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Dokumentenidentifikation DE3124523C2 26.05.1994
Titel Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff
Anmelder Van Dorn Co., Cleveland, Ohio, US
Erfinder Stroup, John F., Cuyahoga Falls, Ohio, US;
Robins, Harold J., Cleveland, Ohio, US;
Teeple, Michael, Brunswick, Ohio, US
Vertreter Türk, D., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Gille, C., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 40593 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 23.06.1981
DE-Aktenzeichen 3124523
Offenlegungstag 09.06.1982
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.05.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.05.1994
IPC-Hauptklasse B29C 49/06

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem gleichzeitig eine Anzahl von Vorformlingen aus einem Strom des Kunststoffes spritzgegossen wird, bei dem die Vorformlinge nach Vorkühlen zum Temperieren überführt werden und bei dem nach dem Temperieren die Anzahl der Vorformlinge gleichzeitig zu den Hohlkörpern streckblasgeformt wird.

In den vergangenen Jahren wurden bedeutende Bemühungen hinsichtlich der Herstellung von Kunststoffflaschen als Ersatz oder teilweiser Ersatz für Glasflaschen unternommen. Die Verwendung solcher Flaschen beruht auf der Tatsache, daß Kunststoff, wie Polyäthylen Terephthalat (PET), wenn es molekular gestreckt bzw. gedehnt ist, zäher bzw. härter, jedoch leichter als Glas ist.

Gemäß dem Stand der Technik wurden molekularorientierte Behältnisse, wie Kunststoffflaschen, zweistufig oder einstufig hergestellt.

Bei der zweistufigen Herstellung wird ein einem dicken Testrohr ähnelnder Vorformling zunächst in einer Spritzgießform durch Spritzformen hergestellt, und zwar in einem von dem Blasformschritt vollständig separaten Betriebsvorgang. Der Vorformling hat einen vollständig fertigen Hals mit dem notwendigen Gewinde und einen Halsring zum Erleichtern der stromabwärtigen Handhabung. Der Vorformling, der bei einer 2-Liter-Flasche etwa 178 mm (7 Zoll) lang ist, wird auf Raumtemperatur abgekühlt und für ein nach folgendes Blasen zu der fertigen Flasche in einer Blasform untergebracht. Zum Zeitpunkt des Blasens ist der Vorformling in eine Wiederaufheiz-Streck-Blas-Formmaschine eingeführt, wo der Vorformling erhitzt, mechanisch longitudinal gestreckt (allgemein mittels eines auslaßbaren Kernbolzens, der gegen den Boden der Vorform stößt) und mit komprimierter Luft expandiert oder geblasen wird. Das longitudinale Strecken und das biaxiale Blasen orientieren die PET Moleküle, was zu einer verbesserten Festigkeit, günstigeren Sperreigenschaften und einer besseren Klarheit führt.

Bei der einstufigen Herstellung erfolgt das Vorformling-Spritzformen und der Streck-Blasformvorgang in derselben Maschine. Die Betriebsfolge ist grundsätzlich dieselbe, jedoch mit dem Unterschied, daß ein geringeres Abkühlen und Wiederaufheizen des Vorformlings erfolgt. Der Vorformling wird in einer Spritzgießform spritzgeformt, bei maximaler Temperatur aus der Spritzgießform entnommen, direkt durch eine oder mehrere Temperaturkonditionierungsstationen überführt, um die passende Blastemperatur zu erreichen, und dann bei der Blastemperatur zu einer Blasform überführt, wo der Vorformling zu der fertigen Flasche geblasen wird.

Es wurden auch zweistufige Herstellungsarten entwickelt, bei denen die Vorformlinge extrudiert bzw. stranggepreßt, auf eine vorgeschriebene Länge geschnitten, in einem Ofen wiedererhitzt und in eine Streck- Blasformmaschine geführt werden, in der in einem einzigen Betriebsvorgang der Hals geformt, der Vorformling mechanisch gestreckt sowie geblasen und der Boden abgekniffen werden. Es wurden auch einstufige Herstellungsarten entwickelt, bei denen ein Külbchen (parison) extrudiert bzw. stranggepreßt und in einer Form zu einem Vorformling geblasen wird, wonach der Vorformling in einer anderen Form zu einem fertigen Produkt biaxial gestreckt und geblasen wird, wobei alle diese Betriebsvorgänge in einer einzigen Maschine stattfinden.

Verschiedene einstufige Herstellungsarten und Vorrichtungen für das Ausbilden verschiedener Arten von Kunststoffartikeln sind in den DE-OS 28 20 135 und 28 25 866 offenbart.

Die einstufigen und die zweistufigen Verfahren haben gewisse Vorteile und Nachteile. Zu den Vorteilen einer zweistufigen Herstellung gehört es, daß eine effiziente und wirksame Benutzung der Külbchenausbildungs- und Blasstationen erfolgen kann, die nicht integriert sein müssen. Der Vorformling kann an einer zentralen Stelle geformt und zu verschiedenen Anlagen zum Blasen und Füllen gebracht (shipped) werden. Vorformlinge für eine 2-Liter Kohlensäuregetränkeflasche nehmen nur 180 Kubikzentimeter Verladeraum ein, also weniger als 10 Prozent des Volumens, das von der fertigen Flasche eingenommen wird.

Vorformlinge können somit an einer Stelle durch einen erfahrenen Former hergestellt und zu einem Getränkeflaschenhersteller (beverage bottler) an einer anderen Stelle geleitet werden, der die Blasformmaschine ohne Kenntnis des Kunststoffschmelzvorgangs betätigen kann.

Es geht jedoch eine beträchtliche Wärmeenergie während des Gesamtvorgangs verloren, da der Vorformling nach dem Ausbilden während der Speicherung abgekühlt und dann zum Zeitpunkt des Blasens wiedererhitzt wird. Darüber hinaus müssen die Vorformlinge von der Speicherung zu der Blasstation geleitet werden, was zu einer doppelten Handhabung führt.

Die einstufige Herstellung eliminiert den Wärmeverlust und ein doppeltes Handhaben. Es wird ungefähr 50 Prozent weniger Energie pro Flasche während des Wiedererhitzungsteils des Betriebsvorgangs verbraucht. Zusätzlich wird bei der einstufigen Herstellung ein kontinuierliches mechanisches Ergreifen an dem Hals einer jeden Flasche aufrechterhalten, und zwar von der Vorformling-Formungsstufe bis zu den Streck-Blasformstufen. Dieses bedeutet, daß keine Notwendigkeit für ein Freigeben und Wiederergreifen der Flasche besteht, wodurch eine mögliche Quelle für ein Verformen und Verändern (disfiguration) infolge eines Kontakts zwischen dem Vorformling und anderer Körper eliminiert wird. Zusätzlich werden bei dieser Behandlung die Vorformling-Temperatur sehr hoch gehalten und eine gleichförmige Temperatur über die gesamte Wandung dicke des Vorformlings erreicht, was ein Niederdruckblasen mit einer genauen Dimensionssteuerung zuläßt, wodurch die Behandlungskosten reduziert und die Produktqualität verbessert werden.

Die Vorteile der einstufigen Herstellung werden jedoch gemindert, da herkömmlich die einzelnen Komponenten des Systems als eine zusammenhängende Einheit aufgebaut sowie eingerichtet sind und keine wirksame Ausnutzung der verschiedenen Systemkomponenten realisiert wird. Auch sind die Systeme nicht so schnell, wie es für eine kommerzielle Herstellung erwünscht ist. Für jede Vorformlings-Station ist eine entsprechende Blasstation vorgesehen. Da die für die Vorformlingsherstellungsstufe erforderliche Zeit weitgehend größer als diejenige der Blasstufe ist, erfolgt eine unwirtschaftliche Ausnutzung der Blasstation.

Zwar wird in der bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art die Zeit zur Vorformlingsherstellungsstufe und der Blasstufe minimiert, jedoch sind hier den einzelnen Spritzgießformen jeweils nur eine Streck-Blasformvorrichtung zugeordnet, wodurch es zu einer ungenügenden Kapazitätsauslastung kommt. Zudem macht die Anordnung nach DE-OS 28 25 866 es nötig, daß die Formlinge zwischen der Spritzgießformstufe und der Streck- Blasformstufe in einem Speicherbereich zwischengelagert und wiederholt behandelt werden müssen.

Die einstufigen und die zweistufigen Herstellungsarten haben einen weiteren Nachteil. Bei beiden Herstellungsarten arbeitet der zum Schmelzen des Kunststoffs und zum Einspritzen desselben in die Spritzgießform benutzte Teil der Maschine sequentiell, und es erfolgt während eines Hauptteils seines Zyklus ein Leerlaufen. Somit wird einer der wesentlichen Teile der Vorrichtung unwirtschaftlich genutzt.

In den Vorrichtungen nach DE-OS 28 20 135 und DE-OS 28 25 866 wird das Harz zwar kontinuierlich eingespritzt, jedoch kommt es schon in der Spritzgießform zu einem durch Abkühlung verursachten Schrumpfungsprozeß der Vorformlinge.

Da die Beliebtheit gewisser Kunststoffartikel, insbesondere vom PET Kunststoffflaschen, wie sie in der Industrie für alkoholfreie Getränke benutzt werden, gestiegen ist, ist auch der Bedarf für eine gesteigerte Produktion von Kunststoffartikeln gestiegen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die einstufige Herstellung von Hohlkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen in einer Weise zu gestalten, daß die verschiedenen System-Komponenten wirksam ausgelastet werden und die thermische Kontraktion des Kunststoffes kompensiert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruchs 2.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung zum Herstellen hohler Kunststoffartikel, wie Flaschen oder anderer Behältnisse, unter Anwendung einer einstufigen Herstellung, bei dem die Produktionsgeschwindigkeiten größer sind, als es bisher unter Anwendung bekannter einstufiger Einspritz-Blasform-Ausrüstungen möglich war. Die vorliegende Erfindung überwindet die Beschränkungen der bekannten Spritzformmaschinen, die bei der Ausbildung von Vorformlingen benutzt worden sind. Die bekannte Spritzform-Ausrüstung für das Ausbilden von Vorformen hat die Menge an erzielbaren Vorformen beschränkt. Zusätzlich überwindet die vorliegende Erfindung die Unwirtschaftlichkeit der bekannten einstufigen Verfahren, die eine separate Vorformlings-Formstation für jede Blasstation erforderlich machen, auch wenn Vorformlinge zu den fertigen Artikeln mit einer Geschwindigkeit geblasen werden können, die die Geschwindigkeit übersteigt, mit der sie geformt werden.

Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung steigert den Produktionswirkungsgrad und überwindet die Nachteile der bekannten Systeme, indem eine kontinuierliche Strangpreßformung bei der Ausbildung von Vorformlingen anstelle der bekannten Spritzformung verwandt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein kontinuierlich arbeitender Extruder benutzt, um ein plastiziertes bzw. erweichtes Material vorzusehen, das sequentiell in eine einer Mehrzahl von Spritzgießformen geleitet werden kann. Bei der dargestellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können sogar acht oder mehr Spritzgießformen benutzt werden, die alle von einem einzigen Extruder versorgt werden.

Wenn die Vorformlinge fertiggestellt sind, können mehrere Überführungsgeräte die Vorformlinge von den Spritzgießformen zu einer entsprechenden Anzahl von Streck-Blasformmaschinen überführen, die den Betriebsvorgang durch Konditionieren der Vorformlinge, durch Strecken bzw. Dehnen und durch Blasen derselben zu den fertigen Kunststoffartikeln vervollständigen.

Die Vorrichtung ermöglicht nicht nur das Herstellen von fertigen Produkten übereinstimmenderer Qualität, sondern auch einen energetisch wirtschaftlicheren Betrieb. Außerdem werden zusätzliche Nebenprodukt-Betriebsvorgänge und äußere Handhabungsvorgänge vor dem Blasbetrieb gelindert bzw. vermindert.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung zum Herstellen geformter Kunststoffartikel aus einem thermoplastischen Harzmaterial. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird plastiziertes bzw. erweichtes Harz zu einem heißen, unter Druck gesetzten Strom extrudiert, und dieser Harzstrom wird zu einem verzweigten Zulaufsystem geleitet, welches zu einer Mehrzahl von Spritzgießformen führt. Der Strom wird nacheinander in jede Spritzgießform geleitet, um diese zum Formen eines Artikels bzw. Gegenstands mit Harz zu füllen. Nachdem jede Spritzgießform weitgehend gefüllt ist, wird zwischen der Spritzgießform und dem Druckstrom eine offene Verbindung aufrechterhalten, um die thermische Kontraktion beim Abkühlen des Artikels in der Spritzgießform zu kompensieren, während eine andere Spritzgießform von dem Harzstrom gefüllt wird. Nachdem jeder Artikel ausreichend abgekühlt ist, wird seine Spritzgießform von dem Strom abgeschnitten bzw. abgetrennt. Jede derartige Spritzgießform wird dann geöffnet, und der geformte Artikel wird aus der Spritzgießform entnommen.

Diese Extrudierformherstellung kann auch in die Blasformherstellung der vorliegenden Erfindung eingebaut werden. Bei dieser Art der Herstellung wird plastiziertes Harz in einem heißen Strom extrudiert, und der Harzstorm wird sequentiell in eine Mehrzahl von Spritzgießformen geleitet, die in zumindest zwei Formensätzen angeordnet sind, wobei sich jeweils zwei oder mehr Spritzgießformen in jedem Satz befinden. Eine oder mehrere der Vorformlinge werden in jeder Form geformt. Die Vorformlinge werden nacheinander von jeder Spritzgießform eines jeden Satzes zu einer Blasvorrichtung überführt, bevor die Vorformlinge weitgehend abkühlen. Für jeden Formensatz ist eine separate Blasvorrichtung vorgesehen. In dieser werden die Vorformlinge konditioniert, wenn erforderlich gestreckt bzw. gedehnt und schließlich zu den fertigen Artikeln geblasen.

Die Vorrichtung nach vorliegender Erfindung zum Herstellen geformter Kunststoffartikel aus einem plastischen Harzmaterial weist einen Extruder zum Erzeugen eines Stroms von plastiziertem Harzmaterial auf. Ein verzweigtes Zulaufsystem zum Aufnehmen des Stroms von plastiziertem Harzmaterial erstreckt sich von dem Extruder. Mit dem Zulaufsystem ist eine Mehrzahl von Spritzgießformen zum Ausbilden geformter Artikel von dem durch das Zulaufsystem erhaltenen plastizierten Material verbunden. In dem Zulaufsystem befinden sich Ventilmittel, die jeder Spritzgießform zugeordnet sind, um den Strom von plastiziertem Harz nacheinander zuzuführen und jede Spritzgießform von dem Strom abzuschneiden bzw. abzutrennen, wenn die Spritzgießform zum Entfernen des Kunststoffgegenstands geöffnet wird.

Die Spritzgießformen können in zwei oder mehr Sätzen angeordnet sein, welche jeweils zumindest zwei Spritzgießformen haben. Es können Mittel zum Blasen der geformten Artikel oder Vorformlinge zu fertigen Artikeln vorgesehen sein. Die Anzahl von Blasmitteln entspricht der Anzahl von Formensätzen. Es können auch Mittel zum Überführen der Vorformlinge von jedem Formensatz zu den entsprechenden Blasmitteln vorgesehen sein.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung die die Draufsicht der Vorrichtung zeigt, näher erläutert.

Es ist eine Vorrichtung dargestellt, die zum Herstellen von fertigen Kunststoffartikeln benutzt werden kann. Die Vorrichtung enthält einen Extruder (10). Dieser ist von einer herkömmlichen Art und ausreichend bemessen, um einen in der benötigten Weise plastizierten bzw. erweichten Harzstrom zu erzeugen. Der Extruder (10) kann von dem Typ sein, der handelsüblich ist und allgemein in Kunststoff-Strangpreßmaschinen benutzt wird. Es ist festzustellen, daß ein 105 mm Schnecken- Extruder für einen typischen Großproduktionsbetrieb benutzt werden kann. Das heiße plastizierte oder geschmolzene Harzmaterial von dem Extruder (10) gelangt von dem Extruderkopf über ein Zulaufsystem (12), das aus einer Mehrzahl von eng bemessenen Röhren oder Rinnen (runners) gebildet ist, in die Spritzgießformen. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform zweigen insgesamt vier Röhren (14, 15, 16 und 17) von dem Extruderkopf ab. Jede der Röhren (14-17) verzweigt in ein Paar von Röhren (19-26), die zu einer Mehrzahl von Spritzgießformen (28-35) führen.

Jede der Röhren (19-26) hat ein Ventil (37-44), um ein Eintreten des geschmolzenen Stroms in die Spritzgießform zu ermöglichen. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind insgesamt acht Spritzgießformen (28-35) vorgesehen, wobei jede ein Ventil (37-44) zum Steuern des Kunststoffstroms in die Form hat. Jedes der Ventile (37-44) ist ein sogenanntes Bolzen- bzw. Nadel-Typ Ventil zum Öffnen und Schließen des geschmolzenen Stroms zum Hohlraum. Die Ventile (37-44) werden durch doppeltwirkende Kolben betrieben. Jede der Spritzgießformen (28-35) ist von einem herkömmlichen Typ, um Vorformlinge von einem periodischen Strom aus Kunststoffmaterial herzustellen, wie er von einer Einspritzformmaschine erzeugt wird. Der Extruder (10) wird anstelle einer Einspritzeinheit an einer Formmaschine benutzt, und es wird ein kontinuierlicher Strom von plastiziertem bzw. erweichtem Material vorgesehen. Jede Spritzgießform (28-35) kann einen oder mehrere Vorformhohlräume haben. Zwei bis vier solcher Hohlräume würden üblich sein, und in Fig. 1 sind vier Hohlräume dargestellt. Ein Vorformling wird in jedem Hohlraum gebildet. Die Ventile (37-44) könnten anstatt in den Verteilungsröhren (19-26) alternativ in den Formen vorgesehen sein. Alternativ könnte ein Ventil auch an dem Eingang (allgemein "Tor" genannt) in jedem der Vorformhohlräume in der Spritzgießform angeordnet sein.

Die Spritzgießformen (28-35) sind in Gruppen oder Sätzen vorgesehen, und bei der dargestellten Ausführungsform bilden zwei angrenzende Spritzgießformen einen Satz. Für jeden Satz (oder für jedes Paar) von Spritzgießformen (28-35) ist ein Überführungsgerät (46-49) vorgesehen. Jedes dieser Geräte kann die Vorformlinge von einer Form eines Satzes der Spritzgießformen (28-35) entfernen und zu einer drehbaren Streck-Blasformvorrichtung (stretch-blow-molding apparatus) überführen. Für jedes der Überführungsgeräte (46-49) ist eine Streck-Blasformvorrichtung (51-54) vorgesehen. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform werden insgesamt acht Spritzgießformen in einem System benutzt, in dem das Ausbilden eines Vorformling die zweifache Zeit benötigt, die zum Strecken bzw. Dehnen und Blasen des Vorformlings zu dem fertigen Artikel erforderlich ist. Es ist deshalb für jede Streck-Blasformvorrichtung ein Satz von zwei Spritzgießformen vorhanden, und es sind insgesamt vier Überführungsgeräte (46-49) und vier drehbare Streck-Blasformvorrichtungen (51-54) vorgesehen. Die Überführungsgeräte (46-49) können von mehreren verschiedenen Arten und von dem in der Technik allgemein bekannten Typ sein, wie er in den US-Patenten 4 011 039 und 4 106 886 offenbart ist. Es ist auch festzustellen, daß speziell gestaltete Überführungsgeräte benutzt werden können.

Die drehbare Streck-Blasformvorrichtung (51-54) kann eine typische Formstationsvorrichtung sein, die Stationen enthält, an denen die Formen gleichförmig konditioniert oder auf eine passende Temperatur erhitzt und anschließend gestreckt bzw. gedehnt sowie zu einem fertigen Artikel geblasen werden, und zwar gemäß bekannter Prinzipien der Blasformtechnik. Vorzugsweise enthält jede der Vorrichtungen (51-54) auch eine Station, an der der fertige Artikel so ausgestoßen wird, daß die Gegenstände automatisch auf einem Fördermechanismus angeordnet werden. Obwohl es beabsichtigt ist, daß die drehbare Streck-Blasformvorrichtung für den vorliegenden Zweck speziell gestaltet und ausgebildet ist, können geeignete bekannte Vorrichtungen benutzt werden, wie diejenigen gemäß den US- Patenten 3 596 315, 3 963 404, 3 986 807 und 4 141 680.

Pelletisiertes thermoplastisches Harzmaterial wird, nachdem es in einer herkömmlichen Weise getrocknet ist, von dem Extruder (10) auf einer kontinuierlichen Basis zu einem geschmolzenen Strom plastiziert bzw. erweicht. Der von dem Extruder (10) erzeugte Druckstrom wird von dem Extruderkopf durch das Zulaufsystem (12) zu einer ersten Spritzgießform und dann nacheinander zu den anderen Spritzgießformen geleitet. Beispielsweise fließt der Schmelzstrom zuerst durch das offene Ventil (37), um die Spritzgießform (28) zu füllen, während alle anderen Ventile (38-44) geschlossen sind. Dann wird die Spritzgießform (30) durch Öffnen des Ventils (39) gefüllt. Die Verteilungsröhre (19) zu der zuvor gefüllten Spritzgießform (28) wird offengehalten, um einen Ausfülldruck und eine kleine Menge von geschmolzenem Auffüllungsharz vorzusehen, und zwar zum Kompensieren des während der Abkühlung auftretenden Schrumpfungsvorgangs. Dieser Druck wird auch benutzt, um die nächste Spritzgießform (30) zu füllen. Nach einer minimalen Zeitperiode, in der ein ausreichendes Abkühlen und ein Schrumpfungskompensationsstrom möglich sind, können das Ventil (37) geschlossen und der gebildete Vorformling aus der Spritzgießform (28) entfernt werden. Die Spritzgießformen (32, 34, 29, 31, 33 und 35) werden dann nacheinander in derselben Weise durch aufeinanderfolgendes Öffnen der Ventile (41, 43, 38, 40, 42 und 44) gefüllt. Es erfolgt ein ständiger Strom von plastiziertem Harz von dem Extruder 10 in das Zulaufsystem (12). Die Drehgeschwindigkeit der Schnecke des Extruders (10) ist konstant, und der Ausstoß des Extruders wird an die Erfordernisse der Spritzgießformen angepaßt. Anders als bei Einspritzformvorrichtungen befindet sich kein Schließventil am Auslaß des Extruders (10).

Jede Spritzgießform (28-35) wird durch den unter Druck stehenden geschmolzenen Strom nach Art eines Eindringens gefüllt. Alle Spritzgießformen (28-35) sind übereinstimmend und werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Spritzgießform (28) beschrieben. Wenn angenommen wird, daß der individuelle Zyklus der Spritzgießform (28) X Sekunden beträgt, erfolgt das Hohlraum-Ausfüllen während eines Bruchteils von X Sekunden, das heißt X/c, wobei c die Gesamtzahl der benutzten Spritzgießformen ist und bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel (8) beträgt. Das der Spritzgießform (28) zugeordnete Ventil (37) bleibt offen, wie es für jegliches zusätzliches Auffüllen zum Kompensieren der thermischen Kontraktion und zum Aufrechterhalten eines Formenkontakts für eine maximale Wärmeübertragung während des anfänglichen Teils des Kühlvorgangs erforderlich ist. Danach wird das Ventil (37) geschlossen. Mittlerweile hat das Ventil (39) unmittelbar nach dem anfänglichen Füllen der Spritzgießform (28) geöffnet, wodurch der Strom der Schmelze von dem Zulaufsystem (12) in die Spritzgießform (30) gelangt. Nachdem das Ventil (37) geschlossen ist, werden die geformten Vorformlinge in der Spritzgießform (28) weiter gekühlt, die Spritzgießform geöffnet, die Vorformlinge entfernt und die Spritzgießform wieder geschlossen. Ein ähnlicher Formungszyklus beginnt alle X/c Sekunden für jeweils eine der anderen Spritzgießformen (30, 32, 34, 29, 31, 33 und 35). Alle X/c Sekunden wird eine der Spritzgießformen gefüllt, und das Ventil für jede Spritzgießform bleibt offen, wie es für ein zusätzliches Auffüllen zum Kompensieren der thermischen Kontraktion und zum Aufrechterhalten des Formenkontakts für einen maximalen Wärmeübergang während des anfänglichen Teils des Abkühlens erforderlich ist. Danach wird das Ventil (37) wieder geöffnet, so daß die Spritzgießform (28) erneut aufgefüllt zu werden beginnt, womit ein anderer Formzyklus anfängt. Alle X/c Sekunden wird eine der c Spritzgießformen in einer ähnlichen Weise gefüllt. Deshalb werden alle X Sekunden alle Spritzgießformen gefüllt, und der Ausstoß des Extruders (10) wird auf einer kontinuierlichen Basis vollständig ausgenutzt.

Der Betrieb der Spritzgießformen ist sequentiell. Die Ventile (37-44) werden so gesteuert, daß sie in gleichen Zeitabständen bzw. -intervallen aufeinanderfolgend öffnen, wobei alle X/c Sekunden ein Ventilöffnungsvorgang erfolgt. Die Betriebsfolge ist dergestalt, daß jedes Ventil in jedem Ventilsatz in gleichen Zeitabständen mit den anderen des Satzes öffnet. Beispielsweise ist bei der dargestellten Ausführungsform, bei der zwei Ventile in jedem Satz vorhanden sind, wie die Ventile (37 und 38), das Zeitintervall zwischen dem Öffnen des ersten Ventils (37) und dem Öffnen des zweiten Ventils (38) gleich dem Zeitintervall zwischen dem Öffnen des Ventils (38) und dem nachfolgenden Öffnen des Ventils (37). Jedes Ventil in dem Satz (oder Paar) von Ventilen öffnet einmal in dem Zeitintervall der X-Sekunden. Eine typische Betriebsfolge für die Vorrichtung könnte dann das Öffnen der Ventile (37, 39, 41 sowie 43) und anschließend das Öffnen der Ventile (38, 40, 42 sowie 44) in Reihenfolge sein (siehe Fig. 2). Somit wird der geschmolzene Strom von jeder der Röhren (14-17) aufeinanderfolgend zu jeder Form des Satzes von Formen geleitet, und der Ausstoß des Extrudes (10) wird auf einer kontinuierlichen Basis ausgenutzt. Durch Staffeln der Betriebsweise der Ventile in der Weise, daß jedes Ventil in einer sequentiellen Weise betrieben wird, werden die in dem geschmolzenen Strom erzeugten Druckgradienten reduziert, die während der Ventilbetätigung auftreten, wenn der geschmolzene Strom von einer Röhre zur anderen verschoben bzw. umgeschaltet wird, und die Kontinuität des Extruder-Ausstoßes wird aufrechterhalten.

Die Betriebsweise einer jeden Spritzgießform in jedem Formensatz ist ähnlich eingerichtet, so daß alle Spritzgießformen in gleichen Zeitintervallen mit den anderen Formen in dem Satz arbeiten. Beispielsweise ist die Zeit zwischen dem Öffnen der Spritzgießform (28) sowie dem Öffnen der Spritzgießform (29) gleich dem Intervall zwischen dem Öffnen der Spritzgießform (29) sowie dem nachfolgenden Öffnen der Spritzgießform (28).

Wenn eine große Anzahl von Spritzgießformen für eine Großproduktion benutzt wird, können die Spritzgießformen gruppiert sowie zusammen betrieben werden, und eine Kombination von Ventilen kann hintereinander betrieben werden.

Das Zulaufsystem ist zum Aufnehmen des unter Druck stehenden geschmolzenen Stromes baulich passend und wird erhitzt sowie bezüglich seiner Temperatur gesteuert bzw. geregelt, um die passende Schmelzenviskosität aufrechtzuerhalten. Die Schmelze wird vollständig durch den Druck des Extruder-Ausgangs zu den Spritzgießformen gefördert. Das gesamte Zulauf- Netzwerk hat sorgfältig gewählte innenseitige Querschnittsflächen sowie Längen und repräsentiert den idealen Kompromiß zwischen dem gesamten Bestand und den Druckstromverlusten für ein minimales Erzeugen eines Abziehens von Abfall- bzw. Nebenprodukten, wie Acetaldehyd beim Formen von PET.

Das Zulaufsystem ist auch mit einer minimalen Größe ausgebildet und führt zu einer minimalen Zeit, während derer sich das Material auf einer erhöhten Temperatur befindet, um somit den Energieverbrauch des Systems so weit wie möglich zu reduzieren und das System energetisch so wirksam wie möglich zu machen. Außerdem wird die Zeit vermindert, während derer das thermoplastische Harz auf Temperaturen gehalten wird, bei denen ein Abbauen bzw. Verschlechtern erfolgen kann und unerwünschte Neben- bzw. Abfallprodukte erzeugt werden können.

Die Vorformlinge werden von den Überführungsgeräten (46-49) von jeder der Spritzgießformen (28-35) entfernt. Für jeden Satz von Spritzgießformen ist ein Überführungsgerät vorgesehen. Jeder Spritzgießformensatz arbeitet in der Weise, daß in regelmäßigen Intervallen Vorformlinge erzeugt werden, wobei die Anzahl von Gruppen von durch den Satz alle X Sekunden erzeugten Vorformlinge der Anzahl von Spritzgießformen in dem Satz entspricht. Bei der dargestellten Ausführungsform, bei der zwei Spritzgießformen in jedem Satz vorhanden sind, werden alle X Sekunden zwei Gruppen von Vorformlingen erzeugt. Somit erzeugt jeder Spritzgießformensatz alle 1/2 X Sekunden Vorformlinge, und die Überführungsgeräte (46-49) werden so geschaltet, daß alle 1/2 X Sekunden Vorformlinge gehandhabt werden.

Alle Überführungsgeräte (46-49) sind übereinstimmend und werden unter Bezugnahme auf das Überführungsgerät (46) beschrieben. Dieses wird zunächst mit der Spritzgießform (28) ausgerichtet. Beim Öffnen empfängt das Gerät (46) den Vorformling aus der Spritzgießform (28). Geeignete Steuerungen veranlassen das Gerät (46), den Vorformling dann zu der Ladestation der drehbaren Streck-Blasformvorrichtung (51) zu transportieren. Das Gerät (46) setzt den Vorformling an der Ladestation ab. Die Steuerungen veranlassen dann das Gerät (46) zu einer Neuausrichtung zu der Spritzgießform (29), und zwar zu einem geeigneten Zeitintervall, das mit dem Öffnen der Spritzgießform (29) zusammenfällt. Wie es zuvor erörtert wurde, wird der Satz von Spritzgießformen (28 und 29) gesteuert, um an gleichmäßig beabstandeten Zeitintervallen zu arbeiten. Das Gerät (46) erhält den Vorformling von der Spritzgießform (29) und überführt diesen in einer ähnlichen Weise zu derselben Ladestation der Streck-Blasformvorrichtung (51). Somit werden alle 1/2 X Sekunden Vorformlinge zu der Ladestation der Streck-Blasformvorrichtung (51) geliefert.

Das Überführungsgerät (46) handhabt die Vorformlinge nur an deren Abschlußenden, wo eine weitgehend größere Abkühlung stattgefunden hat. Dieses vermindert die Möglichkeit einer Beschädigung der Vorformlinge und schließlich der fertigen Kunststoffartikel. Die Vorformlinge werden in Haltern (fixtures) an der Streck-Blasformvorrichtung (51) abgesetzt, die wiederum nur eine körperliche Berührung mit den Abschlußenden hat.

Die Vorformlinge müssen bei ihrer Orientierungstemperatur geblasen werden, das heißt bei der Temperatur, bei der die Polymer-Moleküle in dem Vorformling plastisph genug sind, um linear ausgerichtet zu werden, bei der aber die Umorientierung der Moleküle relativ langsam ist. Die Orientierungstemperatur liegt etwas über der Glasübergangstemperatur.

Die Vorformlinge werden schnell aus den Spritzgießformen entnommen und zu der Streck-Blasformvorrichtung überführt, wo sie geblasen werden. Dieses reduziert den Betrag der zum Blasen der Vorformlinge notwendigen Temperaturkonditionierung und führt zu einem kontinuierlichen sowie energetisch wirtschaftlichen Betrieb. Die Vorformlinge können nach dem Formen innerhalb einer Minute geblasen werden, und sie sollten vorzugsweise nach dem Formen innerhalb 30 Sekunden geblasen werden.

Nach dem Laden der Vorformlinge in die drehbare Streck-Blasformvorrichtung (51-54) werden die Vorformlinge konditioniert, gestreckt bzw. gedehnt und gemäß bekannter Prinzipien der Kunststoff-Blasformtechnik zu fertigen Kunststoffartikeln geblasen. Die drehbaren Streck-Blasformvorrichtungen (51-54) sind übereinstimmend und werden unter Bezugnahme auf die Streck-Blasformvorrichtung (51) beschrieben. Diese enthält eine Anzahl von Stationen, wobei gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung insgesamt sechs Stationen vorhanden sind und jedoch nur vier dieser Stationen benutzt werden. Die erste Station ist die Ladestation (51a), an der die Vorformlinge von dem Gerät (46) auf die Streck-Blasformvorrichtung geladen werden. Halter zum Aufnehmen der von dem Überführungsgerät (46) abgelagerten, halbgekühlten Vorformlinge sind an einer Schaltvorrichtung befestigt und vollständig mechanisch sowie selbsttätig. Die Anzahl von Gruppen von Haltern entspricht der Anzahl von Stationen in der Vorrichtung (51) wobei eine Gruppe von Haltern an jeder Station angeordnet ist und sechs Gruppen von Haltern in der Vorrichtung von Fig. 1 dargestellt sind. Die Halter können die Vorformlinge empfangen sowie halten, um während der verschiedenen Stufen des Produktionsvorgangs die Abschlußenden der Vorformlinge und fertige Behältnisse zu lokalisieren, zu schützen, zu überführen, abzustützen bzw. zu halten und freizugeben.

Nach dem Beladen werden die Vorformlinge nacheinander durch eine oder mehrere Temperaturkonditionierungsstationen geschaltet. In Fig. 1 sind zwei Temperaturkonditionierungsstationen (51b und 51c) dargestellt. An jeder dieser Stationen werden entsprechend bekannter Techniken Heizvorrichtungen in unmittelbare Nähe gebracht, die über geeignete Steuerungen bzw. Regelungen für ein Hinzufügen oder Aufrechterhalten einer ausreichenden gleichförmigen Wärmeenergie zu oder in den Vorformlingen sorgen, um diese für das nachfolgende Orientieren mittels der Streck- bzw. Dehn- und Blasvorgänge ideal geeignet zu machen. Es ist bevorzugt, daß jeder Vorformling über seinen gesamten Abschnitt, der geblasen wird, auf die gleiche gleichförmige Temperatur gebracht wird. Die tatsächlichen Konditioniervorrichtungen können teleskopische kanisterähnliche Vorrichtungen für eine äußere Überführung bzw. Übertragung oder eine geformte Oberfläche zum Erhitzen und/oder Abkühlen sein. Zum Konditionieren des Vorformlings kann auch eine Innenheiz- oder Kühlvorrichtung benutzt werden. Irgendeine Kombination dieser oder ähnlicher bekannter Vorrichtungen kann benutzt werden, um Energie zu oder von den Vorformen unter Verwendung einer Strahlungs-, Konvektions- oder Leitungswärmeübertragung zu übertragen.

Nachdem die Vorformlinge durch eine oder mehrere Stationen für die Temperaturkonditionierung geschaltet worden sind, werden sie zu der Streck- und Blasstation (51d) geschaltet. An dieser Station kann die Vorrichtung (51) irgendeine mehrerer Arten von Mechanismen zum Strecken bzw. Dehnen und Blasen des Vorformlings zu dem fertigen Produkt enthalten. Nach dem Schalten zu der Streck- und Blasstation (51d) schließt sich anfänglich eine Behälterform um den Vorformling in einer solchen Weise, daß die Vorformling-Halter in die Formhohlräume geführt und mit diesen mechanisch verriegelt werden. Ein stangenähnliches Gebilde wird dann durch den Hals des Vorformlings eingesetzt, um den Vorformling- Streckvorgang zu bewirken. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Abdichtungsvorrichtung betätigt, um eine Luftdruckabdichtung des Behälters sicherzustellen. Gleichzeitig wird ein gesteuerter bzw. geregelter Strom von Druckluft eingeführt, um Streck- und Druckexpansionskombinationen zu erzeugen, damit die erwünschte Expansionsrate und die Wandungsdicke, Orientierung und Oberflächeneinzelheit des fertigen Behälters erreicht werden. Nach einer passenden Abkühlzeit in der Form werden der äußere Luftdruck freigegeben bzw. abgebaut, die Streckstangen abgezogen und die Form-Klemmvorrichtungen geöffnet. Fertige Behälter oder andere Kunststoffprodukte, die für nachfolgende Betriebsvorgänge bereit sind, wie für eine Grundanwendung, ein Bezeichnen, ein Bedrucken oder andere Vorgänge, werden direkt von den Formen an dieser Station (51d) ausgestoßen. Die Produkte können auf eine geeignete Fördervorrichtung ausgeworfen werden, um aus dem die Maschine umgebenden Bereich entfernt zu werden.

Die hier beschriebene und in Fig. 1 dargestellte Anzahl von Spritzgießformen (28-35) sowie Streck-Blasformvorrichtungen (51-54) und das dort gezeigte Verhältnis von Spritzgießformen zu Streck-Blasformvorrichtungen dürften die optimale Konfiguration zur Ausnutzung des Ausstoßes des Extruders (10) auf einer kontinuierlichen Basis für die Herstellung von Kunststoff-Getränkebehältern ergeben, wie von PET Behältern. Jedoch hängen die Anzahl und das Verhältnis von Komponenten des Systems von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der Größe der Behälter, der Größe des Extruders (10), dem Betrag des Extruder-Ausstoßes, der Formzyklus-Zeit, der Streck-Blaszyklus-Zeit und anderen Faktoren. Somit ist es möglich, ein Zulaufsystem (12) mit nur zwei Röhren vom Ausgang des Extruders (10) sowie zwei Sätzen von Spritzgießformen oder mit sogar zehn oder mehr Röhren sowie zehn oder mehr Sätzen von Spritzgießformen zu haben, und es ist möglich, nur zwei Spritzgießformen in einem Satz und sogar vier Spritzgießformen oder mehr Spritzgießformen in einem Satz zu haben, die nacheinander arbeiten. Wenn beispielsweise der Streck- Blasformvorgang in einem Drittel der zum Formen eines Vorformlings erforderlichen Zeit erfolgen könnte, würden die Spritzgießformen in Sätzen mit jeweils drei Spritzgießformen angeordnet werden. Für jeden Spritzgießformensatz würden ein einzelnes Überführungsgerät (46) und eine einzelne drehbare Streck-Blasformvorrichtung (51) vorhanden sein.

Wenn die Spritzgießformen nacheinander betrieben werden, werden auch die Überführungsgeräte (46-49) sequentiell betätigt, und die drehbaren Streck-Blasformvorrichtungen (51-54) werden nacheinander statt gleichzeitig weitergeschaltet. Somit wird ein fertiges Kunststoffglied sequentiell von jeder der Streck-Blasformvorrichtungen (51, 52, 53 und 54) erzeugt, wobei ein kontinuierlicher Strom eines Produktausstoßes entsteht.

Obwohl die Spritzgießformen vorzugsweise übereinstimmend sind, ist festzustellen, daß verschiedene bemessene Spritzgießformen gepaart und in das System eingebaut werden können, so daß zwei verschiedene Vorformlinge kontinuierlich gemäß dem vorliegenden Verfahren geformt werden können. In einem solchen Fall würden die Streck- und Blasformvorrichtungen (51-54) an die Vorformlinge angepaßt.

Die Vorrichtung ist für irgendein thermoplastisches Material anwendbar, das blasgeformt werden kann, wie bei Polyäthylen Terephthalat (PET), für eine kleine und eine große Dichte aufweisenden Polyäthylenen, Polycarbonaten, Acrylnitrilen, Acrylen und anderen Stoffen.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem gleichzeitig eine Anzahl von Vorformlingen aus einem Strom des Kunststoffes spritzgegossen wird, bei dem die Vorformlinge nach Vorkühlen zum Temperieren überführt werden und bei dem nach dem Temperieren die Anzahl der Vorformlinge gleichzeitig zu den Hohlkörpern streckblasgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffstrom kontinuierlich über ein verzweigtes Zulaufsystem (12) nacheinander in eine Mehrzahl von Spritzgießformen (28-35) geleitet wird, wobei jede der Spritzgießformen (28-35) zum gleichzeitigen Spritzgießen einer zugeordneten Anzahl der Vorformlinge ausgebildet ist und bei dem zum Kompensieren der thermischen Kontraktion des Kunststoffes der sich abkühlenden Vorformlinge zeitweise eine offene Verbindung zwischen der Spitzgießform (28-35) und dem Zulaufsystem (12) über Ventile (37-44) aufrechterhalten wird, daß die Spritzgießformen (28-35) in Sätzen von jeweils wenigsten zwei der Spritzgießformen (28-35) angeordnet sind und daß jedem der Spritzgießform-Sätze (28, 29; 30, 31; 32, 33 bzw. 34, 35) ein Überführungsgerät (46-49) für das Überführen der zugeordneten Anzahl der Vorformlinge sowie eine Streck-Blasformvorrichtung (51-54) zugeordnet ist, wobei jede der Streck-Blasformvorrichtungen (51-54) zum Temperaturkonditionieren, zum Strecken und zum anschließenden Blasformen der nacheinander zugeführten Anzahl der Vorformlinge ausgebildet ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Spritzgießformen (28-35) eines der Ventile (37-44) zugeordnet ist, wobei die Ventile (37-44) einzeln sequentiell steuerbar sind.






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