WO2013004657A2

WO2013004657A2 - Blasmaschine mit druckzylinder mit kraftausgleich für kolbenkompressor

Info

Publication number: WO2013004657A2
Application number: PCT/EP2012/062820
Authority: WO
Inventors: Jochen Hirdina; Heinrich Bielmeier; Konrad Senn; Günter Winkler
Original assignee: Krones Ag
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2013-01-10
Also published as: CN103917354B; CN103917354A; US20140124988A1; EP2729293A2; WO2013004657A3; DE102011106652A1; US9314957B2

Abstract

Blasmaschine zur Blasformung von Kunststoff behältern mit mindestens einer Blaseinheit zum Streckbiasen von Vorformlingen mittels Druckluft, wobei die Blaseinheit einen Kraftausgleich aufweist, derart dass wenigstens ein Teil der auftretenden Kompressionskraft kompensiert wird, wobei die Blaseinheit einen Druckkolben und einen Druckzylinder umfasst.

Description

Blasmaschine mit Druckzylinder mit Kraftausgleich für Kolbenkompressor

Die Erfindung betrifft eine Blasmaschine zur Blasformung von Kunststoffbehältern mit mindestens einer Blaseinheit zum Streckblasen von Vorformlingen mittels Druckluft gemäS dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , sowie ein entsprechendes Verfahren zum Blasformen von Behältern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 16.

In Blasmaschinen zum Streckblasen von Kunststoffbehäitern wird der Behälter aus einem Vor- formling geformt und zu einem Behälter mittels Druckluft ausgeformt. Beim Ausformen eines Behälters wird Druckluft mit Drücken von beispielsweise 25 bis 40 bar benötigt. Diese Druckluft wird typischerweise mittels eines oder mehrerer Hochdruckkompressoren erzeugt. Diese Druckluft ist in der Wertschöpfungskette einer Behälterfertigung, beispielsweise neben Polyethylente- rephthalat (PET) ein wesentlicher Energieverbraucher. Im Zuge eines größeren Energiebe- wusstseins wird nach Möglichkeiten gesucht, den Luftverbrauch zu reduzieren. Verschiedene Druckluft- Recyclingsysteme und spezielle Flaschenformen sind eine Reaktion auf Seiten der Blastechnik im Hinblick auf eine mögliche Reduzierung des Energieverbrauchs.

Es stellt sich jedoch die Frage, ob bei der Erzeugung der Druckluft eine erhebliche Energieeinsparung möglich ist. Um die Effizienz eines Kompressors zur Bereitstellung der Druckluft zu erhöhen, wäre prinzipiell möglich, einen großen Druckkolben zur Verfügung zu stellen, damit die Luft zum Blasen annähernd adiabatisch komprimiert werden kann. Beim Entspannen ginge der Druckkolben dann wieder auf seine Ausgangslage zurück, wodurch rein rechnerisch die Energieeffizienz des Blasprozesses erhöht werden kann. Ein Problem hierbei ist jedoch der hohe Druck, der zum Blasen benötigt wird. Dieser erfordert einen sehr hohen Kraftaufwand für den Druckkolben, besonders in der Endphase der Kolbenkompression. Beispielsweise bei einer Kolbenfläche von 1 dm² wäre die Kompressionskraft etwa 40 kN. Eine derartige Kompressionskraft mit einem entsprechenden Kolben mit einer genügenden Kolbengeschwindigkeit von beispielsweise 10 m/s aufzubringen, wäre sehr schwierig und kostenintensiv. Die Verdichtung der Luft durch den Druckkolben erfolgt im Stand der Technik getaktet. Der benötigte Kraftaufwand zur Komprimierung der Luft steigt bei isothermer Betrachtung nahezu linear an. Daraus ergibt sich, dass die benötigte Kraft zur Komprimierung nicht konstant abgegeben wird, sondern Spitzenbelastungen von Leerphasen abgelöst werden.

Die DE 10 2009 019 008 A1 zeigt ein Verfahren zur Blasformung von Behältern, bei dem ein Vorformling nach einer thermischen Konditionierung innerhalb einer Blasform einer Blasmaschine durch Blasdruck eine Wirkung in dem Behälter umgeformt wird. Dabei wird mindestens ein Teil der innerhalb des geblasenen Behälters gespeicherten pneumatischen Druckenergie in mechanische Antriebsenergie umgeformt.

Angesichts der oben skizzierten Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Effizienz eines Kolbenkompressors innerhalb einer Blasmaschine zur Blasformung deutlich zu erhöhen und somit zur Energiesparung beizutragen. Diese Aufgabe wird mit einer Blasmaschine gemäß dem Patentanspruch 1 sowie mit einem Verfahren zum Blasformen von Behältern gemäß dem Patentanspruch 16 gelöst.

Die Erfindung stellt eine Blasmaschine zur Blasformung von Kunststoffbehältern mit mindestens einer Blaseinheit zum Streckblasen von Vorformlingen (Preforms) mittels Druckluft bereit, wobei die Blaseinheit einen Kraftausgleich aufweist, derart dass wenigstens ein Teil der auftretenden Kompressionskraft kompensiert wird, wobei die Blaseinheit einen Druckkolben und einen Druckzylinder umfasst.

Durch den Kraftausgleich gelingt es, eine gleichmäßigere Antriebsbelastung, wie z. B. Motorbelastung, der Maschine zu erzielen, insbesondere ohne Kraftspitzen.

Die Blasmaschine, wie oben beschrieben, kann ferner einen Fluiddruckspeicher umfassen.

Der Fluiddruckspeicher kann nachfolgend in Kurzform auch als Fluidspeicher bezeichnet werden. Der Fluiddruckspeicher kann etwa mit einer Druckfeder verglichen werden, die ihre Kraft bei der Gaskomprimierung/Kompression abgibt und beim Kolbenrückhub wieder mechanisch gespannt wird. Durch die Blasmaschine mit einem Kraftausgleich mit Fluidspeicher kann eine gleichmäßigere Antriebsbelastung erzielt werden und eine noch größere Verdichtung in der Blasmaschine ist möglich. Falls nötig, kann die Zahl der Druckstufen, d. h. die Zahl der Kolben, reduziert werden.

Die oben beschriebene Blasmaschine kann ferner in ihrem Fluiddruckspeicher einen zweiten Druckkolben in einem zweiten Druckzylinder umfassen, wobei der zweite Druckzylinder zumindest teilweise mit einem Fluid, beispielsweise einer Hydraulikflüssigkeit oder Druckluft, gefüllt sein kann.

Der zweite Druckkolben bewegt sich also in dem zweiten Druckzylinder und spannt oder entspannt das Fluid.

In der Blasmaschine, wie oben beschrieben, kann über das Fluid ferner eine Kompressionskraft dem Kraftausgleich zur Verfügung gestellt werden. Durch das Fluid in dem Fluiddruckspeicher kann also mittels des zweiten Druckkolbens eine Kraft aufgenommen werden oder dem Kraftausgleich wieder zur Verfügung gestellt werden. Dieses geschieht beispielsweise, indem der zweite Druckkolben in dem zweiten Druckzylinder bewegt wird.

Die oben beschriebene Blasmaschine kann ferner in dem Kraftausgleich ein Rad, beispielsweise ein Schwungrad, umfassen, wobei an dem Rad eine Pleuelstange befestigt ist, welche die Kraft des Druckkolbens aufnimmt.

Die Kraft des Druckkolbens, der typischerweise zum Streckblasen des Vorformlings gespannt wird und der, nachdem der Vorformling auf seine vorgegebene Größe aufgeblasen wurde_» wieder entspannt wird, kann also über das Rad auf- bzw. abgegeben werden. Durch die Konstruktion mit dem Rad entsteht der Vorteil, dass die Taktbewegung des Druckkolbens in eine Kreisbewegung des Rades umgesetzt werden kann. Das Rad des Kraftausgleichs der Blasmaschine, wie oben beschrieben, kann dabei ferner mit dem Fluiddruckspeicher verbunden sein. Durch diese Verbindung kann das Rad auf der einen Seite die Kraft des Druckkolbens aufnehmen oder umgekehrt Kraft an den Druckkolben abgeben und ferner den Kolben des Fluiddruckspeichers spannen respektive entspannen. Dabei versteht sich, dass gegebenenfalls zwischen dem Druckkolben und dem Kraftausgleich, beispielsweise dem Rad, ein Antrieb vorgesehen sein kann.

Ferner kann die oben beschriebene Blasmaschine in dem Kraftausgleich einen Ausgleichsbehälter aufweisen, der mit dem zweiten Druckzylinder verbunden ist. Der Ausgleichsbehälter kann ausgebildet sein, zumindest teilweise das Fluid aus dem zweiten Druckzylinder aufzunehmen.

Der Ausgleichsbehälter kann also typischerweise mit dem zweiten Druckzylinder verbunden sein. Der Ausgleichsbehälter ermöglicht ein Speichern des Fluids, wenn der zweite Druckkolben in dem zweiten Druckzylinder gespannt wird. Ebenso kann das Fluid aus dem Ausgleichsbehälter wieder in den zweiten Druckzylinder zurücklaufen, beispielsweise gesaugt werden, wenn der zweiten Druckkolben wieder entspannt wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mittels des Fluids und dem Ausgleichsbehälter eine Speicherung von Druckenergie möglich sein kann.

Der Fluiddruckzylinder innerhalb des Kraftausgleichs der Blasmaschine, wie oben beschrieben, kann als Wasserhydraulik ausgebildet sein, wobei als Hydraulikflüssigkeit im Wesentlichen Wasser verwendet wird. Hierdurch kann es also möglich sein, eine besonders einfache und im Rahmen des Systems unschädliche Hydraulikflüssigkeit bereitstellen zu können. Es ist jedoch ebenso möglich, andere Flüssigkeiten oder Gemische, beispielsweise ein Öl-Wasser-Gemisch, als Hydrauiikflüssigkeit innerhalb der oben beschriebenen Blasmaschine einzusetzen.

In der Blasmaschine, wie oben beschrieben, kann der Druckzylinder in expandiertem Zustand mit Druck beaufschlagt werden. Hierdurch kann die Größe des Druckzylinders kontrolliert werden und der Druckzylinder muss nicht zu groß sein.

Ferner kann eine Blasmaschine, wie oben beschrieben, eine zweite Blaseinheit enthalten, die mit dem Kraftausgleich verbunden ist, wobei die zweite Blaseinheit im Wesentlichen die Eigenschaften aufweisen kann wie oben anhand der ersten Blaseinheit beschrieben.

Dabei kann wenigstens ein Teil der auftretenden Kompressionskraft alternierend in bzw. von der ersten und der zweiten Blaseinheit genutzt werden. Hierdurch kann überschüssige Kompressionskraft von der ersten Blaseinheit in der zweiten Blaseinheit genutzt werden und umgekehrt. Dieser Prozess kann unter Vermittlung des Druckausgleichs wie oben beschrieben geschehen, so dass insbesondere Kraftspitzen vermieden werden können. Dadurch ist es möglich, zwei Blaseinheiten genau aufeinander abzustimmen und durch die Abstimmung einen besonders effizienten Betrieb zu gewährleisten.

In der Blasmaschine, wie oben beschrieben, kann der Kraftausgleich einen passiven und einen aktiven Aktor umfassen, wobei der passive Aktor eine Feder und/oder einen Pneumatikzylinder und/oder einen Hydraulikzylinder umfassen kann und wobei der aktive Aktor einen elektrome- chanischen Zylinder und/oder einen Linearmotor und/oder einen Hydraulikzylinder umfassen kann, wobei der aktive Aktor mit einer Gewindespindel oder einer Kugelrollspindel kombiniert werden kann.

Hierdurch kann die zur Blasformung nötige Kraft in der Blasmaschine in zwei Kraftkomponenten aufgeteilt werden. Dabei kann beispielsweise der passive Aktor den größeren Teil der Kraft aufnehmen. Auf den aktiven Aktor kann dadurch typischerweise ein kleinerer, variabler Kraftanteil entfallen. Hierdurch kann, bei geringerer Leistung gegenüber dem nicht aufgeteilten Fall, der aktive Aktor zum Verdichten eingesetzt werden, wodurch Energie gespart werden kann.

Der Kraftausgleich, wie oben beschrieben, kann eine Kniehebelmechanik umfassen. Insbesondere können der aktive und/oder der passive Aktor in die Kniehebelmechanik eingebaut sein. Ferner kann der Kraftausgleich ein Scherengelenk umfassen. Der aktive und/oder der passive Aktor können dabei in dem Scherengelenk eingebaut sein. Dabei kann das Scherengelenk auch mit der Kniehebelmechanik verbunden sein. Die Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren zum Blasformen von Behältern bereit, welches die Schritte umfasst: Andocken eines Vorformlings an eine Blaseinheit, die einen Druckkolben und einen Druckzylinder umfasst, Streckblasen des Vorformlings zu einem fertigen Behälter mittels Druckluft, Abdocken des fertigen Behälters; wobei wenigstens ein Teil der Kompressionskraft durch einen Kraftausgleich kompensiert wird.

Für die im Verfahren verwendete Blaseinheit mit einem Kraftausgleich gilt das bereits oben Gesagte.

Die Blasmaschine und das Verfahren wie oben beschrieben bieten also die Vorteile der gleichmäßigeren Auslastung des Kolbenantriebs und damit der Energieeinsparung und auch einer möglichen kleineren Dimensionierung des Kolbenantriebs. Hierdurch können Kraftspitzen beim Antrieb verringert oder gar vermieden werden.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen beispielhaft erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 A bis 1 F Prinzipskizze eines Blaszyklus einer Blasmaschine zum Blasformen von Vor- formlingen zu einem fertigen Behälter,

Fig. 2 Skizze einer erfindungsgemäßen Blaseinheit mit einem Kraftausgleich.

Fig. 3 Skizze eines erfindungsgemäßen Fluiddruckspeichers.

Fig. 4 Skizze der Kraftkompensation als Funktion der Verdichtung entsprechend der

Erfindung.

Fig. 5A Skizze einer weiteren Weiterbildung des Kraftausgleichs mit Fluiddruckspeicher entsprechend der Erfindung.

Fig. 5B Skizze des Kraftausgleichs mit Fluiddruckspeicher in einem entspannten Zustand des Fluiddruckspeichers.

Fig. 6 Skizze der resultierenden Kraft als Funktion des Weges des Druckzylinders gemäß der Ausführungsform der Fig. 5A und 5B,

Fig. 7 Skizze einer Blasmaschine Blasformung von Kunststoffbehältern mit zwei Blaseinheiten gemäß einer Weiterbildung der Erfindung. Fig. 8A u. 8B Skizze einer weiteren Weiterbildung des Kraftausgleichs mit einem passiven und einem aktiven Aktor mit einer Hebelmechanik, wobei verschiedene Stufen der Kompression gezeigt sind.

Fig. 9A u 9B Skizze einer weiteren Weiterbildung des Kraftausgleichs mit einem passiven und einem aktiven Aktor und einer Hebelmechanik, wobei verschiedene Stufen der Kompression gezeigt sind.

Fig. 10A u. 10B Skizze einer weiteren Weiterbildung des Kraftausgleichs mit einem passiven und einem aktiven Aktor und einer Hebelmechanik, wobei verschiedene Stufen der Kompression gezeigt sind.

Die Fig. 1A bis 1 F zeigen einen Blaszyklus, wie er beispielsweise in einer Blasmaschine zur Blasformung von Kunststoffbehältern mit mindestens einer Blaseinheit auftritt.

In Fig. 1A ist gezeigt, dass ein Vorformling (Preform) 10A an die Blaseinheit angedockt wird. Der Vorform ling 10A kann beispielsweise aus PET oder einem anderen geeigneten Material sein. Die gezeigte Blaseinheit umfasst ferner einen Druckzylinder 4, in dem ein Druckkolben 5 bewegt werden kann. Ober eine Zuführpumpe 9 kann bei entspanntem Druckkolben 5 Druckluft/Pressluft in den Druckkolben 5 geleitet werden. Auf der Seite der Zuführpumpe 9 befindet sich ein Ventil 2A. Auf der Seite des angedockten Vorformlings 10A befindet sich ein Ventil 2B. Das Ventil 2A kann geöffnet werden und der Druckzylinder kann mit Vordruck aufgefüllt werden. Der Vordruck kann etwa 4 bis 12 bar betragen.

Fig. 1 B zeigt den nächsten Schritt. Im nächsten Schritt wird das Ventil 2B geöffnet und, durch den Vordruck im Druckzylinder, der Vorformling 10A zur Vorblasflasche 10B aufgeblasen.

In Fig. 1 A bis 1 F sind keine Vorblasformen zur Formung der zu blasenden Vorformlinge 10A gezeigt. Die in diesen Figuren gezeigten Einheiten sind Vorblasflaschen.

Die Fig. ^"I C zeigt den nächsten Schritt des Blaszyklus. Das Ventil 2A wird geschlossen, so dass kein weiterer Druck durch die Zuführpumpe mehr in den Druckzylinder 4 gefüllt wird. Der Kolben des Druckzylinders 4 wird gespannt, wodurch der Druck im System erhöht wird. Entsprechend, da das Ventil 2B geöffnet ist, wird der Druck in der Vorblasflasche 10B weiter erhöht, so dass sie sich zur Vorblasflasche 10C aufweitet. In der Fig. 1 D ist gezeigt, dass der Druckzylinder 4 mit Druckkolben 5 praktisch vollständig gespannt ist. Dadurch ist die Vorblasflasche jetzt zu einer Flasche mit Fertigblasdruck aufgeblasen. Diese Flasche mit Fertigblasdruck wird mit dem Bezugszeichen 10D bezeichnet.

In der Fig. 1 E ist gezeigt, dass ein Teil des Drucks aus der Flasche 10D zurück in das mechanische System des Druckzylinders 4 und des Druckkolbens 5 gegeben wird. Ein Teil des Überdrucks in der Flasche wird also an das System zurückgeführt.

In der Fig. 1 F wird das Ventil 2B geschlossen. Der Druckkolben 5 ist im Druckzylinder 4 wieder in seiner Ausgangsposition gelangt. Die fertige Flasche 10F wird von der Blaseinheit abgedockt und kann zu weiteren Fertigungsschritten übergeben werden.

Die Fig. 2 zeigt an einer Blaseinheit 30A einen Vorformling 1 A in einer Blasform 1 . Die Blasform 1 wird von einer Halterung (nicht gezeigt) mit einem Ventil 2 gehaltert. Oberhalb des Ventils 2 befindet sich eine Reckeinheit 3. Die Reckeinheit 3 mit dem Ventil 2 sowie der Halterung mit dem Vorformling 1A sind an einem Druckzylinder 4 mit Druckkolben 5 angeschlossen. Druckzylinder 4 und Druckkolben 5 können dabei dem Druckzylinder 4 und Druckkolben 5 aus Fig. 1 A bis 1 F entsprechen. Ferner besitzt der Druckzylinder 4 der Blaseinheit 30A eine Niederdruck- Luftleitung 8. Die Niederdruck-Luftleitung 8 besitzt ein Ventil 8A. Die Ventile 2 sowie 8A können in ihrer Funktionsweise den Ventilen 2A und 2B aus Fig. 1 A bis 1 F entsprechen. Fig. 2 zeigt ferner einen Antrieb 6 für den Druckzylinder 4 mit Druckkolben 5. Der Antrieb 6 kann dabei ein geeigneter motorischer Antrieb sein, der in der Lage ist, eine Kraft auf die Druckkolben 5 in Druckzylinder 4 auszuüben, also den Druckkolben 5 im Druckzylinder 4 zu spannen oder den Druckkolben 5 im Druckzylinder 4 wieder zu entspannen. Der Antrieb 6 ist ferner verbunden mit einem Kraftausgleich 7, welcher geeignet ist, eine Kompressionskraft, die über den Druckkolben 5 aufgenommen wird, aufzunehmen, respektive auszugleichen.

Fig. 3 zeigt einen Fluiddruckspeicher 50. Dieser ist beispielhaft als Hydraulikdruckspeicher ausgebildet. Dieser Hydraulikdruckspeicher 50 kann im Kraftausgleich 7 enthalten sein. Ferner ist es möglich, dass der Hydraulikspeicher 50 separat mit dem Kraftausgleich 7 verbunden sein kann. Der Hydraulikdruckspeicher 50, wie in Fig. 3 gezeigt, umfasst ein Füllventil 51 für ein Füllgas wie z. B. Stickstoff. Eine Stickstofffüllung 52 bildet ein Gasbündel 52. Das Gasbündel 52, etwa Stickstoffgas, kann den Hydraulikdruckkolben 53, welcher zusätzlich Dichtungen 53A besitzt, innerhalb des Hydraulikdruckspeichers 50 bewegen. Der Hydraulikdruckkolben 53 arbeitet gegen eine Hydraulikflüssigkeit 54, die in Fig. 3 im unteren Teil dargestellt ist. Der Hydraulikdruckspeicher 50 besitzt einen Hydraulikanschluss 55. Über die hydraulische Seite des Hydrau- likdruckspeichers 50 mit Hydraulikdruckzylinder 56 kann eine Kraft übertragen werden. Der Druck wird über das Stickstoffbündel 52 zur Verfügung gestellt.

Die Fig. 4 zeigt beispielhaft den Kraftaufwand gegenüber der Verdichtung für den Normalfall 1 11 für die Weiterbildung wie in Figur 3 gezeigt. Durch den Kraftausgleich entsprechend des Hydraulikdruckspeichers 50, wie in Fig. 3 beschrieben, können die Felder 112a und 1 12b entsprechend dem durch das Bezugszeichen 1 12 angedeuteten Kraftausgleich ausgeglichen werden. Die resultierende Kraft ist dabei typischerweise eine Kraft, die eine gleichmäßige Antriebsbelastung darstellt und deutlich weniger oder gar keine Kraftspitzen mehr beinhaltet. Die Kurve 1 11 wird beispielsweise viele Male zyklisch durchlaufen. Ohne Kompensierung würden große Kraftschwankungen, also Kraftspitzen, auftreten. Die Kurve 1 1 1 wäre also beispielsweise stark gezackt. Durch die Kraftkompensation können, wie die Kurve 1 13 beispielhaft gezeigt_» die Kraftspitzen stark geglättet werden und eine gleichmäßige Kraft als Funktion der Verdichtung kann bereitgestellt werden.

Die Fig. 5Ä und 5B zeigen eine weitere Weiterbildung des Kraftausgleichs 7 mit einem Flu- iddruckspeicher 16. Dabei zeigen die Fig. 5A und 5B unterschiedliche Kompressions-, also Spannungsphasen, eines Druckzylinders 15, der als zweiter Druckzylinder bezeichnet wird, und des Fluiddruckspeichers 16. In den Figuren 5A und 5B ist der Fluiddruckspeicher beispielhaft als Hydraulikdruckspeicher ausgebildet. Der Fluiddruckspeicher 16 kann dabei beispielsweise zumindest teilweise mit einer Hydraulikflüssigkeit als Fluid gefüllt. Ebenso ist es aber möglich, den Fluiddruckspeicher 16 mit einem anderen Fluid, beispielsweise mit Druckluft zu füllen.

Fig. 5A zeigt ein Rad 11 , das beispielsweise ein Schwungrad sein kann. Dieses Rad 1 1 kann über eine Pleuelstange 12 mit der Blaseinheit, wie in Fig.2 skizziert, verbunden sein. Das heißt, die Pleuelstange 12 kann mit dem Antrieb 6 geeignet verbunden sein, um über den Antrieb 6 eine Kraft an den Druckzylinder 4 mit seinem Druckkolben 5 abzugeben zu können. Die Pleuelstange 12 kann ein- oder mehrteilig sein. In Fig. 5A und 5B ist die Pleuelstange 12 beispielsweise zweiteilig skizziert. Die Pleuelstange 1 ist typischerweise nahe dem Umfang des Rads 1 1 befestigt. Die Befestigung der Pleuelstange 12 oder zumindest des ersten Elements der Pleuelstange 12 ist dabei beispielsweise beweglich ausgebildet. Ferner ist das Rad 11 mit dem Fluiddruckspeicher 16 verbunden. Der Fluiddruckspeicher 16 umfasst den Druckkolben 13, der als zweiter Druckkolben bezeichnet wird. Der zweite Druckkolben 13 kann sich in dem zweiten Druckzylinder 15 bewegen. Beispielsweise kann der zweite Druckzylinder 15 ein Hydraulikdruckzylinder sein. Es ist ebenso möglich (hier nicht gezeigt), dass der zweite Druckzylinder 15 einen Pneumatikdruckzylinder umfasst. Die Kraftrichtung des zweiten Druckkolbens 13 inner- halb des zweiten Druckzylinders 15 ist beispielhaft durch einen Pfeil mit dem Buchstaben F_H angedeutet. Die durch den Pfeil F_H angedeutete Kraftrichtung in Fig. 5A ist beispielsweise für das Entspannen des zweiten Druckzylinders 15 maßgebend ist. Entsprechend ist für das Spannen des zweiten Druckzylinders 15 die entgegen gesetzte Richtung in Bezug auf den Pfeil F_H maßgeblich. Der zweite Druckzylinder 15 beinhaltet ferner ein Fluid, beispielsweise eine Hydraulikflüssigkeit 14a. Die Hydraulikflüssigkeit 14a kann durch den zweiten Druckkolben 13 innerhalb des zweiten Druckzylinders 15 des Fluiddruckspeichers 16 komprimiert werden. Ferner ist der zweite Druckzylinder 15 mit einem Ausgleichsbehälter 14 verbunden. Der Ausgleichsbehälter 14 ist beispielsweise ausgebildet_» beim Spannen des zweiten Druckzylinders 15 das Fluid, also beispielsweise die Hydraulikflüssigkeit 14A aus dem zweiten Druckzylinder 15 aufnehmen zu können.

Fig. 5B zeigt die Weiterbildung der Fig. 5A in dem Zustand, in dem der Fluiddruckzylinder 15 eine maximale Menge an Fluid, also beispielsweise Hydraulikflüssigkeit 14a, aus dem Ausgleichsbehälter 14 aufgenommen hat.

Der zweite Druckkolben 13 ist dabei praktisch maximal zurückgezogen, d.h. der zweite Druckkolben 13 ist bezüglich des zweiten Druckzylinders 15 in Endlage. Gleichzeitig wird die größtmögliche Kraft in Richtung der Blaseinheit (hier nicht gezeigt) abgegeben, wie durch den senkrechten Pfeil F angedeutet.

An die Blaseinheit (hier nicht gezeigt) wird also entsprechend dem in Fig. 5B gezeigten Zustand im Wesentlichen die maximal mögliche Kraft aus dem Kraftausgleich 7 abgegeben. Dazu ist die Pleuelstange 12 im Wesentlichen gestreckt. Die Pleuelstange 12 kann auch mehrteilig sein. Im Falle einer mehrteiligen Pleuelstange 12 bilden alle Teile der Pleuelstange 12 im Wesentlichen eine gerade Linie. Der zweite Druckkolben 13 ist auf der dem zweiten Druckzylinder 15 abgewandten Seite an dem Rad 1 1 beweglich befestigt. Der zweite Druckkolben 13 ist ebenfalls nahe dem Umfang des Rads 1 1 befestigt. Diese Befestigung ähnelt der Befestigung der Pleuelstange 12, kann aber typischerweise an einem von der Befestigung der Pleuelstange 12 deutlich entfernten Punkt nahe des Umfangs des Rads 11 vorgenommen sein.

Ferner besitzt der Fl uiddruckspe icher 16 eine weitere Aufhängung 19. Die Aufhängung 19 kann, wie in Figur 5B angedeutet, beispielsweise auf der geschlossenen Seite des zweiten Druckzylinders 15 vorgesehen sein. Mit Hilfe der Aufhängung 19 kann der Fluiddruckzylinder 16 in geeigneter Weise der Bewegung des Rads 1 1 folgen kann. Es versteht sich, dass weitere bewegliche Aufhängungen der in den Fig. 5A und 5B skizzierten Elemente möglich sind. Die Fig. 6 zeigt beispielhaft die Kraft als Funktion des Weges entsprechend der Weiterbildung der Fig. 4, 5A und 5B.

Die Kurve 101 der Fig. 6 zeigt beispielhaft die nicht kompensierte Kompressionskraft im Druckzylinder 4. Die Kurve 102 zeigt beispielhaft die vom Kraftausgleich 7 bereitgestellte Kraft. Dabei ist bei der Darstellung in Fig. 6 zu beachten, dass die hier skizzierte Ordinate einen Doppelpfeil trägt und der Nullpunkt sich etwa in der Mitte der Ordinate befindet.

Der Kraftausgleich 7 entsprechend der Kurve 102 kompensiert die Kompressionskraft des Druckzylinders 101. Die resultierende Kraft, also die Summe aus den Kräften entsprechend der Kurven 101 und 102, ist beispielhaft durch die Kurve 103 dargestellt. Durch die entsprechende Wahl der Anordnung von Pleuelstange 12, Rad 11 , Druckkolben 5 und Fluiddruckspeicher 16 kann die resultierende Kraft, wie beispielhaft in Fig. 6 skizziert, beispielsweise unter 2 % der Maximalkraft des Druckkolbens 5 gehalten werden. Die Maximalkraft des Druckkolbens 5 ist in Fig. 6 beispielhaft durch das Maximum der Kurve 101 am rechten Rand der Grafik dargestellt. Entsprechend kann der Antrieb der Ausbildung der Fig. 4 bis 6 nicht mehr für eine Kraft von beispielsweise 40 kN ausgelegt werden müssen, sondern es würde beispielhaft eine Kraft von nur noch rund 1 kN ausreichen.

Fig. 7 zeigt eine weitere Weiterbildung der Blasmaschine mit einer zweiten Blaseinheit 30B zusätzlich der ersten Blaseinheit 30A. Die Blaseinheiten 30A und 30B sind mit einem Kraftausgleich 17 verbunden. Der Kraftausgleich 17 kann ähnlich ausgebildet sein wie der Kraftausgleich 7, der bereits oben beschrieben wurde. Die Blaseinheiten 30A und 30B können im Wesentlichen gleich sein, Fig. 7 zeigt, dass in der Blaseinheit 30A ein Vorformling 1 A noch nicht geblasen ist. Hingegen ist in der Einheit 30B eine fertige Flasche 1 B in der Blasform 1 geblasen. Der Druckkolben 5 des Druckzylinders 4 der Einheit 30B ist dabei im Wesentlichen vollständig gespannt. Ein Teil der in der einen Einheit, hier 30A, frei werdende Kompressionskraft kann über den Antrieb 6 der Einheit 30A und dem entsprechenden Antrieb 6 der anderen Einheit 30B zur Verfügung gestellt werden und umgekehrt. Der Kraftausgleich 17 sorgt dabei für eine weitere Glätung der Kraft, die zwischen den beiden Blaseinheiten 30A und 30B alternierend bereitgestellt werden kann. Es wäre ebenso denkbar, dass die beiden Blaseinheiten 30A und 30B mit einer Druckverbindung beispielsweise einem Rohr verbunden sind, jedoch jede der Einheiten 30A und 30B einen eigenen Kraftausgleich besitzt (hier nicht gezeigt).

In Figuren 8A und 8B ist eine weitere Weiterbildung der Blasmaschine gezeigt. Wie bereits in Figuren 4 und 6 angedeutet, ist der Kraftanstieg bei Verdichten und Blasformen bei direktem Antrieb sehr hoch. Das hei St, am Ende der Verdichtung müsste eine sehr hohe Kraft aufgebracht werden wodurch ein sehr großer Antrieb erforderlich wäre.

Die gesamte Kraft_» die in Figuren 4 und 6 gezeigt ist, kann in zwei Kraftkomponenten aufgeteilt werden. Dabei ist die Aufteilung derart, dass ein möglichst großer Anteil einem Kraftverlauf eines passiven Aktors entspricht und nur noch ein kleiner variabler Kraftanteil durch einen Antrieb aufgebracht werden muss. Der größere Anteil der gesamten Kraft kann mit Hilfe eines passiven Aktors, beispielsweise einer Feder und/oder einem Pneumatikzylinder und/oder einem Hydraulikzylinder aufgebracht werden. Es versteht sich, dass diese Elemente auch in beliebigen Kombinationen als passiver Aktor eingesetzt werden können. Dazu ist nur noch ein Antrieb mit geringer Leistung als aktiver Aktor zum Verdichten erforderlich.

Figur 8A zeigt eine Kniehebelmechanik 70 mit der die Kraft am Druckzylinder 4 in einen gleichmäßigen Verlauf für die Antriebsmechanik 70 umgelenkt werden kann, beispielsweise in Figur 4 dargestellt. Der größere Anteil der Antriebskraft wird durch einen passiven Aktor, beispielsweise einen Hydraulikzylinder / Pneumatikzylinder 75 oder eine Feder aufgebracht. Der verbleibende, variable Anteil kann durch einen aktiven Aktor realisiert werden, beispielsweise durch einen elektromechanischen Zylinder, einen Antrieb M in Form eines Rotations- oder Servomotors 71 , oder durch einen weiteren Hydraulikzylinder. Für den aktiven Aktor kann der Antrieb M mit einer Gewindespindel oder Kugelrollspindel 73 kombiniert werden. Das Bezugszeichen 73 bezeichnet eine Gewindespindel oder Kugelrollspindel mit zugehörigem (Bewegungs-)Gewinde.

Figur 8A zeigt Stützen/Befestigungen 72L, 72R und 72T. Dabei sind der Pneumatikzylinder /Hydraulikzylinder 75, die Gewindespindel 73 und ein Rotations- oder Servomotor 71 zwischen den Stützen 72L und 72R befestigt. Figur 8A zeigt ferner mit dem Bezugszeichen 76 ein Gleitlager. Das Gleitlager dient zur Führung einer Stange 76S. Die Kniehebelmechanik 70 ist in Figur 8A in der Startposition gezeigt, bei der der Pneumatikkolben/Hydraulikkolben des Pneumatikzylinders/Hydraulikzylinders ganz heraus geschoben ist.

Figur 8B zeigt dieselben Elemente wie in Figur 8A. Dabei wird allerdings die Kniehebelmechanik 70 in der Stellung gezeigt, bei der im Druckzylinder 4 der Kolben 5 maximal nach unten geschoben ist, also der höchste Druck zur Blasformung erzeugt wird.

Figur 9A zeigt eine weitere Weiterbildung der Antriebsmechanik 70, wie sie bereits anhand von Figuren 8A und 8B diskutiert wurde. Die in Figur 9A dargestellte Mechanik 80 zeichnet sich dadurch aus, dass geringere Stützkräfte in das umgebende Gehäuse eingeleitet werden. Der Hydraulik/Pneumatikzylinder 75 und der Aktor für den Antrieb befinden hierbei zwischen einem Scherengelenk 80. Der passive Aktor in Form des Pneumatikzylinder oder Hydraulikzylinder 75 befindet sich zwischen den Punkten C und D des Scherengelenks 80. Der aktive Aktor befindet sich zwischen den Punkten A und B des Scherengelenks 80. Der Antrieb M kann in Form eines einen weiteren Hydraulikzylinders/Pneumatikzylinder 79 oder in Form eines Motors, beispielsweise eines Linearmotors realisiert werden. Das Bezugszeichen 74 bezeichnet eine Gewindespindel oder Kugelrollspindel, die mit dem Antrieb M kombiniert werden kann.

Wie bereits anhand der Figuren 8A und 8B erläutert, ist die Wahl und Kombination der Elemente, die den passiven Aktor bilden, hier Pneumatikzylinder/Hydraulikzylinder 75 oder Feder auf der einen Seite und den Elementen die den aktiven Aktor bilden, d.h. der Antrieb hier als Rotations- oder Servomotor 71 , oder als Linearmotor oder einen Hydraulik/Pneumatikzylinder 79, wählbar. Insbesondere können diese Elemente auch in einem gemeinsamen Aktorelement eingegliedert sein. Fig. 9A zeigt die Kniehebelmechanik 80 in der Startposition, bei der der Pneumatikkolben/Hydraulikkolben des Pneumatikzylinders/Hydraulikzylinders 75 ganz heraus geschoben ist. Dabei ist der Kolben 5 im Druckzylinder 4 vorgespannt. Fig. 9B zeigt die Mechanik 80 in der Stellung, bei der Kolben 5 im Druckzylinder 4 vollständig herunter geschoben ist, also der höchste Blasdruck zur Blasformung erzeugt wird. Dabei ist der Stempel des Pneumatikkolben/Hydraulikkolbens 75 maximal hinein geschoben.

Das Prinzip der in den Figuren 8A, 8B, 9A und 9B dargestellten Beispiele ist wie folgt. Mit den Bezugszeichen 71 und 73, respektive 79 und 74 wird ein Antrieb beschrieben, der ausgebildet ist, maßgeblich alleine die Bewegung des Kolbens 4 zu steuern. Ohne Kraftkompensation würde je nach Kompression der Blasluft im Zylinder 4 sehr viel Kraft (Leistung) zur Kompression benötigt. Dies wäre von der Stellung des Kolbens 5 abhängig. Durch den Einsatz eines Kniehebels, vergleiche Figuren 8A und 8B, kann die maximale benötigte Kraft gesenkt werden, da durch die Hebelgesetze das übertragbare Moment zum Zeitpunkt der größten Kompression am größten ist. Steht der Kniehebel in einem sehr großen Winkel, sind durch die Hebelgesetze nur kleinere Momente (Kräfte) übertragbar. Allerdings werden diese dann auch nicht benötigt, weil zu diesem Zeitpunkt weniger Kompression vom Kolben 5 geleistet werden muss.

Durch die zusätzliche Maßnahme des Einsatzes eines Kolbens 75, vergleiche Figuren 8A und 8B, kann die Kraft vom Antrieb M nochmals in ihrer Gesamtheit gesenkt werden. Der Kolben 75 wird in diesem Ausführungsbeispiel auf seiner rechten Seite mit einem konstanten Druck beaufschlagt, beispielsweise durch einen Anschluss an einen großen Drucklufttank. Die linke Seite ist drucklos, also an die Atmosphäre angeschlossen. Dadurch wirkt auf den Kolben 5 praktisch konstant eine Kraft. Meistens wirkt zusätzlich ständig von unten durch die komprimierte Blasluft eine weitere Kraft auf den Kolben 5. Dies bewirkt einen Kraftausgleich zwischen dem Kolben 75 und dem Kolben 5, im Idealfall (in fast allen Betriebszuständen) sogar einen vollständigen Kraftausgleich, so dass der Antrieb 71 respektive 79 nur noch die Bewegung durchführen muss, aber dies mit nur sehr wenig Leistung.

Lediglich für den Fall, dass eine Flasche platzt, kommt eine weitere Betrachtung hinzu, da dann der oben beschriebene Betriebszustand nicht aufrecht erhalten werden kann. Für diesen Fall kann aus dem Zylinder 4 komprimierte Luft nach unten zur Blasform hinausströmen. Für diesen Fall soll ein Ventil geschalten werden, welches die rechte Seite des Kolbens 75 entlüftet und insbesondere ein weiteres Ventil, welches die Druckluftzufuhr vom Tank unterbindet.

Der passive Aktor kann auch eine Feder sein kann, die jedoch eine ungleichförmige Kraft bereit stellen würde. Es würde sich auch ein Gewicht als Ersatz für den Kolben 75 eignen, dabei müss- te jedoch die Größe des Gewichts in Relation zur Größe der Vorrichtung gewahrt bleiben.

Die Figuren 10A und 10B zeigen eine weitere Weiterbildung gegenüber den Varianten, wie sie in den Figuren 8A, 8B sowie 9A und 9B gezeigt sind. In der gezeigten Mechanik 90 in Figuren 9A und 9B ist jeweils der aktive Teil des Aktors durch eine Kurvenrolle 77 und eine Kurvenbahn 78 realisiert. Diese Ausführungsform ist dann vorteilhaft, wenn die Mechanik 90 in einem Rundläufer eingesetzt wird. Figur 10A zeigt wiederum den Zustand, in dem der Pneumatikkolben/Hydraulikkolben 75 ganz heraus geschoben ist, während der Kolben 5 im Druckzylinder 4 vorgespannt ist. Figur 10B zeigt den Zustand, bei der Kolben 5 im Druckzylinder 4 vollständig herunter geschoben ist, also der höchste Blasdruck erzeugt wird. Dabei ist der Stempel des Pneumatikkolben/Hydraulikkolbens 75 maximal hinein geschoben. In Figur 1 0B ist die der Kurvenbahn 78 folgende Kurvenrolle 77 an einem tiefsten Punkt angekommen.

In dem oben gezeigten Systemen in den verschiedenen Ausführungsformen muss darauf geachtet werden, dass Ventile der Blaseinheiten insbesondere beim Anfahren einen Notstopp besitzen können. Dieser Notstopp muss garantieren, dass gegebenenfalls der Druck durch Öffnen der Ventile aus dem System abgelassen werden kann, insbesondere wenn beispielsweise ein Druckkolben in einem Druckzylinder sich nicht weg bewegen kann.

Es versteht sich, dass in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen genannte Merkmale sich nicht auf die speziell in den Figuren gezeigten Kombinationen beschränken, sondern auch in beliebigen anderen Kombinationen möglich sein können.

Claims

Patentansprüche

1. Blasmaschine zur Blasformung von Kunststoffbehältern mit mindestens einer Biaseinheit (30A) zum Streckblasen von Vorform lingen (10A) mittels Druckluft;

dadurch gekennzeichnet, dass

die Blaseinheit (30A) einen Kraftausgleich (7, 17) aufweist, derart dass wenigstens ein Teil der auftretenden Kompressionskraft kompensiert wird;

wobei die Blaseinheit (30A) einen Druckkolben (5) und einen Druckzylinder (4) umfasst.

2. Blasmaschine nach Anspruch 1, wobei der Kraftausgleich (7, 17) einen Fluiddruckspeicher (16) umfasst.

3. Blasmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Fluiddruckspeicher (16) einen zweiten Druckkolben (13, 53) in einem zweiten Druckzylinder (15, 50) umfasst, wobei der zweite Druckzylinder (15, 50) zumindest teilweise mit einem Fluid (14A, 54), beispielsweise einer HydraulikfIüssigkeit (14A, 54) oder Druckluft, gefüllt ist.

4. Blasmaschine nach Anspruch 3, wobei über das Fluid (14A, 54) eine Kompressionskraft dem Kraftausgleich (7, 17) zur Verfügung gestellt wird.

5. Blasmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der zweite Druckkolben (53) durch Druck aus einem Gasbundel (52), beispielsweise Stickstoff, beaufschlagt wird.

6. Blasmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 4, wobei der Kraftausgleich (7, 17) ein Rad (11 ), beispielsweise ein Schwungrad, umfasst, wobei an dem Rad (1 1 ) eine Pleuelstange (12) befestigt ist, welche die Kraft des Druckkolbens (5) aufnimmt.

7. Blasmaschine nach Anspruch 6, wobei das Rad (11 ) mit dem Fluiddruckspeicher (16) verbunden ist.

8. Blasmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 3 - 7, wobei der zweite Druckzylinder (15, 50) als Wasserhydraulik ausgebildet ist_» wobei als Hydraulikflüssigkeit (14A, 54) im Wesentlichen Wasser verwendet wird.

9. Blasmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 8, wobei der Druckzylinder (4) im expandierten Zustand mit Druck beaufschlagt wird.

10. Blasmaschine nach Anspruch 1 , mit einer zweiten Blaseinheit (30B), die mit dem Kraftausgleich (7, 17) verbunden ist, die zweite Blaseinheit (30B) entsprechend den Ansprüchen 2 und 10, wobei wenigstens ein Teil der auftretenden Kompressionskraft alternierend in der ersten und in der zweiten Blaseinheit (30B) genutzt wird.

1 1. Blasmaschine nach Anspruch 1 , wobei der Kraftausgleich (7, 17} einen passiven und/oder einen aktiven Aktor umfasst, wobei der passive Aktor eine Feder und/oder einen Pneumatikzylinder und/oder einen Hydraulikzylinder (75) umfasst und wobei der aktive Aktor einen elektromechanischen Zylinder und/oder einen Linearmotor (71 ) und/oder einen Hydraulikzylinder und/oder Pneumatikzylinder (79} umfasst, wobei der aktive Aktor mit einer Gewindespindel oder einer Kugelrollspindel (73, 74) kombinierbar ist.

12. Blasmaschine nach Anspruch 1 1 , wobei der Kraftausgleich (7, 17) eine Kniehebelmechanik (70) umfasst.

13. Blasmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 1 oder 12, wobei der Kraftausgleich (7, 17) ein Scherengelenk (80, 90) umfasst.

14. Verfahren zum Blasformen von Behältern mit den Schrilen

Andocken eines Vorformlings (10A) an eine Blaseinheit (30 A), die einen Druckkolben (5) und einen Druckzylinder (4) umfasst;

Streckblasen des Vorformlings (10A) zu einem fertigen Behälter (10F) mittels Druckluft; Abdocken des fertigen Behälters (10F);

gekennzeichnet durch

Kompensieren wenigstens eines Teils der Kompressionskraft durch einen Kraftausgleich

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Kraftausgleich (7, 17) einen Fluiddruckspeicher (16) umfasst.

16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei der Fluiddruckspeicher (16) einen zweiten Druckkolben (13) in einem zweiten Druckzylinder (15) umfasst, wobei der zweite Druckzylinder (15) zumindest teilweise mit einem Fluid (14A), beispielsweise einer Hydraulikflüssigkeit (14A, 54) oder Druckluft, gefüllt ist. 17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei über das Fluid (14A) eine Kompressionskraft dem Kraftausgleich (7,

17) zur Verfügung gestellt wird.

18. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 16 oder 17_» wobei der zweite Druckkolben (13} durch Druck aus einem Gasbündel (52), beispielsweise Stickstoff, beaufschlagt wird.

19. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 - 17, wobei der Kraftausgleich (7, 17} ein Rad (1 1 ), beispielsweise ein Schwungrad umfasst, wobei an dem Rad (11 ) eine Pleuelstange (12) befestigt ist, welche die Kraft des Druckkolbens (5) aufnimmt

20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Rad (1 1 ) mit dem Fluiddruckspeicher (16) verbunden ist.

21. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 16 - 20, wobei der zweite Druckzylinder (16) als Wasserhydraulik ausgebildet ist, wobei als Hydraulikflüssigkeit (14A) im Wesentlichen Wasser verwendet wird.

22. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 - 21 , ferner umfassend Beaufschlagen des Druckzylinders (4) im expandierten Zustand mit Druck.

23. Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine zweite Blaseinheit (30B) ebenfalls mit dem Kraftausgleich (7, 17) verbunden ist, die zweite Blaseinheit (30B) entsprechend den Ansprüchen 13 oder 21 , wobei wenigstens ein Teil der auftretenden Kompressionskraft alternierend in der ersten und in der zweiten Blaseinheit (30B) genutzt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Kraftausgleich (7, 17) einen passiven und/oder einen aktiven Aktor umfasst, wobei der passive Aktor eine Feder und/oder einen Pneumatikzylinder und/oder einen Hydraulikzylinder (75) umfasst und wobei der aktive Aktor einen elektromechanischen Zylinder und/oder einen Linearmotor (71 ) und/oder einen Hydraulikzylinder (79) und/oder Pneumatikzylinder umfasst, wobei der aktive Aktor mit einer Gewindespindel oder einer Kugelrollspindel (73, 74) kombinierbar ist.

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Kraftausgleich (7, 17) eine Kniehebelmechanik (70) umfasst.

26. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 24 oder 25, wobei der Kraftausgleich (7, 1 ) ein Scherengelenk (80, 90) umfasst.