformlinge werden durch das Vakuum auf den Stiften 74' gehalten und während einer Rückbewegung von den Röhren 62' innerhalb der Entnahmeplatte 60' entfernt. Der Kühlrahmen 98' macht eine Bewegung zum Annähern an und Zurückbewegen von der Entnahmeplatte 60' und des Weiteren eine Drehbewegung von einer vertikalen zu einer horizontalen Position parallel zu einem Förderanlage 114', damit die Vorformlinge von den Stiften 74' ausgeworfen werden, indem das Vakuum gestoppt wird. Gemäss der vorliegenden Erfindung können beliebige geeignete Elemente nach dem Stand der Technik verwendet werden, um den Kühlrahmen 98' mit den Stiften 74' zu drehen. Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in den 11(a) bis 11(l) gezeigt ist, wird ein feststehender Nocken 130 als ein sehr einfaches Mittel zum Umsetzen der Translation des Rahmens in eine Drehung verwendet, so dass die Vorformlinge, welche durch den Kühlrahmen gehalten werden, auf ein Förderanlage 114' fallen gelassen werden können. Wie in 11(h) gezeigt, können die Kühlstifte 74' in die Vorformlinge durch Vakuum eingreifen und sie von der Entnahmeplatte 60' entfernen. Danach werden die Vorformlinge von den Stiften 74' auf ein Förderanlage fallen gelassen.
Der Betrieb der innovativen Kühlvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann aus den 6(a) bis 6(d) verstanden werden. Nach dem Kühlverfahren in der Form, welches bis zu dem Punkt abgekürzt wird, an dem die Gegenstände oder Vorformlinge einen Erstarrungsstatus erlangen, welcher ihre Deformation verhindert, wird die Form geöffnet und die Entnahmeplatte 60 wird in den Formbereich zwischen der Formkerngehäuseplatte 36 und der Formhohlraumplatte 32 bewegt. Die relative Bewegung der Formkerngehäuse- und der Formhohlraumplatten kann in beliebiger Weise nach dem Stand der Technik unter Verwendung beliebiger geeigneter Elemente (nicht gezeigt) nach dem Stand der Technik ausgeführt werden. Nachdem die Entnahmeplatte 60 die Lage gegenüber der Formposition erreicht hat, werden die Kühlstifte 74 in Eingriff mit den geformten Gegenständen zum Kühlen, speziell in dem Wölbungsbereich 22 jedes Gegenstandes oder Vorformlings, gebracht.
Obwohl die Entnahmeplatte 60 mit wassergekühlten Elementen zum konduktiven Kühlen der Aussenflächen der Vorformlinge innerhalb der Halter 62 beschrieben wurde, gibt es Beispiele, in denen das Kühlen der Aussenflächen nicht angefangen werden soll, wenn die Vorformlinge erst innerhalb der Entnahmeplatte angeordnet sind. Zu diesem Zweck können Elemente zum Kontrollieren des Kühlens innerhalb der Entnahmeplatte vorgesehen sein, so dass solch ein Kühlen nicht beginnt, bevor das innere Kühlen der Vorformlinge begonnen hat und/oder beendet wurde. Zum Beispiel können geeignete Ventilelemente (nicht gezeigt) in die Abnahmeplatte integriert werden, um den Fluss eines Kühlmittels bis zu einem gewünschten Zeitpunkt zu verhindern. Auf diese Weise können das Innere und das äussere Kühlen des Vorformlings gleichzeitig, zumindest teilweise gleichzeitig oder sequentiell ausgeführt werden.
16 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, in dem eine Entnahmeplatte 60'' ohne Kühlelemente verwendet wird, um die geformten Vorformlinge aus dem Formbereich zu entfernen. Die Entnahmeplatte 60'' kann Vorformlingshalter 62'' in ausreichender Anzahl aufweisen, um entweder einen einzigen Satz oder mehrere Sätze von Vorformlingen aufzunehmen. Die Vorformlinge werden mittels Vakuumelementen (nicht gezeigt) zurückgehalten, welche durch die Öffnungen 240 an dem Einspritzöffnungs- oder Wölbungsbereich 22 der Vorformlinge 48 saugen. Die Vorformlinge werden also durch die Halter 62'' zurückgehalten, welche jede beliebige Ausgestaltung aufweisen können, die es den Vorformlingen ermöglicht, direkt unter der Verwendung eines kühlenden Gases/Luft gekühlt zu werden. Die Halter 62'' sind bevorzugt steif genug, um die Vorformlinge zurückzuhalten und weisen Perforationen oder andere Öffnungen 242 und 244 auf, an denen die Halter keinen direkten Kontakt mit den Vorformlingen aufweisen. Durch diese Art der Halter, welche nur teilweise die Aussenfläche der Vorformlinge bedecken, können die Vorformlinge auf ihren Aussenflächen gekühlt werden, während sie zusätzlich durch die Kühlstifte 74 im Inneren gekühlt werden. In diesem Fall umfasst der Kühlschritt die Überführung der Vorformlinge von der Form zu der Entnahmeplatte 60'', die Bewegung der Entnahmeplatte 60'' aus dem Formbereich zu dem Kühlbereich, welcher neben dem Formbereich liegt, In dem Kühlbereich werden die Vorformlinge bei Verwendung des Rahmens 98 und den Kühlstiften 74 im Innern gekühlt, welche zumindest teilweise in die Vorformlinge eindringen. Zur selben Zeit werden die Aussenflächen der Vorformlinge, welche durch die Entnahmeplatte zurückgehalten werden, durch eine zusätzliche Kühlstation 250 konvektiv gekühlt, welche ein Kühlmittel gegen die Vorformlingshalter strömen lässt. Wie in 16 gezeigt, weist die zusätzliche Kühlstation 250 eine Vielzahl an Düsen 252, 254 und 256 zum Blasen des Kühlmittels gegen die Aussenflächen der Vorformlinge auf. Die Düsen 252, 254 und 256 blasen Kühlmittel durch Öffnungen 258 in der Entnahmeplatte 60'' und durch Fenster oder Öffnungen 242 und 244 in den Vorformlingshaltern auf die Aussenfläche der Vorformlinge. Die Düsen 252, 254 und 256 blasen Kühlmittel durch Öffnungen 242 und 244 in die Vorformlingshalter 62'' und auf die Aussenfläche der Vorformlinge. Obwohl die zusätzliche Kühlstation 250 mit Düsen zum Kühlen zweier Vorformlinge gezeigt wurde, sollte erkannt werden, dass die Kühlstation 250 in Wirklichkeit so viele Düsen aufweisen kann, wie benötigt werden, um die Aussenflächen jeder gewünschten Anzahl an Vorformlingen zu kühlen.
Die Verwendung der zusätzlichen Kühlstation 250 ermöglicht es den Vorformlingen 48 gleichzeitig unter der Verwendung der Kühlelemente, welche unabhängig von der Entnahmeplatte 60'' sind, innen und aussen gekühlt zu werden. Diese Möglichkeit macht die Entnahmeplatte sehr leicht, sehr schnell und leicht zu bedienen. Falls gewünscht, können die Vorformlingshalter 62'' die Vorformlinge ausschliesslich am Halsbereich umgreifen und somit ein offeneres Fenster für das strömende Kühlmittel lassen, um den Aussenbereich der Vorformlinge zu kühlen.
Gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Entnahmeplatte externe (äussere) Kühlelemente umfassen, welche Blasluft verwenden, oder sie kann keine Kühlelemente umfassen. In beiden Fällen wird das innere Kühlen unter der Verwendung des neuen Kühlverfahrens und -vorrichtung der vorliegenden Erfindung erreicht.
Das innovative Kühlverfahren und die -vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind zum Kühlen von Vorformlingen in tiefen Kavitätsformen extrem nützlich. Es ist bekannt, dass die Temperatur des geschmolzenen Harzes, welches durch eine Form fliesst, aus verschiedenen Gründen variieren kann, welche sind: (a) uneinheitliche Erhitzung des Heisskanalverteilerrahmens; (b) Bildung der Grenzschichten innerhalb der Schmelzkanäle des Verteilerrahmens; (c) uneinheitliches Kühlen des Formhohlraumes; und (d) ungenügendes Kühlen am Formeinspritzbereich. Eine Folge der Temperaturvariationen durch die Form ist, dass die Kühlzeit auf einem lokalen Level eingestellt werden muss, so dass die heissesten Vorformlinge gekühlt werden, bevor eine Kristallisation in den letzten Vorformlingen auftreten kann. Um die Bildung von kristallisierten Zonen zu vermeiden, ist das Kühlsystem der vorliegenden Erfindung in der Lage, ein unterschiedliches Kühlmuster zu erstellen, welches auf die Temperatureigenheit jeder Form abgestimmt werden kann. Sensoren in der Entnahmeplatte 60 können vorgesehen sein, um die Menge an Kühlmittel von jedem Kühlstift 74 zu regulieren. Eine andere Folge der uneinheitlichen Temperatur innerhalb der Form ist, dass der Einspritzöffnungsbereich, welcher an dem Wölbungsbereich 22 der Vorformlinge vorgesehen ist, in den meisten Fällen der heisseste Teil des geformten Vorformlings ist. Da dieser Einspritzöffnungsbereich in der Formschliesslage langsamer abkühlt, besteht die Möglichkeit, dass dieser Bereich hoch kristallin wird, falls das In-der-Form-Kühlen zu lange dauert oder falls kein zusätzliches Kühlen ausserhalb der Form vorgesehen ist. Gemäss der vorliegenden Erfindung sind die Kühlstifte 74, welche kalte Luft in den Vorformling direkt neben dem Einspritzöffnungsbereich strömen lassen, eine neue Arbeitsweise, die in einer sehr wirksamen Weise die Bildung von kristallisierten Bereichen in dem Vorformling verhindert.
Das innovative Kühlverfahren und die -vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind ebenso vorteilhaft, um Kühlungsineffizienz der Entnahmeplatte auszugleichen. Es kann passieren, dass aufgrund des nicht perfekten Kontaktes zwischen dem heissen geformten Gegenstand und dem Kühlrohr die Temperatur des geformten Gegenstandes, welcher durch die Entnahmeplatte gehalten wird, entlang der Platte variieren kann. Gemäss der vorliegenden Erfindung können die Temperatursensoren, welche in der Entnahmeplatte oder dem Kühlrahmen angeordnet sind, verwendet werden, um Information zu einer Kühlkontrolleinheit weiterzuleiten, welche die Menge des Kühlmittels, die auf jedem Vorformling gerichtet wird, variiert.
Die anpassungsfähige Kühlmöglichkeit, welche bis jetzt erwähnt wurde, ist auch vorteilhaft, da sie die Tatsache, dass der Temperaturverlauf der geformten Vorformlinge während des Tages variieren kann, die Wirkungsweise des verwendeten speziellen Harzes, die Wirkungsweise der Maschineneinstellung oder aufgrund von lokalen Änderungen der Dicke der Vorformlinge, welche durch unsaubere Ventilschaftbetätigung in der Heisskanaldüse oder aufgrund von ungleichem Kerngehäuseveränderung in den Formhohlräumen verursacht wurde, berücksichtigen kann. Diese Situationen sind weder vorhersehbar noch leicht zu beheben; die vorliegende Erfindung sieht jedoch einen Mechanismus vor, den Nach-Form-Kühlschritt für jeden Hohlraum, basierend auf der Temperatur jedes geformten Gegenstandes oder Vorformlings, abzustimmen.
Eine bedeutende Reduktion der Zykluszeit zum vorteilhaften Steigern der Nach-Form-Kühlzeit kann durch eine Vereinfachung der Ausgestaltung und der Bewegungen der Entnahmeplatte und des Kühlrahmens erreicht werden. Dazu müssen das Zusammenbauen, das Bedienen und die Funktionszwänge, wie Reibung, Bewegungsgenauigkeit, Ausrichtung zwischen den Kühlstiften und den geformten Gegenständen oder Vorformlingen auf der Entnahmeplatte und Vibrationen sehr kritisch berücksichtigt werden. Auch muss die Anordnung des Kühlrahmens mit den Stiften in solch einer Weise entschieden werden, dass die „Fussabdrücke” der gesamten Maschine reduziert werden.
Hinsichtlich dessen wird Bezug auf die 13(a) und 13(b) genommen, welche ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen, in dem die Entnahmeplatte 60 während des zusätzlichen Luftkühlschrittes in einer vertikalen Position bleibt, d. h. parallel zu den Formplatten 32, 26. Der Kühlrahmen 98 wird gegen die Entnahmeplatte 60 versetzt und die Kühlstifte 74 dringen in die geformten Gegenstände oder Vorformlinge 48 ein. Nachdem alle Vorformlinge gekühlt sind, wird der Kühlrahmen 98 zurückgezogen, die Entnahmeplatte 60 um 90° und parallel zu einem Förderanlage 114 gedreht, und die gekühlten Vorformlinge werden anschliessend von der Platte 60 entfernt. Diese Möglichkeit vereinfacht die Ausgestaltung des Kühlrahmens, welcher keine Drehmittel und keine Mittel zur Vermeindung seiner Wechselwirkung mit den von der Platte ausgeworfenen Vorformlingen benötigt.
Weiter wird Bezug auf 14 genommen, welche ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, in welchem die roboterartige Entnahmeplatte 60 zusätzliche Translationsmittel 150 zum Bewegen der Vorformlinge 48 entlang einer Achse parallel zu ihrer Drehungsachse umfasst. Diese zusätzliche Bewegung der Vorformlinge 48 vereinfacht den Kühlrahmen 98, welcher während des Kühlverfahrens im Wesentlichen feststehend bleibt. Wie in 14 gezeigt, wird die Entnahmeplatte 60 oder andere Elemente zum Halten der Vorformlinge entlang einer Achse X gegen den feststehenden Kühlrahmen 98 bewegt. Nach dem Kühlschritt wird die Entnahmeplatte 60 um 90° gedreht, so dass sie gegen das Förderband 114 gerichtet ist und die gekühlten Vorformlinge somit ausgeworfen werden können.
Weiter wird Bezug auf 15 genommen, welche neue Luftkühlelemente zeigt, die an der Entnahmeplatte 60 befestigt sind. Die in dieser Figur gezeigte Möglichkeit eliminiert die Notwendigkeit eines getrennten Rahmens zum Halten der Kühlstifte und reduziert somit die Grösse des Kühlsystems und somit der Spritzgiessmaschine. Die neuen Kühlstifte 174 weisen eine ungefähre U-Form auf und können alle zusammen parallel zu den Vorformlingen 48 bewegt werden, so dass sie in die Vorformlinge und aus den Vorformlingen mit Hilfe eines dünnen Streifens 176, welcher durch einen Kolben BB oder jedes andere bekannte Element angetrieben wird, eingeführt werden können. Die Stifte 174 können auch um eine Achse „A” parallel zu dem Vorformling gedreht werden, so dass sie in axiale Ausrichtung mit den Vorformlingen gebracht oder daraus entfernt werden können. Diese gleichzeitige Drehung aller Stifte 174 kann mit Hilfe beliebiger geeigneter Elemente nach dem Stand der Technik erreicht werden. Gemäss einer Ausführungsvariante der Erfindung weisen die U-förmigen Kühlstifte 174 einen ARM „A” auf, welcher in den Vorformling eindringt, einen ARM „C” parallel zu ARM „A” zum Bewegen von ARM „A” und einen ARM „B”, welcher ARM „A” mit ARM „C” verbindet. Die Drehung der Stifte um die Achse „A” von ARM „C” kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden. Wie in 15 gezeigt, kann dies mit Hilfe einer länglichen Zahnstange 178 ausgeführt werden, welche durch den Kolben AA angetrieben ist und die in Eingriff mit Ritzeln 180 steht, welche an dem ARM „C” jedes Kühlstiftes angeordnet sind. Dieselbe Drehung kann mit Hilfe von Friktionselementen, eines in Translation und das andere in Rotation, ausgeführt werden. Während der Übertragung der Vorformlinge 48 von den Kerngehäusen 38 zu den Kühlröhren 62 der Entnahmeplatte 60 können die U-förmigen Kühlstifte 174 an einem bestimmten Ort neben jeder Kühlröhre 62 „geparkt” werden, so dass sie sich nicht mit den bewegenden Vorformlingen stören und weniger Raum zum Öffnen der Form benötigt wird. Sobald die Vorformlinge 48 in der Entnahmeplatte 60 zurückgehalten werden, werden die Kühlstifte 174, welche an der Platte 60 befestigt sind, durch den Kolben BB und den Streifen 176 nach vorne bewegt, und, wenn sie eine gewisse Lage erreichen, welche es dem ARM „A” ermöglicht, auf der Höhe des Vorformlings zu sein, werden sie in axiale Ausrichtung mit den Vorformlingen gedreht und schliesslich in die Vorformlinge durch den Rückzug des Kolbens BB eingeführt. Der permanente Kontakt zwischen dem Streifen 176 und jedem ARM „C” wird durch eine Schraubenfeder 182 hergestellt, welche gegen eine Schulter 181 oder ein anderes geeignetes Element arbeitet. Ein flexibles Rohr 184 wird verwendet, um jeden Kühlstift durch ARM „C” mit Blasluft zu versorgen. Diese Ausgestaltung der an der Entnahmeplatte befestigten Kühlstifte bringt folgende Vorteile: Vereinfachung und Verminderung der Grösse des Kühlsystems, Verbesserung der Kühlrate, da das innere Kühlen direkt, nachdem die Vorformlinge in der Entnahmeplatte sind, beginnt, das innere Kühlen kann während der Bewegung der Entnahmeplatte durchgeführt werden und praktisch so lang fortfahren, bis die Vorformlinge auch durch die Entnahmeplatte gekühlt sind. Während dem Auswerfen der gekühlten Vorformlinge müssen die Kühlstifte wieder in ihre ursprüngliche Lage gedreht werden, so dass sie nicht länger mit den Vorformlingen ausgerichtet sind.
Weiter wird auf die 12 Bezug genommen, welche Kühlkanäle 210 umfassende Luftkühlelemente zeigt, die in den Formhälften 32, 36 angeordnet sind, welche wiederum das Kühlen der Vorformlinge, die durch die Formkerngehäuse gehalten werden, während und direkt nach dem Öffnen der Form und vor dem Eindringen der Abnahmeplatte in den Formbereich, ermöglichen. Dieser zusätzliche Kühlschritt wird ferner den Vorformling verfestigen, bevor die Entnahmeplatte in den Formbereich gebracht wird und bevor sie zu der Entnahmeplatte übertragen werden.
Gemäss einer anderen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung, welches leicht aus den anderen Zeichnungen in dieser Anmeldung verstanden werden kann, halten der Roboter und die Entnahmeplatte nur einen einzigen Satz an Vorformlingen zurück. Nach dem Einspritzschritt wird die Entnahmeplatte ausserhalb des Formbereiches geparkt und Kühlluft oder tiefgekühlte Luft wird von den Kühlstiften in jeden Vorformling geblasen. Die gekühlten Vorformlinge werden von der Entnahmeplatte ausgeworfen, welche in den Formbereich zurückgebracht wird, ohne Vorformlinge zu tragen.
23 illustriert eine alternative Konstruktion des Rahmens 98 zum Halten der Kühlstifte 74. Wie in dieser Figur gezeigt, kann der Rahmen 98 Kühlstifte 74 auf zwei entgegengesetzten Seiten aufweisen. Ferner kann der Rahmen um eine erste Achse 300 und eine zweite Achse 302 drehen, welche senkrecht zu der ersten Achse 300 verläuft. Beliebige geeignete Elemente (nicht gezeigt) nach dem Stand der Technik können verwendet werden, um den Rahmen um die Achsen 300 und 302 zu drehen.
Durch das Erzeugen dieser Konstruktionsart ist es möglich, einen ersten Satz von Kühlstiften 74 in Eingriff mit den Vorformlingen 48 in der Entnahmeplatte 60 kommen zu lassen und das innere Kühlen der Vorformlinge zu beginnen. Die Vorformlinge 48 können dann von den Haltern 62 in der Entnahmeplatte 60 auf die Stifte 74 übertragen werden. Der Rahmen 98 kann dann um eine oder mehrere der Achsen 300 und 302 drehen, während das innere Kühlen der Vorformlinge 48 durch die Stifte 74 ausgeführt wird. Nachdem der erste Satz von Vorformlingen die in 23 gezeigte linke Position erreicht hat, kann ein zweiter Satz von Kühlstiften 74 mit einem zweiten Satz von Vorformlingen 48, welche in der Entnahmeplatte 60 gehalten werden, in Eingriff kommen. Falls gewünscht kann der linke Satz von Vorformlingen 48 ihre Aussenflächen unter der Verwendung einer Kühlstation 304 konvektiv kühlen, welche eine Vielzahl von Düsen (nicht gezeigt) zum Ausblasen von kalter Luft auf die Aussenflächen aufweist. Falls gewünscht kann der Rahmen 98 eine an ihm befestigte Rückhalteplatte 308 für Vorformlinge aufweisen.

Claims

Verfahren zum Kühlen eines geformten Gegenstandes (48), der ein erstes Gebiet (22) mit einer relativ hohen Wärme und ein benachbartes Gebiet mit einer relativ tieferen Wärme umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Entfernen eines geformten Gegenstandes (48) aus einer Form, die Formhälften (16, 18, 32, 36) umfasst, wobei der geformte Gegenstand (48) in einen Halter (62) eines Endarm-Gerätes (60) übernommen wird, während der geformte Gegenstand (48) eine Menge an Wärme behält, und wobei das Endarm-Gerät (60) zwischen einer ersten Position zwischen den Formhälften (16, 18, 32, 36), in welcher Position der Halter (62) den geformten Gegenstand (48) empfängt, und einer zweiten Position ausserhalb der Form (16, 18, 32, 36) im Betrieb bewegbar ist; Zurückziehen des Endarm-Gerätes (60) zwischen den Formhälften (16, 18, 32, 36) hervor in die zweite Position; Einführen einer Spitze (92) eines Kühlstiftes (74, 174) in den geformten Gegenstand (48) zu einem Zeitpunkt nach dem Zurückziehen des Endarm-Gerätes (60) in die zweite Position, während der geformte Gegenstand (48) im Halter gehalten wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bilden eines offenen Systems in Beziehung auf den Kühlstift und den geformten Gegenstand, welches offene System einen Durchgang umfasst, der einem gasförmigen Kühlfluid erlaubt, sich vom Inneren des geformten Gegenstandes (48) zu einer äusseren Umgebung zu entlüften, und welches offene System durch das Positionieren des Kühlstiftes relativ zu dem offenen Ende des genannten geformten Gegenstandes (48) gebildet wird, um einen Raum zwischen einem Gebiet einer äusseren Oberfläche des Kühlstiftes und dem offenen Ende des genannten geformten Gegenstandes (48) benachbart zum Gebiet der äusseren Oberfläche zu bilden, wobei der Raum den Durchgang definiert; und Treiben eines gasförmigen Kühlfluids entlang eines internen Kanals (90) des Kühlstiftes, welcher interne Kanal in der Spitze (92) des Kühlstiftes endet, welcher bei Einführung in den geformten Gegenstand (48) in einem Abstand zum ersten Gebiet (22) gebracht wird, wobei das gasförmige Kühlfluid von der Auslassdüse (92) im Wesentlichen in eine Richtung des ersten Gebietes zum Beschleunigen des Kühlens in mindestens dem ersten Gebiet (22) ausgestossen wird, und wobei das gasförmige Kühlfluid aus dem Inneren des geformten Gegenstandes und über den Durchgang strömen kann, um in die äußere Umgebung zu entlüften, und wobei das Zusammenwirken des inneren Kanals und der Auslassdüse, wenn die Auslassdüse im geformten Gegenstand platziert ist, das Kühlfluid auf das erste Gebiet fokussiert.
Verfahren zum Kühlen eines geformten Gegenstandes (48) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Kühlfluid gekühlte, unter Druck stehende Luft ist, die entlang des internen Kanals (90) getrieben wird.
Verfahren zum Kühlen eines geformten Gegenstandes (48) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass äussere Teile des geformten Gegenstandes (48) gekühlt werden, während der geformte Gegenstand im Halter gehalten wird, wobei das genannte Kühlen der äusseren Teile entweder simultan, teilweise simultan oder sequentiell mit dem Treiben des Kühlfluids entlang des internen Kanals geschieht.
Verfahren zum Kühlen eines geformten Gegenstandes (48) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Zeitablauf die Menge des durch den Kühlstift gelieferten Kühlfluids verändert wird.
Verfahren zum Kühlen eines geformten Gegenstandes (48) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassdüse so konfiguriert ist, dass sie einen divergierenden Kühlfluidfluss von sich weg erzeugt.
Verfahren zum Kühlen eines geformten Gegenstandes (48) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassdüse des Kühlstiftes in den Vorformling bis zu einer Tiefe eingeführt wird, die es erlaubt, dass das Kühlmittel einen internen Kuppelteil des Vorformlings erreicht und kühlt.
Verfahren zum Kühlen eines geformten Gegenstandes (48) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassdüse (92) in eine erste Distanz (d) von einem ersten Gebiet des geformten Gegenstandes gebracht wird, und dass eine Seitenwand (224) des Kühlstiftes (74, 174) in eine zweite Distanz (D) von den internen Seitenwänden (228) des geformten Gegenstandes (48) gebracht wird, wobei das Verhältnis der ersten Distanz zur zweiten Distanz (d:D) in der Größenordnung von ungefähr 1:1 bis 1:10 ist.
Vorrichtung zum Kühlen eines geformten Gegenstandes (48), der in einer Spritzform gebildet aus Formhälften (16, 18, 32, 36) gemacht ist, wobei der geformte Gegenstand ein erstes Gebiet (22) mit einer relativ hohen Wärme und ein benachbartes Gebiet mit einer relativ tieferen Wärme besitzt, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: ein Endarm-Gerät (60), welches mindestens einen Halter (62) umfasst, wobei das Endarm-Gerät (60) in Betrieb zwischen einer ersten Position zwischen den Formhälften (16, 18, 32, 36), wo das Endarm-Gerät (60) den geformten Gegenstand (48) in dem entsprechenden der mindestens einen Halter (62) empfängt, und einer zweiten Position ausserhalb der Form (16, 18, 32, 36) betreibbar ist, wobei der geformte Gegenstand (48) in Betrieb in den entsprechenden der mindestes einen Halter (62) zu der Zeit platziert wird, zu welcher der geformte Gegenstand eine Menge Hitze zurückbehält; einen Kühlstift (74, 174) auf einem Rahmen (98), der angrenzend an die zweite Position platziert ist, wobei der Kühlstift eine Auslassdüse (92) umfasst, und der Rahmen (98) im Betrieb so angeordnet ist, dass er sich relativ zum Endarm-Gerät (60) bewegt, um das Eindringen der Auslassdüse des Kühlstiftes (74, 174) in den geformten Gegenstand (48) zu verursachen, nachdem das Endarm-Gerät (60) die zweite Position erreicht hat; dadurch gekennzeichnet, dass: der Kühlstift (74, 174) einen internen Kanal (90) umfasst, der bei der Auslassdüse (92) endet, die nach dem Einführen in den geformten Gegenstand (48) durch relative Bewegung des Rahmens (98) und des Endarm-Gerätes (60) innerhalb des geformten Gegenstandes ist, aber zum ersten Gebiet (22) einen Abstand aufweist, und wobei der Kühlstift (74, 174) im Betrieb verbindbar zu einem Kühlfluidliefersystem ist, das so angeordnet ist, dass das gasförmige Kühlfluid von der Auslassdüse (92) entlang des internen Kanals (90) getrieben wird, um ein Ausströmen des gasförmigen Kühlfluids von der Auslassdüse (92) mehrheitlich in einer Richtung des ersten Gebiets zu verursachen, um das Kühlen in mindestens dem ersten Gebiet zu verstärken; dass der Rahmen (98) während des Ausströmens des gasförmigen Kühlfluids von der Auslassdüse (92) bezüglich des Endarm-Gerätes so positioniert ist, dass er im Betrieb ein offenes System definiert, das einen Durchgang umfasst, der es dem gasförmigem Kühlfluid erlaubt, von einem Inneren des geformten Gegenstandes (48) zu einer äusseren Umgebung zu entlüften; und dass die Vorrichtung während des Ausströmens des gasförmigen Kühlfluids von der Auslassdüse (92) so betreibbar ist, dass der Rahmen vom Endarm-Gerät (60) distanziert wird, und dass der Durchgang des offenen Systems durch Bilden eines Raumes zwischen einem Gebiet einer externen Oberfläche des Kühlstiftes (74, 174) und einem offenen Ende des geformten Gegenstandes erzeugt wird, wobei beide im Betrieb innerhalb des entsprechenden Halters platziert und benachbart zum genannten Gebiet der äusseren Oberfläche des Kühlstiftes (74, 174) sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so angeordnet ist, dass die Auslassdüsen des Kühlstiftes in den Vorformling bis zu einer Tiefe einführbar ist, welche Tiefe dem Kühlmittel erlaubt, einen internen Kuppelteil eines Vorformlings zu erreichen und zu kühlen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen den Kühlstift im geformten Gegenstand (48) so positioniert, dass i) die Auslassdüse (92) um eine erste Distanz (d) zum ersten Gebiet des geformten Gegenstandes (48) verschoben wird; ii) eine Seitenwand (224) des Kühlstiftes (74, 174) in einer zweiten Distanz (D) von den inneren Seitenwänden (228) des geformten Gegenstandes (48) platziert ist; und ein Verhältnis der ersten Distanz zur zweiten Distanz in der Größenordnung von ungefähr 1:1 bis ungefähr 10:1 liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Kühlfluid gekühlte, unter Druck stehende Luft ist, die entlang des internen Kanals (90) geblasen wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Ventil zum Versorgen des Kühlstiftes (74, 174) mit einer regulierten Menge des gasförmigen Kühlfluids umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassdüse eine divergente Düsenkonstruktion und eine geradwandige Düsenkonstruktion besitzt, wobei der interne Kanal und die Auslassdüse, wenn sie innerhalb des geformten Gegenstandes platziert sind, das gasförmige Kühlfluid auf ein Gebiet fokussieren, welches im Wesentlichen ein erstes Gebiet (22) umgibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlstift eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften umfasst: i) ein entlang der Länge des Kühlstiftes variierender Durchmesser; ii) seitliche Fluidauslässe (82) oder radiale Leitungen (320) in den Seiten des Kühlstiftes, wobei die seitlichen Fluidauslässe oder die radialen Leitungen an den internen Kanal (90) gekoppelt sind und so angeordnet sind, dass das Kühlfluid zu mindestens einem von einem Halsteil (13) und einem Rumpfteil des geformten Gegenstandes geführt wird; iii) Nuten entlang einer äusseren Oberfläche des Kühlstiftes (74, 174); iv) Rippen (86), die in Abständen um die Peripherie des Kühlstiftes (74, 174) platziert sind und die aus dem Kühlstift herausragen, um im Betrieb über eine Länge jeder Rippe eine räumliche Trennung einer äusseren Oberfläche des Kühlstiftes und der internen Wand des geformten Gegenstandes (226, 228) zu verringern; und v) eine Vielzahl von Kontaktelementen (88) entlang einer äusseren Oberfläche des Kühlstiftes (74, 174).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Endarm-Gerät (60) eine Vielzahl von Haltern enthält, und dass der Rahmen weniger Kühlstifte (74, 174) umfasst, als es Halter am Endarm-Gerät (60) gibt, wobei im Betrieb nur selektierte der geformten Gegenstände in den entsprechenden Haltern durch angepasstes Einführen einer Auslassdüse eines Kühlstiftes in jeden der selektierten geformten Gegenstände gekühlt werden.