WO2004098862A2 - Systeme et procede de soufflage de corps creux en matiere plastique minimisant la consommation d'air haute pression - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a system and a method for blowing plastic hollow bodies minimizing the consumption of high pressure air.
- preforms injection molded, of containers and in particular bottles of thermoplastic material such as polyethylene terephthalate (P. ET.), The opening of which
- the neck is much smaller than the body, thus preventing the introduction of blowing volume reduction cores.
- thermoplastic polymers have experienced rapid development over the past years.
- stretch-blow-molding techniques for blanks or "preforms" being carried out in a temperature zone where the material is stretchable under high internal pressure currently make it possible to obtain bottles having a minimum weight at the same time as a high level of mechanical properties.
- Preform 1 in one piece, consists of a stretchable part or hollow cylindrical body 2, closed at one end by a semi-spherical cap, the other end, open, forming the neck 3 of the finished bottle and comprising a circular coaxial collar 4 projecting from the outside diameter of the preform. Unlike body 2, the neck 3 does not undergo any transformation during the bottle manufacturing process ( Figure 1).
- the preform is placed in a blowing mold in which is defined a cavity in the shape of the container to be obtained, so that its open end protrudes outside the mold.
- a blowing device can be brought to the level of the neck of the preform to inject pressurized air into the preform.
- a drawing rod is introduced axially inside the preform to abut against the closed end of the body of the preform.
- the P. ET. develops in the form of a bubble which ends up occupying almost the final volume of the bottle to be blown.
- the final high-pressure blowing phase only serves to bring the material into complete contact with the mold cavity to ensure good impression of the mold form and contact between the wall of the bottle and the mold generally cooled.
- the entire volume of the pre-blown bottle is therefore filled with high pressure air.
- the opening of the neck has a much smaller diameter than that of the body and, as such, it is impossible to introduce drawing cores of significant size, these having to be able go through the neck, which does not limit the volume of high pressure air inside the container.
- the objective sought of the present invention is to limit as much as possible the consumption of high pressure air by reducing the internal volume of the bottle thanks to the introduction, after the pre-blowing operation, of a body that cannot be compressed at inside of it. This body behaving like a core will considerably reduce the volume, thus minimizing the volume of high pressure air necessary for a good impression.
- the difficulty is to be able to introduce this “dead” volume of large volume through a very small orifice which is the neck of the bottle.
- the system according to the invention consists in sheathing the drawing rod, provided with an internal channel connected to a liquid inlet pipe, with an elastomer pocket into which the liquid is introduced thanks to the mechanical action of '' a piston after the stretching and pre-blowing phase, so as to make it take the volume of the pre-blown body before carrying out the high pressure blowing, a non-return valve disposed on the liquid supply making it incompressible the pocket filled with liquid.
- FIG. 1 shows a bottle preform before blowing
- FIG. 2 shows a preform in place in the blowing mold, before processing
- FIGS. 3 and 4 respectively represent, under the same conditions, the stretching and pre-blowing phases
- FIG. 5 shows the elastomer bag filled with liquid
- FIGS. 6 and 7 illustrate two variants of high pressure blowing
- FIG. 8 shows the finished bottle extracted from the mold.
- FIGS. 2 to 7 consists of a common type blowing mold 5 provided with an internal cavity 6 having the shape of the container 20 to be obtained and an opening allowing the introduction of the body 2 of the preform 1, such so that the neck 3 protrudes outside the mold.
- the neck 3 of the preform is capped with an end piece 7 with a sealed connection provided with a bypass 8 through which the pre-blowing air is introduced (arrow F2, FIG. 4).
- a drawing rod 9, inserted inside the preform 1, can slide axially so as to press on the closed end of the body 2 of the preform to push this end towards the bottom of the cavity 6
- the drawing rod is sheathed by an elastomer pocket 10, the upper part of which is hooked to a ring 11 sliding on the rod which has an internal channel 12 connected to a pipe 13 for the arrival of liquid and provided with communicating orifices. with the inside of the pocket.
- the pre-blowing air is evacuated by venting (arrow F4, Figure 5) .
- a liquid 14 is introduced into the pocket through the drawing rod 9 (arrow F3).
- the pocket thanks to the ring 11, therefore slides along the stretching rod to take up the volume of the body 2 pre-blown with the preform, which makes it possible to limit the extension of the pocket and therefore to increase its lifespan.
- the liquid 14 can be admitted thanks to the mechanical action of a low pressure piston bearing on a cam driven by the system mechanism.
- a non-return valve 15 piloted traps the volume of liquid in the pocket 10. This assembly therefore becomes an incompressible body.
- the final transformation high-pressure phase can be carried out according to two alternative embodiments
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Abstract
La présente invention a pour objet un système et un procédé de soufflage de corps creux en matière plastique minimisant la consommation d'air haute pression. Elle concerne la fabrication de récipients par étirage-soufflage à partir d'ébauches, ou 'préformes', moulées par injection, le système consistant à gainer la tige d'étirage (9), pourvue d'un canal interne (12) relié à une canalisation d'arrivée de liquide, d'une poche (10) en élastomère dans laquelle un liquide (14) est introduit grâce à l'action mécanique d'un piston après la phase d'étirage et de pré-soufflage, de façon à lui faire prendre le volume du corps pré-soufflé avant de procéder au soufflage haute pression, un clapet anti-retour disposé sur l'alimentation de liquide rendant incompressible la poche (10) remplie de liquide. L'invention est en particulier destinée à la fabrication de bouteilles en matière thermoplastique telle que le polyéthylène téréphtalate (P.E.T.).
Description
SYSTEME ET PROCEDE DE SOUFFLAGE DE CORPS CREUX EN MATIERE PLASTIQUE MINIMISANT LA CONSOMMATION D'AIR HAUTE PRESSION
La présente invention a pour objet un système et un procédé de soufflage de corps creux en matière plastique minimisant la consommation d'air haute pression.
Elle concerne la fabrication par étirage-soufflage à partir d'ébauches, ou "préformes", moulées par injection, de récipients et en particulier de bouteilles en matière thermoplastique telle que le polyethylene téréphtalate (P. ET.), dont l'ouverture
(le col) est beaucoup plus petite que le corps interdisant ainsi l'introduction de noyaux de réduction du volume de soufflage.
Dans le domaine des articles creux, les polymères thermoplastiques ont connu un rapide développement au cours des années écoulées. Les techniques d'étirage-soufflage d'ébauches ou "préformes" s'effectuant dans une zone de température ou le matériau est étirable sous une forte pression interne permettent actuellement d'obtenir des bouteilles présentant un minimum de poids en même temps qu' un niveau élevé de propriétés mécaniques.
La fabrication par soufflage d'une bouteille en plastique à partir d'une préforme se décompose en plusieurs phases :
- Introduction de la préforme réchauffée dans le moule et fermeture de celui-ci. - Étirage de la préforme par une tige dite d'élongation et pré-soufflage par introduction d'air basse pression. Le pré-soufflage est réalisé sous une pression d'environ 7 à 10 bars.
- Soufflage final sous haute pression (environ 40 bars) pour plaquer le plastique contre le moule et ainsi assurer une bonne prise d'empreinte et le bon refroidissement de la matière plastique.
- Ouverture du moule et éjection de la bouteille pour redémarrer un nouveau cycle de soufflage.
La préforme 1 , d'une seule pièce, est composée d'une partie étirable
ou corps 2 cylindrique creux, fermé à une extrémité par une calotte semi-sphérique, l'autre extrémité, ouverte, formant le col 3 de la bouteille finie et comportant une collerette 4 circulaire coaxiale faisant saillie par rapport au diamètre extérieur de la préforme. Contrairement au corps 2, le col 3 ne subit aucune transformation au cours du processus de fabrication de la bouteille (figure 1).
Pour la mise en forme de la bouteille, la préforme est disposée dans un moule de soufflage dans lequel est délimitée une cavité à la forme du récipient à obtenir, de telle manière que son extrémité ouverte dépasse à l'extérieur du moule. Ainsi, un dispositif de soufflage peut être amené au niveau du col de la préforme pour injecter de l'air sous pression dans la préforme. Simultanément, une tige d'étirage est introduite axialement à l'intérieur de la préforme pour venir en appui contre l'extrémité fermée du corps de la préforme.
Pendant la phase de pré-soufflage le P. ET. se développe sous forme d'une bulle qui finit par occuper quasiment le volume définitif de la bouteille a souffler.
La phase finale de soufflage haute pression ne sert qu'a amener la matière au contact complet de l'empreinte du moule pour assurer une bonne prise d'empreinte de la forme du moule et le contact entre la paroi de la bouteille et le moule généralement refroidi. Pour effectuer cette dernière opération la totalité du volume de la bouteille pré-soufflée est donc rempli d'air haute pression.
Les systèmes connus d'étirage-soufflage donnent entière satisfaction en termes de fonctionnement du procédé de soufflage. Toutefois, il est apparu le besoin de diminuer de manière importante la consommation globale d'énergie de ces machines.
La production d'air haute pression représente la plus grande consommation d'énergie et est donc très coûteuse tant en terme d'investissement au départ (proportionnel au débit à fournir), qu'en terme de la consommation électrique d'utilisation (coût total = coût dû à la consommation énergétique, plus coût d'investissement des compresseurs proportionnel à leur taille).
En outre, dans le cas des bouteilles, l'ouverture du col présente un diamètre beaucoup plus petit que celui du corps et, à ce titre, il est impossible d'introduire des noyaux d'étirage de dimension significative, ceux-ci devant pouvoir
passer par le col, ce qui ne permet pas de limiter le volume d'air haute pression à l'intérieur du récipient.
L'objectif recherché de la présente invention est de limiter au maximum la consommation d'air haute pression en réduisant le volume intérieur de la bouteille grâce à l'introduction, après l'opération de pré-soufflage, d'un corps incompressible à l'intérieur de celle-ci. Ce corps se comportant comme un noyau viendra considérablement réduire le volume, minimisant ainsi le volume d'air haute pression nécessaire pour une bonne prise d'empreinte. La difficulté est de pouvoir introduire ce volume « mort » de gros volume à travers un tout petit orifice qui est le col de la bouteille.
Le système selon l'invention consiste à gainer la tige d'étirage, pourvue d'un canal interne relié à une canalisation d'arrivée de liquide, d'une poche en élastomère dans laquelle le liquide est introduit grâce à l'action mécanique d'un piston après la phase d'étirage et de pré-soufflage, de façon à lui faire prendre le volume du corps pré-soufflé avant de procéder au soufflage haute pression, un clapet anti-retour disposé sur l'alimentation de liquide rendant incompressible la poche remplie de liquide.
Sur les dessins en coupes axiales annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif d'une forme de réalisation conforme à la présente demande : la figure 1 , déjà mentionnée, représente une préforme de bouteille avant soufflage, la figure 2 montre une préforme en place dans le moule de soufflage, avant transformation, les figures 3 et 4 représentent respectivement, dans les mêmes conditions, les phases d'étirage et de pré-soufflage, la figure 5 montre la poche en élastomère remplie de liquide, les figures 6 et 7 illustrent deux variantes de soufflage haute pression et la figure 8 montre la bouteille terminée extraite du moule.
Le dispositif, figures 2 à 7, est constitué d'un moule 5 de soufflage de type courant pourvu d'une empreinte 6 interne présentant la forme du récipient 20 à obtenir et d'une ouverture permettant l'introduction du corps 2 de la préforme 1 , de telle
manière que le col 3 dépasse à l'extérieur du moule.
Le col 3 de la préforme est coiffé d'un embout 7 à raccordement étanche pourvu d'une dérivation 8 par laquelle est introduit l'air de pré-soufflage (flèche F2, figure 4).
Une tige d'étirage 9, s'insérant à l'intérieur de la préforme 1 , peut coulisser axialement de façon à appuyer sur l'extrémité fermée du corps 2 de la préforme pour pousser cette extrémité en direction du fond de l'empreinte 6. La tige d'étirage est gainée par une poche 10 en élastomère dont la partie supérieure est accrochée à un anneau 11 coulissant sur la tige qui comporte un canal interne 12 relié à une canalisation 13 d'arrivée de liquide et pourvu d'orifices communiquant avec l'intérieur de la poche.
Une fois la phase d'étirage (figure 3) et de pré-soufflage (figure 4) réalisée d'une façon conventionnelle, l'air de pré-soufflage est évacué par mise à l'air libre (flèche F4, figure 5). Dans le même temps, un liquide 14 est introduit dans la poche au travers de la tige d'étirage 9 (flèche F3). La poche, grâce à l'anneau 11 , glisse donc le long de la tige d'étirage pour prendre le volume du corps 2 pré-soufflé de la préforme, ce qui permet de limiter l'extension de la poche et donc d'augmenter sa durée de vie.
Le liquide 14 peut être admis grâce à l'action mécanique d'un piston basse pression prenant appui sur une came entraînée par le mécanisme du système. Un clapet anti-retour 15 à pilotage emprisonne le volume de liquide dans la poche 10. Cet ensemble devient donc un corps incompressible.
Après le remplissage de la poche 10, la phase de mise en haute pression de transformation finale peut être réalisée suivant deux variantes d'exécution
- A) : injection à l'intérieur de la préforme 1 d'air haute pression (40 bars) de façon traditionnelle (flèche F2'), sachant que le volume d'air utilisé sera la différence de volume entre la préforme pré-soufflée et l'empreinte finale, soit environ
5% du volume de la bouteille (figure 6).
- B) : injection dans la poche 10 de liquide haute pression (40 bars) pour compléter les 5% de volume restant. En raison du faible volume à compléter il est possible d'appliquer un effort mécaniquement peu important sur une petite section grâce à un piston haute pression 16 de faible capacité (figure 7).
L'utilisation d'un noyau incompressible tel que décrit permet une réduction très sensible de la consommation d'énergie.
Par exemple, dans le cas d'une bouteille d'un volume de 1 ,5 litre fabriquée à une cadence de 20 000 bouteilles/heure, soit un volume de 30 m3, avec une pression de pré-soufflage de 7 bars et une pression de soufflage finale de 40 bars, la consommation d'énergie théorique est égale à :
30m3/ x 40b = 1200Nm3/h
Dans les mêmes conditions, la consommation d'énergie du système selon l'invention (variante A ou B) est égale à :
(95%.30m3/h x 7b)+(5%.30m3/h x 40b) = 259.5 Nm3/h soit un gain de 940,5Nm3/h ce qui représente plus de 75% d'économie.
Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par des systèmes similaires.
Claims
REVENDICATIONS
1 °. Système de soufflage de corps creux en matière plastique minimisant la consommation d'air haute pression, ayant pour objet la fabrication par étirage-soufflage à partir d'ébauches, ou "préformes", moulées par injection, de récipients et en particulier de bouteilles en matière thermoplastique telle que le polyethylene téréphtalate (P. ET.), dont l'ouverture (le col) est beaucoup plus petite que le corps interdisant ainsi l'introduction de noyaux de réduction du volume de soufflage, caractérisé en ce que la tige d'étirage (9) est pourvue d'un canal interne (12) relié à une canalisation d'arrivée de liquide (13) et gainée d'une poche (10) en élastomère dans laquelle ledit liquide est introduit grâce à l'action mécanique d'un piston, après la phase d'étirage et de pré-soufflage, de façon à lui faire prendre le volume du corps pré-soufflé avant de procéder au soufflage haute pression, un clapet anti-retour (15) disposé sur l'alimentation (13) de liquide rendant incompressible la poche (10) remplie de liquide.
2°. Système selon la revendication 1 , se caractérisant par le fait que la partie supérieure de la poche (10) en élastomère est accrochée à un anneau (11) coulissant sur la tige d'étirage (9).
3°. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que qu'il comporte un piston basse pression prenant appui sur une came actionnée par le mécanisme du système et agencé pour injecter le liquide
(14) dans la poche (10) afin de la remplir après la phase d'étirage et de pré-soufflage.
4°. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que qu'il est dépourvu de compresseur d'air haute pression de soufflage final et comporte un piston haute pression (16) de faible capacité apte à injecter dans la poche (10) la quantité de liquide nécessaire pour assurer la mise en forme finale de la bouteille.
5°. Procédé de soufflage de corps creux en matière plastique
minimisant la consommation d'air haute pression, ayant pour objet la fabrication de récipients et en particulier de bouteilles en matière thermoplastique telle que le polyethylene téréphtalate (P. ET.), en utilisant les techniques d'étirage-soufflage à partir de préformes moulées précédemment par injection, caractérisé en ce que, après la phase d'étirage et de pré-soufflage, le volume du corps pré-soufflé est rempli par un noyau incompressible constitué d'une poche (10) en élastomère gainant la la tige d'étirage (9) et dans laquelle un liquide (14) est introduit via un canal interne (12) de ladite tige d'étirage.
6°. Procédé selon la revendication 5, se caractérisant par le fait que le la poche (10) remplie de liquide est rendue incompressible au moyen d'un clapet anti-retour (15) disposé sur l'alimentation (13) de liquide.
7°. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, se caractérisant par le fait que le liquide (14) est introduit dans la poche (10) au moyen d'un piston basse pression actionné par le mécanisme du système de soufflage.
8°. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, se caractérisant par le fait que la mise en haute pression de transformation finale est réalisée en injectant entre la poche (10) en élastomère et la préforme (1) de l'air haute pression de façon traditionnelle.
9°. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, se caractérisant par le fait que la mise en haute pression de transformation finale est réalisée en injectant du liquide à haute pression à l'intérieur de la poche (10) en élastomère.
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