Verfahren und Vorrichtung zur Ausformung einer Füll- und Entleerungsöffnung an einem im sog. Blasverfahren hergestellten Hohlkörper aus Kunststoff
Die Erfindung betrifft im weiteren Sinne ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von mit einer Öffnung versehenen Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff, z. B. Flaschen und Kanister, und im engeren Sinne die Ausformung einer solchen Ein füll- und Entleerungsöffnung, beispielsweise die Ausformung eines Flaschenhalses.
Es ist bekannt, bei der Herstellung eines Hohlkörpers aus Kunststoff so zu verfahren, dass zunächst aus einem das Kunststoff-Rohmaterial erwärmenden und damit plastifizierenden Extruder ein Strang gebildet wird, der als schlauchförmiger Vorformling - oder seltener auch in Form mehrerer paralleler Folienbahnen - aus einer dem Extruder nachgeschalbeten Ringdüse senkrecht nach unten zwischen die auseinandergefahrenen Hälften einer Blasform austritt, die in nach dem Zusammenfahren in sich aufnehmen. Dies geschieht in der Weise, dass das eine Ende des Vorform Rings geschlossen und das andere Ende in dem den Flaschenhals bildenden Teil der geschlossenen Form für die Einführung einer Blas- und Kalibrierdüse offen gehalten wird.
Beim Einführen der Düse in Idas offene Ende des Vorformlings, der zu diesem Zweck nach Abtrennen vom Nachschub am Extruder in eine Stellung ausserhalb der durch die Ringdüse des Extruders gehenden Senkrechten und unter eine Blasstation gebracht wird, wird durch radiale Verdrängung des Materials des Vorform1ings gegen die Wandung der Form in diesem Bereich die Öffnung bzw. der Hals des Hohlkörpers geformt. Anschliessend wird durch Aufblasen, d. h. durch Zuleitung eines gasförmigen Mediums durch einen Kanal in der Blas- und Kalibrierdüse der verbleibende Teil des Vorformlings zum Hauptteil des Hohlkörpers, z. B. Flaschenkörper, ausgeformt.
Da aber bei diesem Halsformungsvorgang nicht nur durch die Blasform der äussere Durchmesser des Flaschenhalses und durch die Blas- und Kalibrierdüse sein innerer Durchmeisser festgelegt werden muss, sondern auch seine genaue Höhe und eine genau plane obere Stirnfläche, wird zur Anwendung eines bekannten Verfahrens die Blas- und Kalibrierdüse mit einer Verdickung, beispielsweise in Gestalt einer aufgezogenen Hülse, versehen, deren untere Stirnfläche die Höhe des Flaschenhalses bestimmt und seine obere Stirnfläche, auch Lippe genannt, ebuet.
Damit die Höhe des Flaschenhalses genau bestimmt und das nach oben überstehende überschüssige Materii, al des Vorformlings entfernt werden kann, muss der Durchmesser Ider Hülse auf den Innendurchmesser der Form an dieser Stelle so abgestimmt sein, dass der axiale Vorschub der Blas- und Kalibrierdüse in dem Moment sein Ende findet, in dem die untere Stirnfläche der Hülse oder dergleichen Verdickung an der Düse genau der vorgeschriebenen Lage der oberen Stirnfläche des Flaschenhalses entspricht. Wenn der hier liegende, Einlauf genannte Teil der Form richtig gestaltet und dimensioniert ist, wird dabei gleichzeitig der überschüssige Teil des Vorformlings nahtlos abgetrennt.
Das vorstehend umrissene Verfahren hat sich in der Praxis gut bewährt und gestattet es im allgemeinen auch, für die richtige Abstimmung der Wandstärke des Halses im Verhältnis zu der des übrigen Flaschenkörpers zu sorgen, weil die Pressung des thermoplastischen Materials zwischen der Blas- und Kalibrierdüse und der Wandung im Halsbereich der Form an dieser Stelle die Wandstärke des Vorformlings weniger verrin gert. als die durch Aufblasen verursachte Reckung seines verbleibenden, den Flaschenkörper bestimmenden Teiles (vgl. DBGM Nr. 1 885 678).
Dieses Verfahren, das heutzutage zu den bei weitem am häufigsten angewandten gehört, versagt aber in den Fällen, un denen an dem Hohlkörper Bereiche eines Querschnittes angeformt werden sollen, der grö sser als die Wandstärke des Vorformlings ist. Der an sich zunächst naheliegend erscheinende Ausweg, sich dann eines dickeren Vorformlings zu bedienen, ist meist nicht gangbar, weil es unwirtschaftlich ist, die Wandstärke des Vorformlings nicht nach der verlangten Wandstärke des Hauptkörpers des Hohikörpers, sondern nach der des Halses oder dergleichen Öffnungsbereich zu berechnen.
Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, auf der Blas- und Kalibrierdüse eine feste oder axial verschiebbare Hülse oder Muffe anzuordnen, deren Aussendurchmesser kleiner als der Aussendurchmesser des Flaschenhalses bzw. der Innendurchmesser Ides Halsbereiches der Form ist, dass die in den offenen Vorformling eingestossene Düse deren Aussendurchmesser wiederum kleiner als der Innendurchmesser des Vorformlings ist, das Material desselben in einem vom Vorformling nicht ausgefüllten Ringraum zwischen der Blasdüse und der Wandung im Halsbereich der Form zulsammentaucht und den Ringraum ausfüllt. Damit soll ein Flaschenhals erzeugt werden, der dicker als der schlauchförmige Vorformling ist.
Dieses Verfahren konnte aber keinen Eingang in die Praxis finden, weil sich in Wirklichkeit ein plastisch verformbares Kunststoffmaterial auf diese Weise nicht stauchend verformen lässt. Tatsächlich nämlich schiebt die Hülse auf der Blas- und Kalibrierdüse den Vorformling im Halsbereich der Form mangels Gegendruck nur vor sich her und in den Körper teil des in der Ausformung befindlichen Hohlkörpers hinein (DAS Nr. 1109 353).
Hier setzt die Erfindung ein, die von dem allgemeinen Gedanken ausgeht, dass die Ausformung eines die Wand stärke des Vorformlings übersteigenden Teiles in aller Regel nur in einem gewissen Bereich der Füllund Entleerungsöffnung eines Hohlkörpers, z. B. eines Flaschenhalses, verlangt wird, und dass dieser Bereich dann durch Anstauchung und Verdichtung erzielt werden kann, wenn der sich an diesen Bereich anschlie ssende Teil des Vorformlmgs daran gehindert wird, in der Richtung wider Anstauchung fortbewegt zu werden.
Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ausformung einer Füll- und Entleerungsöffnung an einem Hohlkörper aus Kunststoff, z. B. eines Flaschenhalses, bei dem in das offene Ende eines von einer geschlossenen Blasform aufgenommenen Verf ormlings aus thermoplastischem Kunststoff eine Blas- und Kalibrierdüse eingeführt wird, die durch radiale Verdrängung die Öffnung formt, im Zusammenwirken mit der Blasform hinsichtlich Innen- und Aussendurchmesser festlegt und mit einer Verdickung die Randlippe gestaltet.
Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass der im Halsbereich der Blasform befindliche Teil des Vorforrnlings längs einer Ringfläche mit den Aussenfläche der Blasund Kalibrierdüse festgeklemmt und der sich in Richtung auf die Öffnung anschliessende Teil in Richtung auf die Ringklemmfläche in den an dieser Stelle zwischen Form und Düse befindlichen, die Gestaltung der Öffnung bestimmenden Hohlraum angestaucht wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Ausführung des durch den vorstehenden Absatz definierten Verfahrens.
Einige nur als Beispiel aufzufassende Möglichkeiten der Abbildung von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und anhand dieser nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 den erfindungsgemäss ausgebildeten Halses reich einer Blasform im Vertikalschnitt mit dem offenen Ende eines von ihr aufgenommenen Vorformlings und einen in das offene Ende eindringenden erfindungsgemäss ausgebildeten Blas- und Kalibrierdorn,
Fig. 2 den Formteil nach Fig. 1 bei Beglun der Klemmphase,
Fig. 3 den Formteil nach den Fig. 1 und 2 nach Beendigung der Anstauchphase,
Fig. 4 eine abgewandelte Ausbildung einer Form zur Herstellung eines Flaschenhalses nach den Fig. 1 bis 3,
Fig.
5 eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung einer von den Fig. 1 bis 4 abweichenden Halsform in zwei verschiedenen Bewegungsphasen, jeweils im Halbschnitt.
In den Fig. 1 bis 3 ist die Herstellung eines Flaschenhalses mit einer Randlippe dargestellt, die zum Aufsetzen eines sogenannten Kronenkorkens geeignet ist, wie er z. B. zum Verschluss von Bier- und Limonadenflaschen viel verwendet wird. Da mit den bisher angewandten, in der Einleitung beschriebenen Methoden die Ausformung einer Randlippe für das Aufsetzen eines Kronenkorkens nicht in befriedigender Weise möglich war, und die Erfindung gerade aus diesem Problem heraus entstand, ist diese zunächst unter Bezugnahme hierauf beschrieben, obwohl auch andere Flaschenhalsausbildungen, sofern sie eine gegenüber dem Vorformling grössere Wandstärke voraussetzen, sich mit dem erfindungsgemässen Verfahren henstellen lassen.
Fig. 1 stellt den oberen Teil einer aus den Hälften la und lb bestehenden, das Formnest M einschliessenden Blasform im geschlossenen Zustand dar. In diese Blasformhälften sind Mündungsbacken 2a, 2b eingesetzt, die die Form für den Halsbereich N des herzustellenden Hohlkörpers abgeben. In der geschlossenen Form ist der aus einem Extruder ausgespritzte und vom Nachschub abgetrennte schlauchförmige Vorformling 3 gelagert, der, was nicht dargestellt ist, an dem seinem offe nen Ende entgegengesetzten Ende durch eine entsprechende Ausbildung der Form an dieser Stelle zusam mengequetseht und verschlossen ist.
In das offene Ende 4 des Vorformlings wird in Pfeilrichtung eine allgemein mit 5 bezeichnete Blas-und Kalibrierdüse eingeführt, die so bezeichnet ist weil durch einen Kanal 6 das den Vorformling zum Hohlkörper aufweisende Blasmedium, meist Luft, eingeführt wird und durch die Wahl ihres Aussendurchmessers in dem Verhältnis zu dem Durchmesser der Form im Halsbereich der Hals des Hohlkörpers - im folgenden ist der Hohlkörper stets als Flasche angenommen-hinsichtlich des Aussen- und Innendurchmessers festgelegt, d. h. kalibriert wird.
Erfindungsgemäss weisen die Mündungsbacken 2a, 2b nach innen vorspringende ringförmige Teile 7a, 7b auf, die nach oben den allgemein mit 8 bezeichneten Halsbereich der Form begrenzen, über welchem eine Stelle des Flaschenhalses mit grösserer Wandstärke, als der Wandstärke des Vorformlings entspricht, zum Beispiel eine Kronenkorkenlippe, entstehen soll.
Der Innendurchmesser der bei geschlossener Form durch die Teile 7a, 7b entstehenden Ringklemm flächen ist im Verhältnis zum Kalibrierteil 9 der Blasdüse so bemessen, dass der Vorformling hier fest geklemmt wird. Wenn dann die Blas- und Kalibrierdüse beim weiteren Eindringen in die Blasform mit der Unterfläche 10 ! einer Hülse 11 den überstehenden Teil 12 des Vorformlings erfasst und in Richtung auf die Ringklemmfläche 7a, 7b drückt, so kann das Kunststoffmaterial des Vorformlings nicht einfach vor sich hergeschoben werden, sondern das über der Ringklemmfläche stehende Kunststoffmaterial kann vielmehr am Entweichen gehindert, angestaucht und verdickt wer den.
Dabei wird der zwischen der r Unterfläche 10 der Hülse und der Lippenhöhlung 13 eingeschlossene Raum vollständig ausgefüllt und damit das Material an dieser Stelle gleichzeitig verdichtet. Es entsteht mithin eine besonders feste und stabile Lippe 14, deren Querschnitt dicker ist als der schlauchförmige Vorformling an dieser Stelle war. Die Hülse ist zweckmässig, wie dargestellt, mit leiner ringförmigen Schneidkante 15 ausgerüstet, die die Form der Lippe 14 begrenzt, das überschüssige Material abscheidet und mit ihrem Rücken in den hierfür vorgesehlenen Ringraum 1 3a abdrängt.
In den Zeichnungen ist die Begrenzung der geformten Lippe und das Abtrennen des überschüssigen Kunststoffmaterials mit Hilfe einer ringförmigen an der Hülse befindlichen Schneidkante 15 dargestellt, die sich gegen eine ebensolche Ringkante 1 5a der Mündungsbacken andrückt. Selbstverständlich kann aber auch entweder nur an der Hülse oder nur in der Blasform bzw. deren Backen eine solche Ringkante vorgesehen sein, die sich zum Abtrennen des überschüssigen Materials gegen eine Fläche am jeweils anderen Teil abstützt.
Die Klemmung zwischen der Mantelfläche der Düse und der gegenüberliegenden Ringfläche im Halsbereich der Blasform kann durch eine geeignete, den Aufbau eines mit dem Blasmedium geschaffenen Gegendruckes fördernde Formgebung des sich an die Ringklemmfläche in Richtung auf den Flaschenkörper anschlie ssenden Teiles verstärkt werden. Die Fig. 1 bis 3 lassen erkennen, dass ; sich bei einer typischen Halsbildung für den Verschluss mit einem Kronenkorken ein die Klemmung verstärkender, durch die Pfeile G angedeuteter Gegendruck erzeugen lässt, falls gleichzeitig mit dem Einstossen der Blasdüse und damit der Ausformung des Flaschenhalses Blasluft in den Vorformling eingelassen wird.
Die Klemmvorrichtung kann weiterhin durch einen radial in Richtung auf die Ringklemmfläche wirkenden Druck verstärkt werden, der sich in vielfacher Weise erzielen lässt. Ein Ausführungsbeispiel für die Durchführung dieser Verfahrensabwandlung ist in Fig. 4 zur Anschauung gebracht. Hierzu sind die sogenannten Mündungsbacken 17a und 17b in den Formhälften la und 1b mit rechtwinklig zur Achse der Form beweglichen Teilen 18a, 18b, wie Schiebern, Stösseln, Sek toren-ode, Ringteilen, ausgerüstet, die mittels einer sich gegen eine Schulter 19 in den Backen 17a, 17b und den Kolben 20a, 20b der Schieber 18 abstützenden Feder 21 bei geöffneter Form in zurückgezogener Stellung gehalten werden.
Erst wenn in der geschlossenen Form der Vorformling 3' aufgenommen ist, wird durch eine Druckleitung 22 der Schieber gegen den Druck der Feder 21 in Richtung auf den Vorformling vor schoben. Diese Bewegung kann kurz vor oder kurz nach dem Einstossen der Blas- und Kalibrierdüse geschehen.
Fig. 4 soll ferner veranschlaulichen, dass be die verstärkte Randlippe 14'formende und das überschüssige Material abquetschende Hülse 23 mit ihrer ring förmigen Abquetschkante 23 a auf der Blas ; und KalÅa- brierdüse auch axial beweglich geführt sein kann. Dies ist durch Iden Spalt 24 veranschaulicht. Bei dem Beispiel gemäss Fig. 4 würde also z. B. der Verfahrensablauf so sein, dass zunächst in das offene Ende des Vorformlings die eigentliche Blas- und Kalibrierdüse 25 eingeschlossen, danach die Schieber 18a, 1 8b einwärts bewegt und anschliessend die Hülse 23 abwärts bewegt werden.
Diese Vorgänge würden sich natürlich, ebenso wie der Verfahnensablauf gemäss den Fig. 1 bis 3, praktisch in einer mit dem blossen Auge nicht er kennbaren Zeirverschiebung vollziehen, und die die Klemmung unterstützende Einwärtsbewegung der Schieber braucht nur ganz gering zu sein, z. B. nur wenige Zehntelmillimeter zu betragen.
Während also bei dem anhand der Fig. 1 bis 3 erläuterten Beispiel die der Ringklemmfläche in den Mündungsbacken gegenüberliegende Ringfläche an der Blasdüse bei der Einwärtsbewegung dieser Düse ständig eine andere ist und auch zur Zeit des Anstauchens nicht fixielrt ist, t, sondern vielmehr vom Beginn der Formung der Lippe an bis zu deren Vollendung an die Düsen gewissermassen hochrutscht, kann bei dem Anstauchen mit axial beweglicher Hülse nach Fig. 4 während des Anstauchvorganges die Blasdüse und damit auch die durch sie dargebotene Ringklemmfläche stillstehen.
Schliesslich veranschaulicht Fig. 5 noch eine andere Ausbildung eines Flaschenhalses, welcher sich ebenfalls mit den bisher praktizierten Verfahren nicht herstellen lässt. Auch hier ist in die Mündungsbacken 26a, 26b der Formhälften la", in" eine Klemmringfläche 27a, 27b eingearbeitet, zwischen der und der entsprechenden Fläche der Düse 28 der obene Teil 31 des Vorformlings 29 eingeklemmt und in der Bewegung nach unten bei axial auf ihn von oben ausgeübtem Druck mittels der Hülse 30 gehindert wird. Man erkennt also, dass sich mit der Erfindung auch Halsteile, insbesondere Lippen 32, der vielfachen Stärke des Vorformlings ausformen lassen.
Auch hier kann durch die Halsausbildung des zu fertigenden Hohlkörpers bei gleichzeitigem Lufteinlass während des Anstauchens für eine Gegendruckunterstützung, veranschaulicht durch die Pfeile G, gesorgt werden.
Für die Abführung Ider bei dem blitzschnellen Einstossen der Blas- und Kalibriendüse, von dieser mitgerissenen und zwischen ihrer Mantelfläche und der Innenwandung des Vorformlings eingeschlossenen Luft ist zweckmässig ein nicht besonders dargestellter ringförmiger Luftspalt zwischen der auf der Düse aufgezogenen Hülse oder dergleichen Verdickung und dem Kalibrierteil vorgesehen.