DE10235845A1

DE10235845A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Preform aus thermoplastischem Werkstoff zur Fertigung eines Behälters

Info

Publication number: DE10235845A1
Application number: DE10235845A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Weiss
Original assignee: WEISS KG
Current assignee: WEISS KG
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2004-02-26
Also published as: WO2004014631A1; AU2003258479A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Preform vorgeschlagen, bei dem in einer ersten Stufe der Werkstoff zu einem Rohling (6) vorverdichtet wird und in einer zweiten Stufe aus dem Rohling (6) die Preform geformt wird. Das Formen geschieht dabei durch Druck und durch eine Saugwirkung. Druck und Saugwirkung werden durch ein Werkzeug mit einem äußeren und einem inneren Formteil (2, 5) erzeugt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung einer Preform nach den Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Preformen werden auch als Vorformlinge bezeichnet. Es handelt sich dabei um ein rohrförmiges Teil mit einem Gewinde im Mündungsbereich. Preformen bestehen aus einem thermoplastischen Werkstoff. Zur Fertigung eines Behälters, beispielsweise einer Flasche, wird die Preform erwärmt und in eine vorgegebene Form geblasen.
Zur Herstellung von Preformen sind aus dem Stand der Technik Spritzgussverfahren bekannt. Dabei wird der Werkstoff so stark erwärmt, dass er in flüssiger Form vorliegt. Hierzu sind typischerweise Temperaturen zwischen 250 und 300 Grad Celsius notwendig. Der verflüssigte Werkstoff wird durch eine Düse in eine Form gespritzt. Da die Preformen und damit die Spritzgussformen insbesondere für größere Behälter relativ lang sind, muss der verflüssigte Werkstoff in der Spritzgussform einen relativ weiten Weg zurücklegen. Dies ist nur möglich, wenn der Werkstoff auf die oben genannte hohe Temperatur erhitzt und mit einem hohen Spritzdruck gearbeitet wird. Als nachteilig erweist sich bei diesen bekannten Verfahren, dass für die Erwärmung eine hohe Energie aufgebracht werden muss.
Darüber hinaus entsteht bei der Verwendung von PET als Werkstoff bei diesen hohen Temperaturen Acetaldehyd. Dieser Stoff ist zwar nicht gesundheitsschädigend, jedoch kann er bei Getränken, welche in aus Preformen hergestellten Behältern aufbewahrt werden, einen unangenehmen Geschmack hervorrufen. Die Menge an Acetaldehyd in der Preform hängt ab von der Temperatur, bei der die Preform hergestellten wird. Eine Reduzierung der Menge an Acetaldehyd ist daher nur durch eine geringere Temperatur bei der Herstellung möglich. Bei Spritzgussverfahren kann aus den oben angeführten Gründen die Temperatur nicht verringert werden. Durch den hohen Spritzdruck treten außerdem Scherkräfte auf, die zu einer zusätzlichen Erwärmung des Materials führen. Darüber hinaus erweist es sich als nachteilig, dass beim Spritzgussverfahren das erwärmte Material die Luft aus der gesamten Form verdrängen muss. Das Volumen dieser zu verdrängenden Luft ist relativ groß. Außerdem ist die Form der Preform zumindest teilweise durch das Spritzgussverfahren bedingt. So kann beispielsweise der Boden der Preform nur gewölbt ausgebildet sein, da ansonsten nicht garantiert werden kann, dass der Werkstoff die gesamte Form beim Spritzgießen ausfüllt.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Demgegenüber haben das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Preformen nach Anspruch 1 den Vorteil, dass die Preform nicht durch Spritzgießen sondern durch die Einwirkung von Druck und das Auftreten einer Saugwirkung erzeugt wird. Das Druckformen wird in der englischen Sprache als Compression Moulding bezeichnet. Dieser Fachbegriff hat sich auch im deutschen Sprachraum durchgesetzt. Beim Compression Moulding treten die obengenannten Nachteile des Spritzgussverfahrens nicht auf. Der Werkstoff wird in Form eines runden Klötzchens in ein äußeres Formteil eingebracht. In dieser Form wird der Werkstoff auch als Pellet bezeichnet. In einer ersten Stufe übt ein inneres Formteil durch eine angetriebene relative axiale Bewegung der beiden Formteile zueinander auf das Pellet einen Druck aus. Dabei wird das Pellet zwischen dem inneren und dem äußeren Formteil zu einem Rohling geformt. In der ersten Stufe geht damit das Pellet in einen Rohling über. Dieser Rohling weist bereits den Mündungsbereich und den Boden der Preform auf. Dazwischen erstreckt sich ein relativ kurzer zylindrischer Abschnitt. Dieser weist, bedingt durch das innere und äußere Formteil, einen größeren Durchmesser und eine größere Wandstärke sowie eine geringere Länge als der zylindrische Abschnitt der Preform auf. In dieser ersten Stufe der Herstellung wird aus dem Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Formteil die gesamte Luft verdrängt. Da das Volumen des Zwischenraums in der ersten Stufe der Herstellung kleiner ist als das Volumen der Preform, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein geringeres Luftvolumen verdrängt als beim Spritzgussverfahren.
In einer zweiten Stufe der Herstellung geht der Rohling in die Preform über. Dabei übt das innere Formteil zusätzlichen Druck auf den Rohling aus, wobei sich der Boden des äußeren Formteils gegenüber den Seitenwänden absenkt. Dabei längt sich der zylindrische Bereich des Rohlings. Der kurze zylindrische Abschnitt des Rohlings mit großer Wandstärke geht über in einen langen zylindrischen Abschnitt der Preform mit geringer Wandstärke. Zwischen dem Mündungsbereich und dem zylindrischen Abschnitt verbleibt eine Wulst, deren Durchmesser mit dem Durchmesser des zylindrischen Bereichs des Rohlings übereinstimmt. Hinsichtlich des Mündungsbereichs und des Bodens stimmen der Rohling und die Preform überein. Der Mündungsbereich und der Boden ändern sich in dieser zweiten Stufe nicht mehr. Die Stärke des Bodens wird bereits in der ersten der Stufe der Herstellung vorgegeben. Wenn die gewünschte Stärke in der ersten Stufe erreicht ist, beginnt die zweite Stufe und es bewegen sich das innere Formteil und der Boden des äußeren Formteils gleichzeitig nach unten, so dass sich der Abstand der beiden Formteile im Bereich des Bodens in der zweiten Stufe nicht mehr verändert.
Da bereits in der ersten Stufe der Herstellung aus dem Zwischenraum zwischen dem inneren und äußeren Formteil die gesamte Luft verdrängt wurde, ist in der zweiten Stufe kein Widerstand auf Grund des Verdrängens von Luft zu überwinden. Beim gleichzeitigen Absenken des inneren Formteils Grund des Bodens des äußeren Formteils erfolgt die Verformung des zylindrischen Bereichs des Rohlings zum zylindrischen Bereich der Preform nicht primär durch die Einwirkung von Druck sondern durch eine Saugirkung.
Das Werkzeug zur Herstellung der Preform besteht im wesentlichen aus einem inneren und einem äußeren Formteil. Dabei ist das innere Formteil als zylindrischer Dorn ausgebildet. Das äußere Formteil weist einen Boden und zylindrische Seitenwände auf. Die zylindrischen Seitenwände haben zwei Abschnitte: einen ersten Abschnitt mit größeren Durchmesser und einem zweiten Abschnitt mit kleineren Durchmesser. Ein Antrieb sorgt für eine relative axiale Bewegung der beiden Formteile.
Um den thermoplastischen Werkstoff unter Druck zu formen sind geringere Temperaturen notwendig als beim Spritzgießen, da der Werkstoff nicht so stark verflüssigt werden muss. Temperaturen zwischen 100 und 200 Grad Celsius sind in der Regel ausreichend. Diese Temperatur ist um ca. 100 Grad Celsius geringer als die Temperatur beim Spritzgussverfahren. Dies hat den Vorteil, das Acetaldehyd in wesentlich geringerer Menge entsteht, dass bei der Herstellung weniger Energie notwendig ist und dass die Temperatur von ca. 60 bis 80 Grad Celsius, bei der die fertiggestellte Preform von den Formteilen entfernt werden kann, schneller erreicht wird. Da der Werkstoff während des Formvorganges nicht abkühlt wie beim Spritzgießen, kann der Formvorgang individuell gestaltet werden.
Die Form des Bodens ist nicht durch das Herstellungsverfahren bedingt und kann daher nahezu beliebig gewählt werden. Neben einem kugelförmigen Boden wie beim Spritzgussverfahren sind auch eckige Formen möglich.
Zum Entfernen der fertiggestellten Preform aus dem Werkzeug werden das innere und äußere Formteil in entgegengesetzte Richtungen bewegt. Damit die Preform hierbei nicht beschädigt wird, muss sie auf eine Temperatur von ca. 80 Grad Celsius abgekühlt werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind das innere und/oder das äußere Formteil durch Federn gelagert. Dabei kann es sich um mechanische Federn, beispielsweise Schraubenfedern, oder um pneumatische oder hydropneumatische Druckverstärker handeln. Andere Feder-ähnliche Vorrichtungen sind ebenfalls möglich.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Stangen vorgesehen, welche in einer ersten Stufe, in der aus dem als Pellet vorliegenden Werkstoff ein Rohling geformt wird, auf dem äußeren Formteil aufsitzen. Dadurch wird erreicht, dass in der zweiten Stufe der Herstellung die zylindrischen Seitenwände des äußeren Formteilens ihre Position nicht mehr verändern, während sich das innere Formteil und der Boden des äußeren Formteils gleichzeitig absenken. An dem äußeren Formteil können Aufnahmen für die Stangen vorgesehen sein. An Stelle der Stangen und Aufnahmen sind andere Vorrichtungen möglich, welche dieselbe Wirkung erzielen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 verschiedene Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 verschiedene Stellungen des Werkzeugs beim Verfahren gemäß 1,
3 Anordnung mehrerer Werkzeuge im Kreis.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In den 1 und 2 sind verschiedene Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Der linke Teil von 1 zeigt das Einlegen eines Pellets 1 in Pfeilrichtung in ein äußeres Formteil 2. Das äußere Formteil 2 hat einen Boden 3 mit kugeliger Form und zylindrische Seitenwände 4. Der mittlere Teil von 1 zeigt die erste Stufe der Herstellung. In dieser Stufe ist das innere Formteil 5, welches als zylindrischer Dorn ausgebildet ist, in Pfeilrichtung durch einen in der Zeichnung nicht erkennbaren Antrieb bewegt worden. Da das äußere Formteil 2 seine Position nicht verändert hat, erfährt das Pellet 1 eine Verformung durch Druck und geht in einem Rohling 6 über. Dabei bilden sich bereits der Boden 7 und der Mündungsbereich 8 der Preform. Um den Mündungsbereich beispielsweise mit einem in der Zeichnung nicht erkennbaren Gewinde zu versehen, ist an dem inneren Formteil 5 ein Gewindeformteil 9 vorgesehen. Zwischen dem Boden 7 und dem Mündungsbereich 8 entsteht ein zylindrischer Bereich 10. In der ersten Stufe der Herstellung ist der Rohling 6 nach allen Seiten dicht von dem inneren und dem äußeren Formteil 2 und 5 umschlossen. Damit ist die gesamte Luft aus dem Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Formteil verdrängt.
In der zweiten Stufe der Herstellung wird das innere Formteil 5 weiter in Pfeilrichtung bewegt. Dies ist im rechten Teil von 1 dargestellt. Gleichzeitig senkt sich der Boden 3 des äußeren Formteils 2 ab. Der Rohling 6 verformt sich zu der Preform 11. Der zylindrische Bereich 10 des Rohlings 6 längt sich. Die Menge an Material in dem zylindrischen Bereich 10 des Rohlings 6 muss so bemessen sein, dass sie ausreicht, um den zylindrischen Bereich 12 der Preform 11 zu bilden. Die zylindrischen Seitenwände 4 des äußeren Formteils weisen einen ersten Abschnitt 13 mit größerem Durchmesser und einem zweiten Abschnitt 14 mit kleinerem Durchmesser auf. An dem Übergang zwischen dem Mündungsbereich 8 und dem zylindrischen Bereich 12 verbleibt eine Wulst 15. Diese entsteht an dem stufenförmigen Übergang 16 zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 13, 14 der zylindrischen Seitenwände 4. Von oben drückt das Gewindeformteil 9 gegen die Wulst 15.
In 2 sind die verschiedenen Stufen der Herstellung zusammen mit der Vorrichtung dargestellt. 1 zeigt das Werkzeug bevor das Pellet 1 eingebracht wird. In II befindet sich das Pellet 1 bereits in dem äußeren Formteil 2. III entspricht der ersten Stufe der Herstellung, bei der das Pellet 1 bereits zu einem Rohling 6 vorverdichtet wurde. IV zeigt die zweite Stufe der Herstellung, bei der der Rohling 6 zu einer Preform 11 umgeformt wird. In V wird die fertiggestellte Preform 11 aus dem Werkzeug entfernt. In dieser Darstellung ist die Schraubenfeder 17 erkennbar, über welche das innere Formteil 5 gelagert ist. Außerdem zeigt 2 die Stangen 18, mit welchen sich der das innere Formteil 5 umgebende Teil des Werkzeugs an dem äußeren Formteil 2 abstützt. Für diese Stangen sind an dem äußeren Formteil Aufnehmungen 19 vorgesehen. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Vorgang bewegt sich bei III nicht das innere Formteil nach unten sondern das äußere Formteil nach oben. Der Effekt ist jedoch derselbe, da es auf die relative Bewegung der beiden Formteile ankommt.
Mehrere Vorrichtungen zur Herstellung einer Preform können entweder in einer Reihe linear wie in 2 oder in einem Kreis wie in 3 angeordnet sein. Dies führt dazu, dass mehrere Preformen gleichzeitig hergestellt werden können.
Sämtliche Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Preform aus thermoplastischem Werkstoff zur Fertigung eines Behälters beispielsweise durch Formblasen, wobei die Preform aus einem zylindrischen Teil mit einem Boden an der Unterseite, einem nach oben offenen Mündungsbereich an der Oberseite und einer Wulst zwischen zylindrischem Teil und Mündungsbereich besteht, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte dass das Material in Form eines Pellets (1) in ein äußeres Formteil (2) eingebracht wird, wobei das äußere Formteil (2) einen Boden (3) und zylindrische Seitenwände (4) aufweist, deren Durchmesser zumindest abschnittsweise größer ist, als der Durchmesser des Bodens (3), dass in einer ersten Stufe ein inneres Formteil (5) durch eine angetriebene relative axiale Bewegung der beiden Formteile (2, 5) zueinander auf das Pellet (1) einen Druck ausübt und dabei den Mündungsbereich (8), den Boden (7) und dazwischen einen zylindrischen Abschnitt (10) eines Rohlings (6) formt, wobei der zylindrische Abschnitt (10) des Rohlings (6) kürzer ist als der zylindrische Abschnitt (12) der Preform (11) und eine grössere Wandstärke als diese aufweist, und dass in einer zweiten Stufe das innere Formteil (5) zusätzlichen Druck auf den Rohling (6) ausübt, dass der Boden (3) des äußeren Formteils (2) gegenüber den Seitenwänden (4) des äußeren Formteils (2) abgesenkt wird, wobei sich der zylindrische Bereich des Rohlings (6) längt und dabei der zylindrische Bereich (12) und die Wulst (15) der Preform (11) geformt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Stufe das Pellet (11) von dem inneren und dem äußeren Formteil (2, 5) dicht umschlossen in die Form aus Mündungsbereich (8), Boden (7) und zylindrischem Abschnitt (10) gepresst wird, und dass dabei die in dem Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Formteil (2, 5) vorhandene Luft oder sonstige Gase verdrängt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stufe der Rohling (6) dicht eingeschlossen zwischen dem ersten und zweiten Formteil (2, 5) zu der Preform (11) verformt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stufe der Boden (3) des äußeren Formteils (2) entgegen einer Federkraft abgesenkt wird, und dass das innere Formteil (5) entgegen einer Federkraft durch einen Antrieb abgesenkt wird, wobei die dem inneren Formteil (5) zugeordnete Federkraft größer ist als die dem Boden (3) des äußeren Formteils (2) zugeordnete Federkraft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Preform (11) durch eine relative axiale Bewegung der beiden Formteile (2, 5) in entgegengesetzte Richtungen abgestreift wird.
Vorrichtung zur Herstellung einer Preform aus thermoplastischem Werkstoff, welcher der Fertigung eines Behälters beispielsweise durch Formblasen dient, wobei die Preform aus einem zylindrischen Teil mit einem Boden an der Unterseite, einem nach oben offenen Mündungsbereich an der Oberseite und einer Wulst zwischen zylindrischem Teil und Mündungsbereich besteht, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Form-Werkzeug mit einem inneren Formteil (5) und einem äußeren Formteil (2) vorgesehen ist, dass das innere Formteil (5) als zylindrischer Dorn ausgebildet ist, dass das äußere Formteil (2) einen Boden (3) und zylindrische Seitenwände (4) aufweist, wobei die zylindrischen Seitenwände in einem ersten Abschnitt (13) einen größeren Durchmesser aufweisen als in einem zweiten Abschnitt (14), dass ein Antrieb für eine relative axiale Bewegung der beiden Formteile (2, 5) zueinander vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (3) des äußeren Formteils (2) gegenüber den zylindrischen Seitenwänden (4) verschiebbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das innere und/oder das äußere Formteil (2, 5) durch Federn (17) gelagert sind, welche bei der relativen axialen Bewegung der beiden Formteile eine Auslenkung erfahren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem inneren Formteil (5) Stangen (18) vorgesehen sind, welche in einer ersten Stufe, in der aus dem als Pellet (1) vorliegenden Werkstoff ein Rohling (6) mit einem Mündungsbereich (8), einem Boden (7) und einem zylindrischen Bereich (10) geformt wird, auf dem äußeren Formteil (2) aufsitzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Form-Werkzeuge parallel zueinander im Kreis angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Form-Werkzeuge parallel zueinander linear angeordnet sind.