WO2000016964A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer behälterformung - Google Patents

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WO2000016964A1
WO2000016964A1 PCT/DE1999/002904 DE9902904W WO0016964A1 WO 2000016964 A1 WO2000016964 A1 WO 2000016964A1 DE 9902904 W DE9902904 W DE 9902904W WO 0016964 A1 WO0016964 A1 WO 0016964A1
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Peter Rose
Willi PREDÖHL
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Krupp Corpoplast Maschinenbau Gmbh
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    • B29C49/68—Ovens specially adapted for heating preforms or parisons
    • B29C49/6835—Ovens specially adapted for heating preforms or parisons using reflectors

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a container formation in the production of containers from a thermoplastic material, in which at least two previously injection-molded preforms are tempered and at least one blow molding station for the blow molding of the preforms is successively fed into containers.
  • the invention further relates to a device for blow molding containers made of a thermoplastic material, a tempering device for injection molded preforms, at least one stretching device for the preforms and at least one Has blowing station for converting the preforms into containers.
  • Such methods and devices are used to feed preforms made of a thermoplastic material, for example preforms made of PET (polyethylene terephthalate), to different processing stations within a blow molding machine.
  • a blowing machine has a heating device and a blowing device, in the area of which the pre-tempered preform is expanded into a container by biaxial orientation. The expansion takes place with the aid of compressed air which is introduced into the preform to be expanded.
  • the procedural sequence for such an expansion of the preform is explained in DE-OS 43 40 291.
  • the device can also be used to remove blown containers from the blowing device and to convey them further.
  • the preforms and the blown containers can be transported within the blow molding device with the aid of different handling devices.
  • the use of transport mandrels on which the preforms are attached has proven particularly useful.
  • the preforms can also be handled with other support devices.
  • the use of gripping pliers for handling preforms is described for example in FR-OS 27 20 679.
  • An expanding mandrel that can be inserted into a mouth area of the preform for holding purposes is explained in WO 95 33 616.
  • the handling of the preforms takes place on the one hand in the so-called two-stage process, in which the preforms are first produced in an injection molding process, then stored temporarily and only later conditioned in terms of their temperature and blown into a container.
  • the preforms are suitably tempered and then inflated immediately after their injection molding manufacture and sufficient solidification.
  • blowing stations which are arranged on rotating transport wheels, a book-like opening of the mold carriers can often be found.
  • stationary blow molding stations which are particularly suitable for accommodating a plurality of cavities for forming containers, plates which are arranged parallel to one another are typically used as mold carriers.
  • blow molding manufacture of containers strives to produce all the containers produced relative to one another with a high degree of uniformity of material distribution, orientation and degree of crystallization.
  • blow molding machines in which several preforms are simultaneously inflated within a blowing station, the problem arises that there may be differences in the temperature distribution in the preforms, since the preforms Although moldings were processed simultaneously in the blow molding station, their temperature had not previously been influenced to compensate for the thermal differences.
  • a comparable problem also arises if, when carrying out the one-step process, a certain number of preforms are initially produced simultaneously by injection molding and these preforms are subsequently provided with a temperature profile, but partial quantities of these preforms are then processed sequentially in the blow molding process. Due to the time interval between the processing of the partial quantities, differences in the heat content of the preforms can occur.
  • the object of the present invention is therefore to improve a method of the type mentioned in the introduction in such a way that the production of containers with uniform material properties is supported.
  • At least one blowing parameter in the shaping of the preforms into the containers relative to one another is set so differently that the uneven heat content is compensated in such a way that after termination of the blowing process there are containers with approximately identical spatial distribution of wall material, orientation and crystallization characteristics.
  • Another object of the present invention is to construct a device of the type mentioned in the introduction in such a way that uniform container production and is supported.
  • a parameter control which specifies at least one parameter influencing the shaping process for at least two preforms processed one after the other in a different manner.
  • the different specification of at least one blowing parameter takes into account that the material properties of the end product depend on a large number of factors which have interactions with one another. If uneven temperature distributions occur in the preforms to be processed due to production conditions that cannot be influenced, it is generally possible, with suitable influencing of the blowing process, that the non-uniform temperature distribution or the different heat content would otherwise result in a dispensing with additional countermeasures to compensate for adjusting differences in the manufactured containers or at least to reduce the differences.
  • the respective action parameter is expediently selected after an analysis of the temperature differences occurring in the preforms without additional action.
  • Both blowing parameters acting in the area of the blowing station and parameters already encountered before the preforms are fed to the blowing station can be changed.
  • the preforms are heated or the cooling process is influenced in a targeted manner.
  • one or more blowing parameters can be adopted.
  • the different blowing parameters can be specified as a function of a measurement carried out with respect to at least one property of the preform, or adaptively when recording and processing at least one property of the container produced.
  • a variety of options for influencing the blowing process is provided in that, during the blow molding, first a pre-blowing phase and then a main blowing phase are carried out in succession, a higher blowing pressure being achieved during the main blowing phase than during the pre-blowing phase and the pressure curve being changed as a blowing parameter .
  • a simple influence is supported in that the duration of the pre-blowing phase is changed as the blowing parameter.
  • the duration of the main blowing phase is changed as a blowing parameter.
  • Another possibility is that the changeover time between the pre-blowing phase and the main blowing phase is changed as the blowing parameter.
  • Another possible influence is defined by changing the stretching speed as the blowing parameter.
  • a possibility of action before the preforms are fed to the blow molding station is provided in that a different thermal treatment of the successive preforms is carried out in such a way that, despite the expiry of a relatively different waiting time for the preforms until the blow molding or heating up before the blow molding the temperature distribution in the preforms is the same.
  • Another variant consists in that essentially the same thermal treatment of the successive preforms is carried out and that this same thermal treatment is followed by a further thermal treatment which approximately compensates for different waiting times for the start of the subsequent blow molding.
  • a typical field of application is defined by the fact that an application is carried out in the area of a one-step production of the containers.
  • the change in the at least one blow parameter is controlled as a function of detection of at least one property of the preform. linge is carried out.
  • Figure 1 is a perspective view of a
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a blow mold, in which a preform is stretched and expanded
  • Figure 3 a sketch to illustrate a basic structure of a device for blow molding containers
  • Figure 4 a basic structure of a blowing module of a device for performing the one-step process.
  • the method and the device can be used both in single-stage and in two-stage container manufacture. Heating or warm conditioning of a preform (1) before the orientation process is conceivable in different variations. When using a tunnel-like heating section, the temperature is only dependent on the length of stay. However, it is also conceivable to use radiant heaters which act on the preform (1) with infrared or high-frequency radiation. With the help of such radiators it is possible to generate a temperature profile in the region of the preform (1) in the direction of the longitudinal axis.
  • such a radiant heater is formed from a plurality of independently controllable heating elements which are arranged one above the other in the direction of a longitudinal axis of the preform (1), the heating elements in the area of the upper extent of the preform (1) in the direction of the mouth section can be controlled more intensively Thickened area of the wall section, a higher thermal energy is radiated than in the area of the wall section which faces the floor.
  • a heat profiling can also be achieved by arranging the heating elements at different distances in the direction of the longitudinal axis.
  • FIG. 1 The basic structure of a device for shaping the preforms (1) into containers (13) is shown in Fig. 1 and in Fig. 2.
  • the device for forming the container (13) consists essentially of a blow molding station (33) which is provided with a blow mold (34) into which a preform is placed
  • the preform (1) can be used.
  • the preform (1) can be an injection molded part made of polyethylene terephthalate.
  • the blow mold is used to enable the preform (1) to be inserted into the blow mold (34) and to enable the finished container to be removed
  • the preform (1) can be in the area of the blowing station
  • a transport mandrel (39) can be held by a transport mandrel (39) which, together with the preform (1), passes through a plurality of treatment stations within the device.
  • a transport mandrel (39) which, together with the preform (1), passes through a plurality of treatment stations within the device.
  • a connecting piston (40) is arranged below the transport mandrel (39), which supplies compressed air to the preform (1) and at the same time seals against the transport mandrel (39).
  • the preform (1) is stretched using a stretching rod (41) which is positioned by a cylinder (42).
  • a stretching rod (41) which is positioned by a cylinder (42).
  • curve segments which are acted upon by tapping rollers.
  • the use of curve segments is particularly expedient when a plurality of blowing stations (33) are arranged on a rotating blowing wheel.
  • the stretching system is designed such that a tandem arrangement of two cylinders (42) is provided.
  • the stretching rod (41) is first moved from a primary cylinder (43) to the area of the bottom (7) of the preform (1) before the actual stretching process begins.
  • the primary cylinder (43) with the stretching rod extended is positioned together with a carriage (44) carrying the primary cylinder (43) by a secondary cylinder (45) or via a cam control.
  • the secondary cylinder (45) in a cam-controlled manner in such a way that a current one of a guide roller (46) which slides along a cam track during the execution of the stretching process Stretching position is specified.
  • the guide roller (46) is pressed against the guideway by the secondary cylinder (45).
  • the carriage (44) slides along two guide elements (47).
  • Fig. 3 shows the basic structure of a blowing machine, which is provided with a rotating heating wheel (52) and a rotating blowing wheel (53).
  • a preform input 54
  • the preforms (1) are transported by transfer wheels (55, 56) into the area of the heating wheel (52).
  • transfer wheels 55, 56
  • radiant heaters (57) and blowers (58) are arranged to temper the preforms (1). After the preforms (1) have been adequately tempered, they are transferred to the blowing wheel (53), in the area of which the blowing stations (33) are arranged. The finished blown containers (13) are fed to a delivery section (59) by further transfer wheels.
  • thermoplastic material can be used as the thermoplastic material.
  • PET PET, PEN or PP can be used.
  • the preform (1) is expanded during the orientation process by compressed air supply.
  • the compressed air supply is divided into a pre-blowing phase in which gas, for example compressed air, is supplied at a low pressure level and a subsequent main blowing phase in which gas is supplied at a higher pressure level.
  • Compressed air with a pressure in the interval from 10 bar to 25 bar is typically used during the pre-blowing phase and compressed air with a pressure in the interval from 25 bar to 40 bar is fed in during the main blowing phase.
  • the blowing parameters can be influenced in various ways in order to even out the properties of the containers produced. For example, it is possible to change the time at which the blowing pressure is supplied for the pre-blowing phase. It is also possible to adapt the maximum pressure during the pre-blowing phase. Another possibility is to change the volume flow of blowing air during the pre-blowing phase.
  • Another way of influencing parameters is to change the time between the start of the stretching process and the start of the pre-blowing phase. Finally, the time for the start of the main blowing phase and the maximum pressure acting during the main blowing phase are also considered adapt.
  • the preforms Before the preforms are fed to the blowing station, it is possible to influence the temperature profile within the preforms and the respective heat content. For example, if the preforms are continuously tempered, but then at least two preforms are formed into containers together in time, it is possible to compensate for the non-uniform heat content due to the continuous heating and simultaneous further processing by targeted action on the preforms before the start of a blowing process.
  • the targeted action can be either a heating process, a cooling process or a combination of heating and cooling.
  • the plastic granulate (resin) is melted using a heated screw and injected under high pressure into an injection mold to create preforms.
  • the injection mold has e.g. B. 8 x cavities, arranged in a row.
  • the preforms are transferred to a transport device, for example a chain with preform holders.
  • the preforms transferred have a material temperature of approximately 120 ° to 130 ° C.
  • the warm preforms (100 ° to 110 ° C) are transferred to a blow molding station (e.g. with 2 x blow molds in a row), in which they inflated, molded and cooled.
  • the blowing and cooling of the plastic containers is considerably shorter in the process time compared to the cycle time of the injection molding process.
  • the injection molding process is about 5 to 8 times longer than the blowing process time.
  • High quality plastic containers can be created especially when the preforms are cyclic, i.e. processed in groups to achieve the same temperature development on each preform. Due to the groupwise and temperature-stable transfer of the preforms to the blow molding station, the production performance of the single-stage blow molding machines is limited by the injection molding process.
  • This can be achieved by using a pyrometer to record the temperature of each preform sub-group before transferring it to the blowing station and activating the temperature measurement to change the blowing process parameters.
  • the required blowing process parameters can be changed according to a defined strategy for each preform subgroup.
  • each preform subgroup e.g. in pairs, is blown into high quality plastic containers.
  • the active control of the blowing process parameters can be carried out for each subgroup of the preforms using a computer control in conjunction with the temperature measurement described above or a defined strategy.
  • the device for blow molding containers has a transport wheel (21) which is constructed in the manner of a ring.
  • the transport wheel (21) is arranged such that it can rotate and has holding devices (2) for moldings along its circumference.
  • a heating device (3) and a blowing station (4) are arranged along the transport wheel (21).
  • the blowing station (4) has two cavities (5), in particular, however, the Use three or more cavities. According to a typical dimensioning, four cavities are provided.
  • the blowing station (4) consists of mold carriers (6) which hold the blow mold halves (7,8).
  • the mold carriers (6) can be positioned relative to one another in order to enable the blowing station to be opened and closed.
  • the heating device (3) consists of heating boxes (9) which are arranged one behind the other in a transport direction (10).
  • the heating boxes (9) can be open or tunnel-like.
  • the heating boxes (9) have infrared radiators and cooling fans (11).
  • Reflectors (12) can be arranged opposite the heating boxes (9).
  • the finished blown containers (13) are transferred from the transport wheel (21) to an output device (15) in the area of a removal (14).
  • the preforms (1) are the transport wheel
  • the intermediate store (19) firstly coordinates different cycle times of the injection device (18) and the blowing device, and the preforms (1) can also be temperature-conditioned. With regard to the handling of the preforms (1) and the containers (13), the device components described are operated in cycles.

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Steuerung einer Behälterformung bei der Herstellung von Behältern aus einem thermoplastischen Material. Es werden mindestens zwei zuvor spritzgegossene Vorformlinge temperiert und zeitlich nacheinander mindestens einer Blasstation zur Blasverformung der Vorformlinge in Behälter zugeführt. Zur Kompensation einer relativ zueinander ungleichmäßigen Temperaturverteilung im Material der Vorformlinge wird mindestens ein Blasparameter bei der Umformung der Vorformlinge zu den Behältern relativ zueinander unterschiedlich vorgegeben. Die unterschiedliche Vorgabe erfolgt derart, daß eine Kompensation der ungleichmäßigen Temperaturverteilung in einer Weise erfolgt, daß nach einer Beendigung des Blasvorganges Behälter mit näherungweise identischer räumlicher Verteilung von Wandmaterial, Orientierungsverlauf, Kristallisationscharakteristik vorliegen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Behälterformung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Behälterformung bei der Herstellung von Behältern aus einem thermoplastischen Material, bei dem mindestens zwei zuvor spritzgegossene Vorformlinge temperiert und zeitlich nacheinander mindestens einer Blasstation zur Blasverformung der Vorformlinge in Behälter zugeführt werden.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Blasformung von Behältern aus einem thermoplastischen Material, die eine Temperiereinrichtung für spritzgegossene Vorformlinge, mindestens eine Reckeinrichtung für die Vorformlinge sowie mindestens eine Blasstation zur Umformung der Vorformlinge in Behälter aufweist .
Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden dazu verwendet, Vorformlinge aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise Vorformlinge aus PET (Polyethylenterephthalat) , innerhalb einer Blasmaschine unterschiedlichen Bearbeitungsstationen zuzuführen. Typischerweise weist eine derartige Blasmaschine eine Heizeinrichtung sowie eine Blaseinrichtung auf, in deren Bereich der zuvor temperierte Vorformling durch biaxiale Orientierung zu einem Behälter expandiert wird. Die Expansion erfolgt mit Hilfe von Druckluft, die in den zu expandierenden Vorformling eingeleitet wird. Der verfahrenstechnische Ablauf bei einer derartigen Expansion des Vorformlings wird in der DE-OS 43 40 291 erläutert. Die Vorrichtung kann ebenfalls dazu verwendet werden, fertig geblasene Behälter aus der Blaseinrichtung zu entnehmen und weiterzubeför- dern.
Der grundsätzliche Aufbau einer Blasstation zur Behälterformung wird in der DE-OS 42 12 583 beschrieben. Möglichkeiten zur Temperierung der Vorformlinge werden in DE-OS 23 52 926 erläutert.
Innerhalb der Vorrichtung zur Blasformung können die Vorformlinge sowie die geblasenen Behälter mit Hilfe unterschiedlicher Handhabungseinrichtungen transportiert werden. Bewährt hat sich insbesondere die Verwendung von Transportdornen, auf die die Vorformlinge aufgesteckt werden.
Die Vorformlinge können aber auch mit anderen Trageinrichtungen gehandhabt werden. Die Verwendung von Greifzangen zur Handhabung von Vorformlingen wird bei- spielsweise in der FR-OS 27 20 679 beschrieben. Ein Spreizdorn, der zur Halterung in einen Mündungsbereich des Vorformlings einführbar ist, wird in der WO 95 33 616 erläutert.
Die bereits erläuterte Handhabung der Vorformlinge erfolgt zum einen bei den sogenannten Zweistufenverfahren, bei denen die Vorformlinge zunächst in einem Spritzgußverfahren hergestellt, anschließend zwischengelagert und erst später hinsichtlich ihrer Temperatur konditioniert und zu einem Behälter aufgeblasen werden. Zum anderen erfolgt eine Anwendung bei den sogenannten Einstufenverfahren, bei denen die Vorformlinge unmittelbar nach ihrer spritzgußtechnischen Herstellung und einer ausreichenden Verfestigung geeignet temperiert und anschließend aufgeblasen werden.
Im Hinblick auf die verwendeten Blasstationen sind unterschiedliche Ausführungsformen bekannt. Bei Blasstationen, die auf rotierenden Transporträdern angeordnet sind, ist eine buchartige Aufklappbarkeit der Formträger häufig anzutreffen. Bei ortsfesten Blasstationen, die insbesondere dafür geeignet sind, mehrere Kavitäten zur Behälterformung aufzunehmen, werden typischerweise parallel zueinander angeordnete Platten als Formträger verwendet .
Generell wird bei der blastechnischen Herstellung von Behältern angestrebt, sämtliche produzierten Behälter relativ zueinander mit einer hohen Gleichmäßigkeit von Materialverteilung, Orientierungsverlauf sowie Kristallisationsgrad zu produzieren. Bei Blasmaschinen, bei denen innerhalb einer Blasstation gleichzeitig mehrere Vorformlinge aufgeblasen werden, tritt das Problem auf, daß hinsichtlich der Temperaturverteilung in den Vor- formlingen Unterschiede vorliegen können, da die Vor- formlinge zwar zeitgleich in der Blasstation verarbeitet, nicht jedoch zuvor zeitgleich hinsichtlich ihrer Temperatur zur Kompensation der thermischen Unterschiede beeinflußt wurden.
Ein vergleichbares Problem tritt ebenfalls auf, wenn bei der Durchführung des Einstufenverfahrens zunächst eine bestimmte Anzahl von Vorformlingen gleichzeitig spritzgußtechnisch hergestellt und diese Vorformlinge anschließend mit einem Temperaturprofil versehen werden, bei der blastechnischen Behälterformung dann jedoch sequentiell Teilmengen dieser Vorformlinge verarbeitet werden. Aufgrund des zeitlichen Abstandes zwischen der Verarbeitung der Teilmengen können Unterschiede im Wärmeinhalt der Vorformlinge auftreten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der einleitend genannten Art so zu verbessern, daß eine Herstellung von Behältern mit gleichmäßigen Materialeigenschaften unterstützt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Kompensation eines relativ zueinander ungleichmäßigen Wärmeinhaltes im Material der Vorformlinge mindestens ein Blasparameter bei der Umformung der Vorformlinge zu den Behältern relativ zueinander derart unterschiedlich vorgegeben wird, daß eine Kompensation des ungleichmäßigen Wärmeinhaltes derart erfolgt, daß nach einer Beendigung des Blasvorganges Behälter mit näherungsweise identischer räumlicher Verteilung von Wandmaterial, Orientierungsverlauf und Kristallisationscharakteristik vorliegen.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art so zu konstruieren, daß eine gleichmäßige Behälterproduktion un- terstützt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Parametersteuerung vorgesehen ist, die mindestens einen den Umformungsvorgang beeinflussenden Parameter für mindestens zwei zeitlich nacheinander verarbeitete Vorformlinge voneinander abweichend vorgibt.
Durch die unterschiedliche Vorgabe mindestens eines Blasparameters wird berücksichtigt, daß die Materialeigenschaften des Endproduktes von einer Vielzahl von Faktoren abhängig sind, die Rückwirkungen aufeinander aufweisen. Treten somit aufgrund von nicht zu beeinflussenden Produktionsbedingungen ungleichmäßige Temperaturverteilungen bei den zu verarbeitenden Vorformlin- gen relativ zueinander auf, so ist es bei geeigneter Beeinflussung des Blasvorganges in der Regel möglich, aus der ungleichmäßigen Temperaturverteilung oder dem unterschiedlichen Wärmeinhalt sich ansonsten bei einem Verzicht auf zusätzliche Gegenmaßnahmen einstellende Unterschiede bei den hergestellten Behältern zu kompensieren bzw. zumindest die Unterschiede zu verringern.
Der jeweilige Einwirkungsparameter wird zweckmäßigerweise nach einer Analyse der bei den Vorformlingen ohne zusätzliche Einwirkung auftretenden Temperierungsunterschieden gewählt. Es können sowohl im Bereich der Blasstation wirkende Blasparameter als auch bereits vor einer Zuführung der Vorformlinge zur Blasstation anzutreffende Parameter verändert werden. Hierbei ist insbesondere an die Beheizung der Vorformlinge oder eine gezielte Beeinflussung des Abkühlvorganges gedacht. Je nach den vorliegenden Anforderungen können ein oder mehrere Blasparameter adoptiert werden.
Bei prozessbedingten bekannten und sich stets reprodu- zierenden Unterschieden bei den Eigenschaften der zu verarbeitenden Vorformlinge ist es möglich, die Vorgabe der unterschiedlichen Blasparameter über eine reine Steuerung durchzuführen. Grundsätzlich ist aber auch daran gedacht, die Vorgabe der unterschiedlichen Parameter in Abhängigkeit von einer durchgeführten Messung hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft des Vorform- lings oder adaptiv bei einer Erfassung und Verarbeitung von mindestens einer Eigenschaft des hergestellten Behälters durchzuführen.
Eine Vielfalt von Möglichkeiten zur Einwirkung auf den Blasvorgang wird dadurch bereitgestellt, daß bei der Blasverformung zeitlich nacheinander zuerst eine Vorblasphase und anschließend eine Hauptblasphase durchgeführt wird, wobei während der Hauptblasphase ein höherer Blasdruck als während der Vorblasphase erreicht wird und daß als Blasparameter der Druckverlauf verändert wird.
Eine einfache Einflußnahme wird dadurch unterstützt, daß als Blasparameter die Zeitdauer der Vorblasphase verändert wird.
Ebenfalls ist daran gedacht, daß als Blasparameter die Zeitdauer der Hauptblasphase verändert wird.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß als Blasparameter der Umschaltzeitpunkt zwischen der Vorblasphase und der Hauptblasphase verändert wird.
Eine andere Einflußmöglichkeit wird dadurch definiert, daß als Blasparameter die Reckgeεchwindigkeit verändert wird.
Schließlich ist es auch möglich, daß als Blasparameter der Zeitpunkt des Beginns des Reckvorganges verändert wird.
Eine Einwirkungsmöglichkeit vor einer Zuführung der Vorformlinge zur Blasstation wird dadurch bereitgestellt, daß eine unterschiedliche thermische Behandlung der aufeinander folgenden Vorformlinge derart durchgeführt wird, daß trotz des Ablaufes einer relativ zueinander unterschiedlichen Wartezeit der Vorformlinge bis zur Blasverformung beziehungsweise bis zu einem Aufheizen vor der Blasverformung eine näherungsweise gleiche Temperaturverteilung in den Vorformlingen vorliegt.
Eine andere Variante besteht darin, daß zunächst eine im wesentlichen gleiche thermische Behandlung der aufeinander folgenden Vorformlinge durchgeführt wird und daß sich an diese gleiche thermische Behandlung eine weitere thermische Behandlung anschließt, die relativ zueinander unterschiedliche Wartezeiten auf den Beginn der anschließenden Blasverformung näherungsweise kompensiert .
Ein typisches Anwendungsgebiet wird dadurch definiert, daß eine Anwendung im Bereich einer einstufigen Herstellung der Behälter durchgeführt wird.
Eine typische Anwendung bei der Durchführung des Einstufenverf hrens besteht darin, daß zunächst N Vorformlinge gleichzeitig spritzgußtechnisch hergestellt, anschließend X x M Vorformlinge gleichzeitig zu Behältern umgeformt werden, wobei X x M = N gilt .
Alternativ zu einer deterministischen Steuerung ist es auch möglich, daß eine Steuerung der Veränderung des mindestens einen Blasparameters in Abhängigkeit von einer Erfassung mindestens einer Eigenschaft der Vorform- linge durchgeführt wird.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Figur 1: eine perspektivische Darstellung einer
Blasstation zur Herstellung von Behältern aus Vorformlingen,
Figur 2: einen Längsschnitt durch eine Blasform, in der ein Vorformling gereckt und expandiert wird,
Figur 3 : eine Skizze zur Veranschaulichung eines grundsätzlichen Aufbaus einer Vorrichtung zur Blasformung von Behältern und
Figur 4 : einen prinzipiellen Aufbau eines Blasmoduls einer Vorrichtung zur Durchführung des Einstufenverfahrens .
Eine Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung kann sowohl bei der einstufigen als auch bei der zweistufigen Behälterherstellung erfolgen. Eine Beheizung bzw. Warmekonditionierung eines Vorformlings (1) vor dem Orientierungsvorgang ist in unterschiedlichen Variationen denkbar. Bei einer Verwendung einer tunnelartigen Heizstrecke erfolgt die Temperierung lediglich in Abhängigkeit von der Verweildauer. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, Heizstrahler zu verwenden, die den Vorformling (1) mit Infrarot- oder Hochfrequenzstrahlung beaufschlagen. Mit Hilfe derartiger Strahler ist es möglich, ein Temperaturprofil im Bereich des Vorformlings (1) in Richtung der Längsachse zu erzeugen. Wird ein derartiger Heizstrahler aus mehreren unabhängig voneinander ansteuerbaren Heizelementen ausgebildet, die in Richtung einer Längsachse des Vorformlings (1) übereinander angeordnet sind, so kann durch eine intensivere Ansteuerung der Heizelemente im Bereich der in Richtung auf den Mündungsabschnitt oberen Ausdehnung des Vorformlings (1) im verdickten Bereich des Wandungsabschnittes eine höhere Wärmeenergie eingestrahlt werden, als in dem Bereich des Wandungsabschnittes, der dem Boden zugewandt ist. Bei lediglich gleichmäßig ansteuerbaren Heizstrahlern kann eine derartige Wärmepro- filierung auch durch eine Anordnung der Heizelemente mit in Richtung der Längsachse unterschiedlichen Abständen realisiert werden.
Der prinzipielle Aufbau einer Vorrichtung zur Umformung der Vorformlinge (1) in Behälter (13) ist in Fig. 1 und in Fig. 2 dargestellt.
Die Vorrichtung zur Formung des Behälters (13) besteht im wesentlichen aus einer Blasstation (33), die mit einer Blasform (34) versehen ist, in die ein Vorformling
(1) einsetzbar ist. Der Vorformling (1) kann ein spritzgegossenes Teil aus Polyäthylenterephthalat sein. Zur Ermöglichung eines Einsetzens des Vorformlings (1) in die Blasform (34) und zur Ermöglichung eines Heraus - nehmens des fertigen Behälters besteht die Blasform
(34) aus Formhälften (35,36) und einem Bodenteil (37), der von einer Hubvorrichtung (38) positionierbar ist. Der Vorformling (1) kann im Bereich der Blasstation
(33) von einem Transportdorn (39) gehalten sein, der gemeinsam mit dem Vorformling (1) eine Mehrzahl von Behandlungsstationen innerhalb der Vorrichtung durchläuft. Es ist aber auch möglich, den Vorformling (1) beispielsweise über Zangen oder andere Handhabungsmittel direkt in die Blasform (34) einzusetzen. Zur Ermöglichung einer Druckluftzuleitung ist unterhalb des Transportdornes (39) ein Anschlußkolben (40) angeordnet, der dem Vorformling (1) Druckluft zuführt und gleichzeitig eine Abdichtung relativ zum Transport- dorn (39) vornimmt. Bei einer abgewandelten Konstruktion ist es grundsätzlich aber auch denkbar, feste Druckluftzuleitungen zu verwenden.
Eine Reckung des Vorformlings (1) erfolgt mit Hilfe einer Reckstange (41), die von einem Zylinder (42) positioniert wird. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, eine mechanische Positionierung der Reckstange
(41) über Kurvensegmente durchzuführen, die von Abgriffrollen beaufschlagt sind. Die Verwendung von Kurvensegmenten ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn eine Mehrzahl von Blasstationen (33) auf einem rotierenden Blasrad angeordnet sind. Eine Verwendung von Zylindern
(42) ist zweckmäßig, wenn ortsfest angeordnete Blasstationen (33) vorgesehen sind.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist das Recksystem derart ausgebildet, daß eine Tandem- Anordnung von zwei Zylindern (42) bereitgestellt ist. Von einem Primärzylinder (43) wird die Reckstange (41) zunächst vor Beginn des eigentlichen Reckvorganges bis in den Bereich des Bodens (7) des Vorformlings (1) gefahren. Während des eigentlichen Reckvorganges wird der Primärzylinder (43) mit ausgefahrener Reckstange gemeinsam mit einem den Primärzylinder (43) tragenden Schlitten (44) von einem Sekundärzylinder (45) oder über eine Kurvensteuerung positionier . Insbesondere ist daran gedacht, den Sekundärzylinder (45) derart kurvengesteuert einzusetzen, daß von einer Führungsrolle (46) , die während der Durchführung des Reckvorganges an einer Kurvenbahn entlang gleitet, eine aktuelle Reckposition vorgegeben wird. Die Führungsrolle (46) wird vom Sekundärzylinder (45) gegen die Führungsbahn gedrückt. Der Schlitten (44) gleitet entlang von zwei Führungselementen (47) .
Nach einem Schließen der im Bereich von Trägern (48,49) angeordneten Formhälften (35,36) erfolgt eine Verriegelung der Träger (48) relativ zueinander mit Hilfe einer Verriegelungseinrichtung (50).
Zur Anpassung an unterschiedliche Formen des Mündungs- abschnittes (2) ist gemäß Fig. 2 die Verwendung separater Gewindeeinsätze (51) im Bereich der Blasform (34) vorgesehen.
Fig. 3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Blasmaschine, die mit einem rotierenden Heizrad (52) sowie einem rotierenden Blasrad (53) versehen ist. Ausgehend von einer Vorformlingseingabe (54) werden die Vorformlinge (1) von Übergaberädern (55, 56) in den Bereich des Heizrades (52) transportiert. Entlang des Heizrades
(52) sind Heizstrahler (57) sowie Gebläse (58) angeordnet, um die Vorformlinge (1) zu temperieren. Nach einer ausreichenden Temperierung der Vorformlinge (1) werden diese an das Blasrad (53) übergeben, in dessen Bereich die Blasstationen (33) angeordnet sind. Die fertig geblasenen Behälter (13) werden von weiteren Übergaberädern einer Ausgabestrecke (59) zugeführt.
Um einen Vorformling (1) derart in einen Behälter (13) umformen zu können, daß der Behälter (13) Materialeigenschaften aufweist, die eine lange Verwendungsfähigkeit von innerhalb des Behälters (13) abgefüllten Lebensmitteln, insbesondere von Getränken, gewährleisten, müssen spezielle Verfahrensschritte bei der Beheizung und Orientierung der Vorformlinge (1) eingehalten wer- den. Darüber hinaus können vorteilhafte Wirkungen durch Einhaltung spezieller Dimensionierungsvorschriften erzielt werden.
Als thermoplastisches Material können unterschiedliche Kunststoffe verwendet werden. Einsatzfähig sind beispielsweise PET, PEN oder PP .
Die Expansion des Vorformlings (1) während des Orientierungsvorganges erfolgt durch DruckluftZuführung . Die Druckluftzuführung ist in eine Vorblasphase, in der Gas, zum Beispiel Preßluft, mit einem niedrigen Druckniveau zugeführt wird und eine sich anschließende Hauptblasphase unterteilt, in der Gas mit einem höheren Druckniveau zugeführt wird. Während der Vorblasphase wird typischerweise Druckluft mit einem Druck im Intervall von 10 bar bis 25 bar verwendet und während der Hauptblasphase wird Druckluft mit einem Druck im Intervall von 25 bar bis 40 bar zugeführt.
Eine Einwirkung auf die Blasparameter zur Vergleichmäßigung der Eigenschaften der hergestellten Behälter kann in unterschiedlicher Art erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, den Zeitpunkt der Zuführung des Blas- druckes für die Vorblasphase zu verändern. Ebenfalls ist es möglich, den maximal einwirkenden Druck während der Vorblasphase zu adaptieren. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Volumenstrom an Blasluft während der Vorblasphase zu verändern.
Eine andere Möglichkeit zur Parameterbeeinflußung besteht darin, die Zeitspanne zwischen dem Start des Reckvorganges und dem Start der Vorblasphase zu verändern. Schließlich ist ebenfalls daran gedacht, den Zeitpunkt für den Beginn der Hauptblasphase sowie den maximal während der Hauptblasphase wirkenden Druck zu adaptieren.
Vor einer Zuführung der Vorformlinge zur Blasstation ist es möglich, Einfluß auf das Temperaturprofil innerhalb der Vorformlinge sowie den jeweiligen Wärmeinhalt zu nehmen. Werden beispielsweise zunächst die Vorformlinge kontinuierlich temperiert, anschließend aber mindestens zwei Vorformlinge zeitlich gemeinsam zu Behältern umgeformt, so ist es möglich, die aufgrund der kontinuierlichen Beheizung bei gleichzeitiger weiterer Verarbeitung relativ zueinander ungleichmäßigen Wärmeinhalten durch gezielte Einwirkung auf die Vorformlinge vor Beginn eines Blasvorganges zu kompensieren. Die gezielte Einwirkung kann sowohl ein Heizvorgang, ein Kühlvorgang oder eine Kombination aus Heizen und Kühlen sein.
Auch bei der Durchführung des Einstufenverfahrenε ist es möglich, zur Kompensation von ungleichmäßigen Wärmeinhalten oder Wärmeverteilungen aufgrund unterschiedlicher Wartezeiten auf den Blasvorgang oder eine Wiederbeheizung nicht nur eine Einflußnahme auf Parameter im Bereich der Blasstation vorzunehmen, sondern auch eine Einflußnahme auf Parameter im Vorfeld des Blasvorganges durchzuführen. Es wird dabei angestrebt, wenigstens die Ungleichmäßigkeiten zu vermindern. Auch in diesem Fall ist beispielsweise an eine gezielte Beeinflußung des Temperaturprofils durch Heizen oder Kühlen oder an eine Kombination von Heizen und Kühlen gedacht.
Bei einstufigen Blasmaschinen wird das Kunststoff- Granulat (Resin) über eine beheizte Schnecke geschmolzen und unter hohem Druck einer Spritzgießform zur Erstellung von Vorformlingen, eingespritzt. Die Spritzgießform hat z. B. 8 x Kavitäten, angeordnet in einer Reihe. Nach dem Abkühlen der Schmelze, auf etwa 130° bis 150° C, werden die Vorformlinge einer Transporteinrichtung, z.B. einer Kette mit Vorformlings- Halterungen, übergeben. Die übergebenen Vorformlinge haben eine Materialtemperatur von etwa 120° bis 130° C. Nach einer weiteren Abkühlung werden die warmen Vorformlinge (100° bis 110° C) einer Blasstation (z.B. mit 2 x Blasformen in einer Reihe) , in der sie zu Kunst- stoffbehältern aufgeblasen, geformt und gekühlt werden, übergeben. Das Blasen und Kühlen der Kunststoffbehälter ist in der Prozesszeit erheblich kürzer im Vergleich zur Zykluszeit des Spritzgießprozesses. Der Spritzgieß- prozess ist gegenüber der Blasprozesszeit etwa um das 5- bis 8-fache länger.
Qualitativ hochwertige Kunststoffbehälter können insbesondere dann erstellt werden, wenn die Vorformlinge zyklisch, d.h. gruppenweise verarbeitet werden, um an jedem Vorformling die gleiche Temperaturentwicklung zu erreichen. Durch die gruppenweise und temperaturstabile Übergabe der Vorformlinge an die Blasstation wird die Produktionsleistung der einstufigen Blasmaschinen durch den Spritzgießprozess begrenzt.
Werden die Vorformlinge z. B. paarweise der Blasstation übergeben, wird die Produktionsleistung bei einer Gruppe von z. B. 8 x Vorformlingen um das 4 -fache gesteigert. Hierbei hat man jedoch das Problem, daß die seriell der Blasstation übergebenen Vorformlinge ohne Kompensationsmaßnahmen unterschiedlich in der Temperaturverteilung sind. Dies bewirkt, daß sich jede der Teilgruppen, infolge der Kunststoff-Temperatur- Abweichungen, unterschiedlich im Blasvorgang entwik- kelt, was zu extremen Qualitätsabweichungen führt. Dieses negative Prozessverhalten durch die unterschiedliche Temperatur der Vorformlinge ist besonders gravierend bei komplizierten Kunststoffbehältern. Durch die bereits beschriebenen Kompensationsmaßnahmen können diese Nachteile vermindert werden.
Ebenfalls ist es möglich, um die thermischen Unterschiede der z.B. paarweise an die Blasstation übergebenen Vorformlinge zu kompensieren, den Blasprozess für jede Vorformlings-Teilgruppe gesondert im Blasprozess zu steuern und zu regeln. Dies kann erreicht werden, indem man mit einem Pyrometer die Temperatur jeder Vor- formlingsuntergruppe vor der Übergabe an die Blasstation erfaßt und den Temperaturmeßwert zur Veränderung der Blasprozess-Parameter aktiviert. Außerdem können auch die erforderlichen Blasprozess-Parameter nach einer festgelegten Strategie für jede Vorformlings-Teilgruppe gestuft geändert werden.
Durch das gezielte Beeinflussen der involvierten Blasprozess-Parameter wird erreicht, daß jede Vorformlings-Teilgruppe, z.B. paarweise, zu qualitativ hochwertigen Kunststoffbehältern geblasen wird. Die aktive Steuerung der Blasprozess-Parameter kann für jede Untergruppe der Vorformlinge mit einer Computersteuerung in Verknüpfung mit der oben beschriebenen Temperaturmessung oder einer festgelegten Strategie erfolgen.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des einstufigen Verfahrens zur Behälterherstellung weist die Vorrichtung zur Blasformung von Behältern ein Transportrad (21) auf, das ringartig konstruiert ist. Das Transportrad (21) ist rotationsfähig angeordnet und weist entlang seines Umfanges Halteeinrichtungen (2) für Formlinge auf. Entlang des Transportrades (21) sind eine Heizeinrichtung (3) sowie eine Blasstation (4) angeordnet. Bei der dargestellten Darstellungsform weist die Blasstation (4) zwei Kavitäten (5) auf, insbesondere ist jedoch an die Verwendung von drei oder mehr Kavitaten gedacht. Gemäß einer typischen Dimensionierung sind vier Kavitaten vorgesehen.
Die Blasstation (4) besteht aus Formträgern (6) , die Blasformhälften (7,8) haltern. Die Formträger (6) sind relativ zueinander positionierbar, um ein Öffnen und Schließen der Blasstation zu ermöglichen.
Die Heizeinrichtung (3) besteht aus Heizkästen (9), die in einer Transportrichtung (10) hintereinander angeordnet sind. Die Heizkästen (9) können offen oder tunnelartig konstruiert sein. Gemäß einer typischen Ausführungs orm weisen die Heizkästen (9) Infrarot- Strahler sowie Kühlgebläse (11) auf. Den Heizkästen (9) gegenüberliegend können Reflektoren (12) angeordnet werden .
Die fertiggeblasenen Behälter (13) werden im Bereich einer Entnahme (14) vom Transportrad (21) zu einer Ausgabeeinrichtung (15) übergeben. Im Bereich einer Eingabe (16) werden die Vorformlinge (1) dem Transportrad
(21) zugeführt.
Bei einer Kombination der Blaseinrichtung mit einer Spritzeinrichtung (18) zu einer Gesamtvorrichtung gemäß dem Einstufenverfahren ist es insbesondere vorteilhaft, einen Zwischenspeicher (19) für die Vorformlinge (1) zu verwenden. Der Zwischenspeicher (19) führt zum einen eine Koordinierung von unterschiedlichen Taktzeiten der Spritzeinrichtung (18) sowie der Blaseinrichtung durch, darüber hinaus kann eine Temperaturkonditionierung der Vorformlinge (1) durchgeführt werden. Hinsichtlich der Handhabung der Vorformlinge (1) sowie der Behälter (13) ist insbesondere an einen taktweisen Betrieb der beschriebenen Vorrichtungskomponenten gedacht .

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zur Steuerung einer Behälterformung bei der Herstellung von Behältern aus einem thermoplastischen Material, bei dem mindestens zwei spritzgegossenen Vorformlinge temperiert und zeitlich nacheinander mindestens einer Blasstation zur Blasverformung der Vorformlinge in Behälter zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation eines relativ zueinander ungleichmäßigen Wärmeinhaltes im Material der Vorformlinge (1) mindestens ein Blasparameter bei der Umformung der Vorformlinge (1) zu den Behältern (13) relativ zueinander derart unterschiedlich vorgegeben wird, daß eine Kompensation des ungleichmäßigen Wärmeinhaltes derart erfolgt, daß nach einer Beendigung des Blasvorganges Behälter (13) mit näherungsweise identischer räumlicher Verteilung von Wandmaterial, Orientierungsverlauf und Kristallisationscharakteristik vorliegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Blasverformung zeitlich nacheinander zuerst eine Vorblasphase und anschließend eine Hauptblasphase durchgeführt wird, wobei während der Hauptblasphase ein höherer Blasdruck als während der Vorblasphase erreicht wird und daß als Blasparameter der Druckverlauf verändert wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Blasparameter die Zeitdauer der Vorblasphase verändert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Blasparameter die Zeitdauer der Hauptblasphase verändert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Blasparameter der Umschaltzeitpunkt zwischen der Vorblasphase und der Hauptblasphase verändert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Blasparameter die Reckgeschwindigkeit verändert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Blasparameter der Zeitpunkt des Beginns des Reckvorganges verändert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine unterschiedliche thermische Behandlung der aufeinander folgenden Vorformlinge derart durchgeführt wird, daß trotz des Ablaufes einer relativ zueinander unterschied- liehen Wartezeit der Vorformlinge bis zur Blasverformung beziehungsweise bis zu einem Aufheizen vor der Blasverformung eine näherungsweise gleiche Temperaturverteilung in den Vorformlingen vorliegt .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine im wesentlichen gleiche thermische Behandlung der aufeinander folgenden Vorformlinge durchgeführt wird und daß sich an diese gleiche thermische Behandlung eine weitere thermische Behandlung anschließt, die relativ zueinander unterschiedliche Wartezeiten auf den Beginn der anschließenden Blasverformung näherungsweise kompensiert.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anwendung im Bereich einer einstufigen Herstellung der Behälter durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst N Vorformlinge gleichzeitig spritzgußtechnisch hergestellt, anschließend X x M Vorformlinge gleichzeitig zu Behältern umgeformt werden, wobei X x M = N gilt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung der Veränderung des mindestens einen Blasparameters in Abhängigkeit von einer Erfassung mindestens einer Eigenschaft der Vorformlinge durchgeführt wird.
13. Vorrichtung zur Blasformung von Behältern aus einem thermoplastischen Material, die eine Temperiereinrichtung für spritzgegossene Vorformlinge, mindestens eine Reckeinrichtung für die Vorformlinge sowie mindestens eine Blastation zur Umformung der Vorformlinge in die Behälter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Parameter- Steuerung vorgesehen ist, die mindestens einen den Umformungsvorgang beeinflussenden Parameter für mindestens zwei zeitlich nacheinander verarbeitete Vorformlinge voneinander abweichend vorgibt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, daß die Parametersteuerung als Steuerung für einen Blasdruckverlauf ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Parametersteuerung als Steuerung für den Reckvorgang ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Parametersteuerung als Steuerung zur Vorgabe eines Temperaturprofils der Vorformlinge ausgebildet ist .
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