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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlkörpers aus
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thermoplastischem Kunststoff Ein wesentliches Problem bei der Herstellung
von Kunststoffhohlkörpern, z.B. Flaschen, mit vom Kreisquerschnitt abweichendem
Querschnitt besteht darin, eine wenigstens über den eigentlichen Flaschenkörper
(also abgesehen vom Boden, Schulter- und. Halsbereich) gleichbleibende Wandstärke
einzuhalten.
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Allgemein üblich ist heute das Schlauchblasverfahren, bei dem von
einem extrudierten Schlauch ausgegangen wird, dessen Umfang nahezu gleich dem größten
Umfang des herzustellenden Hohlkörpers ist.
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Hierzu wird ein Schlauch entsprechenden Durchmessers und mit der gewünschten
Wandstärke freihängend kontinuierlich extrudiert und nach Erreichen einer der Höhe
des Hohlkörpers entsprechenden Länge von einer Endblasform übernommen, in welcher
der schlauchförmige Vorformling nun mittels einer Blaspinole zu dem fertigen Hohlkörper
ausgeblasen wird, wobei die Blaspinole gleichzeitig Hals und Mündung des Hohlkörpers
kalibriert, während die Endblasform -bereits beim Schließen den beträchtlichen verbleibenden
Materialüberschuß insbesondere im Schulter- und Halsbereich abgequetscht hat. Da
der abgequetschte Materialanteil je nach Form des lIohlkörpers von 10 % bis zu 25
% und mehr des Gewichtes des fertigen Hohlkörpers erreichen kann, ist diese Art
der Herstellung von Hohlkörpern verhältnismäßig unwirtschaftlich, denn nicht nur
muß der abgequetschte Materialanteil wieder aurgeart)eitet werden, sondern der apparative
Aufwand, vor allem aber der Leistungsbedarf
für Antrieb, Heizung
und Kühlung der Blasformmaschine ist deutlich höher, als für die Herstellung des
eigentlichen Hohikörpers notwendig.
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Bei Hohlkörpern mit über ihre ganze Länge bzw. ihre ganze Höhe rotationssymmetrischem
Querschnitt kann demgegenüber von einem Schlauch erheblich geringeren Durchmessers,
beispielsweise gleich dem Durchmesser des Halses des herzustellenden Hohlkörpers,
jedoch größerer Wandstärke ausgegangen werden, wobei der Schlauch dann in der Endblasform
zu dem fertigen Hohlkörper ausgeblasen wird, ohne daß es hierbei zu einer ungleichmäßigen
Wanddickenverteilung kommt.
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Für Hohlkörper mit vom Kreisquerschnitt abweichendem Querschni#tt
ist diese Art der Herstellung aus den in der US-PS 3 892 829 zutreffend im einzelnen
angegebenen Gründen nicht durchführbar. Bei der genannten US-PS ist daher eine eigene
Zwischenformstation vorgesehen, in der ein Zwischenformling hergestellt wird, der
unter Beibehaltung des Kreisquerschnittes einen Umfang bzw. eine Oberfläche hat,
der bzw. die etwa 25 g unter dem Umfang bzw. der Oberfläche des herzustellenden
Hohlkörpers liegen. Eine gleichmEßige Wandstärke über den Umfang des Hohlkörpers
läßt sich auf diese Weise jedoch nicht erreichen, denn die noch notwendige,Verstreckung
des Zwischenformlings in der Endblasform findet ausschließlich in den Oberflächenbereichen
des Zwischenformlings statt, diekoch nicht an der gekühlten Innenwandung der Ehdblasform
anliegen, bei einem Hohlkörper mit näherungsweise rechteckigem oder elliptischem
Querschnitt also im Bereich der kurzen Rechteckseite bzw. der langen Ellipsenachse.
Um nun in diesen Bereichen noch eine hinreichende Wandstärke zu erhalten, muß zwangshäufig
mit einem Materialüberschuß gearbeitet werden. Der fertige Hohlkörper hat also über
den größeren Teil seiner Oberfläche, nämlich im Bereich seiner beiden großen Seitenflächen,
eine unnötig große Wandstärke. Desweiteren erweist sich auch der zusätzliche Aufwand
für eine vollständige Zwischenblasstation, die
nicht nur eine eigene
Blaspinole sondern auch eigene Ubergabevorrichtungen und die zugehörigen Antriebe
benötigt, als nachteilig, so daß dieses bekannte Verfahren keinen Eingang in die
Praxis gefunden hat.
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Ein Verfahren zur Herstellung eckigbegrenzter Hohlkörper mit -gleichmäßiger
Wandstärke aus einem Kunststoffschlauch ist aus der DE-OS 14 54 926 bekannt. Hierbei
wird der in die Endblasform übergebene Schlauchabschnitt bei geöffneter Form auf
den Umfang des zu erzeugenden Hohlkörpers aufgeblasen und darauf die Form zum Stauchen
der beim Blasvorgang eine vergleichsweise geringere Wandstärke annehmenden Wandteile
im Bereich der Kanten und Ecken geschlossen. Durch dieses Stauchen des Rohlings
in der Form wird erreicht, daß der fertige Hohlkörper überall konstante Wandstärke
aufweist. Abgesehen davon, daß zur Durchführung dieses Verfahrens eine zehn bewegliche
Teile umfassende Endblasform erforderlich ist, besteht hierbei jedoch stets die
Gefahr, daß Teile des Rohlings in den Eckbereichen der sich schließenden Blasform
eingequetscht werden. Außerdem ist das Verfahren nur bei relativ dickwandigen Hohlkörpern,
wie beispielsweise Kanistern, anwendbar, nicht aber bei sogenannten Flachflaschen,
insbesondere solchen, bei denen der Flaschenhals in den Flaschenkörper' im Bereich
der Schmalseite in zwei relativ großen Krümmungsradien übergeht.
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Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern mit
gegebenenfalls auch vom Kreisquerschnitt abweichendem Querschnitt ist aus de#r DE-OS
21 61 066 bekannt. Auch hier wird der schlauchförmig extrudierte Vorformling in
eine Zwischenblasstation überführt, wobei die eigentliche Zwischenblasform zwar
geringere Abmessungen als der endgültige Hohlkörper hat, dessen Gestalt jedoch bereits
weitgehend angenähert ist. Der Zwischenblasschritt dient hierbei allerdings in erster
Linie dazu, einerseits die Taktzeit der Blasmaschine zu verkürzen und andererseits
den Zwischenformling auf die für eine nachfolgende biaxiale Verstreckung in der
Endblasform günstigste Temperatur bringen zu können. Von Nachteil ist, daß jedenfalls
bei Hohlkörpern mit deutlich
vom Kreisquerschnitt abweichendem
Querschnitt schon der Zwischenformling und mehr noch der fertiggeblasene Hohlkörper
erheblich unterschiedliche Wandstärken im Bereich der Breitseiten einerseits und
der Schmalseiten andererseits aufweisen. Dem Aufwand für eine vollständige Zwischenblasstation
mit einer nichtrotationssymmetrischen und daher teueren Zwischenblasform steht also
unter dem Gesichtspunkt der gleichförmigen Wandstärke und einer nur dann möglichen
Optimierung des Einsatzes an Kunststoff-Rohniaterial kein erkennbarer Erfolg gegenüber.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern mit nichtrotationssymmetrischem Querschnitt,
insbesondere sogenannten Flachflaschen mit näherungsweise parallelen Wandflächen
zu schaffen, die zumindest über den größten Teil ihrer Höhe, nämlich zwischen dem
Boden- und dem Schulter- und Halsbereich eine über den Umfang nahezu gleichförmige
Wandstärke haben.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der extrudierte
Schlauch, an seinem Unterende verschlossen, frei in eine Zwischenform extrudiert
wird, hierbei bereits während des Extrudierens bis zur Erreichung einer leicht birnenfdrmigen
Gestalt vorgeblasen und nach Extrusion der vorgegebenen Länge in der Zwischenform
zu einem Zwischenformling ausgeblasen wird, der einen kugelkalottenförmigen Boden,
einen zylindrischen Körper mit einem Umfang, der gleich dem Umfang des herzustellenden
Hohlkörpers oder allenfalls wenige Prozent geringer als dieser ist und einen Hals,
der der Hals form des herzustellenden Hohlkörpers bereits angenähert ist, hat.
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Es ist zwar allgemein bekannt, den extrudierten Schlauch bei verschlossenem
Unterende bereits während des Extrudierens über die Extrudierdüse mit sogenannter
Stützluft zu beaufschlagen. Diese Stützluft dient jedoch nicht der Aufweitung des
Schlauches, sondern hat lediglich den Zweck, ein Zusammenfallen des Schlauches vor
und während seiner Übernahme durch die oder in die Endblasform
zu
verhindern. Weiterhin ist es aus der OE-PS 272 627 und aus der FR-PS 1 450 395 bereits
bekannt, den Schlauch bei verschlossenem Unterende während des Extrudierens mit
Blasluft aus der Extrudierdüse derart zu beaufschlagen, daß der Schlauch aufgeweitet
wird.
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In beiden Fällen befindet sich unter der Extrudierdüse eine geöffnete
Endblasform. Während im ersteren Fall aus dem extrudierten Schlauch eine Mehrzahl
von Ampullen mit rechtwinklig zur Schlauchachse verlaufender Längsachse hergestellt
wird und die Trennstege zwischen den einzelnen Formnestern für die notwendige Abstützung
des Schlauches sorgen, ohne die eine annähernd zylinderförmige Aufweitung nicht
erzielbar ist, wird im letzteren Fall ein rotationssymmetrischer Hohlkörper unmittelbar
in die Endblasform exextrudiert, wobei durch das Vorblasen über die Extrudierdüse
eine unerwünschte Materialanhäufung im Bodenbereich des fertigen Hohlkörpers verhindert
wird, die sonst dadurch entstehen würde, daß ein fertigextrudierter und dann aufgeblasener
Schlauch sich aus bekannten Gründen zunächst in seinem mittleren Abschnitt erweitert,
bis er an die Innenwand der Endblasform zur Anlage kommt.
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Demgegenüber bezweckt der Vorblasschritt bei dem Verfahren nach der
Erfindung nicht in erster Linie eine Beeinflussung der Wanddicke im Bodenbereich
des fertigen Hohlkörpers, Diese kann durch andere, später noch zu erläuternde Schritte
beeinflußt werden.
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Vielmehr wird durch das Vorblasen vor allem erreicht, daß der Zwischenformling
sich von unten nach oben fortschreitend mit gleichmäßiger Wanddicke bildet.
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Vorzugsweise erfolgt das Aufblasen des Zwischenformlings mit programmgesteuertem
Blasluftdruck, wobei eine erste Druckspitze während des Austretens des ersten Drittels
des Schlauches und eine zweite Druckspitze bei oder unmittelbar nach Beendigung
des Extrusionsvorganges erreicht wird.
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Der auf diese Weise hergestellte, zylindrische Zwischenformling wird
zu dem Hohlkörper vorzugsweise in einer aus der DE-PS 2 720 448 bekannten Endblasform
umgeformt.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt einen Schubschneckenextruder,
unter dessen Extrudierdüse eine Zwischenform angeordnet ist, die aus zwei symmetrischen,
aufeinander zu und voneinander weg verfahrbaren Formhälften besteht und deren Formhohlraum
durch einen kugelkalottenförmigen Boden sowie eine zylindrische Wandung begrenzt
ist, deren Umfang nahezu gleich dem Umfang des herzustellenden Formkörpers ist.
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Mit Vorteil ist der kugelkalottenförmige Boden längs einer mit der
Schlauch-Mittelachse zusammenfallenden Achse verfahrbar. Bei gleichbleibender extrudierter
Schlauchlänge kann hierdurch die Form und die Wandstärke insbesondere des Halsbereichs
des fertig ausgeblasenen Zwischenformlings und damit des späteren Hohlkörpers beeinflußt
werden.
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Ferner ist die Zwischenform insgesamt gegenüber der Extrudierdüse
höhenverstellbar. Hierdurch und in Verbindung mit einer geeigneten Drucksteuerung
der Blasluft kann die Form und die Wandstärke des Schulterbereichs des Zwischenformlings
entsprechend der gewünschten Wandstärke und Schulterform des späteren Hohlkörpers
beeinflußt werden.
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Weiter ist mit Vorteil in der Blasluftzuführung in die Extrudierdüse
ein analog oder quasi-analog steuerbares Druckluftventil vorgesehen, das sein Steuersignal
von einem Programmsteuergerät erhält, das eine freiprogrammierbare Drucksteuerkurve
in gleichbleibenden Zeitschritten innerhalb einer vorwählbaren Taktzeit abfährt.
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In der Zeichnung ist das Verfahren nach der Erfindung anhand einer
Vorrichtung zu seiner Durchführung schematisch vereinfacht in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 die erfindungswesentlichen Teile einer Blasmaschine,
Fig. 2 a die verschiedenen Schritte zur Herstellung - 2d
eines
Zwischenformlings für eine Flachflasche mit verhältnismäßig schlankem Hals, Fig.
3a die verschiedenen Schritte zur Herstellung 3d eines Zwischenformlings für eine
Flachflasche mit ausgeprägtem, nahezu rechteckigem Schulterbereich.
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Figur 1 zeigt schematisch vereinfacht in einer Stirnansicht einen
Schneckenextruder 1, vorzugsweise einen Schubschneckenextruder an sich bekannter
Bauart mit einem Kopf 2, der in einer Extrudierdüse 3 endet, die mit einer Mittelbohrung
versehen ist, welche über eine Leitung 4 mit Druckluft beaufschlagbar ist. Die Leitung
4 enthält ein Druckluft-Magnetventil 5, das als analog oder quasi-analog elektrisch
einstellbares Drosselventil ausgebildet ist und sein elektrisches Steuersignal von
einem Steuergerät 6 erhält.
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Unter der als Ringspaltdüse ausgebildeten, an sich bekannten Extrudierdüse
3 ist gleichachsig eine geteilte Zwischenform mit den Formhälften 7a, 7b sowie einem
kugelkalottenförmigen Boden 8 angeordnet. Die Formhälften 7a und 7b sind in Schließstellung
der Zwischenform gezeichnet und können in bekannter Weise in waagerechter Richtung
auseinandergefahren werden. Darüber hinaus ist die Zwischenform aus später noch
zu erläuternden Gründen aber auch mit Bezug auf die untere Fläche der Extrudierdüse
3 höhenverstellbar. Der Boden 8 der Zwischenform sitzt seinerseits am Ende einer
Kolbenstange 9 einer Kolben/Zylinder-Einheit 10 und hat eine Reihe verschiedener
Funktionen. Er dient zunächst zur Ausbildung eines kugelkalottenförmigen Bodenbereiches
an dem Zwischenformling Dieser Bodenbereich wird in der Endblasform durch eine in
Höhe der Bodenkrümmung liegende Schneidkante abgequetscht. Weiter stützt der Boden
8 den noch plastisch verformbaren Zwischenformling nach dem Öffnen der Formhälften
7a, 7b bis kurz vor der Übernahme in di Endblasform. Schließlich spielt der Boden
8 eine wesentliche Rolle bei der später noch zu beschreibenden Ausbildung des Schulter-
und
vor allem des Halsbereiches hinsichtlich Form und Wanddicke.
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Die Formhälften 7a und 7b sowie der Boden 8 der Zwischenform begrenzen
einen Formhohlraum oder ein Formnest, dessen Boden kugelkalottenförmig ist und der
im übrigen Kreisquerschnitt hat, wobei der Umfang gleich dem Umfang der herzustellenden
Flachflasche oder höchstens um wenige Prozent kleiner als dieser ist. Diese letztere
Bemessung des Umfanges ist vor allem dann notwendig, wenn besonders geformte Flachflaschen
hergestellt werden sollen, bei denen eine gewisse Nachreckung in der hier nicht
beschriebenen Endblasform unvermeidlich ist. Dies ist beispielsweise bei Flachflaschen
der Fall, bei denen der Umfang des Bodens und der $chulter einige Prozent größer
als der Umfang des Flaschenkörpers ist. In anderen Fällen muß zur Angleichung des
Umfanges des Zwischenformlings an denjenigen des herzustellenden Hohlkörpers eventuell
auch anstelle einer Zwischenform mit zyIinfrischem Formhohlraum leicht konischem
Formhohlraum verwendet werden.
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Die Düse 3 extrudiert einen aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden
Schiauch, der an seinem Unterende durch eine nicht dargestellte Zange unmittelbar
nach seinem Austritt aus der Düse 3 zusammengequetscht und damit verschlossen wird.
Nach dem Austreten von etwa einem Drittel der gewünschten Schlauchlänge öffnet das
elektronische Steuergerät 6> das mit dem Arbeitstakt der Maschine synchronisiert,
ist, Zeitpunkt t1 das Ventil 5 auf einen ersten Wert a während einer vorgegebenen
Zeit, ohne daß hierbei das Extrudieiren unterbrochen wird. Der Zeitpunkt ti, die
Zeitdauer. und der Öffnungswert a sind so gewählt, d sich hierdurch eine leicht
birnentörmige Aufweitung des Schlauches ergibt, der damit in etwa die gezeichnete
Form annimmt.
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Der Extrudiervorgang ist im Zeitpunkt t2 beendet, wenn der Schlauchabschnitt
11 seine vorgegebene Länge erreicht hat, also entweder auf dem Boden 8 der Zwischenform
aufsitzt oder mit seinem unteren, verschlossenen Ende diesem Boden 8 nahe gegenübersteht.
Während des größeren Teiles der zwischen t1 und t2 liegenden;
Z-eit¼des#weiteren
Extrudierens des Schlauches hat das- Steuergerät 6 über das Ventil 5 den Luftdruck
auf einen Wert b abgesenkt der entweder der üblichen Stützluft entspricht, die ein
Kollabieren des Schlauches verhindert oder ein allenfalls geringfügiges Fortschreiten
der birnenförmigen Aufweitung des Schlauches nach oben bewirkt. Ziemlich genau im
Zeitpunkt t2, also nach Abschluß des Extrusionsvorganges, öffnet nun das Steuergerät
6 das Ventil auf einen Wert c, der nach Höhe und Dauer so bestimmt ist, daß der
Schlauch in der Zwischenform zu dem gewünschten Zwischenformling ausgeblasen wird,
wobei die Aufweitung infolge des Vorblasens im Zeitpunkt t1 in der Zwischenform
von unten nach oben rasch und gleichmäßig voranschreitet, was für die Erzielung
einer über die Höhe der Zwischenform gleichmäßigen Wandstärke des Zwischenformlings
von ausschlaggebender Bedeutung ist.
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Das Steuergerät 6 ist vorzugsweise frei programmierbar, so daß in
dem eingezeichneten Diagramm, dessen Abszisse die Zeit und dessen Ordinate den Luftdruck
nach dem Ventil 5 symbolisiert, die schematisch eingezeichnete Kurve dem jeweiligen
Anwendungsfall leicht angepaßt werden kann.
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Die-Figuren 2a bis 2d veranschaulichen die Herstellung eines Zwischenformlings
zur Erzeugung einer Flachflasche, deren Körper unmitteMbar in einen schlanken und
verhältnismäßig langen Hals übergeht. Hierzu ist die höhenverstellbare Zwischenform
7a, 7b so eingestellt, daß zwischen ihrer Oberkante und dem Unterrand der Düse ein
relativ großer Abstand vorhanden ist.
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In Figur 2a ist der Zwischenformling 13 in der Zwischenform fertig
ausgeblasen.
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In Figur 2b sind die Formhälften 7a, 7b auseinandergefahren.
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In Figur 2c ist der Boden 8 der Zwischenform mittels der Kolben/ Zylinder-Einheit
10 soweit nach unten gefahren, daß sich der zunächst etwa elliptische Halsbereich
des Zwischenformlings 13 in
einen nahezu kegelförmigen Halsbereich
umformt. In Abhängigkeit von dem Verhältnis des Eigengewichts des Zwischenformlings
13 zur Verformbarkeit des thermoplastischen Kunststoffes kann diese Umformung durch
einfaches Absenken des Bodens 8 erhalten oder zusätzlich durch eine in dem Formboden
enthaltene Zange 12, deren Schließbewegung steuerbar ist, unterstützt werden.
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In Figur 2d wurde unter gleichzeitigem, weiterem Absenken des Bodens
8 nochmals ein kurzer Schlauchabschnitt extrudiert, um einen zylindrischen Mündungsbereich
zu erhalten. Für dieses Nachextrudieren ist der Schubschneckenextruder besonders
geeignet.
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Der fertige Zwischenformling wird nach nochmaligem Absenken des Bodens
8 durch bekannte Vorrichtungen von der Düse 3 abgetrennt und in die Endblasform
übernommen.
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Die Weiterbehandlung des Zwischenformlings entsprechend den Figuren
2c und 2d richtet sich selbstverständlich nach der Form und der gewünschten Wandstärkenverteilung
der herzustellenden Flachflasche. Wie ohne weiteres ersichtlich und im übrigen bekannt,
kann im Bedarfsfall durch Kühlung und/oder Heizung der Zwischenform erreicht werden,
daß im Zuge. der Verstreckung entsprechend der Darstellung in Figur 3c die Wandstärke
im zylindrischen Teil des Zwischenformlings praktisch gleich bleibt, jedoch wahlweise
im Halsbereich und/oder im Bodenbereich abnimmt. Die Wandstärke vor allem im Bodenbereich
kann aber insbesondere durch änderung der Länge des extrudierten Vorformlings 11
(Fig. 1) beeinflußt werden, da sich ein starkwandiger Bodenbereich dann ergibt,
wenn der extrudierte Vorformling mit seinem Unterende auf dem Boden 8 der Form aufsitzt,
während sich ein dünnwandiger Bodenbereich des Zwischenformlings dann ergibt, wenn
die extrudierte Länge so eingestellt ist, daß das untere Ende des Vorformlings 11
von dem Boden 8 der Zwischenform bei Beendigung des Extrudierens noch einen gewissen
Abstand hat.
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Die Figuren 3a bis 3d veranschaulichen die Herstellung eines
Zwischenformlings
14 für eine Flachflasche mit ausgeprägtem Schulterbereich, die also in der Seitenansicht
näherungsweise Rechteckformat hat. Hierbei wird vorzugsweise eine Düse 3a benutzt,
deren Mündungsbereich gegenüber dem Düsenkopf um einen geringen Betrag nach unten
vorspringt. Hierdurch wird ein Anhaften des Kunststoffes an dem Düsenkopf nach dem
Ausblasen des Zwischen formlings vermieden. Bei dieser Ausführungsform könnte es
zu eine3 derartigen Anhaften deshalb kommen, weil die Zwischenform relativ zur Düse
3 so eingestellt ist, daß zwischen ihrer Oberkante und der Düsenmündung nur ein
geringer Abstand verbleibt.
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in Figur 3a ist der Zwischenformling 13a fertig ausgeblasen.
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In Figur 3b sind die Zwischenformhälften 7a und 7b geöffnet.
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In Figur 3c ist zur Ausbildung eines zylindrischen Halses im Anschluß
an die Schulterpartie ein kurzes Schlauchstück unter synchronem Absenken des Bodens
8 der Zwischenform nachextrudiert.
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In Figur 3d ist zum Abtrennen und zur Übergabe des Zwischenformlings
13a in die Endblasform die Zwischenform 7a, 7b seitlich weg geschwenkt und der Boden
8 der Zwischenform vollständig nach unten gefahren.
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Selbstverständlich kann auch im Fall der Figur 3 eine zusätzliche
axiale Verstreckung des Halsbereiches vorgesehen werden, wie sie im Zusammenhang
mit Figur 2 erwähnt ist. Die hierzu gegebenenfall erforderliche Zange in dem Formboden
8 ist der Einfachheit halber weggelassen.
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