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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Behandeln
und insbesondere zum Temperieren bzw. Erwärmen von Kunststoffvorformlingen.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, in zweistufigen Streckblasverfahren
Kunststoffbehältnisse aus sogenannten Vorformlingen bzw.
Preforms herzustellen. Bei dieser Verarbeitung werden diese Vorformlinge
auf eine definierte Prozesstemperatur erwärmt, um den Umformungsvorgang
beim Streckblasen zu ermöglichen. Die Erwärmung
wird dabei üblicherweise mittels Infrarotstrahlung realisiert.
Diese Vorformlinge weisen dabei ein bereits auf Endmaß gefertigtes
Mundstück und einen noch zu verformenden Körperbereich
auf.
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Das
zu verarbeitende Material (PET) zeichnet sich dadurch aus, dass
es beim Verstrecken zu einer Selbstverfestigung (als strain hardening
bezeichnet) kommt. Dabei ist die Umformungstemperatur von großer
Bedeutung. Dieser Effekt wird bei der Produktion von PET-Behältern
genutzt, um die Wanddickenverteilung des Behälters zu optimieren. Dabei
wird nach dem Stand der Technik ein Temperaturprofil, insbesondere über
Infrarotstrahlung (oder auch andere Strahlungsquellen) auf den Vorformling aufgebracht.
Dabei verformt sich der wärmere Bereich des Vorformlings
zuerst und zwar so lange bis der sich durch die Selbstverfestigung
ergebende Verstreckungswiderstand größer ist als
der Widerstand des benachbarten kälteren Bereichs. Üblicherweise ist
das besagte Temperaturprofil um den Umfang gleichmäßig
und variiert prozessabhängig in Preform-Längsrichtung.
Bei der Produktion von ovalen Behältern wird dieser Effekt
jedoch nicht nur mit einer Temperaturschichtung in Längsrichtung
genutzt, sondern wird auch durch unterschiedliche Temperaturschichtung
um den Umfang auf das Behältnisdesign angepasst. Dieser
Prozess ist auch als Preferential-Heating bekannt. Dabei sollen
durch spezielle Heiztechnik die stärker zu verstreckenden
Seiten stärker erwärmt werden als die schwächer
zu verstreckenden Seiten. Diese genannten Heiztechniken sind durch
zahlreiche Dokumente beschrieben und zum Teil auch geschützt.
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Aus
der
US 3,892,830 ist
ein Verfahren zur genauen Temperaturanpassung von wiederbeheizten
Vorformlingen bekannt. Dabei werden diejenigen Seiten des Vorformlings,
die entlang einer Hauptachse expandiert werden sollen mit strukturierten
Fingern berührt, um die Temperatur abzusenken. Die
US 3,632,13 beschreibt ein
Verfahren zum Blasformen unter Verwendung eines langgestreckten
ovalen Steckers. Aus der
US 5,869,110 ist
eine Vorrichtung zum Blasformen von Behältnissen bekannt.
Diese Vorrichtung weist eine Heizeinrichtung zum Erwärmen eines
Vorformlings auf, sowie eine Umformungseinheit, um den Vorformling
umzuformen. Weiterhin ist eine Zwischenregion vorgesehen, welche
eine Temperaturanpasseinrichtung aufweist, um die Temperatur wenigstens
eines Teils einer Oberfläche des Vorformlings anzupassen.
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Die
DE 695 18 223 T3 beschreibt
ebenfalls eine Vorrichtung zur Erwärmung von Vorformlingen. Dabei
wird ein Temperatureinstellglied erwähnt, welches kühle
Glieder aufweist, die entlang der Achsrichtung des Vorformlings
angeordnet sind und unter Verwendung von Zylindern oder dergleichen
mit dem Behältnis in Kontakt gebracht werden. Dabei wird hier
nur ein leichter Kontakt erreicht, der jedoch das Behältnis
nicht verformt. Die
EP
0 920 974 A2 beschreibt eine Vorrichtung zum Blasformen
von nicht runden Behältnissen ausgehend von einem rotationssymetrischen
Vorformling. Dabei weist diese Vorrichtung eine Dreheinrichtung
auf, um die Vorformlinge um ihre eigene Achse zu drehen sowie einen
Sensor, der eine Winkelposition jedes Vorformlings in einer Erwärmungsstation
feststellt.
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Aus
DE 600 04 894 T2 ist
eine Blasformmaschine für Behälter bekannt, die
eine Vorrichtung zur Orientierung der Vorformlinge in einem Werkzeug enthält.
Die
EP 1 279 477 A1 beschreibt
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Blasformen von einer Flasche.
Dabei werden auch hier die Vorformlinge zwischen einem Heizschritt
und einem Blasschritt innerhalb einer Blasform positioniert wobei
ein Sensor profilierte Positionen jedes Vorformlings erkennt, so dass
diese Bereiche in einer vorgegebenen Orientierung relativ bezüglich
der Blasform angeordnet werden.
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Die
US 5,101,990 beschreibt
ein Verfahren zum Blasformen von Behältnissen mit beispielsweise ovalen
Querschnitten. Dabei werden in den Behältnissen mit radial
nach innen gerichteten Rippen erzeugt. Beim einem aus der
US 4,151,249 bekannten Verfahren
zum Herstellen von Kunststoffbehältnissen werden nach innen
gewölbte Rippen erzeugt. Diese Rippen werden dabei durch
berührungsfreies Abkühlen durch Luft in einzelnen
Bereichen der Vorformlinge erzeugt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein neues
Konzept zur Verfügung zu stellen, um die Vorformlinge mit
einem in Umfangsrichtung variierenden Temperaturprofil zu versehen.
Diese sind erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung
nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 13 erreicht. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen
von Kunststoffvorformlingen weist eine Transportvorrichtung auf,
welche die Kunststoffvorformlinge entlang eines vorgegebenen Transportpfads
transportiert und eine Heizeinrichtung, welche bevorzugt entlang
dieses Transportpfades der Kunststoffvorformlinge angeordnet ist
und welche die Kunststoffvorformlinge erwärmt.
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Erfindungsgemäß erweist
die Vorrichtung eine erstes Kontaktierungselement zur Beaufschlagung
einer Wandlung des Kunststoffvorformlings mit einem sich in einer
Umfangsrichtung des Kunststoffvorformlings ändernden Temperaturprofil
auf, wobei dieses Kontaktierungselement mit einer Kontaktfläche
einen vorgegebenen und in der Umfangsrichtung und/oder Längsrichtung
des Kunststoffvorformlings begrenzten Bereich der Wandung des Kunststoffvorformlings
berührt um diesen Bereich mit einem gegenüber
den von dem Kontaktierungselement nicht berührten Bereichen
unterschiedlichen Temperaturprofilen zu beaufschlagen, und wobei
die Vorrichtung eine Zustelleinrichtung aufweist welche das Kontaktierungselement
in einer vorgegebenen Richtung auf den Kunststoffvorformling zustellt.
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Unter
einer Transportvorrichtung wird jegliche Einrichtung verstanden,
welche die Kunststoffvorformlinge transportiert, hier beispielsweise
an einem Träger oder einer Transportkette angeordnete Greifklammern,
welche die Vorformlinge an einem Tragring greifen oder auch Dorne,
welche in die Kunststoffvorformlinge bzw. deren Mündungen
eingreifen.
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Weiterhin
findet über das Kontaktierungselement eine tatsächliche
Berührung des Kunststoffvorformlings statt, was sich von
den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen unterscheidet. Üblicherweise
wird im Stand der Technik eine Berührung des Kunststoffvorformlings
vermieden, um diesen nicht vor dem eigentlichen Blasvorgang zu verformen.
Bevorzugt kühlt das Kontaktierungselement den vorgegebenen
Bereich des Kunststoffvorformlings.
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Vorzugsweise
wird das Kontaktierungselement zumindest auch in einer radialen
Richtung bezüglich des Kunststoffvorformlings zugestellt.
Dabei wäre es möglich, das zwei derartige Kontaktierungselemente
in einer genau radialen Richtung auf den Kunststoffvorformling zugestellt
werden, es könnte jedoch auch ein klammerartiger Mechanismus
vorgesehen sein, der das Kontaktierungselement um einen vorgegebenen
Schwenkpunkt bewegt, damit jedoch auch in einer radialen Richtung
auf den Kunststoffvorformling zu bewegt.
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Es
wird damit ein neuartiges Konzept vorgestellt, um die Temperaturschichtung
auf den Kunststoffvorformling aufzubringen. Dieses Konzept unterscheidet
sich in mehrerlei Hinsicht von den bisherigen Verfahren, da die
besagte Temperaturschichtung in Längsrichtung nicht über
ein unterschiedliches Aufheizen sondern über eine gerichtete
Abkühlung (in axialer und/oder horizontaler Richtung) erfolgt. Dabei
werden die gewünschten Bereiche des Kunststoffvorformlings
gezielt über einen Kontakt mit dem Kontaktierungselement,
welches beispielsweise als temperierte Formplatte ausgeführt
sein kann, gekühlt.
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Vorteilhaft
wird in einem Übergabestern eine Kühlstrecke,
beispielsweise in Form eines Kühl-Kanals durch Kühlsegmente
aufgebaut. Durch die Strahlungskälte wird der Kunststoffvorformling
(bevorzugt an seiner Aussenseite) gekühlt und damit ein „Preferntial
Cooling” erzeugt. Dabei kann die Kühlwirkung auch über
die Verweilzeit in dem Kühlkanal, die Maschinenleistung
und Menge sowie die Länge der aktiven Kühlsegmente
oder die Kühlleistung beeinflusst werden. Es wäre
dabei abweichend von der vorliegenden Erfindung auch möglich,
diese Kühlung über eine berührungslose
Aussenkühlung zu bewirken. Auch durch die Größe
des besagten Übergabesterns kann die Kühlleistung
bzw. Kühlzeit beeinflusst werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Größe
des Bereichs, entlang dessen die Kontaktfläche den Kunststoffvorformling
berührt, in Abhängigkeit von der geometrischen
Form des herzustellenden Behältnisses gewählt.
Genauer gesagt wurde in umfangreichen Studien ermittelt, dass die
Größe dieses Bereichs besonders bevorzugt in Abhängigkeit
von einem Seitenverhältnis zwischen den langen und kurzen
Seiten der herzustellenden Flasche gewählt werden sollte.
Dabei steigt besonders bevorzugt die genannte Berührfläche,
d. h. die Größe des Bereichs mit einem größer
werdenden Verhältnis zwischen den Seitenlängen
des herzustellenden Behältnisses. So wurde beispielsweise
festgestellt, dass bei einem Seitenverhältnis der fertigen
Flasche, welches zwischen 1,2:1 und 1,5:1 liegt, ein prozentualer
Anteil der Berührfläche zwischen 10% und 70% bevorzugt
zwischen 20% und 60% liegen sollte. Bei einem Seitenverhältnis
zwischen 1,5:1 und 1,7:1 liegt die Berührfläche
vorteilhaft zwischen 40% und 80% und besonders bevorzugt zwischen
50% und 70%.
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Bei
einem Seitenverhältnis, welches zwischen 1,7:1 und 2:1
liegt, liegt die besagte Berührfläche zwischen
50% und 90%, bevorzugt zwischen 60% und 85%. Dies bedeutet, dass
jedenfalls bei größer werdenden Seitenverhältnisse
auch der prozentuale Anteil der Berührfläche ansteigt.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Temperatur
der Kontaktfläche veränderbar. So ist es beispielsweise
möglich, dass innerhalb des Kontaktierungselements Flüssigkeitskanäle
angeordnet sind, durch welche eine Kühlflüssigkeit
geleitet werden kann. Auch wären andere Vorgehensweisen
wie beispielsweise Peltier-Elemente denkbar, um die Kontaktmittel
beziehungsweise die Kontaktfläche abzukühlen.
Der erwähnte Kühleffekt kann damit über
den mechanisch bedingten Berührflächen und über
eine einstellbare Plattentemperatur beziehungsweise Temperatur der
Kontaktflächen geregelt werden. Auch wäre es möglich,
dass die Kontaktierungselemente bestimmte Bereiche des Vorformlings
zusätzlich erwärmen, damit diese besser verstreckt
werden können.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kontaktiert
das Kontaktierungselement eine Außenwandung der Kunststoffvorformlinge.
Es wäre jedoch auch möglich, dass insbesondere
bei Behältnissen mit größerem Querschnitt
das Kontaktierungselement an eine Innenwand der Kunststoffvorformlinge
angelegt wird. Bevorzugt ist jedoch die Kontaktierung der Außenwandungen
der Kunststoffvorformlinge.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bewirkt das
Kontaktierungselement wenigstens zeitweise eine Verformung des Kunststoffbehältnisses.
Bei dieser Ausführungsform wird bewusst eine mindest leichte
Quetschung des Kunststoffvorformlings gewünscht. Auf diese
Weise kann ein flächiger Kontakt zwischen dem Kunststoffvorformling
unter dem Kontaktierungselement sicher gestellt werden. So ist es
beispielsweise möglich, dass zwei Kontaktierungselemente
vorgesehen sind und ein minimaler Abstand dieser beiden Kontaktierungselemente
geringer ist als ein Außenradius des Kunststoffbehältnisses.
Vorteilhaft ist ein Anpressdruck des Kontaktierungselements gegenüber
dem Kunststoffvorformling veränderbar. Diese Veränderbarkeit
beziehungsweise Einstellbarkeit des Anpressdruckes führt
dazu, dass auch mit einer definierten Quetschung des Kunststoffvorformlings
gearbeitet werden kann.
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Vorzugsweise
weist die Vorrichtung ein zweites Kontaktierungselement auf, welches
einen zweiten und in der Umfangsrichtung des Kunststoffvorformlings
begrenzten Bereich der Wandung des Kunststoffvorformlings kontaktiert.
Dabei ist es möglich, dass sich diese beiden Kontaktierungselemente bezüglich
des Kunststoffvorformlings gegenüberstehen und diesen in
einem geschlossenen Zustand zwischen sich einklemmen.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung
eine Klammervorrichtung auf, welche die Kontaktierungselemente enthält
und die Kontaktflächen auf den Kunststoffvorformling zustellt.
Diese Klammereinrichtung, welche beispielsweise über Führungskurven
betätigt werden kann stellt eine besonders günstige
Ausführungsform dar, um den Kunststoffvorformling an vorbestimmten Positionen
zu kühlen. Bevorzugt kann dabei eine Vielzahl derartiger
Klammereinrichtungen auf einem Trägerrad angeordnet sein
und an diese Klammereinrichtungen werden die Kunststoffvorformlinge übergeben.
Dabei ist es möglich, dass auf dem Trägerrad eine
Halteeinrichtung vorgesehen ist, welche beispielsweise die Kunststoffvorformlinge
an deren Mündungen greift und zusätzlich in der
Längsrichtung der Kunststoffvorformlinge versetzt hierzu
die einzelnen Klammereinrichtungen, welche eine Kühlung
der Wandung der Kunststoffvorformlinge und insbesondere der Außenwandungen
bewirken.
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Bevorzugt
ist wenigstens ein Kontaktierungselement um eine vorgegebene Schwenkachse schwenkbar.
Besonders bevorzugt sind beide Kontaktierungselemente jeweils um
vorgegebene Schwenkachsen schwenkbar, wobei diese Schwenkachsen
nicht zusammenfallen und besonders vorteilhaft parallel nebeneinander
sind. Die Schwenkachsen können jedoch auch zusammenfallen.
Vorteilhaft ist eine Vielzahl derartiger Klammereinrichtungen auf einem
drehbaren Träger angeordnet.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die
Vorrichtung ein Kontaktierungselement in Form eines Bodenelements
auf, welches den Boden des Kunststoffvorformlings zu dessen Temperierung
kontaktiert und diesen insbesondere ebenfalls kühlt. Auf
diese Weise kann eine gezielte Ausprägung eines Bodenabschnitts
des fertigen Behältnisses erreicht werden. Dieses Bodenelement
ist dabei bevorzugt auch zum Blasen von sogenannten Petaloidböden
geeignet. Die Bewegung des Bodenelements kann dabei an eine Bewegung
der oben genannten Kontaktierungselemente gekoppelt sein. Auch wäre
es möglich, dass ein derartiges Bodenelement durch eine
separate Ansteuerung beispielsweise von unten mittels einer Kurve
oder eines Elektromotors und/oder eines pneumatischen oder hydraulischen
Antriebs auf den Kunststoffvorformling zugestellt wird. Es wird
darauf hingewiesen, dass dieses Bodenelement auch unabhängig
von den oben erwähnten Kontaktierungselementen eingesetzt
werden kann, dass also insbesondere nur eine Temperierung bzw. Kühlung
des Bodenbereichs des Kunststoffvorformlings vorgenommen wird. In
diesem Fall kann dieses Kontaktierungselement auch umlaufend ausgebildet
sein, so dass der Kontaktbereich nur in der Längsrichtung
begrenzt ist.
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Weiterhin
wäre es auch möglich, dass eine Klammereinrichtung
einerseits die Kontaktierungselemente aufweist, andererseits jedoch
an diesen Kontaktierelementen auch Bodenabschnitte angeordnet sind,
welche einen Boden der Kunststoffvorformlinge kontaktieren. So könnte
beispielsweise in den Böden aller Klammereinrichtungen
ein Ring angeordnet sein. Dieser Ring könnte später
zur Stabilisierung des Bodens dienen und auch bei dem fertig hergestellten
Behältnis als sogenannter Aufstellring wieder zu finden
sein, der einen Bereich mit einer größeren Wandstärke
definiert.
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Weiterhin
könnte eine Klammereinrichtung mehrteilig ausgebildet sein,
d. h. in Längsrichtung des Kunststoffvorformlings könnten
mehrere Kontaktierungselemente übereinander angeordnet
sein.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Kontaktfläche
der Kontaktierungselemente gekrümmt. Genauer gesagt kann
diese Kontaktfläche individuell gestaltet sein. Bei einer
Ausführungsform weist sie den gleichen Radius auf, wie
der Kunststoffvorformling an seiner Aussenoberfläche. Es
wäre jedoch auch möglich, dass der Krümmungsradius
der Kontaktfläche geringfügig größer
ist als der Krümmungsradius des Kunststoffvorformlings, damit
sich im Falle einer gewissen Quetschung die Wandung des Kunststoffvorformlings
einfacher an den nunmehr vergrößerten Krümmungsradius
der Kontaktfläche anlegen kann.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die
Vorrichtung ein der Heizeinrichtung auf dem Transportpfad der Behältnisse
nachgeschaltetes Kühlmodul auf und die Kontaktierungselemente
sind Bestandteil dieses Kühlmoduls. Dies bedeutet, dass
hier zunächst die Behältnisse aufgeheizt werden
und dann an vorgegebenen Positionen gekühlt werden. Dabei
sind die Kontaktieruntgselemente bevorzugt Bestandteil dieses Kühlmoduls.
So wäre es möglich, dass die Behältnisse
zunächst aufgeheizt werden und dann beispielsweise in einer
Vielzahl von auf einem Trägerrad angeordneten Transporteinrichtung
transportiert werden und während dieses Transports an vorbestimmten
Positionen gekühlt werden. Die Kontaktierungselemente können auch
derart ausgebildet sein, dass sie zusätzliche Stege in
den Behältnissen erzeugen, die nicht in der (nachfolgenden)
Blasform enthalten sind.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist dabei
auch eine Ausrichteinrichtung vorgesehen, welche eine Drehstellung
der Kunststoffvorformlinge bzgl. Ihrer Längsrichtung auf
eine vorbestimmte Position hin ausrichtet. Dies ist insbesondere
bei solchen Behältnissen interessant, welche nicht nur
eine ovale Gestalt aufweisen, sondern bei denen auch ein Schraubverschluss
an einer genau definierten Drehposition anzufinden ist. In diesem
Falle müssen die Kunststoffvorformlinge vor dem eigentlichen
Kühlen in eine bestimmte Drehposition in einer Längsrichtung
ausgerichtet werden. Eine derartige Ausrichteinrichtung kann dabei
ein Sensorelement aufweisen, welches bestimmte Positionen der Mündung
beziehungsweise eines Gewindes erkennt und den Kunststoffvorformling
auf diese Positionen ausrichtet.
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Die
vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Anlage zur Herstellung
von Kunststoffbehältnissen gerichtet, welche eine Vorrichtung
der oben beschriebenen Art aufweist, so wie eine dieser Vorrichtungen
in einer Transportrichtung der Kunststoffvorformlinge nachgeordnete
Umformungseinrichtung zur Umformung von Kunststoffvorformlingen
in Kunststoffbehältnisse. Dies bedeutet, dass die erwärmten
und bereichsweise gekühlten Kunststoffvorformlinge anschließend
in einer Umformungseinheit, wie beispielsweise einer Blasformmaschine,
zu Kunststoffbehältnissen expandiert werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum Erwärmen
beziehungsweise Temperieren von Kunststoffvorformlingen gerichtet,
wobei diese Kunststoffvorformlinge entlang einer vorgegebenen Transportstrecke
transportiert und mittels einer Heizeinrichtung erwärmt
werden. Erfindungsgemäß wird in einer Umfangsrichtung
und/oder Längsrichtung der Kunststoffvorformlinge ein ungleichmäßiges
Temperaturprofil aufgebracht, indem wenigstens ein erstes Kontaktierungselement
auf den Kunststoffvorformling zugestellt wird und mit einer Kontaktfläche
einen vorgegebenen und in der Umfangsrichtung und/oder Längsrichtung
des Kunststoffvorformlings begrenzten Bereich einer Wandung des
Kunststoffvorformlings kontaktiert, um diesen Bereich mit einem
gegenüber von dem Kontaktierungselement nicht berührten
Bereichen unterschiedlichen Temperaturprofil zu beaufschlagen und insbesondere
zu kühlen.
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Damit
wird auch hier verfahrensseitig vorgeschlagen, dass die Kunststoffvorformlinge
an einer Wandung und insbesondere an einer Aussenwandung kontaktiert
werden und an diesen entsprechenden Stellen nicht, wie im Stand
der Technik teilweise üblich, erwärmt sondern
gekühlt werden. Vorteilhaft werden die Kunststoffvorformlinge
zunächst in ihrer Gesamtheit und bevorzugt gleichmäßig
erwärmt und anschließend partiell abgekühlt.
Vorzugsweise kühlt die Kontaktfläche den begrenzten
Bereich des Kunststoffvorformlings.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten
Zeichnungen.
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Darin
zeigen:
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1 Eine Übersichtsdarstellung
einer Vorrichtung zum Umformen von Kunststoffvorformlingen;
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2 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
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3a ein
Modul zum bereichsweise Kühlen der Kunststoffvorformlinge;
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3b das
Modul aus 3a bei abgenommenem Gehäuse;
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4a–4c drei
Darstellungen einer Kontaktierungseinheit;
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5a–5c drei
Darstellungen eines Kontaktierungselements;
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6a–6b zwei
Darstellungen zur Veranschaulichung der Kontaktierung;
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7a–7c drei
weitere mögliche Darstellungen zur Veranschaulichung einer
Kontaktierung des Kunststoffvorformlings;
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8a–8b zwei
Darstellungen der Kontaktierung eines Bodenbereichs eines Kunststoffvorformlings;
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9 eine
Darstellung zur Veranschaulichung eines Bodens eines Behältnisses;
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10a–10c drei
Darstellungen von hergestellten Behältnissen;
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11a–11c drei
weitere Darstellungen eines hergestellten Kunststoffbehältnisses;
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12a–12c drei
weitere Darstellungen eines hergestellen Kunststoffbehältnisses.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Umformen von
Kunststoffvorformlingen. Dabei bezieht sich dieses Bezugszeichen 54 auf
die eigentliche Blasformeinheit, wie beispielsweise eine Blasformmaschine
und das Bezugszeichen 55 auf ein Gehäuse. Das
Bezugszeichen 52 kennzeichnet in seiner Gesamtheit eine
Heizeinrichtung, welche die Kunststoffvorformlinge erwärmt.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Dabei ist auch hier wieder die Heizeinrichtung 52 vorgesehen, durch
welche die Kunststoffvorformlinge 10 mit Hilfe eines Transportmittels,
hier einer Transportkette 53, hindurch gefördert
und einheitlich (mit Ausnahme des Gewindebereichs) erwärmt
werden. An diese Heizeinrichtung 52 schließt sich
ein Trägerrad 12 an, welches die Kunststoffvorformlinge 10 übernimmt und
durch eine (nur schematisch dargestellte) Kühlstrecke 14 transportiert,
entlang derer die Kunststoffvorformlinge bereichsweise gekühlt
werden. An diese Kühlstrecke schließt sich die
Blasformeinheit 54 auf, welche eine Vielzahl von Blasstationen 56 aufweist,
in denen die Kunsttoffvorformlinge zu Kunststoffbehältnissen
expandiert werden. Die Heizeinrichtung 52 und die Kühlstrecke 14 bilden
gemeinsam die erfindungsgemäße Vorrichtung 1.
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Die 3a und 3b zeigen
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1.
Dabei ist bei der in 2 gezeigten Darstellung ein
Gehäuse 2 gezeigt, welches bei der in 3 gezeigten Darstellung zur besseren Übersichtlichkeit
entfernt wurde. Diese Vorrichtung weist ein Trägerrad 12 auf,
an dem eine Vielzahl von Kontaktierungselementen 4 vorgesehen
ist, die sich damit entlang einer kreisförmigen Linie bewegen.
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Das
Bezugszeichen 16 kennzeichnet einen Zuführstern,
der die Vorformlinge dem Trägerrad 12, d. h. den
einzelnen Kontaktierungselementen 4 zuführt. An
diesem Zubehörstern 16 ist ebenfalls eine Vielzahl
von Greifelementen 17, wie Greifklammern, angeordnet. Stromaufwärts
bezüglich dieses Übergabesterns 16 kann
eine nur schematisch dargestellte Heizeinrichtung 52 vorgesehen
sein, die beispielsweise als Durchlaufofen ausgeführt ist,
durch den die Vorformlinge hindurch geführt werden. Die
Drehbewegungen des Zuführsterns 16 und des Trägers 12 können
dabei beispielsweise mittels Getrieben aufeinander synchronisiert
sein. Es wäre jedoch auch möglich, das jeweils
geregelte Antriebsmotoren zum Antrieb dieser beiden Einrichtungen
vorgesehen sind. Das Trägerrad 12 ist Bestandteil
der Transporteinrichtung zum Transportieren der Kunststoffvorformlinge.
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4a zeigt
eine Detaildarstellung des Trägers 12, an dem
eine Vielzahl von Kontaktierungseinrichtungen 20 (hier
nur drei gezeigt) angeordnet sind. Diese Kontaktierungseinrichtungen, 20,
genauer, deren Kontaktierungselemente, kontaktieren dabei jeweils
die Kunststoffvorformlinge 10 in einem Körperbereich 10a.
Ein Gewinde 10b der Kunststoffvorformlinge wird dabei vorzugsweise
nicht berührt. Das Bezugszeichen 6 bezieht sich
auf eine optional vorhandene Ausrichteinrichtung, wie beispielsweise
einen Drehantrieb, der die Kunststoffvorformlinge 10 um deren
Längsachse dreht. Mittels einer Kurvenrolle 26 kann
der Kunststoffvorformling entlang seiner Längsrichtung
L verschoben und mittels einer Federungseinrichtung 45 vorgespannt
werden.
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Die
einzelnen Kontaktierungseinrichtungen 20 weisen jeweils
zwei Kontaktierungselemente 4, 8 auf, welche den
Kunststoffvorformling hier von zwei Seiten her berühren,
um ihn zu kühlen. Die Kontaktierungseinrichtungen 20 stellen
damit auch die eingangs Zustelleinrichtungen dar, welche die Kontaktierungselemente
auf den Kunststoffvorformling zustellen. In der in den Figuren dargestellten
Ausführungsform sind die Kontaktierungseinrichtungen 20 jeweils
als Klammereinrichtungen ausgeführt.
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Die
Kontaktierungskörper 4 beziehungsweise 8 sind
hier zweiteilig ausgebildet, d. h. sie weisen einen Spalt 5 zwischen
sich auf. Vorzugsweise sind die einzelnen Kontaktierungskörper 4 temperierbar und
insbesondere in 4a auch die oberen und unteren
Kontaktierungselemente 4 beziehungsweise 8 unterschiedlich
temperierbar. So wäre es beispielsweise möglich,
dass das untere Kontaktierungselement kühler gehalten wird
als das obere Kontaktierungselement. Daneben könnten auch
bestimmte Bereiche der Kontaktierungselemente unterschiedlich temperiert
werden.
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Weiterhin
wäre es möglich, dass die Innenflächen
der Kontaktierungselementen 4, 8 austauschbar
ausgebildet sind. In einer entsprechenden Halterung beziehungsweise
einem Außenteil der Kontaktierkörper können
beispielsweise Temperierbohrungen oder auch Heizelemente angebracht
sein. Die Wärme dieser Heizelemente kann dabei durch den
Kontakt zwischen dem Außenteil und dem eigentlichen Kontaktierungselement übertragen
werden. Mittels der Aussparung 5 kann auch der Kontaktierkörper 4, 8 an
dessen jeweiligem Träger angeordnet werden.
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4b zeigt
eine Draufsicht von unten auf die auch in 4a gezeigte
Klammereinrichtung 20. Dabei ist ein Schalthebel beziehungsweise
Schaltnocken 32 zu erkennen, der eine vordere Ausnehmung 32a und
eine hintere Anschlagfläche 32b aufweist. Mittels
dieser beiden Anschlagflächen kann der Schaltnocken 32 um
seine Drehachse D geschwenkt werden, wobei hierzu beispielsweise
entsprechende (feststehende) Führungskurven einsetzbar
sind. Durch ein Schwenken dieses Schaltnockens 32 wird ein Öffnen
beziehungsweise Schließen der Klammereinrichtung 20 beziehungsweise
ein aufeinander zu und voneinander wegbewegen der Kontaktierungselemente 4, 8 erreicht.
Die Ausnehmung 32a des Schaltnockens 32, die hier
halbmondförmig ausgebildet ist, ist für sehr große
Schaltwinkel vorgesehen. Auf diese Weise kann ein feststehender
Steuerbolzen (nicht gezeigt), der in die Nocke eingreift, diese Nocke 32 viel
weiter drehen. Die Schwenkachsen S1 und S2 der beiden Kontaktierungselemente 4, 8 sind hier
in dem Bereich der Sechskantschrauben 34 vorgesehen.
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4c zeigt
eine Seitendarstellung der in 4a gezeigten
Anordnung. Man erkennt auch hier wieder die Kontaktierungselemente 8 und 4,
die sich an die Außenwandung 10a der Vorformlinge
anlegen. Bei der in den 4a bis 4c gezeigten
Ausführungsform legen sich die Kontaktierungselemente 4, 8 mit
ihren Kontaktflächen 4a, 8a flächig
an die Vorformlinge an. Hiervon abweichend oder zusätzlich können
die Kontaktierungselemente jedoch auch den Vorformling derart kontaktieren
beziehungsweise quetschen, dass zusätzliche Stege in diesen
eingebracht werden, die nicht in der Blasform enthalten sind. Bei
diesen Stegen kann es sich beispielsweise um in Längsrichtung
des Vorformlings verlaufende Stege aber auch um horizontale oder
schräg verlaufende oder gekrümmte Stege handeln.
Auf diese Weise können sehr leichte Flaschen produziert
werden, ohne dass hierzu eine Rillengeometrie zur Stabilisierung
benötigt wird.
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Eine
Versteifung erfolgt hier über eine unterschiedliche Materialverteilung
und nicht über Flaschendesign-Elemente. Die Anbringung
derartiger Rillengeometrien ist sowohl bei runden als auch bei nicht
runden Behältern möglich. Weiterhin wäre
es auch möglich, Querrippen in der Art eines Pinches (ein
beispielsweise umlaufender Ring in dem Körper des Behältnisses)
anzubringen oder auch Längsrippen vorzusehen, welche die
Belastbarkeit in Längsrichtung des Behältnisses
erhöhen.
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5a zeigt
eine einzelne Klammereinrichtung 20. Dabei erkennt man,
dass die beiden Kontaktierungselemente 4 und 8 über
eine Verbindungsstelle 42 an jeweiligen Trägern 44 angeordnet
sind. Genauer sind diese Kontaktierungselemente in der Längsrichtung
L jeweils herausziehbar und können so durch andere Kontaktierungselemente
ersetzt werden. Das Bezugszeichen 46 bezieht sich auf eine Befestigungseinrichtung
wie eine Schraube, um die Kontaktierungselemente an den jeweiligen
schwenkbaren Trägern 44 anzuschrauben.
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5b zeigt
eine Draufsicht von unten auf eine Klammereinrichtung 20.
Wie erwähnt, kann hierbei der Schaltnocken 32 um
seine Achse D geschwenkt beziehungsweise gedreht werden. Im Inneren
der Klammereinrichtung und insbesondere zwischen den beiden Kontaktierungselementen 4 und 8 ist
ein weiterer (nicht gezeigter) Schaltnocken vorgesehen. Dieser Teil,
der zwischen den Kontaktierungselementen sitzt, ist oval beziehungsweise
wie eine Passfeder ausgeprägt. Wenn er quer steht, bleibt
die Klammereinrichtung 20 offen, d. h. die beiden Kontaktierungselemente 4 und 8,
und damit auch die entsprechenden Kontaktflächen 4a und 8a weisen
den maximalen Abstand zueinander auf. Wenn der besagte Nocken über
einen gewissen Todpunkt gedreht wird, bleibt die Klammereinrichtung 20 offen.
Um die Klammer wieder zu schließen, wird der Nocken wieder über
den Todpunkt zurück gedreht und die beiden Kontaktierungselemente
schließen automatisch. Zum Schließen dieser Kontaktierungselemente
ist eine Federeinrichtung vorgesehen, von der hier jedoch lediglich
zwei Federbügel 36a und 36b erkennbar
sind, welche die beiden Kontaktierungselemente 4 und 8 über
eine Spannkraft zusammen drücken. Ein Bereich an den Klammerenden
ist vorzugsweise federnd ausgeführt, so dass der Totpunkt übergangen
werden kann.
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5c zeigt
eine Seitendarstellung der Klammereinrichtung 20. Man erkennt
hier wiederum die Federeinrichtung 36, welche die beiden
Kontaktierungselemente 4 und 8 zusammen zieht.
Dabei können die beiden Kontaktierungselemente 4 und 8 über
einen Quersteg 38 miteinander verbunden sein, so dass deren
Bewegungen aneinander gekoppelt sind.
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Die 6a und 6b zeigen
zwei Darstellungen zur Veranschaulichung eines Kontaktierungsvorganges
des Vorformlings. Bei der in 4a gezeigten
Darstellung findet eine etwas stärkere Quetschung des Vorformlings
statt, als bei der in 6b gezeigten Darstellung. Die
Berührfläche zwischen den Kontaktierungselementen
und dem Kunststoffvorformling 10 kann auf unterschiedliche
Weise beeinflusst werden. So ist es möglich, dass wie in 6a gezeigt,
die Kontaktfläche 4a genau auf den Vorformling 10 angepasst
ist, oder, wie in 6b gezeigt mit unterschiedlichen
Quetschwegen auf den gewünschten Umschlingungswinkel eingestellt
wird.
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Bevorzugt
wird eine Kombination aus den beiden in 6a und 6b gezeigten
Varianten gewählt, d. h. es wird vorzugsweise eine Grobeinstellung über
eine Formgebung der Kontaktflächen vorgegeben und ein Feinjustieren
erfolgt über einen Quetschweg. Man erkennt, dass auch bei
der in 6b gezeigten Darstellung eine
zumindest geringfügige Verformung des Vorformlings auftritt.
Vorzugsweise tritt eine Quetschung des Kunststoffvorformlings auf,
die zwischen 0,05 mm und 0,8 mm, bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,4
mm im Radius beträgt.
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Vorzugsweise
werden diejenigen Flächen des Kunststoffvorformlings 10a,
der von den Kontaktflächen 4a und 8a berührt
wird, gleichzeitig gekühlt. Es wird jedoch erwähnt,
dass auch im Wege einer inversen Vorgehensweise eine Aufwärmung
dieses Bereichs vorgenommen wird.
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Die 7a–7c zeigen
drei weitere Darstellungen, um verstärkte Bereiche in den
Vorformling einzubringen. Bei der in 7a gezeigten
Darstellung sind zwei Kontaktierungs elemente 4, 8 dargestellt,
die jeweils langgestreckte Vorsprünge 48 aufweisen,
welche in den Außenumfang bzw. die Außenwandung
des Kunststoffvorformlings 10 in einem geschlossenen Zustand
hineinragen. Damit wird auch hier eine zumindest lokale Quetschung
des Vorformlings bewirkt.
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Auf
diese Weise können Längsrippen (insbesondere in
Form von Materialanhäufungen) des Kunststoffvorformlings
erzeugt werden. In 7b sind zwei Darstellungen eines
auch in 7a gezeigten Kontaktierungselementes 8 gezeigt.
Hier erkennt man insbesondere auch die Längsrippe 48,
die hier kurz vor der Position des Anspritzpunktes (nicht gezeigt)
eines Kunststoffbehältnisses ändert.
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Diese
Rippe 48 ragt hier auf jedem Fall in den Boden des Kunststoffvorformlings
hinein. Auch ist hier dargestellt, dass das Kontaktierungselement auch
vollständig um den Boden des Vorformlings schließt,
so dass auch dieser gegebenenfalls gekühlt werden kann.
Das Bodenteil ist hier also in den seitlich zuzustellenden Kontaktierungselementen
enthalten. Grundsätzlich ist es möglich, dass
die Klammereinrichtung 20 mit beliebig vielen seitlich
zustellbaren Kontaktierungselementen arbeiten kann und zusätzlich
ein ggfs. auch mehrteiliges Bodenteil (beispielsweise zum Blasen
von Petaloidböden) aufweisen kann. Diese mehereren Kontaktierungselemente können
dabei auch unabhängig voneinander zustellbar bzw. bewegbar
sein.
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Wie
erwähnt, können in dem Kontaktierungselement Kühlmittelkanäle
angeordnet sein, welche einen Kühlmitteldurchfluss durch
die Kontaktierungselemente 4, 8 erlauben. 7c zeigt
eine weitere Darstellung, in der auch ein Kunststoffvorformling dargestellt
ist. Bei der in den 7a bis 7c gezeigten
Darstellung berührt das Kontaktierungselement lediglich
den Körperbereich 10a des Kunststoffvorformlings 10.
Zusätzlich wäre es jedoch auch möglich,
dass ein Bereich des Kontaktierungselements, insbesondere wenn dieses
zum Kühlen dient, auch an einem Gewindebereich beziehungsweise Halsbereich
(Tragring plus Gewinde) des Behältnisses anliegt, so dass
dieser mit der Klammer noch weiter gekühlt werden kann.
Auf diese Weise kann man kurz vor dem eigentlichen Blasvorgang einen sehr
großen Temperaturunterschied zwischen dem Tragring 10d des
Kunststoffvorformlings 10 und dem Bereich direkt darunter
realisieren, so dass auch aus dem Bereich direkt unter dem Tragring 10d sehr
viel Material abgezogen werden kann aber der Tragring 10d durch
seine Festigkeit beziehungsweise niedrige Temperatur nicht verformt
wird. Das Bezugszeichen 39 kennzeichnet eine Aussparung
unterhalb eines Anspritzpunktes des Kunststoffvorformlings.
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Die 8a und 8b zeigen
eine weitere Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Hier ist ein Kontaktierungselement 60 vorgesehen, welches
speziell zur Temperierung des Bodenbereichs 10c des Behältnisses
dient. Auch in diesem Kontaktierungselement 60, welches
hier in Längsrichtung L auf den Vorformling zugestellt
werden kann, können Rippen 62 vorgesehen sein,
welche sich anschließend in dem blasgeformten Behältnis als
Materialanhäufung wiederfinden, ohne das hierzu in der
entsprechenden Blasform derartige Rippenausbildungen vorhanden sein
müssen. In 8b ist ein Zustand gezeigt,
in dem das Kontaktierungselement 60 den Kunststoffvorformling 10 kontaktiert. Dieses
Kontaktierungselement 60 kann dabei auch durch eine separate
Ansteuerung wie eine feststehende Führungskurve oder auch
einen motorischen, pneumatischen oder hydraulischen Antrieb zustellbar sein.
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9 zeigt
ein Beispiel für eine Ausprägung eines Bodens
eines Kunststoffvorformlings beziehungsweise eines Kunststoffbehältnisses.
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In
den 10a bis 10c ist
ein gefertigtes Behältnis 50 gezeigt. Man erkennt,
dass dieses Behältnis 50 an seinem Körper 50a eine
Vielzahl von Längsrippen 50e aufweist, die sich
damit in der Längsrichtung l des Behältnisses
erstrecken. Diese Längsrippen können dabei durch
das hier im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebene vorzugsweise
Kühlen des Behältnisses erreicht werden.
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Auch
die Ausprägung des Bodens 50c des Behältnisses 50 kann
durch die Ausgestaltung des in den 8a und 8b gezeigten
Kontaktierungselements gefördert werden. Das Gewinde 50b bleibt, wie
oben erwähnt, von dem eigentlichen Umformungsvorgang unbeeinflusst.
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Die 11a bis 11c beziehungsweise 12a bis 12c zeigen
Darstellungen zweier unterschiedlicher Behältnisse. Die
in den 11a bis 11c und 12a bis 12c gezeigten
Behältnisse unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich des
Verhältnisses zwischen ihrer Längsausdehnung l
und Breitenausdehnung b. Dieses Verhältnis liegt bei dem
in den 11a bis 11c gezeigten
Behältnis bei ca. 1:1,5 und bei den in den 12a bis 12c gezeigten Behältnis
bei ca. 1:2. Entsprechend werden zur Erzeugung des in den 11a bis 11c gezeigten
Behältnisses kleinere Kontaktflächen der Kontaktierungselemente
an dem Kunststoffvorformling verwendet, als bei dem in den 12a bis 12c gezeigten
Kunststoffbehältnis. Zur Erzeugung der in 11a bis 11c gezeigten Behältnisses
kann beispielsweise durch die Kontaktierungselemente eine Gesamtfläche
in einem Bereich von 80% des Kunststoffvorformlings berührt werden,
wo hingegen der entsprechende Anteil der Kontaktierungsfläche
im Fall des in 11a bis 11c gezeigten
Behältnisses bei ca. 40% liegen kann.
-
Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber
dem Stand der Technik neu sind.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 4
- Kontaktierungselement
- 4a
- Kontaktfläche
- 5
- Aussparung/Spalt
- 6
- Ausrichteinrichtung
- 8
- Kontaktierungselement
- 8a
- Kontaktfläche
- 10
- Kunststoffvorformlinge
- 10a
- Körperbereich/Außenwandung
- 10b
- Gewinde
- 10c
- Bodenbereich
Behältnis
- 10d
- Tragring
- 12
- Träger/Trägerrad
- 14
- Kühlstrecke
- 16
- Zuführstern/Übergabestern
- 17
- Greifelement
- 20
- Kontaktierungseinrichtung/Klammereinrichtung
- 26
- Kurvenrolle
- 32
- Schaltnocken/Schalthebel
- 32a
- Vordere
Ausnehmehmung Schaltnocken
- 32b
- Anschlagfläche
- 34
- Sechskantschrauben
- 36
- Federeinrichtung
- 36a
- Federbügel
- 36b
- Federbügel
- 38
- Quersteg
- 39
- Aussparung
- 42
- Verbindungsstelle
- 44
- Träger
- 45
- Federungseinrichtung
- 46
- Befestigungseinrichtung
(z. B. Schraube)/
- 48
- Vorsprünge/Längsrippe
- 50
- gefertigtes
Behältnis
- 50a
- Körper
des Behältnisses 50
- 50b
- Gewinde
- 50c
- Boden
des Behältnisses
- 50e
- Längsrippen
- 52
- Heizeinrichtung
- 53
- Transportmittel
- 54
- Blasformeinheit
- 55
- Gehäuse
- 56
- Blasstation
- 60
- Kontaktierungselement
- 62
- Rippen
- L
- Längsrichtung
- D
- Drehachse
- l
- Längsausdehnung
- b
- Breitenausdehnung
- S1,
S2
- Schwenkachsen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 3892830 [0003]
- - US 363213 [0003]
- - US 5869110 [0003]
- - DE 69518223 T3 [0004]
- - EP 0920974 A2 [0004]
- - DE 60004894 T2 [0005]
- - EP 1279477 A1 [0005]
- - US 5101990 [0006]
- - US 4151249 [0006]