DE102008052609B4

DE102008052609B4 - Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern durch Blasformen

Info

Publication number: DE102008052609B4
Application number: DE102008052609A
Authority: DE
Inventors: Harald Feuerherm; Günther KAPPEN; Rolf Kappen-Feuerherm; Horst Deckwerth
Original assignee: Individual
Current assignee: FEUERHERM, MAX, DE
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2028-10-22
Also published as: DE102008052609A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern durch Blasformen,
wobei Vorformlinge (2) aus einer Kunststoffschmelze mit einem sich in Vorformlingslängsrichtung ändernden Wandprofil gebildet und einer geöffneten Blasform (4) zugeführt werden,
wobei während eines nachfolgenden Einformprozesses die Blasform (4) mit einer gesteuerten Stellbewegung innerhalb einer vorgegebenen Formschließzeit (t_gesamt) geschlossen wird,
wobei die Vorformlinge (2) nach dem Schließen der Blasform (4) mit einem gasförmigen Medium zu Hohlkörpern (10) aufgeweitet werden,
wobei die Vorformlingsbildung geregelt wird und dazu mittels einer axialen Wanddickenlagesteuerung das Nettogewicht (GN) der Hohlkörper (10) sowie eine zweite Regelgröße, welche die axiale Lage eines ausgewählten Bereiches des Wandprofils der Vorformlinge (2) bei einem definierten Prozessablauf des Einformprozesses zum Schließzeitpunkt der Blasform (4) mittelbar beschreibt, gemessen werden sowie der die Vorformlinge (2) formende Düsenspalt und/oder der Massendurchsatz für die Vorformlingsbildung korrigiert werden, wenn die Messwerte von Sollwerten abweichen,
wobei zusätzliche Abweichungen des Einformprozesses von dem definierten Prozessablauf, welcher...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern durch Blasformen,
wobei Vorformlinge aus einer Kunststoffschmelze mit einem sich in Vorformlingslängsrichtung ändernden Wandprofil gebildet und einer geöffneten Blasform zugeführt werden,
wobei die Vorformlinge nach dem Schließen der Blasform mit einem gasförmigen Medium zu Hohlkörpern aufgeweitet werden und
wobei die Vorformlingsbildung geregelt wird und dazu mittels einer axialen Wanddickenlagensteuerung das Nettogewicht des Hohlkörpers sowie eine zweite Regelgröße, welche die axiale Lage eines ausgewählten Bereiches des Wandprofils der Vorformlinge bei einem definierten Prozessablauf des Einformprozesses zum Schließzeitpunkt der Blasform mittelbar beschreibt, gemessen werden sowie der die Vorformlinge formende Düsenspalt und/oder der Massendurchsatz für die Vorformlingsbildung korrigiert werden, wenn die Messwerte von Sollwerten abweichen.
Die aus einem heißen, formbaren Kunststoff bestehenden Vorformlinge sind zumeist schlauchförmig und können durch kontinuierliche Extrusion oder in Speicherkopfanlagen taktweise hergestellt werden. Die Materialstärke der Vorformlinge wird in Vorformlingslängsrichtung und bei komplexer geformten Hohlkörpern häufig auch in Umfangsrichtung durch ein Wanddickenprogramm, welches während der Vorformlingsbildung abläuft, gesteuert. Entsprechende Verfahren sind in EP 0 345 474 B1 , EP 0 776 752 B1 und EP 0 693 357 B1 beschrieben. Die bekannten Verfahren versuchen mit Hilfe von Markierungen, Zeit- und Längenmessungen sowie durch das Auswerten von Gewichts messungen Änderungen im Herstellungsprozess auszuregeln, die sich vor allem aus sich ändernden Eigenschaften der Kunststoffschmelze ergeben. Die bekannten Verfahren haben sich bewährt, um mit einem gewissen Maß temperaturbedingte oder materialbedingte Einflüsse zu kompensieren.
Gemäß den bekannten Verfahren werden vorrangig Gewichtsmessungen genutzt um materialbedingte Abweichungen festzustellen und zu korrigieren. Dazu werden der Wanddickenlagesteuerung Sollwerte produktabhängig und prozessabhängig vorgegeben. Das dabei bestimmte Gewicht ist ein integrales Maß, welches Rückschlüsse auf die in einem Abschnitt des Kunststoffhohlkörpers vorhandene Materialmenge erlaubt. Genaue Aussagen über die konkrete Materialverteilung sind in der Regel jedoch nicht möglich.
Insbesondere Änderungen des Blasformprozesses, die unbewusst auftreten oder bewusst zur Verfahrensanpassung vorgenommen werden, können die Materialverteilung innerhalb des Vorformlings erheblich beeinflussen und stellen so einen erheblichen Eingriff in das Verfahren dar. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der aus dem Düsenspalt austretende Vorformling frei formbar inneren und äußeren Kräften ausgesetzt ist. Aufgrund des viskoelastischen Verhaltens der Kunststoffschmelze kann sich die Materialverteilung im Vorformling ändern, beispielsweise durch Schwankungen der Schmelzetemperatur, des Kunststoffmaterials, der Extrusionszeit, auf die Schmelze wirkenden Scherbeanspruchungen, die Ausrichtung des Vorformlings in Bezug auf die Blasform und dergleichen. Ungenauigkeiten ergeben sich aus dem Wechselspiel der als Schwellen, Schrumpfen und Auslängen bezeichneten viskoelastischen Verformung, die im besonderen Maße auch eine Funktion der Zeit ist.
Mit Schwellen bezeichnet man den Effekt, dass der Durchmesser und die Wandstärke des aus dem Düsenspalt austretenden Vorformlings sich infolge einer Desorientierung der im Fließkanal ausgerichteten Moleküle ändert. Unter Schrumpfen versteht man das Relaxieren der Vorformlinge nach dem Austreten aus dem Düsenspalt. Das Relaxieren der Polymerketten der Kunststoffschmelze bewirkt eine Verkürzung der Vorformlinge, wobei die Wanddicke der Vorformlinge zunimmt. Auslängen tritt infolge des Eigengewichts des Vorformlings auf. Unter dem mit der Extrusion zunehmenden Gewicht des Vorformlings verringern sich Durchmesser und Wandstärke des Vorformlings unterhalb des Kopfaustritts. Die Auslängung wird im Wesentlichen von der Viskosität der Kunststoffschmelze, dem an einem betrachteten Vorlumenabschnitt hängenden Gewicht und der Zeit, die der Volumenabschnitt diesem Gewicht ausgesetzt ist, bestimmt. Die am Strangpresskopf beobachtete Austrittsgeschwindigkeit des Vorformlings nimmt entsprechend zu. Die beschriebenen viskoelastischen Effekte stehen in einer komplexen Wechselwirkung. Mit längerer Extrusionszeit und höherer Massetemperatur wird die Auslängung größer. Wird die Auslängung größer, so nimmt die Schwellung am Kopfaustritt ab. Bei längeren Extrusionszeiten wird schließlich die Schrumpfung im unteren Bereich des Vorformlings mit größerem Abstand vom Düsenspalt größer. Des Weiteren wird das lokale viskoelastische Fließverhalten im besonderen Maße durch den lokalen Wanddickenprofilverlauf in Längs- und Umfangsrichtung bestimmt.
Neben zuvor beschriebenen Verfahren zur Wanddickenlagesteuerung ist aus der DE 692 13 307 T2 ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern durch Blasformen bekannt, bei dem Vorformlinge aus einer Kunststoffschmelze gebildet und einer Blasform zugeführt werden, wobei die Position des unteren Endes des Vorformlings bestimmt wird und wobei abhängig von der Position des Vorformlings die Blasform geschlossen und der Extrusionsvorgang beendet wird. Gemäß dem beschriebenen Verfahren kann verhindert werden, dass die Blasform in Bezug auf die Ausdehnung der Vorformlinge zu früh oder zu spät geschlossen wird. Da jedoch der Extrusionsvorgang abhängig von der Lage des unteren Randes der Vorformlinge beendet wird, kann ein gleich bleibendes Nettogewicht der gebildeten Kunststoffhohlkörper nicht gewährleistet werden.
Bei dem bekannten Verfahren, welches insbesondere die Länge der Vorformlinge als verfahrensbestimmenden Parameter heranzieht, kann auch die Verteilung der Kunststoffschmelze in Längsrichtung der Vorformlinge nicht weiter beeinflusst werden.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von blasgeformten Hohlkörpern anzugeben, mit dem es möglich ist, Vorgabewerte für das Gewicht und die Wanddickenverteilung der Hohlkörper mit engen Toleranzen einzuhalten. Insbesondere soll es mit dem Verfahren möglich sein, im Herstellungsprozess, die unbewusst auftreten oder bewusst zur Verfahrensanpassung vorgenommen werden, auszugleichen.
Ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung blasgeformter Kunststoffhohlkörper mit den eingangs beschriebenen Merkmalen wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass nach der Bildung der Vorformlinge aus einer Kunststoffschmelze während eines Einformprozesses die Blasform mit einer gesteuerten Stellbewegung innerhalb einer vorgegebenen Formschließzeit geschlossen wird, wobei zusätzlich Abweichungen des Einformprozesses von dem definierten Prozessablauf, welcher als Referenzgröße herangezogen wird, erfasst werden und deren Einfluss auf die Materialverteilung in den blasgeformten Hohlkörper durch einen Eingriff in den Einformprozess und/oder durch einen Eingriff in die Vorformlingsbildung korrigiert werden. Einfindungsgemäß ist die Überwachung des Einformprozesses und der Vergleich mit einem definierten Prozessablauf zusätzlich zu einer axialen Wanddickenlagensteuerung vorgesehen, welche das Nettogewicht des Hohlköpers sowie eine zweite Regelgröße berücksichtigt. Durch die Kombination der unterschiedlichen Maßnahmen zur Prozessanpassung können insgesamt eine Vielzahl von Änderungen der Parameter bei dem Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern festgestellt und kompensiert werden. Bei der Bestimmung der Einformbedingung kann es zweckmäßig sein über mehrere Zyklen eine Mittelung vorzusehen, um ein Aufschwingen der Regelung zu vermeiden und nur auf Niveauverschiebungen mit einem Regeleingriff zu reagieren.
Zu berücksichtigen sind insbesondere Abweichungen, die auf Änderungen des Einformprozesses während dem Schließen der Blasform, Änderungen der Aufblasbedingungen während der Bildung der Hohlkörper, Änderungen der Extrusionsbedingungen des Vorformlings, Änderungen des Betriebspunktes des Blasformprozesses und Änderungen der Wanddickenprofilkurve, die der Wanddickenlagesteuerung zugrunde liegt, zurückzuführen sind. Da erfindungsgemäß Abweichungen des Einformprozesses in Bezug auf einen definierten Prozessablauf festgestellt werden, können diese Änderungen durch eine angepasste Steuerung der Stellbewegung während des Einformprozesses unmittelbar korrigiert werden. Der Einformprozess umfasst dabei den Abschnitt des Blasformprozesses, der damit beginnt, dass die Vorformlinge eine definierte Länge erreicht haben und/oder eine vorgegebene Extrusionszeit erreicht wird und endet mit dem vollständigen Schließen der Blasform, bevor der Vorformling durch das gasförmige Medium in seine endgültige Form aufgeweitet wird.
Der Einformprozess selbst beginnt wie zuvor erläutert üblicherweise mit dem Erreichen einer definierten Vorformlingslänge, dem Ablauf einer definierten Extrusionszeit oder dem Erreichen eines definierten Profilpunktes der Wanddickensteuerung wobei die Blasform sich in einer definierten Position, beispielsweise der Position einer Öffnungsbegrenzung oder vorzugsweise einer Wartestellung befindet. Nachfolgend vollzieht die Blasform innerhalb der Formschließzeit eine Schließbewegung, wobei üblicherweise zunächst ein schnelles Schließen und nachfolgend ein langsames Schließen erfolgt. Unmittelbar vor der Schließstellung der Blasform erfolgt über einen vergleichsweise kurzen Weg eine Schließbewegung mit einem erhöhten Schließdruck und einer typischerweise erhöhten Schließgeschwindigkeit, die auch als Nachschlagen bezeichnet wird. Das Nachschlagen dient hauptsächlich dazu durch die Er höhung des Schließdruckes gebildete Abfallbutzen soweit abzuquetschen, dass diese nach dem Blasformprozess nur noch durch einen dünnen Steg mit dem gebildeten Hohlkörper verbunden sind und so leicht abgetrennt werden können. Die beschriebene Folge unterschiedlicher Schließbewegungen ist lediglich exemplarisch. So können ohne Einschränkung während des Schließvorganges mehr oder weniger Abschnitte mit jeweils unterschiedlichen Schließgeschwindigkeiten vorgesehen sein. Die beschriebene Folge der Schließgeschwindigkeiten ist typisch für hydraulische oder elektrische Antriebe von Blasformen. Bei hybrid angetriebenen Blasformen wird in der Regel bei dem Umschalten von elektrischem auf hydraulischen Antrieb eine zusätzliche Änderung der Schließgeschwindigkeit beobachtet.
Schließlich sind auch Verläufe der Schließgeschwindigkeit möglich, bei denen keine fest vorgegebenen Bereiche mit einer jeweils konstanten Schließgeschwindigkeit, sondern kontinuierliche Änderungen der Schließgeschwindigkeit vorgesehen sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Einformprozesses ist vorgesehen, dass die Vorformlinge bei der Zuführung zu der Blasform an ihrem unteren Ende offen sind, wobei während des Einformprozesses vor dem Beginn der Schließbewegung das offene, untere Ende der Vorformlinge von einer Spreizvorrichtung gespreizt wird. Nachdem Spreizfinger der Spreizvorrichtung dann eine vorgegebene Spreizposition erreicht haben, werden die Vorformlinge jeweils von einer Schließvorrichtung an ihrem unteren Ende geschlossen. Je nach Anwendungsfall kann vor dem Beginn des Spreizvorganges und/oder der Schließvorrichtung eine gewisse Verzögerung vorgesehen sein. Nach dem Schließen des Vorformlings ist im Rahmen der beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung üblicherweise ein Vorblasvorgang vorgesehen, der unter Berücksichtigung einer Verzögerungszeit und einer vorgegebenen Vorblaszeit durchgeführt wird. Die Verzögerungszeit kann dabei derart gewählt werden, dass das Vorblasen vor, mit oder nach dem Beginn der Schließbewegung einsetzt. Neben der Verzögerungszeit einerseits und der Vorblaszeit andererseits sind insbesondere der Vorblasdruck und das Vorblasvolumen als Verfahrensparameter zu berücksichtigen. Das Vorblasen kann ohne Einschränkung von unten, über den Extrusionskopf oder auch über eine in den Vorformling eingestochene Blasnadel erfolgen.
Um in den Einformprozess einzugreifen kann vorgesehen sein während der Formschließzeit die im Vorformling enthaltene Gasmenge zu steuern. So kann beispielsweise wie zuvor beschrieben vorgesehen sein, in einem Intervall innerhalb der Formschließzeit ein gasförmiges Medium in den Vorformling einzuführen, welches den Vorformling durch Vorblasen weitet, wobei das untere Ende der schlauchförmigen Vorformlinge mittels einer Schlauchschließvorrichtung abgequetscht wird, bevor das Vorblasen beginnt. Eine Steuerung der in jedem der Vorformlinge enthaltenen Gasmenge ist des Weiteren auch möglich, wenn zum Trennen der Vorformlinge eine Schneideinrichtung verwendet wird, welche die Vorformlinge jeweils beim Trennvorgang unten verschließt, wobei während der Vorformlingsextrusion üblicherweise die Zuführung von Stützluft durch den Extrusionskopf vorgesehen ist. Zusätzlich oder alternativ zu einer dauerhaften, gleichmäßigen Zufuhr von Stützluft kann dabei auch eine zeitlich gesteuerte Stützluftzufuhr erfolgen. Es ist zu bedenken, dass die für den Extrusionsprozess optimale Menge an Stützluft unter Umständen auch zu einer in Bezug auf den Einformprozess unerwünscht großen Ausdehnung der Vorformlinge führen kann. Die Steuerung der in den Vorformlingen enthaltenen Gasmenge kann grundsätzlich und unabhängig davon, ob die Vorformlinge zunächst an ihrem unteren Ende offen sind und erst durch die Schlauchschließeinrichtung verschlossen werden oder bei Verwendung einer Schneidvorrichtung während der Extrusion an ihrem unteren Ende geschlossen sind, ein Ablassen oder Absaugen von Gas aus den Vorformlingen umfassen. Die Bildung von offenen Vorformlingen bei der Verwendung einer Schlauch schließeinrichtung einerseits und die Bildung geschlossener Vorformlinge bei Verwendung einer Schneidvorrichtung andererseits unterscheiden sich insbesondere dadurch, dass im ersten Fall die in dem Vorformling enthaltene Gasmenge erst während des Einformprozesses genau eingestellt werden kann, während im zweiten Fall in den geschlossenen Vorformling während seiner Extrusion Stützluft einzubringen ist, die nicht entweichen kann und die während des Einformprozesses in dem Vorformling enthaltene Gasmenge zumindest wesentlich mitbestimmt. Entsprechend ergeben sich auch für beide Fälle deutlich unterschiedliche Zeitintervalle, in denen die in den Vorformlingen enthaltene Gasmenge geregelt werden kann.
Um eine flexible Anpassung des Einformprozesses zu ermöglichen, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb der Formschließzeit eine Formwartezeit vorgesehen, die als Pufferzeit so variiert wird, dass bei einer sich ändernden Schließgeschwindigkeit die Formschließzeit insgesamt konstant bleibt. Der Begriff Formwartezeit bezieht sich damit im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht auf die Zeit, in der die Blasform geöffnet ist und zunächst die Vorformlingsbildung abgewartet wird. Die Formwartezeit, während der die Blasform ruht, kann an beliebiger Stelle der Formschließzeit, insbesondere auch zu Beginn der Formschließzeit vorgesehen sein. Des Weiteren besteht die Möglichkeit die Formwartezeit als Unterbrechung einer schnellen oder langsamen Schließbewegung oder zwischen einer schnellen und einer langsamen Schließbewegung vorzusehen. Des Weiteren können während einer Formschließzeit ohne Einschränkung auch mehrere Formwartezeiten vorgesehen sein. Die Formwartezeit ergibt sich dabei ausgehend von der gesamten Formschließzeit unter Abzug der für die einzelnen Wegstrecken vorgesehenen Zeiten.
Wenn der Blasformprozess mit einer Totzeitoptimierung betrieben wird oder wenn bei der Steuerung der Stellbewegung im Rahmen der Anpassung des Einformprozesses negative Werte für die Formwartezeit definiert werden, kann die Formwartezeit nicht als Puffer verwendet werden. Will man aber dennoch die Formschließzeit konstant halten, so muss eine geeignete Kompensation zwischen den Teilschritten erfolgen. So ist beispielsweise aus der Praxis bekannt, dass die in einem Falltest eines Kunststoffhohlkörpers ermittelte Stoßempfindlichkeit im besonderen Maße durch eine Veränderung der langsamen Schließbewegung beeinflusst werden kann. Wenn entsprechend zur Verbesserung der Schlagempfindlichkeit der Weg für die langsame Schließbewegung erhöht und/oder die Geschwindigkeit für die langsame Schließbewegung verringert werden, so kann der daraus resultierende Zeitverlust durch eine Erhöhung der Schließgeschwindigkeit während des vorherigen schnellen Schließvorgangs kompensiert werden. Bei einer Anpassung sind gegebenenfalls auch die Parameter für das Vorblasen, d. h. der Zeitpunkt für den Beginn des Vorblasens sowie die Vorblasdauer, anzupassen. Dabei kann es zweckmäßig sein den zeitlichen Abstand vom Beginn des Vorblasens und Ende des Vorblasens bis zum vollständigen Schließen der Blasform und/oder die Wegstrecke vom Beginn des Vorblasens und Ende des Vorblasens bis zur Position der vollständig geschlossenen Blasform konstant zu halten. Auch wenn die Formschließzeit konstant gehalten wird, kann nicht ausgeschlossen werden, dass eine Veränderung der Einzelgeschwindigkeiten des Einformprozesses eine nicht zu vernachlässigende Auswirkung auf die Wanddickenverteilung des Vorformlings bzw. die Wanddickenverteilung des gebildeten Kunststoffhohlkörpers hat. Entsprechende Veränderungen sind im Rahmen der Wanddickenlagesteuerung anhand des Nettogewichtes sowie der zweiten Regelgröße erkennbar, wobei dann gegebenenfalls eine entsprechende Kompensation bezüglich der Wanddickenlagesteuerung durchgeführt werden kann.
Um die Formschließzeit konstant zu halten, wird die Schließbewegung der Blasform vorzugsweise durch Wegsensoren und Zeitmessungen erfasst und die Schließbewegung anhand der gewonnenen Messwerte gesteuert. Um wie zu vor beschrieben zu erreichen, dass entweder der noch verbleibende Schließweg von Beginn des Vorblasens und dem Ende des Vorblasens oder die noch verbleibende Schließzeit von Beginn des Vorblasens und dem Ende des Vorblasens Vorgabewerten entsprechen ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Intervall für das Vorblasen durch Zeit- oder Wegmessungen gesteuert wird. Schließlich kann durch eine entsprechende Steuerung auch erreicht werden, dass während des Formschließvorganges die im Vorformling enthaltene Gasmenge Vorgabewerten entspricht. Eine entsprechende Vorgehensweise ergibt sich auch bei Vorformlingen, die bei der Vorformlingsbildung an ihrem unteren Ende geschlossen sind.
Bei der Kombination verschiedener Regelungen kann vorgesehen sein, dass jeweils ein eigener Regeleingriff ermittelt wird, wobei dann bezogen auf den jeweiligen Prozessschritt eine Überlagerung der Regeleingriffe erfolgt. So können beispielsweise der Steuerkurve einer Wanddickensteuerung Korrekturgrößen überlagert werden, die jeweils getrennt voneinander bestimmt sind. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung können jedoch auch Regeleingriffe unter gemeinsamer Berücksichtigung mehrerer Regelgrößen bestimmt werden. So kann es insbesondere zweckmäßig sein, das Nettogewicht zusammen mit den entsprechenden Butzengewichten gemeinsam auszuwerten, da die verschiedenen Gewichte dem gebildeten Hohlkörper einerseits und verschiedenen Abschnitten des Vorformlings andererseits zugeordnet werden können. So kann sich beispielsweise ergeben, dass zur Kompensation einer Abweichung des Herstellungsprozesses mehrere Regeleingriffe möglich sind, wobei dann der tatsächlich durchgeführte Regeleingriff unter Berücksichtigung mehrerer Regelgrößen bestimmt wird. Durch eine gemeinsame Betrachtung der Regelgrößen ist es insbesondere auch möglich, vergleichsweise große Abweichungen durch einen Regeleingriff auszugleichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich dazu geeignet, in Bezug auf einen definierten Prozessablauf eine Vielzahl von verschiedensten Abweichungen zu korrigieren. Erhebliche Abweichungen von einem definierten Prozessablauf ergeben sich insbesondere bei einem Anfahren des Blasformprozesses nach einer Unterbrechung. Zu berücksichtigen sind insbesondere thermische Effekte, die sich auf sämtliche Schritte des Verfahrens zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern beziehen können. Im Hinblick auf den Extrusionsprozess ist beispielsweise zu berücksichtigen, dass unmittelbar nach dem Anfahren die Temperatur und die Zusammensetzung der Kunststoffschmelze möglicherweise noch keinen stationären Zustand erreicht haben. Des Weiteren kann die thermische Ausdehnung der Teile des Extruders und insbesondere der Teile des Extrusionskopfes mit erheblichen Veränderungen verbunden sein. Im Hinblick auf den Einformprozess ist zu berücksichtigen, dass die Stellbewegungen bei dem Schließvorgang üblicherweise hydraulisch erfolgen, wobei das Hydrauliköl unmittelbar nach dem Anfahren des Blasformprozesses noch vergleichsweise kalt und viskos ist. Um die bei dem Anfahren typischerweise auftretenden Abweichungen in Bezug auf den definierten Prozessablauf ausgleichen zu können, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen beim Anfahren des Blasformprozesses abzufragen, ob der Blasformprozess einen stabilen Betriebszustand erreicht hat. Wenn dies nicht der Fall ist, kann der Einfluss von Änderungen des Einformprozesses auf die Materialverteilung der blasgeformten Hohlkörper durch einen Eingriff in den Einformprozess korrigiert werden. Des Weiteren kann auch vorgesehen sein bei einem Anfahren des Blasformprozesses den Einfluss von Änderungen des Extrusionsvorganges auf die Materialverteilung der blasgeformten Hohlkörper durch Eingriff in das während der Vorformlingsextrusion ablaufende Wanddickenprogramm zu korrigieren, solange noch nicht der stabile Betriebszustand des Blasformprozesses erreicht ist. Grundsätzlich können bei einem Anfahren Korrektureingriffe sowohl in den Einformprozess als auch in den Extrusionsprozess vorgesehen sein. Des Weiteren kann in einem gewissen Maße auch eine durch das Anfahren bedingte Änderung des Einformprozesses durch eine Anpassung des Extrusionsprozesses und umgekehrt durchgeführt werden.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren eröffneten Möglichkeiten einer vielseitigen, flexiblen und genauen Korrektur von Abweichungen sind auch besonders vorteilhaft, wenn eine häufige Umrüstung der verwendeten Blasformanlage vorgesehen ist. So ist es üblich, dass eine Blasformanlage zur Herstellung verschiedener Produkte verwendet wird, wobei dann bei einem Produktwechsel eine Umrüstung erforderlich ist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass es bei den Rüstvorgängen zu Fehlern kommen kann und dass sich zwischen zwei Produktionszyklen eines Produktes bewusste oder unbewusste Änderungen ergeben können. Erfindungsgemäß kann so zusätzlich zu einem produktspezifischen Austausch der Prozessdaten eine bedarfsgerechte Korrektur mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass erfindungsgemäß sowohl Abweichungen an dem Einformprozess als auch chargenbedingte Änderungen des Kunststoffrohstoffes erkannt und ausgeregelt werden.
Beim Übergang von der Entwicklungsstufe zur Produktionsreife werden die zu fertigenden Blasformteile von Fachleuten optimiert. Diese Fachleute definieren nach Abschluss der Optimierungsarbeiten die Sollwerte für eine automatische Prozessregelung. Die Fachleute sind Spezialisten und in der Regel nicht Maschinenbediener, die später die Fertigung überwachen und korrigierend eingreifen, wenn die Qualität der blasgeformten Teile nicht den Vorgabewerten entspricht. Die Maschinenbediener sind in der Regel mit der Überwachung mehrerer Maschinen gleichzeitig betraut und besitzen vielfach nicht das Fachwissen der Spezialisten, welche die Prozessregelung optimiert haben. Erkennt der Maschinenbediener im Zuge der Fertigung ein Problem, so versucht er dieses durch einen Eingriff in den Blasformprozess zu kompensieren, ohne dass er den Einfluss dieses Eingriffes auf den Gesamtprozess überschauen kann. Durch eine erfindungsgemäß ausgebildete automatische Prozessregelung wird erreicht, dass bewusste und unbewusste Änderungen am Blasformprozess durch den Maschinenbediener nicht die Qualität der Fertigung beeinflussen, dass die Qualität des Fertigungsprozesses weniger vom Wissensstand der Maschinenbediener abhängt, dass eine umfassende Kontrolle des Fertigungsprozesses erfolgen kann und das eine Beiziehung von Spezialisten nach Abschluss der Optimierungsphase nicht mehr notwendig ist.
Der die Vorformlinge formende Düsenspalt wird zweckmäßigerweise mit einem mit der Vorformlingsbildung ablaufenden Wanddickenprogramm gesteuert, welches das Volumen der für einen Vorformling benötigten Kunststoffschmelze in eine vorgegebene Anzahl (n) Volumenabschnitte unterteilt und diesen Volumenabschnitten Düsenspaltstellwerte zuordnet, welche eine über die Anzahl (n) der Volumenabschnitte aufgetragene Programmkurve bilden. Die Gestaltung der Programmkurve berücksichtigt das viskoelastische Verhalten der Kunststoffschmelze für ein durch eine bestimmte Temperatur, Massedurchsatz, Material, Düsenspalt, Schneckendrehzahl und gegebenenfalls weitere Betriebsparameter festgelegten Betriebspunkt und trägt einer Durchhängung der Vorformlinge in diesem Betriebspunkt Rechnung. Weichen die Betriebsparameter von denen der Auslegung zugrunde gelegten Werten ab, so kann dies Einfluss auf die Materialverteilung im Vorformling haben mit der Folge, dass beispielsweise der Abstand zwischen zwei Vorformlingsabschnitten, die jeweils einem Funktionsmaximum der Programmkurve zugeordnet sind, sich gegenüber dem der Auslegung zugrunde gelegten Abstand ändert. Dies stört insbesondere, wenn sich der Abstand zwischen zwei Vorformlingsabschnitten, die jeweils einem Funktionsmaximum der Programmkurve zugeordnet sind und beim Aufweiten der Vorformlinge zu Hohlkörpern kritische Querschnitte darstellen, ändern. Schon geringfügige Änderungen dieses Abstandes können erhebliche Qualitätseinbußen in Bezug auf die Stauchwerte, Verzugs- und Festigkeitseigenschaften der daraus gefertigten Hohlkörper zur Folge haben. Um Abhilfe zu schaffen, wird die axiale Wanddickenlagesteuerung unter Berücksichtigung des Nettogewichtes der Hohlkörper sowie zumindest einer zweiten Regelgröße betrieben. Zur weiteren Regelung der Wanddickenlagesteuerung ist im Rahmen der Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass bei Abweichungen des Einformprozesses von der Referenzgröße den Düsenspaltstellwerten der Programmkurve zusätzliche Korrekturwerte aufgeschaltet werden. Von Vorteil ist, wenn die Wanddickenlagesteuerung unter Berücksichtigung aller Korrekturfaktoren und -kurven derart betrieben wird, dass die für die Vorformlingsbildung eingesetzte Schmelzemenge konstant bleibt. Durch die sofortige Anpassung der Wanddickenlagesteuerung können unerwünschte Störungen bei der Vorformlingsextrusion bzw. bei dem Vorformlingsausstoß und während des Einformprozesses vermieden werden. Die Korrekturwerte können empirisch festgelegt und/oder anhand von eingegebenen Materialdaten und/oder anhand der gemessenen Schmelzetemperatur sowie gegebenenfalls weiterer Messdaten errechnet und in Abhängigkeit der Messwerte ständig angepasst werden.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung des Verfahrens, bei dem bei einem Auftreten von Abweichungen des Einformprozesses von dem definierten Prozessablauf einerseits der Programmkurve der Düsenspaltstellwerte Korrekturwerte aufgeschaltet werden und andererseits ein Eingriff in den Einformprozess mit der Maßgabe erfolgt, dass die Formschließzeit einen durch den definierten Prozess festgelegten Vorgabewert aufweist.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Überwachung des Einformprozesses erlaubt auch Abweichungen der Materialverteilung in den blasgeformten Hohlkörpern von Vorgabewerten zu erfassen, wenn die Abweichungen auf Änderungen des Einformprozesses basieren. Entsprechende Zusammenhänge können sowohl empirisch als auch theoretisch bestimmt werden. Eine ent sprechende Verknüpfung von Änderungen des Einformprozesses einerseits und Abweichungen der Materialverteilung in den blasgeformten Hohlkörpern andererseits erlaubt durch gezielte Eingriffe in den Blasformprozess und/oder den Extrusionsprozess eine direkte Korrektur der Materialverteilung in den blasgeformten Hohlkörpern. So können zur Korrektur von Abweichungen der Materialverteilung der Zeitpunkt des Vorblasens, die Zeitdauer des Vorblasens, der Vorblasdruck oder die Vorformlingsbildung verändert werden, wobei die genannten Maßnahmen einzeln oder in Kombination verwirklicht werden können.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist dabei vorgesehen, dass auch Abweichungen der radialen Wanddickenverteilung der Hohlkörper von einer vorgegebenen Verteilung in Abhängigkeit einer Änderung des Einformprozesses erfasst und durch einen Eingriff in den Einformprozess korrigiert werden. Dazu kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Änderung des Einformprozesses sowie die Änderung einer Größe, welche auf das Butzenbild eines am Kopf der Hohlkörper und/oder entlang einer Nahtstelle im Seitenbereich der Hohlkörper charakteristisch ist, festgestellt werden und dass zur Korrektur des Butzenbildes die während des Einformprozesses in dem Vorformling enthaltene Gasmenge verändert wird. Um ein gewünschtes Butzenbild zu erzeugen, können der Zeitpunkt des Vorblasens und/oder die Zeitdauer des Vorblasens und/oder der Vorblasdruck korrigiert werden. Zusätzlich oder alternativ kann die in den Vorformlingen enthaltene Gasmenge durch Entlüften oder Absaugen reduziert werden, wobei der Entlüftungs- oder Absaugzeitpunkt und/oder die Zeitdauer des Entlüftens oder Absaugens oder der Absaugdruck verändert werden, um das gewünschte Butzenbild zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Düsenspalt von einem mit der Vorformlingsbildung ablaufenden Wanddickenprogramm wie zuvor beschrieben gesteuert wird, wobei für die axiale Wanddickenlagesteuerung die Materialverteilung in Vorformlingslängsrichtung durch eine dritte Regelgröße erfasst und mit Vorgabewerten verglichen wird und wobei zum Zwecke des Ausregelns einer durch viskoelastische Effekte bedingten Abweichung von der Vorgabe den Düsenspaltstellwerten der Programmkurve Korrekturwerte aufgestaltet werden, die das Durchhängen der Vorformlinge beeinflussen. Auch im Rahmen einer solchen Ausgestaltung ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Programmkurve bei einer Aufschaltung der Korrekturwerte so angepasst wird, dass die für die Vorformlingsbildung eingesetzte Schmelzmenge konstant bleibt. Die für Bestimmung der dritten Regelgröße herangezogenen Korrekturwerte können anhand von eingegebenen Materialdaten und anhand der gemessenen Schmelztemperatur sowie gegebenenfalls weiteren Messdaten berechnet und in Abhängigkeit der Messwerte ständig angepasst werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dazu vorgesehen, durch die Superposition verschiedener Korrekturgrößen ein zur Wanddickenlagesteuerung vorgesehenes Wanddickenprogramm zu modifizieren und vorzugsweise auch den erfindungsgemäß überwachten Einformprozess bedarfsgerecht anzupassen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass Änderungen des Verfahrens zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern durch Blasformen teilweise auf unvorhergesehene Störungen und teilweise auch auf beabsichtigte Benutzereingriffe zurückzuführen sind. Beabsichtigte Eingriffe in den Blasformprozess können mit der Intention erfolgen, aufgetretene Störungen zu kompensieren oder den Blasformprozess über den zunächst festgelegten, vorgesehenen Prozessablauf weiter zu optimieren. Des Weiteren sind beispielsweise auch bei einer geometrischen Veränderung der Blasform, einer anderen Zusammensetzung der Kunststoffschmelze oder einer Änderung der Wanddickenvorgabe Eingriffe in den Blasformprozess erforderlich. Sofern diese Veränderungen dauerhaft beibehalten werden sollen, ist es zweckmäßig, die Veränderungen nicht als Korrekturwerte oder -funktionen beizubehalten, sondern die Programmkurve für die Wanddickenlagesteuerung und/oder den definierten Prozessablauf des Einformprozesses, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren als Referenzgröße herangezogen wird, anzupassen. Dazu kann auf besonders vorteilhafte Weise vorgesehen sein, dass bei einer vorgegebenen Änderung der Verfahrensparameter automatisch ein geeigneter Eingriff in den Einformprozess und/oder in die Vorformlingsbildung bestimmt wird, wobei die unter Berücksichtigung des geeigneten Eingriffs ermittelte Programmkurve bzw. der ermittelte optimale Prozessablauf des Einformprozesses als Vorgabe bzw. Referenzgröße festgelegt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass zur Übernahme der Werte eine manuelle Benutzereingabe abgefragt wird. Im Rahmen einer solchen Anpassung kann beispielsweise vorgesehen sein, den Referenzwert für die Formschließzeit oder auch die vorgegebenen Parameter für die Dauer und Schließgeschwindigkeiten in einzelnen Zeitintervallen der Formschließzeit zu verändern.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl einsetzbar bei schlauchförmigen Vorformlingen als auch bei flächigen Vorformlingen, die in der Blasform während des Blasformprozesses noch im plastifizierten Zustand vereinigt werden. In Abhängigkeit der zu fertigenden Hohlkörper können die verschiedenen Regelmechanismen miteinander kombiniert werden.
Auch bezüglich der Vorformlingsbildung bestehen keine Einschränkungen. Neben einer kontinuierlichen Extrusion der Vorformlinge kann insbesondere auch eine diskontinuierliche Bildung mittels einer Speicherkopfanlage vorgesehen sein.
Zur weiteren Verfahrensoptimierung kann vorgesehen sein, dass zumindest ein für den Zustand der Kunststoffschmelze kennzeichnender Messwert zur zusätzlichen Anpassung des Verfahrens ermittelt wird, wobei der Messwert mit einem vorgegebenen Referenzwert in Relation gesetzt wird, wobei ausgehend von der Abweichung zwischen dem Messwert und dem Referenzwert für den Vorformling anhand eines numerischen Modells das viskoelastische Fließverhalten der Kunststoffschmelze und davon ausgehend die räumliche Anordnung mindestens eines signifikanten Profilpunktes in Abhängigkeit der Zeit bestimmt werden und dass die bestimmte räumliche Anordnung des zumindest einen signifikanten Profilpunktes mit einer Referenzlage verglichen wird, wobei zur Korrektur von Abweichungen zwischen der Anordnung des zumindest einen Profilpunktes und der Referenzlage ein Regeleingriff in die Vorformlingsbildung und/oder den Blasformprozess erfolgt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels des numerischen Modells bei einer vorgegebenen Änderung der Verfahrensparameter automatisch eine geeignete Kompensationskurve bestimmt wird, die von einer vorgegebenen Steuerkurve der Wanddickenlagesteuerung überlagert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es von Vorteil, wenn durch einen Eingriff in die Steuerung einzelne Regelmaßnahmen deaktiviert werden können. Wenn bei ansonsten reproduzierbarem Prozessverlauf beispielsweise aufgrund des numerischen Modells oder einer der zuvor beschriebenen Regelgrößen eine unerwartet hohe Abweichung bestimmt wird, so kann diese möglicherweise ein Hinweis auf eine fehlerhafte Bestimmung von Messdaten oder eine andersartige Störung sein. Eine Kompensation ausgehend von den ermittelten Daten ist in diesem Fall nicht sinnvoll, so dass dann das Verfahren ohne die Berücksichtigung des numerischen Modells bzw. der entsprechenden Regelgröße erfolgt. Durch die beschriebene Ausgestaltung wird damit ein Notfall-Betriebsmodus bereitgestellt, der, wenn auch mit reduzierter Genauigkeit, eine fortgesetzte Herstellung von Hohlkörpern ermöglicht. Um das numerische Modell oder eine der weiteren Regelgrößen unberücksichtigt zu lassen kann ein Benutzereingriff und/oder eine Kausalitätsabfrage im Rahmen der Prozesssteuerung vorgesehen sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen schematisch:
1 eine Blasformanlage zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern mit einer kontinuierlichen Vorformlingsbildung durch Schneckenextrusion,
2 eine alternative Ausgestaltung einer Blasformanlage zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern,
3 ein Regelschema zum Betrieb einer Blasformanlage,
4a und b Weg-Zeitdiagramme für die Schließbewegung einer Blasform,
5 ein blasgeformter Hohlkörper mit einem oberen, einem unteren und einem seitlichen Abfallbutzen und
6 Beispiele zur Illustration des Zusammenhanges zwischen jeweils einem in einer Ansicht dargestellten Butzenbild und der korrespondierenden, im Querschnitt dargestellten Wanddickenverteilung eines blasgeformten Hohlkörpers.
Zum grundsätzlichen Aufbau der in 1 und 2 dargestellten Blasformanlagen gehören jeweils eine Plastifiziereinheit 1 zur Herstellung schlauchförmiger Vorformlinge 2 sowie eine Einrichtung 3 zum Blasformen mit einer aus Formwerkzeugen bestehenden Blasform 4, einer Spreizeinrichtung 5, die zur besseren Erkennbarkeit um 90° gedreht dargestellt ist, sowie einer Schlauchschließvorrichtung 6. Die schlauchförmigen Vorformlinge 2 aus heißem, formbarem Kunststoff werden senkrecht nach unten aus der Plastifiziereinheit 1 extrudiert und in eine reproduzierbare Lage zur geöffneten Blasform gebracht.
Während gemäß der 1 die Schlauchschließvorrichtung 6 und die Blasform 4 zur Übernahme des Vorformlings 2 in einer Unterkopfposition unmittelbar unterhalb des Extrusionskopfes 7 angeordnet sind, zeigt die 2 eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Extrusion, bei der die Vorformlinge 2 nach Erreichen einer vorgegebenen Länge, nach Ablauf einer vorgegebenen Extrusionszeit oder dem Erreichen eines definierten Profilpunktes der Wanddickensteuerung unmittelbar unterhalb des Extrusionskopfes 7 abgetrennt und von einem Greifer 8 zu der Einrichtung 3 mit der Blasform 4, der Spreizeinrichtung 5 und der Schlauchschließvorrichtung 6 bewegt werden. Zur Überprüfung der Länge der Vorformlinge 2 kann eine Messeinrichtung, beispielsweise eine Lichtschranke, vorgesehen sein. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind entsprechende Messeinrichtungen in den Figuren nicht dargestellt.
Der gemäß der 1 unmittelbar und gemäß der 2 mittels des Greifers 8 in die Blasform 4 eingeführte Vorformling 2 wird mittels der Spreizvorrichtung 5 in Quetschnahtrichtung fixiert und durch Betätigung der Schlauchschließvorrichtung 6 geschlossen. Danach wird die Blasform 4 geschlossen und der Vorformling 2 mit einem gasförmigen Medium, vorzugsweise Luft, welches durch einen zuvor von oben oder unten in den Vorformling eingeführten Blasdorn 9, durch den Extrusionskopf oder durch eingestochene Nadeln eingeführt wird, in der Blasform 4 zu einem Hohlkörper 10 aufgeweitet. Am Kopf und am Boden des Hohlkörpers 10 entstehen Abfallbutzen 11, 12, die als Abfall von dem blasgeformten Hohlkörper 10 abgetrennt werden. Das Nettogewicht GN des Hohlkörpers 10, das Gewicht GUB des unteren Abfallbutzens 11 sowie das Gewicht GOB des oberen Abfallbutzens 12 werden gemessen und als Regelgrößen in einem Regelschema 13 verwendet.
Ein blasgeformter Hohlkörper 10 mit einem kopfseitigen oberen Abfallbutzen 12, einem bodenseitigen unteren Abfallbutzen 11 und einem seitlichen, mittle ren Abfallbutzen 14 ist in der 5 dargestellt. Auch das Butzenbild zumindest eines der Abfallbutzen kann erfasst und als Regelgröße verwendet werden.
Gemäß der 1 beginnt der Einformprozess damit, dass der Vorformling 2 eine definierte Vorformlingslänge erreicht hat, eine vorgegebene Extrusionszeit abgelaufen ist oder ein definierter Profilpunkt der Wanddickensteuerung erreicht werden. Wie zuvor erläutert wird dann im Rahmen des Einformprozesses das untere, offene Ende des Vorformlings mit der Spreizvorrichtung 5 gespreizt, wobei der Vorformling 2 von der Schlauchschließvorrichtung 6 geschlossen wird, nachdem Spreizfinger der Spreizeinrichtung eine Spreizposition erreicht haben. Der Vorformling 2 wird somit unten gehalten. Nach dem Schließen der Schlauchschließvorrichtung 6 beginnt der Schließvorgang der Blasform 4. Dabei befindet sich die gesamte Einrichtung 3 mit der Blasform 4 und der Schlauchschließvorrichtung 6 noch in der Unterkopfposition (Blasform 4 unter Extrusionskopf 7), so dass weiterhin Kunststoffschmelze von oben nachgefördert wird. Im unteren Bereich des Vorformlings 2, der durch die Schlauchschließvorrichtung 6 gehalten wird, ergeben sich nur noch geringfügige Änderungen bezüglich des dort vorhandenen Materialvolumens. Dieser Bereich bestimmt später maßgeblich die Form und das Gewicht des unteren Abfallbutzens 11. Dagegen wird durch die noch nachgeförderte Kunststoffschmelze und die Durchhängung des Vorformlings 2 infolge des Eigengewichtes und des viskoelastischen Fließverhaltens das Nettogewicht GN aber vor allem das Gewicht GOB und das Butzenbild des oberen Abfallbutzens 12 sowie das Gewicht GMB und das Butzenbild des mittleren Abfallbutzens 14 in Abhängigkeit der Einformbedingungen, beispielsweise der Weg-Zeitsteuerung der Blasform 4, beeinflusst. So ist bei einer Veränderung des Einformprozesses gegebenenfalls der Durchsatz von Kunststoffschmelze durch den Extrusionskopf 7 anzupassen. Wird beispielsweise eine insgesamt längere Schließzeit vorgesehen, ist zweckmäßigerweise der Durchsatz entsprechend zu reduzieren. Wenn die Blasform 4 geschlossen ist, wird die gesamte Einrichtung 3 in eine Blasposition gefahren und die Extrusion eines neuen Vorformlings 2 begonnen.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 verbleibt die Einrichtung 3 mit der Blasform 4, der Spreizeinrichtung 5 und der Schlauchschließvorrichtung 6 dauerhaft in der Blasposition. Dabei ist zum Transport der Vorformlinge 2 vom Extrusionskopf 7 zu der Blasform 4 der Greifer 8, der beispielsweise Teil eines Roboters sein kann, vorgesehen. Wenn eine vorbestimmte Schlauchlänge nach einer vorgegebenen Extrusionszeit erreicht ist oder durch entsprechende Messeinrichtungen, beispielsweise in Form von Lichtschranken, ermittelt wird, übernimmt der Greifer 8 den Vorformling 2 vom Extrusionskopf 7 und trennt ihn dabei ab. Der Greifer 8 transportiert den Vorformling 2 zu der Einrichtung 3, wobei das Spreizen des Vorformlings 2 am unteren Ende mittels der Spreizeinrichtung 5 erst erfolgt, wenn der Greifer 8 seine Zielposition erreicht hat, wobei dann der Vorformling 2 an seinem oberen Ende von dem Greifer 8 verschlossen wird. Grundsätzlich kann auch das Weg-Zeitverhalten des Greifers 8 in die Steuerung integriert werden. Nachfolgend wird dann wie zuvor beschrieben der Vorformling unten durch die Schlauchschließvorrichtung 6 geschlossen und ist wie auch bei der Ausführung gemäß der 1 unten gehalten. Bei dem dann folgenden Schließvorgang der Blasform 4 wird jedoch im Gegensatz zu der Ausführung gemäß der 1 keine Kunststoffschmelze mehr nachgefördert, wobei der Vorformling 2 sich noch aufgrund der Durchhängung verformt. Die Durchhängung des Vorformlings 2 beeinflusst in Abhängigkeit der Schließgeschwindigkeit der Blasform neben dem Nettogewicht GN vor allem das Gewicht GOB und das Butzenbild des oberen Abfallbutzens 12 sowie das Gewicht GMB und das Butzenbild des mittleren Abfallbutzens 14.
Aus den beschriebenen Ausführungsbeispielen zu der 1 und der 2 ist unmittelbar ersichtlich, dass zusätzlich zu den bekannten Methoden zur Beein flussung der Wanddickensteuerung die genaue Lage der einzelnen Volumenabschnitte durch den Schließvorgang maßgeblich verändert werden kann.
Neben den beschriebenen Maßnahmen zur Kompensation des Einflusses von sich ändernden Einformbedingungen durch einen Eingriff in den Einformprozess und/oder die Vorformlingsbildung sind grundsätzlich auch Maßnahmen denkbar, die zur Kompensation einer auftretenden Lageverschiebung mechanisch Einfluss nehmen. So können beispielsweise Lichtschranken, welche die Länge des Vorformlings 2 messen, der Abstand zwischen Extrusionskopf und Blasform 4, der Abstand zwischen der Schlauchschließvorrichtung 6 und/oder der Spreizvorrichtung 5 zur Blasform 4 oder, sofern die Abtrennung der Vorformlinge 2 mit einer Schneidvorrichtung vorgesehen ist, der Abstand zwischen der Schneidvorrichtung und dem Extrusionskopf 7 automatisch angepasst werden.
Die Vorformlinge 2 werden aus der Kunststoffschmelze mit einem sich den Vorformlingslängsrichtung ändernden Wanddickenprofil, welches mindestens einen Bereich 15 mit einer erhöhten Wanddicke aufweist, gebildet. 3 zeigt die schematische Darstellung eines Regelschemas. An eine Vorformlingsextrusion schließt ein Blasformprozess an, der zunächst den zuvor beschriebenen Einformprozess umfasst. Erfindungsgemäß ist eine Erfassung 16 der Einformbedingungen und ein nachfolgender Vergleich 17a der Einformbedingungen mit einem definierten Prozessablauf vorgesehen, welcher als Referenzgröße herangezogen wird. Wenn die Abweichungen des Einformprozesses unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegen, ist kein weiterer Regeleingriff vorgesehen. Anschließend ist eine Kausalitätsabfrage 17b vorgesehen. Wenn die erfassten Einformbedingungen sehr weit von den Referenzgröße abweichen und eine vorgegebene Maximalabweichung übersteigen, kann dies ein Hinweis auf eine fehlerhafte Messung oder eine gravierende Störung des Einformprozesses sein. Ein Regeleingriff ist dann unter Umständen nicht zweckmäßig. Bei dem Überschreiten der Maximalabweichung können unterschiedliche Maßnahmen vorgesehen sein. So kann beispielsweise der in dem jeweiligen Blasformprozess gebildete Hohlkörper 10 aussortiert, ein Fehlersignal ausgegeben oder sogar der gesamte Prozess angehalten werden. Dabei ist es denkbar für die unterschiedlichen Maßnahmen unterschiedliche Schwellen vorzusehen. Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es grundsätzlich auch vorteilhaft, die ermittelten Einformbedingungen zu speichern und diese Informationen bei Bedarf einem Benutzer zur Verfügung zu stellen, beispielsweise um im Nachhinein eine Fehleranalyse oder Prozessoptimierung durchzuführen. Ansonsten, d. h. wenn aufgrund der bestimmten Abweichungen ein Regeleingriff vorgesehen ist, erfolgt eine Abfrage 18, ob sich der Blasformprozess nach einem Anfahren in einem noch nicht stabilen Betriebszustand befindet. Wenn dies der Fall ist, erfolgt eine Kompensationsregelung für das Anfahren 19. Wenn dagegen der Blasformprozess einen stabilen Betriebszustand erreicht hat, erfolgt eine Prüfung 20, ob es für die Kompensation der im Rahmen des Einformprozesses festgestellten Abweichungen erforderlich ist, auch durch die Bereitstellung von Korrekturwerten in die Wanddickenlagesteuerung einzugreifen. Wenn dies nicht der Fall ist, erfolgt eine Kompensationsregelung 21, die eine Änderung der Parameter des Einformprozesses bewirkt. Sofern ein Eingriff in die Wanddickenlagesteuerung erforderlich ist, kann auch hier, wie durch die gestrichtelte Linie angedeutet, optional eine Kompensationsregelung 21 erfolgen. Gemäß dem in 3 dargestellten Regelschema 13 werden nach dem Blasformprozess das Gewicht GOB eines oberen Abfallbutzens 12, das Gewicht GUB eines unteren Abfallbutzens 11 sowie das Nettogewicht GN des Hohlkörpers 10 bestimmt. Zunächst wird aus der Summe der Gewichte GOB, GN und GUB das Bruttogewicht GB ermittelt. Aus dem Bruttogewicht ergibt sich unmittelbar die Gesamtmenge der für die Bildung eines Hohlkörpers 10 eingesetzten Kunststoffschmelze. Weicht der Messwert IW des Bruttogewichtes GB von einem Vorgabewert SW ab, wird der Massedurchsatz m durch Änderung der Schneckendrehzahl der Plastifiziereinheit 1 angepasst.
Gemäß dem in 3 dargestellten Regelschema wird der Düsenspalt s geregelt, wenn der Messwert IW des Nettogewichts GN der blasgeformten Hohlkörper 10 von einem vorgegebenen Sollgewicht SW abweicht. Zur Änderung des Düsenspaltes s werden die Düsenspaltstellwerte 22 unmittelbar erhöht oder verringert.
Als weitere Regelgröße wird das Gewicht GOB des oberen Abfallbutzens 12 mit Vorgabewerten verglichen. Wenn dabei die Abweichungen außerhalb vorgegebener Toleranzen liegen, werden geeignete Korrekturwerte bzw. -kurven 23 bestimmt, die dann zur Steuerung der Vorformlingsextrusion durch Superposition den Düsenspaltwerten 22 überlagert werden. Des Weiteren werden auch bei der zuvor erläuterten Prüfung 20 während der Überwachung des Einformprozesses der eigene Korrekturwert bzw. -kurven 23 bestimmt, die dann jedoch gegebenenfalls mit den Korrekturwerten bzw. -kurven aufgrund einer Abweichung des Gewichtes GOB des oberen Butzens abzustimmen sind.
Zur weiteren Steuerung wird gemäß dem exemplarisch in 3 dargestellten Regelschema 13 das Butzenbild BB zumindest eines Abfallbutzens 11, 12, vorzugsweise des oberen Abfallbutzens 12 bestimmt. Wenn das Butzenbild BB außerhalb von Vorgabewerten liegt, erfolgt eine Anpassung 24 der während der Schließbewegung der Blasform 4 in den Vorformlingen 2 enthaltenen Gasmenge. So kann beispielsweise vorgesehen sein die bei einem Vorblasen der Vorformlinge 2 vorgesehene Gasmenge zu erhöhen oder zu verringern. Alternativ kann es aber auch erforderlich sein zur Steuerung der Gasmenge Gas aus den Vorformlingen 2 abzulassen oder abzusaugen. Wie durch die gestrichelte Linie angedeutet, können bei Abweichungen des Butzenbildes BB auch Korrekturwerte 23 ermittelt werden.
Der Zusammenhang zwischen dem Butzenbild und der korrespondierenden Wanddickenverteilung in dem blasgeformten Hohlkörpern ist in 6 für einige Beispiele dargestellt. Eine vergleichende Betrachtung der in 6 dargestellten Beispiele macht deutlich, dass das Butzenbild als Maß für die radiale Wanddickenverteilung herangezogen werden kann. Im Beispiel A der 6 entsprechen das Butzenbild und die Wanddickenverteilung in der Schnittebene A-A den Vorgabewerten. In den Beispielen B und C weist das Butzenbild des am Kopf der Hohlkörper gebildeten oberen Abfallbutzens 12 von dem Vorgabewert ab. Die Abweichungen korrelieren mit Ungleichmäßigkeiten bezüglich der radialen Wanddickenverteilung des blasgeformten Hohlkörpers.
Die 4a und 4b zeigen exemplarisch Weg-Zeitdiagramme der Blasformvorrichtung 4. Die Formschließzeit t_gesamt für den Weg zwischen einer Öffnungsbegrenzungsposition und einer Position, in der die Blasform 4 vollständig geschlossen ist, ergibt sich aus den einzelnen Zeiten t₁, t_w _, t₂ _, t₃ und t₄ _, wobei t₁ die Zeit für das Schließen der Blasform von der Öffnungsbegrenzungsstellung in eine Formwartestellung, t_w eine Formwartezeit, bei der die Blasform nicht bewegt wird, t₂ die Zeit für ein schnelles Schließen, t₃ die Zeit für ein langsames Schließen und t₄ die Zeit für ein Nachschlagen ist. Nachdem die Blasform 4 ausgehend von der Öffnungsbegrenzungsposition eine Formwartestellung erreicht hat, schließt zunächst die Formwartezeit t_w an, in der die Blasform nicht bewegt wird. Die Formwartezeit t_w kann beispielsweise dazu vorgesehen sein um abzuwarten, bis der Vorformling 2 eine vorgegebene Länge erreicht hat. Des Weiteren kann die Formwartezeit t_w aber auch in beliebigen Intervallen der Gesamtzeit t_gesamt vorgesehen sein und dient als Puffer, um einen Eingriff in den Einformprozess zu ermöglichen. Während des schnellen Schließens setzt nach einer vorgegebenen Verzögerung Δ_vb das Vorblasen ein, welches über die Dauer der Vorblaszeit t_vb erfolgt. In der 4a ist strichpunktiert eine durch einen Regeleingriff modifiziert Kurve des zeitabhängigen Schließweges dargestellt, wobei die Formwartezeit erhöht ist. Um dennoch die vorgegebene Formschließzeit t_gesamt einhalten zu können, ist im Intervall t₃ die Schließgeschwindigkeit leicht erhöht. In Bezug auf das Vorblasen sind insbesondere der Zeitabstand zwischen dem Beginn des Vorblasens und dem vollständigen Schließen der Blasform 4 einerseits und der Zeitabstand zwischen dem Ende des Vorblasens und dem vollständigen Schließen der Blasform 4 ausschlaggebend. So bleiben ausgehend von einer konstanten Formschließzeit t_gesamt die Verzögerung für das Vorblasen Δ_vb und die Vorblaszeit t_vb unverändert, so dass auch die insgesamt bereitgestellte Gasmenge im Wesentlichen unverändert ist. Durch die Anpassung der Schließgeschwindigkeiten ändert sich dabei der während des Vorblasens zurückgelegte Weg der Blasform 4.
Die 4b zeigt ein Weg-Zeitdiagramm, bei dem keine Formwartezeit t_w vorgesehen ist. In Bezug auf eine Referenzkurve a zeigt die Kurve b einen Verlauf, bei dem der Vorgang des langsamen Schließens über einen längeren Zeitraum bei einer geringeren Geschwindigkeit erfolgen soll. Entsprechend wird die Geschwindigkeit des schnellen Schließvorgangs erhöht. Die Kurve c zeigt einen schließzeitoptimierten Verlauf, bei dem die Geschwindigkeit des schnellen Schließvorganges erhöht und damit die Formschließzeit t_gesamt verringert wird.
Wenn der Einformprozess dauerhaft mit einem schließzeitoptimierten Verlauf betrieben werden soll, ist es zweckmäßig, diesen Verlauf als neue Referenz zu übernehmen.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern durch Blasformen, wobei Vorformlinge (2) aus einer Kunststoffschmelze mit einem sich in Vorformlingslängsrichtung ändernden Wandprofil gebildet und einer geöffneten Blasform (4) zugeführt werden, wobei während eines nachfolgenden Einformprozesses die Blasform (4) mit einer gesteuerten Stellbewegung innerhalb einer vorgegebenen Formschließzeit (t_gesamt) geschlossen wird, wobei die Vorformlinge (2) nach dem Schließen der Blasform (4) mit einem gasförmigen Medium zu Hohlkörpern (10) aufgeweitet werden, wobei die Vorformlingsbildung geregelt wird und dazu mittels einer axialen Wanddickenlagesteuerung das Nettogewicht (GN) der Hohlkörper (10) sowie eine zweite Regelgröße, welche die axiale Lage eines ausgewählten Bereiches des Wandprofils der Vorformlinge (2) bei einem definierten Prozessablauf des Einformprozesses zum Schließzeitpunkt der Blasform (4) mittelbar beschreibt, gemessen werden sowie der die Vorformlinge (2) formende Düsenspalt und/oder der Massendurchsatz für die Vorformlingsbildung korrigiert werden, wenn die Messwerte von Sollwerten abweichen, wobei zusätzliche Abweichungen des Einformprozesses von dem definierten Prozessablauf, welcher als Referenzgröße herangezogen wird, erfasst werden und deren Einfluss auf die Materialverteilung in den blasgeformten Hohlkörpern (10) durch einen Eingriff in den Einformprozess und/oder durch einen Eingriff in die Vorformlingsbildung korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Formschließzeit (t_gesamt) die im Vorformling enthaltene Gasmenge gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Trennen der Vorformlinge (2) eine Schneideinrichtung verwendet wird, die den Vorformling (2) beim Trennvorgang unten verschließt, wobei die in dem Vorformling (2) enthaltene Gasmenge gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Formschließzeit (t_gesamt) eine Formwartezeit (t_w) vorgesehen wird und diese als Pufferzeit so variiert wird, dass bei einer sich ändernden Schließgeschwindigkeit die Formschließzeit (t_gesamt) konstant bleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließbewegung der Blasform (4) durch Wegsensoren und Zeitmessungen erfasst und so gesteuert wird, dass die Formschließzeit (t_gesamt) stets konstant bleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Intervall für das Vorblasen durch Zeit- oder Wegmessungen gesteuert wird und dabei jeweils so festgelegt wird, dass entweder der noch verbleibende Schließweg vom Beginn des Vorblasens und dem Ende des Vorblasens oder die noch verbleibende Schließzeit vom Beginn des Vorblasens und dem Ende des Vorblasens Vorgabewerten entsprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die während des Formschließvorganges im Vorformling (2) enthaltene Gasmenge Vorgabewerten entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Anfahren des Blasformprozesses abgefragt wird, ob der Blasformprozess einen stabilen Betriebszustand erreicht hat, und dass der Einfluss von Änderungen des Einformprozesses auf die Materialverteilung der blasgeformten Hohlkörper nur durch einen Eingriff in den Einformprozess korrigiert wird, solange noch nicht der stabile Betriebszustand des Blasformprozesses erreicht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Anfahren des Blasformprozesses abgefragt wird, ob der Blasformprozess einen stabilen Betriebszustand erreicht hat, und dass der Einfluss von Änderungen des Extrusionsvorganges auf die Materialverteilung der blasgeformten Hohlkörper (10) durch Eingriff in das während der Vorformlingsextrusion ablaufende Wanddickenprogramm korrigiert wurde, solange noch nicht der stabile Betriebszustand des Blasformprozesses erreicht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenspalt von einem mit der Vorformlingsbildung ablaufenden Wanddickenprogramm gesteuert wird, welches das Volumen der für einen Vorformling (2) benötigten Kunststoffschmelzen in eine vorgegebene Anzahl (n) Volumenabschnitte unterteilt und diesen Volumenabschnitten Düsenspaltstellwerte zuordnet, welche eine über die Anzahl (n) Volumenabschnitte aufgetragene Programmkurve bilden, und dass bei Abweichungen des Einformprozesses von der Referenzgröße den Düsenspaltstellwerten der Programmkurve Korrekturwerte aufgeschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Eingriff in den Einformprozess mit der Maßgabe erfolgt, dass die Formschließzeit (t_gesamt) einen durch den definierten Prozessablauf festgelegten Wert aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf Änderungen des Einformprozesses basierende Abweichungen der Materialverteilung in den blasgeformten Hohlkörpern (10) von Vorgabewerten erfasst werden und durch eine Änderungen des Zeitpunktes des Vorblasens, eine Änderung der Zeitdauer (t_vb) des Vorblasens, einer Änderung des Vorblasdruckes oder durch einen Eingriff in die Vorformlingsbildung korrigiert werden, wobei die vorgenannten Maßnahmen einzeln oder in Kombination verwirklicht werden können.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Abweichungen der radialen Wanddickenverteilung der Hohlkörper von einer vorgegebenen Verteilung in Abhängigkeit einer Änderung des Einformprozesses erfasst und durch einen Eingriff in den Einformprozess korrigiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung des Einformprozesses sowie die Änderung einer Größe, welche für das Butzenbild (BB) eines am Kopf der Hohlkörper (10) und/oder entlang einer Nahtstelle im Seitenbereich der Hohlkörper charakteristisch ist, festgestellt werden und dass zur Korrektur des Butzenbildes (BB) die während des Einformprozesses in den Vorformlingen (2) enthaltene Gasmenge verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt des Vorblasens und/oder die Zeitdauer (t_vb) des Vorblasens und/oder der Vorblasdruck korrigiert werden, um das gewünschte Butzenbild (BB) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Vorformlingen (2) enthaltene Gasmenge durch Entlüften oder Absaugen reduziert wird, wobei der Entlüftungs- oder Absaugzeitpunkt und/oder die Zeitdauer des Entlüftens oder Absaugens oder der Absaugdruck verändert werden, um das gewünschte Butzenbild (BB) zu erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenspalt von einem mit dem Vorformlingsbildung ablaufenden Wanddickenprogramm gesteuert wird, welches das Volumen der für einen Vorformling benötigten Kunststoffschmelze in eine vorgegebene Anzahl (n) Volumenabschnitte unterteilt und diesen Volumenabschnitten Düsenspaltstellwerte zuordnet, welche eine über die Anzahl (n) Volumenabschnitte aufgetragene Programmkurve bilden, dass für die axiale Wanddickenlagesteuerung die Materialverteilung in Vorformlingslängsrichtung durch eine dritte Regelgröße erfasst und mit einer Vorgabe verglichen wird und dass zum Zwecke des Ausregelns einer durch viskoelastische Effekte bedingten Abweichung von der Vorgabe den Düsenspaltstellwerten der Programmkurve Korrekturwerte aufgeschaltet werden, die das Durchhängen der Vorformlinge (2) beeinflussen.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Programmkurve bei einer Aufschaltung der Korrekturwerte so angepasst wird, dass die für die Vorformlingsbildung eingesetzte Schmelzemenge (m) konstant bleibt.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturwerte anhand von eingegebenen Materialdaten und anhand der gemessenen Schmelzetemperatur sowie gegebenenfalls weiterer Messdaten errechnet und in Abhängigkeit der Messwerte ständig angepasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorgegebenen Änderung der Verfahrensparameter automatisch ein geeigneter Eingriff in den Einformprozess und/oder in die Vorformlingsbildung bestimmt wird.