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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen mehrschichtiger Kunststoffhohlkörper.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Herstellen mehrschichtiger aus einer Helle und gespritztem Kunststoff gefertigter
Kunststoffhohlkörper nach dem Spritzblasverfahren, wobei ein Kern mit einer Hülle
in eine Vorform gebracht wird, der Kern und dic Hül#c mit Kunststoff #nnspritzt
und in einer Blasform in die Form des fertigen Kunststoffhohlkörper@ aufgeblasen
werden.
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Es ist bisher versucht worden, mehrschichtige Gegenstände durch Vereinigung
der Schichten zu bilden, beispielsweise durch Hitzeversiegeln oder Lösungsmittelbinbun@.
Es hat sich Jedoch schwierig herausgestellt, dieses Ziel zu erreichen, weil die
Kunststoffschichten' für gewöhnlich unterschiedliche Warmeausdehnungseigenschaften
aufweisen, welche manchmal in der Trennung der einzelnen Schichten resultieren,
insbesondere, wenn der mehr@@hichtige
Kunststolofhohlkörper Temperaturwechseln
entweder im Herstellungsverlauf oder beim darauffolgenden Gebrauch ausgesetzt wird.
Ein Kunststoffhohlkörper mit derartigen Äusdehnungscharakteristiken hat einen verringerten
Gebrauchswert, weil seine Schichten bei äußerer Belastung nicht zur gegenseitigen
Verstärkung aneinander haften.
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Andererseits ist gefunden worden, daß bei Kunststoffen, die sehr
gut aufeinander abgestimmte Ausdehnungseigenschaften aufweisen und beispielsweise
durch Zwiqchenbringen eines Klebemittels zussmmengeschweißt worden sind, der vollständig
beispielsweise chemisch verbundene oder mehrschichtige Gegenstand die mechanischen
Eigenschaften der schwächsten Schicht annahm. Dies ist eine wohlbekannte typische
Eigenschaft von mehrscilichtigen, aus mehreren Schichten unterschiedlicher Materialien
hergestellten Gegenständen. Beispielsweise führt ein i3ruch in einer der Schichten
dazu, daß dieser auf die benachbarte Schicht übertragen wird.
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Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung mehrcchichtiger Kunstatoffho.hlkörper der eingangs genannten Art
zu schaffen, deren Schichten im fertiggestellten Zustand des Kunststoffhohlkörpers
fest aneinn,nder halten ohne daß sich die Schichten gegenseitig nachteilig beeinflussen.
vlies soll insbesondere auch dann erreicht werden, wenn ds Aufblasen nicht unmittelbar
anschließend an das Bilden des Vorformlings erfolgt.
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Dies wird durch ein Verfahren der eingangs geijannten Art erreicht,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß in der Vorform, insbesondere zwischen Kern und
Hülle und zwischen Hülle und gespritzter Kunststoffechicht, vorhandene Luft während
des Einspritzens des Kunststoffs in den zuletzt mit Kunststoff gefüllten Teil der
Vorform verdrängt und von dort aus der Vorform e@ntfernt wird.
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Die erfindungsgernäf3e Vorri@htung ist gekennzeichnet
durch
eine Entlüftungseinrichtung an dem der Einspritzeinrichtung gegenüberliegenden,
oberen Teil der Vorform.
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Durch das Verfahren und die Vorrichtung kann gemäß der Erfindung
ein zusammengesetzter bzw. mehrscA htiger Behälter erzeugt werden, der aus mehr
als einer Schicht besteht, und in welchem die -Schichten in voller Konformität zueinander,
jedoch nicht notwendigerweise miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Verschmelzen
oder chemische Bindung, und in welchem eine derartige Konformität in erster Linie
durch den atmosphärischen Druck aufrechterhalten wird, der auf die Schichten einwirkt.
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Als Folge hiervon behält jede, der Schichten#ihre mechanische Eigenschaft
unabhängig von denen der anderen Schichten bei. Demgemäß wird, falls die Hülle deinibar
und die äußere Schicht spröde ist, eine Kraft oder Deformation, die ausreichend
ist, um einen Bruch in der äußeren Schicht zu erzeugen, nicht notwendigerweise auch
die Hülle zerstören bzw. zerbrechen. Es ist bekannt, daß viele Behälter mechanischer
Zerstörung ausgesetzt sind, beispielsweise während des Füllvorgangs und des Transprots,
während sie Flüssigkeiten oder pastöse Substanzen enthalten. Die Fähigheit der Hülle
während solcher Zerstörung ganz zu bleiben, sogar falls die äußere Schicht brechen
sollte, verhindert das treten des Inhalts und entsprechend Zerstörungen an i'i,ll-
und Transporteinrichtungen.
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Der gemäß der Erfindung erzeugte zusammengesetzte bzw.
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mehrsch~;1htipe Gegenstand ist durch unterschiedliche physikalische
Eigenschaften aufweisende Schichten charakterisiert, welche so angeordnet sind,
daß die entsprechenden Eigenschaften den fertiggestellten Gegenstand in vollständiger
Weise verbessern ohne daß eine der Schichten die Eigenschaften der anderen Schicht
nachteilig beeinträchtigt, wobei die Schichten durch den Luftdruck fest aneinander
gehalten werden. Beispielsweise kann die äußere SchelSht von einer vergleichsweise
wesentlichen Dicke sein und
aus einem festen und billigen Kunststoff
hergestellt werden, beispielsweise Polystyrol oder linearem Polyäthylen. Während
die äußere Schicht ausreichende Festigkeit aufweist, um als ein Halteteil oder als
Schutzteil für die innere Schicht zu dienen, solange wie die letzte.-re diese vollständig
umgibt, beispielsweise durch das Vermeiden von Lufteinschlüssen zwischen den Schichten,
hat die äußere Schicht eine begrenzte Fähigkeit zur Biegung oder sich in anderer
Weise zu deformieren und kann einen gewissen Grad an Sprödigkeit aufweisen. Die
innere Schicht ist für gewöhnlich sehr dünn und film- bzw. olienähnlich und besteht
aus einem Kunststoff, der geeignet ist, um den Inhalt, beispielswei#e gegen Oxydation,
zu schützen, oder um die äußere Schicht, beispielsweise gegen Lö sungsmit telangriff
zu schützen. Eine derartige innere Lage kann beispielsweise aus einem Akrylnitril-Polymer,
aus YVC oder aus PE-Folie bestehen und kann entsprechend begrenzte Festigkeit jedoch
wesentlich größeren DiffUs:ionswider#tcand als die äußere Lage aufweisen. Die innere
Schicht kann, währenddessen sie relativ dünn ist, selbsthaltend sein und den Inhalt
des Behälters, insbesondere wenn sie an die relativ dicke Außenschicht angelegt
ist, halten. Sogar dann, wenn die äußere Schicht etwas spröde sein kann und zu Brüchen
neigt, wenn sie zerstört wird, gehen derartige Defekte nicht durch die selbsthaltende
innere Schicht durch, welche durch die äußere Schicht umgeben jedoch nicht mit dieser
über ihre gesamte Abmessung verbunden ist, Entsprechend läßt die relative Sprödigkeit
der außeren Schicht die innere Schicht unbeeinflußt und die Dehzbarkeit der inneren
Schicht wird nicht durch die Tatsache beeinflußt, daß die äußere Schicht am biegens
an der Ablenkung bzw. am eindrücken lediglich in einem begrenzten Ausmaß teilnehmen
11 ann.
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Demgemäß wird die Auswahl der Eigenschaften des
gesamten
zusammengestzten bzw. mehrschichtigen Gegenstandes erleichtert, weil die einzelnen
Schichten so verwendet werden können, daß ihre einzelnen individuellen Eigenschaften
erhalten bleiben, wie es erwünscht wird, und Vorkehrungen können getroffen werden,
um die Zerstörungen während des gemeinsamen Gebrauchs auf nur eine der Schichten
zu beschränken.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
erläutert.
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Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch eine Vorform, die eine Hülle und
eine Halsform gemäß der Brfìn; dung zeigt.
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Fig. 2 ist eine Schnittansicht mit weggebrochenen Teilen des den
Hals formenden Bereiches einer Vorform, die eine weitere Ausführwngsform gemäß der
Erfindung zeigt.
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Fig. 3 ist eine Guerschnittsansicht gemäß der Linie 3-3 der Fig.
2.
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Fig. 4 ist eine axiale Querschnittsansicht mit weggebrochenen Teilen
eines Teiles des Vorform lings und des Kerns, die eine ungewünschte Luftblase zwischen
der Hülle und dem Kern darstellt und Fig. 5 ist eine Teilquerschnittansicht eines
zusammengesetzten oder mehrschichtigen Vorformlings, die die Art, und Weise des
Verbindens bzw. Versiegels der Hülle in der plastischen Schc#iht zeigt.
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Die Fig. 1 zeigt eine Druckblasformeinrichtung 10,, die geeignet
ist, um heißen, fließfähigen Kunststoff unter Druck zum Formen des Vorformlings
16 in einer Vorformlingform oder Spritzform 11 und um einen Kern 12 herum zu spritzen,
wobei der der Kern 12 ein Blaskern sein kann. Eine Buchse 13 ist um einen Teil des
Kernes 12 als eine Fortsetzung des letzteren vorgesehen und um mit
einem
Halsformteil 14 das offene Ende oder den Hals eines zu formenden Behälters zu bilden.
Vor dem Einführen des Kerns 12 in die Vorformlingform 11 und vor dem Füllen der
Vorformlingsform mit heißem Kunststoffmaterial vermittels der Druckforrneinrichtung
10, wird eine Hülle 15 an dem Blaskern 12 angebracht. Die Hülle 15 ist an ihrem
offenen Ende mit einem nach außen vorstehenden Flansch 17 versehen, welcher in einer
ringförmigen Ausnehmung 18 in der Halsform 14 angeordnet ist.
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Im Verlauf des Füllens des Formhohlraums, der zwischen gegenüberliegenden
Flächen der Vorformlingform 11 und dem Kern 12 mit der auf ihm befindlichen Hülle
15 gebildet ist, wird die Luft, die innerhalb dieses Hohlraums oder zwischen der
Hülle und dem Kern vor dem Einführen des Kunststoffs aus der Druckeinspritzeinrichtung
10 enthalten ist, zusammengedrückt und in Richtung auf den Bereich der Halsform
14 gedrängt während der Pormhohlraum nach und nach gefüllt wird. Der Grad der derartigen
Zusaminendrückung hängt von der Anwesenheit und der Größe von Öffnungen ab, durch
welche die Luft entkommen kann.
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Falls der Kunststoff mit einer G e s chwind igke eintritt, die größer
ist als die mögliche Geschwindigkeit des Luftaustritts oder falls der Kunststoff
die Öffnungen, durch welche derartige zusammongedrückte Luft entkomiiien könnte,
blockiert, bevor der gesamte Formhohlraum im wesentlichen gefüllt ist, dann werden
Bereiche von Luft in voneinander getrennten Stellen, an den äußeren Flächen des
Kunstntoffs, innerhalb des Kunststoffs, zwischen dem Kunststoff und der Hülle oder
zwischen der Hülle und dem Kern als Blasen verbleiben, wobei die Luft innerhalb
derartiger Blasen vermittels des Drucks des eintretenden Kunststoffe auf ein wesentliches
anlaß zusammengedrückt wird. Ein derartiger Druck kann auf ein Vielfaches, beispielsweise
auf das hundertfache, des atmosphärischen Blocks zufolge der Tat sache ansteigen,
daß der Kunststoff oft unter einem Druck
von über 400 Atmosphären
oder mehr steht, wenn er in die Vorform 11 unter üblichen Einspritzbedingungen eintritt.
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Hierdurch können in dem Vorformling Bunker erzeugt werden.
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während Defekte dieser Art für gewöhnlich bei der üblichen Spritzpraxis
durch sorgfältigen Entwurf der Form vermieden werden können, indem zweckmiäßige
Öffnungen, zweckmäßiges Spiel oder ein zweckmäßiger Abstand zur Entlüftung vorgesehen
wird, vervielfachen sich diese und andere Schwierigkeiten, wenn Hüllen innerhalb
der Vorform angewendet werden. Beispielsweise kann der Flansch 17 der Hülle 15,
welche geeignet ist, um den Hals und den oberen Rand 19 des herzustellenden Behälters
abzudecken und zu schützen, wesentliche Teile des Zwischenraumes zwischen der Halsform
14 und dem Kern 12 und seiner, umgebenden Buchse 13 abdecken. In Abwesentheit der
Hülle 15 kann das Spiel bzw. der Zwischenraum, d.he die Differenz in der Abmessun.Cr
zwischen den miteinander in Eingriff tretenden Flächen der Halsform 14 und der Buchse
13 ausreichend gemacht werden, um Luftaustritt zu gestatten, ohne daß der Kunststoff
dort hinein eintritt und dadurch den Zwischenraum zusetzt, blockiert oder verklebt0
Der Zwischenraum jedoch, der durch den Rand bzw. den Flansch der Hülle bedeckt ist,
kann unwirksam werden und die Luft neigt dazu, zufällig und an unbestimmten Stellen
in der Form eingeschlossen zu werden. Wenn der zusammengesetzte Vorformling in seine
endgültige Gestalt aufgeblasen wird, führt, als Konsequenz hiervon, irgendeine Luftblase,
die zwischen der. Hülle 15 und den durch Druck eingespritzten Kunststoffschichten
eingeschlossen ist, fort, Druck zwischen den beiden Kunststoffschiöhten bis zu über
atmosphärischen Druck auszuüben, und dadurch neigen die beiden Schichten dazu, sich
manchmal schnell und außergewöhnlich wtark von@inander zu trennen.
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Falls die beiden Schichten aus Kuns-tstoffen mit unter schiedlichen
Wärmeausdehnungs- und Zusammellziehungaeigenschaften
gebildet sind,
was oft der Fall ist, können sich die beiden Wirkungen kombinieren und einen nicht
akzeptablen Gegenstand erzeugen, der eine lose und wenigstens teilweise nicht gestützte
innere Hülle in sich aufweist.
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Ein weiterer, gewöhnlicher Fehler, der durch ungenügendes Entlüften
verursacht wird, wird durch die Erhitzung der Luft unter plötzlichem Zusammendrücken
durch den ein tretenden Kunststoff erzeugt, welche ausreichend sein kann, um örtliche
Punkte bzw. Stellen des Kunststoffs anzubrennen, um einen unansehnlichen Gegenstand
oder einen mechanisch schwachen Bereich in dem fertiggestellten Produkt zu erzeugen.
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Es muß Sorge dafür getragen werden, um zufällige, unregeltnäßige
Zwischenräume zwischen der Hülle 15 und dem Kern 12 in dem Weg des Kunststoffstromes
zu vermeiden. Beispielsweise kann die Luft, die zwischen dem Kern 12 und der Hülle
15 eingeschlossen ist, eine Blase 20, wie in übertriebener Form in Fig. 4 gezeigt,
erzeugen.
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Die Blase 20 isoliert die Hülle 15 örtlich von dem Kern 12 und macht
diesen Bereich weniger verformbar als den Rest der Hülle. Außerdem läßt die Blase
20 diesen Teil der Hülle 15 gegen den Druck des ankommenden bzw. einströmenden Kunststoffs
ungestützt bzw. ohne Halt. Als Konsquen hiervon kann die Hülle 15 zerstört oder
durch brochen werden, und die Luft unter der Blase 20 kann vom-Zuf all abhängig
verdrängt bzw. vJegbewegt jedoch nicht beseitigt werden. Um zu vermeiden, daß derartiges
auftritt, werden der Kern 12 und die Hülle 15 so ausgestaltet, daß sie eng zueinander
passende Flächen aufweisen, die bewirken, daß die Hülle in noch bessere KonfortXität
mit dem Kern gedrückt wird, wenn der Kunststoff in die Vorform eintritt, beispielsweise
vermittels in Eingriff tretender, sich verjüngender Flächen, wobei die Verjüngung
vorzwgßweise bis zu 7,50 betriigt.
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Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist die Halsform 14 mit einer
Mehrzahl von Durchgängen 21. versehen, welche sich axial zur Halsform erstrecken
und mit der ringförmigen Ausnehmung 18 in der Nähe ihres äußeren Umfangs verbunden
sind. Derartige Durchgänge 21 können um den Umfang der Halsform herum, ganz wie
erforderlich, verteilt sein. Diese Durchgänge dienen als Entlüftungsdurch gänge
für jedwede Luft, welche längs der Vorform aus dem Zwischenraum zwischen der Hülle
15 und dem Kern 12 oder aus dem Zwischenraum zwischen der Hülle 15 und dem Kunststoff
verdrängt wird. Der Flansch 17 ist ausreichend flexibel, um zu gestatten, da ß derartige
Luft nach außen durch die Belüftungsdurchgänge 21 hindurchgeht. Zusätzlichte Lüftungs-
bzw. F»tlüftungseinrichtungen, können für die zwischen der Hülle 15 und dem Kern
12 eingeschlossene Luft durch zweckmäßigen Spielraum bzw. Zwischenraum zwischen
der Halsform 14 und der Buchse 13 des Kerns 12 oder durch Kerbung oder Anbringung
von Nuten an den Berahruz flächen in bekannter Art und Weise vorgesehen werden0
Um zuvermeiden, daß Luft zwischen die Kunststoffschicht 16 und die Hülle 15 in dem
fertiggestellten Gegenstand eintritt, ist der Flansch 17 mit der Endfläche des Rands
19 der Kunststoffschicht verbunden oder mit dieser versiegelt. Um eine noch wirksamere
Versiegelung oder eilen noch wirksameren Abschluß y; erzQilen, kann der Flansch
17 mit einer nach unten vorstehenden Lippe -17a versehen sein, welche in den Rand
19 des Gegenstandes eingebettet oder mit diesem versiegelt ist, wie es in Fig. 5
gezeigt.
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In der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform ist eine Buchse
13a mit einer Schulter 25 und mit einem entsprechend vergrößerten Umfangsteil 26
versehen, welcher nach außen verjüngt ausgebildet ist und in den entsprechend verjüngten
Umfangsteil 27 des Halsringes 14a einsetzbar ist. In dieser Form tritt der Flansch
17 der Hülle 15 mit
der Schulter 25 in Eingriff, welche einen Endabschluß
für den Formhohlraum bildet.
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In Fällen, wo ausreichende Entlüftung auf andere Art und Weise nicht
zu erhalten ist, ist bei der in den Fig.
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2 und 3 gezeigten Form die Buchse 13a mit einer Mehrzahl von Durchgängen
30 versehen, welche in Umfangs richtung um diese herum angeordnet sind und an der
Schulter 25 enden, um so mit dem Zwischenraum zwischen der Hülle 15 und dem Kern
12 in Verbindung zu stehen. Eine Reihe von Durchgängen 31 ist in dem Halsring 14a
in einer solchen Lage vorgesehen, um mit dem Abstand bzw. Zwischenraum unter dem
Flansch 17 in Verbindung zu stehen, um so für die Luft als Entlüftung zu dienen,
die durch din Kunststoffschicht 16 eingeschlossen sein kann, Das Entfernen der Luft
kann durch Verbinden der Durchgänge 30 oder 31 oder beider Sätze von Durchgängen
mit einer zweckmäßigen (nicht gezeigten) Absaugquelle erleichtert werden. Die Luft
kann auch in irgendeinem Zwischenraum zwischen den übers chieß enden Flächen 26
und 27 entweichen, welche je nach Wunsch gekerbt oder mit Nuten versehen werden
können. Die Durchgänge 31 in der Buchse 13a können weggelassen werden, falls ausreichender
Belüftungsraum zwischen den Flächen zur Verfügung steht wenn dieser Raum oder Bereich
nicht in der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Form durch den flansch 17 der Hülle 15
verbaut oder versperrt ist.
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Um das Versperren der Durchgänge 30 durch den Flansch 17 zu vermeiden,
kann der Flansch 17 im Abstand von der Fläche der Schulter 25 vermittels von radialen
Rippen 32, wie in Fig. 3 gezeigt, gehalten werden. Die Zwischenräume zwischen den
Rippen 32 können durch einen ringförmigen Durchgang, der durch Nuten 33 in den Rippen
32 gebildet ipt, verbunden sein. Die Anordnung der Rippen 32 an der gezeigten Stelle
ist vorgesehen, um lediglich als Beispiel für eine Einrichtung zu dienen, die einen
Zwl.ncElenraum
bzw. Spiel um das Ende der Hülle-herum für den
Buftaustritt aus der Zone schafft, die zuletzt den in die Vorform eintretenden Kunststoff
gefüllt wird.
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Durch derartiges Vermeiden des Einschusses von Luft zwischen der
Hülle und dem unter Druck eingespritzten Teil des Vorforrnlings wird dichtes Aneinanderliegen
der Hülle an dem Kunststoff in dem fertiggeblasenen Gegenstand erhalten, weil, beim
Ausdehnen bzw. Aufblasen des zusammengesetzten bzw. mehrschcihtigen Vorforml#ngs,
atmosphärischer Druck fortfährt, die beiden Schcihten aneinander zu pressen.
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Damit die Schichten unter den hier beschriebenen Bedingungen in der
Abwesenlieit von Luft zwischen den Schichten damit beginnen können, sich voneinander
zu trenne, müßte ein Druck, der größer als der atmosphärische Druck ist, zwischen.tr
Hülle und dem Kunststoff angreifen, was unter, den Benutzungsbedingungen des fertiggestellten
Gegenstandes selten der Fall ist.
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Um weiterhin diese Bedingungen über die Herstellungszeit der Gegenstände
hinaus nicht eintreten zu lassen, ist es nützlich, Maßnahmen zu ergreifen, um das
Abblättern bzw. Abheben der beiden Lagen an dem Ende, d.h. an dem offenen Ende oder
am Rand des Behälters, zu vermeiden.
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Das Abs chließen bzw. Abdichten des Flansches 17 mit dem Rand 19
des Kunststoffs vermeidet Trennung bzw. Abhebung der Hülle 15 an ihrem offenen Ende
und schließt so den Eintritt von Luft an dieser Stelle aus.
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In einigen Fällen kann es erwünscht sein, den fertiggestellten mehrschcihtigen
Vorformling von dem Kern zu entfernen und diesen zu speichern oder zu versenden,
bevor er in die Form des fertiggestellten Gegenstandes aufgeblasen wird. In diesem
Fall muß der zusammengesetzte Vorformling auf die richtige Temperatur vor dem Blasen
aufgew'trmt werden. Um irgendeine Trennungsmöglichkeit der Hü]le von den Kunststoffwänden
zu vermeiden, und zwar
zufolge der Unterschiede in den Ausdehnungscharakteristiken
oder zufolge anderer Gründe, kann der Vorformling während der Aufheizstufe und bis
das Aufblasen des Vorformlings in die Borm des fertiggestellten Gegenstandes vervollständigt
ist, unter Inndendruck gehalten werden.
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Zu diesem Zweck kann der Vorformling unter innerem Mediumdruck gehalten
werden oder auf einen zweckmäßigen Träger, beispielsweise einen Stempel, welcher
dort dicht hineinpaßt, gebracht werden. Ein derartiges erneutes Aufheizen ist für
gewöhnlich nicht notwendig, falls der Vorformling auf dem Blaskern in die Blasform
geracht wird, bevor er auf eine Temperatur unterhalb derjenigen abkühlt, bei welcher
die Blasstufe wirksam ausgeführt werden kann.