DE2300234A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von hohlkoerpern aus thermoplastischem kunststoff - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum herstellen von hohlkoerpern aus thermoplastischem kunststoffInfo
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Description
10 3 0 8
ELBATAINER
Kunststoff- und Verpackungs-Gesellschaft mbH & Co.
7505 Ettlingen/Baden
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff im
Blasverfahren, indem in Plastifizierwärme befindliche Vorformlinge
in der Formkammer einer geschlossenen Blasform geblasen und die Hohlkörper durch Eindrücken eines flüssigen Kühlmittels,
z.B. Wasser, in deren Innenraum gekühlt werden.
Bei der Herstellung von nach dem Blasverfahren in vorbestimmte Dimensionen und Konturen aufgeweiteten Hohlkörpern ist es erforderlich,
deren nach dem Blasvorgang noch in erheblicher Plastifizierwärme befindliche Kunststoffwandung unter Einbehaltung
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eines Stützluftdruckes ausreichend abkühlen zu lassen, bis die Hohlkörper ohne Zusammenfall der Wandung entformt
werden können. Zumal durch die erhebliche Erwärmung der Blasformwände kühlt der Kunststoff nur sehr langsam ab, was
bisher nach jedem Blasvorgang eine unproduktive Standzeit erforderte und die Produktionsziffern jeder Blasanlage äußerst
beschränkte. Um diese Standzeiten zu verkürzen und die Blasmaschinen produktiver einsetzen zu können, wurden
bisher oftmals wassergekühlte Blasformen verwendet, aus denen die aufgenommene Wärme durch eine kontinuierlich
Wasser durch die Blasformwände pumpende Anlage abgeleitet wird. Diese indirekte Kühlung der Hohlkörper führte jedoch
zu keiner durchgreifenden Standzeitverkürzung.
Um die Kühlwirkung zu intensivieren, wurde bereits vorgeschlagen, die Hohlkörperwandung direkt durch Einblasen eines
gasförmigen oder mit Luft vermischten flüssigen Kühlmittels in den Hohlkörper-Innenraum zu kühlen. Auch diese Vorschläge
führten ohne den Einsatz von teuren Kältemitteln nicht zu dem gewünschten Erfolg. Der Einsatz dieser Kältemittel würde jedoch
die Kühlung und damit das ganze Herstellungsverfahren viel zu
teuer und somit die Produktion insgesamt unwirtschaftlich machen. Diese Vorschläge brachten insbesondere für die Herstellung
von großvolumigen, relativ dickwandigen Hohlkörpern keine praktizierbare Lösung, weil hierin die Gefahr der nur
zonenweisen Schnellabkühlung liegt, die mit Sicherheit gerade die unbedingt zu vermeidenden Spannungen im Wandmaterial hervorruft.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, durch einen Kanal des Blasdornes kurzzeitig Kühlwasser in den Hohlkörper hinein
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gegen dessen Wandung zu sprühen und danach durch nochmaliges Einblasen von Luft die besprühte Ilohlkörperwandung
zu trocknen ( siehe USA-Patentschrift 2 348 738). Auch dieser Vorschlag birgt selbst bei kleinvolumigen Hohlkörpern
die Gefahr einer ungleichmäßigen Flächenkühlung, so daß die bereits vorerwähnten Spannungen in der Hohlkörperwandung
auftreten können. Je nach Kunststoffart, der Wanddicke und des Verwendungszweckes der Hohlkörper wirken
sich diese Spannungen bei der Weiterverwendung dieser Hohlkörper mehr oder weniger nachteilig, vorwiegend korrosiv, aus.
Darüber hinaus verlangen großvolumige Hohlkörper mit entsprechend dicker Wandung auch bei diesem Kühlsystem noch
viel zu lange Kühl- und Standzeiten, als daß sich der hierfür erforderliche Aufwand lohnt.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen von Kunststoff-Hohlkörpern
nach dem Blasverfahren zu schaffen, mit dem unter Einbeziehung eines verbesserten Kühlungssystems die Blasanlagen
wirtschaftlicher ausgelastet werden können und das unter Vermeidung der vorbeschriebenen Nachteile für die Herstellung
von beliebig großen Hohlkörpern mit unterschiedlicher Wanddicke geeignet ist. Eine weitere Aufgabe ist in der Schaffung
einer, in jede Blasanlage relativ leicht einbaufähigen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zu sehen.
Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach jedem Blasvorgang in dem jeweiligen
Hohlkörper der Blasdruck aufrechterhalten bleibt, währenddessen das flüssige Kühlmittel von der Blasform-Unterseite aus bei
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gleichlaufender Verdrängung der Blasluft mit einem, gegenüber
dem Blasdruck höhex-en Druck in den I-Iohlkörper-Innenraum
eingeflutet wird, und daß der Hohlkörper nach seinem, mindestens nahezu vollständigen Auffüllen mit
dem flüssigen Kühlmittel durch einen Richtungswechsel der Luft- und Kühlmittelströmung unter »Saug- und Druckkraft
wieder ausgeleert, danach bis auf atmospärischen Innendruck entlüftet und entformt wird.
Hierdurch ist ein einfach praktizierbarer und wirtschaftlich anwendbarer Weg für einen schnellen Ablauf der Arbeitsvorgänge
in den Blasanlagen gewiesen. Die vollständige, unter Innendruck gleichmäßig ansteigende Innenbeflutung dei- Hohlkörper
bewirkt eine relativ schnelle und intensive Kühlung der gesamten Hohlkörperwandung, so daß keine Spannungszonen .
auftreten können. Auch wird die Standzeit nach jedem Blasvorgang im wesentlichen auf die verhältnismäßig sehr kurze Zeit
beschränkt, die für das in rascher Folge durchführbare Be- und Entfluten des Hohlkörper-Innenraumes erforderlich ist.
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Kühlmittel in einem, mit dem Hohlkörper-Innenraum im
Druckausgleich stehenden Vorratsbehälter enthalten und wird für jeden Kühlvorgang wechselweise jeweils unter druckausgleichendem
Nachfluß der Blasluft in den Hohlkörper und danach zurück in den Vorratsbehälter eingeflutet. Dies ermöglicht eine schnelle
Be- und Entflutung und somit Kühlung der Hohlkörper, was zu einer erheblichen Produktionssteigerung und im Endeffekt einer
wirtschaftlicheren Hohlkörper-Herstellung als bisher führt. Es ermöglicht darüber hinaus die Verwendung von verhältnismäßig
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einfachen Vorrichtungsteilen und eines billigen, aber auch ständig regenerierbar en Kühlmittels.
Für die Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens weist die Blasanlage gemäß der Erfindung eine Vorrichtung auf,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß in der Blasform ein von deren Unterseite eingeführter, sich bis dicht unter die oberseitigen
Schließkanten der Form erstreckender Blas- und Fülldorn mit in den Unter- und den Oberbereich des Hohlkörper-Innenraumes
mündenden Ein- und Auslaßkanälen einesteils für die Blasluft uritl andernteils für das Kühlmittel angeordnet
ist, deren Zuleitungen über getrennte Wege mit dem Vorratsbehälter einesteils im Bereich des Kühlmittel-Vorrats und
andernteils im Bereich eines Luftraumes verbunden sind. Vorzugsweise ist dieser Vorratsbehälter zylindrisch und weist eine
in dessen Achsrichtung bewegbar aufgehängte., kolbenförmig
ausgebildete Zwischenwand auf, die den Vorratsbehälter einerseits in eine das Kühlmittel enthaltende und andererseits in eine
die Blasluft aufnehmende Kammer unterteilt. Vorteilhaft ist die Zwischenwand des Vorratsb ehalte rs mit der Kolbenstange eines
Antriebsaggregates, z.B. eines Hydraulikzylinders, verbunden.
Mit einer solchen Vorrichtung kann jede Blasanlage ohne großen Aufwand ausgestattet und zu einer erheblich größeren Produktionsleistung
geführt werden. Sie ermöglicht einen schnellen Ablauf der Kühlvorgänge sowie den Einsatz einer bestimmten Menge
eines verhältnismäßig billigen Kühlmittels, wie z.B. Wasser, das je nach Erfordernis und Vorrichtungsaufbau entweder gänzlich
ohne oder zumindest mit nur geringen Verlustmengen wechselweise zwischen der Blasform und deNm Vorratsbehälter pendelt. Hierbei
wird dem Kühlmittel im Vorratsbehälter entweder durch eine eingebaute Wärmeaustauschvorrichtung einer bekannten Kühlanlage
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die beim Kühlvorgang aufgenommene Wärme entzogen oder es wird beim Übersteigen einer vorbestimmten Eigentemperatur
ein angepaßter Kühlmittel-Anteil entnommen und durch kaltes, die Eigentemperatur insgesamt senkendes Kühlmittel ersetzt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Blasform einer
an sich bekannten Blasanlage, mit einer Be- und Entblutungsvorrichtung, teilweise
im Schnitt; und
Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Fig. 1, im
größeren Maßstab.
In der Fig. 1 ist von einer an sich bekannten und deshalb nicht insgesamt dargestellten Blasanlage eine Hälfte einer Blasform
dargestellt, die unterhalb eines nicht dargestellten Schlauchextruders
um einen aus dessen Extruderdüse in Plastifizierwärme ausgetretenen Abschnitt eines der besseren Übersicht wegen in
der Fig. 1 nicht dargestellten Kunststoffschlauches schließbar ist. In der senkrechten Schließebene der Blasform sitzt ein Blas- und
Fülldorn 11, der sich von der Unterseite der Blasform aus in deren Formraum 12 bis dicht unter die oberenen Schließkanten
10a erstreckt.
Wie in Fig. 2 verdeutlicht ist, wird der Blas- und Fülldorn in seinem unteren Bereich von den unteren Schließkanten 13 der
Blasform unter Zwischenlage des unteren Endabschnitts des als bereits ausgeformten Hohlkörper 14 dargestellten Kunststoffschlauches
dicht umschlossen. Unmittelbar über diesen Schließkanten IS münden aus dem Blas- und Fülldorn mehrere Be- und
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Entflutungskanäle 15 in den Formraum 12 bzw. Innenraum des Hohlkörpers 14. Diese Kanäle laufen unterhalb der Blasform
in einem Verteilerstück 11a aus und sind über eine Kühlmittel-Zuleitung 16 mit dem Innen raum eines Vorrats behälters
17 verbunden, von dessen Unterseite aus die Zuleitung in den Behälter einmündet (Fig. 1).
Innerhalb des Formraumes 12 besitzt der Blas- und Fülldorn
11 ein Steigrohr 11b, das sich bis dicht unter die oberseitigen
Schließkanten 10a der Blasform erstreckt. Dieses Steigrohr enthält einen Blasluftkanal 18, der somit ebenfalls dicht unter
diesen oberseitigen Schließkanten in den Formraum einmündet. Auf der Unterseite der Blasform läuft dieser B'asluftkanal 18
ebenfalls in dem Verteilerstück 11a aus und ist mit einer Blasluft-Zuleitung 19 verbunden, die von der Oberseite des Vorratsbehälters
17 aus in dessen Innenraum einmündet.
Der Vorratsbehälter 17 ist ein geschlossener Zylinder mit senkrecht
verlaufender Achse. Er weist in seinem Innenraum eine seinem Querschnitt angepaßte Zwischenwand 20 auf, die in der
Art eines Kolbens dicht an der zylindrischen Innenwand des Vorratsbehälters anliegt und in dessen Achsrichtung bewegbar ist.
Auf der Oberseite des Vorratsbehälters sitzt zentral ein Hydraulikzylinder 21 mit nur teilweise dargestellten Öldruckleitungen
und einem nicht dargestellten Antriebskolben, dessen Kolbenstange 23 mit der Zwischenwand 20 verbunden ist. Die Zwischenfwand
unterteilt den Innenraum des Vorratsbehälters in zwei Kammern 24 und 25. Die unterhalb der Zwischenwand liegende
Kammer 24 nimmt einen Vorrat an Kühlmittel auf, während die darüber gebildete Kammer 25 zur Aufnahme der Blasluft dient.
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Im Unterbereich der Kühlmittel-Kammer 24 münden in den Vorratsbehälter 17 ein Zulaufrohr 26 mit einem Einlaßventil
27 und ein Ablauf rohr 28 mit einem Auslaßventil 29 ein, durch die das Kühlmittel je nach Erfordernis ganz oder
teilweise ausgetauscht werden kann. Außerdem ist im Oberbereich des Vorratsbehälters oberhalb der Zwischenwand 20
ein Ablaufventil 30 für die in der Blasluftkammer 25. sich ansammelnde Kühlflüssigkeit vorgesehen. Ferner mündet in die
vorbeschriebene Blasluft-Zuleitung 19 eine, von einem nicht dargestellten Luftkompressor ausgehende Druckluftleitung 31
ein, an deren Mündungsstelle ebenfalls" ein Ventil 32 angeordnet ist. An dem Verteilerstück 11a sitzt ein weiteres Ventil
*33, das mit den jeweiligen Kanälen 15 und 18 sowohl der Blasluft-Zuleitung
19 wio auch der Kühlmittel-Zuleitung 16 verbunden ist und jeweils vor dem Entformen der Hohlkörper für
deren Innenraum-Entlüftung bis zur Einstellung des atmosphärischen
Druckes sowie eine Entfeuchtung der Hohlkörper und der Kanäle sorgt. Auch in der vorbeschriebenen Kühlmittel-Zuleitung 16
sitzt vor dem Verteilerstück 11a ein Ventil 34 zum zeitweiligen Sperren des Zuleitungsweges zum Blas- und Fülldorn 11. Alle
diese Ventile werden hinsichtlich ihrer Öffnungszeit und -dauer von einer nicht dargestellten elektrischen Steuervorrichtung durch
Kraftmagnete betätigt. . ·
Bevor nachstehend die Arbeitsweise beschrieben wird, ist zu bemerken,
daß die Vorrichtung vor ihrem Arbeitsbeginn die in der Zeichnung dargestellte Lage einnimmt und die untere Kammer
des Vorratsbehälters 17 vollständig mit Kühlwasser aufgefüllt ist. Sobald ein in Plastifizierwärme befindlicher Kunststoffschlauch
ausreichend aus dem Extruder getreten ist, schließen sich die Blasformhälften 10 um den Schlauchabschnitt und den
darin befindlichen Teil des Blas- und Fülldorns 11. Hierbei ist
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im Vorratsbehälter 17 die Zwischenwand 20 in der oberen, in Fig. 1 dargestellten Lage. Das Ventil 32 wird kuizzeitig
geöffnet, so daß aus der Dructkluftleitung 31 durch die Blasluft-Zuleitung
19 und den Blasluftkanal 18 des Blas- und Fülldorns 11 stoßartig ein Blasdruck in den Formraum 12
gelangt. Unter diesem Druck wird die Schlauchwand gegen die Formwand gepreßt.
Nunmehr bewegt der Hydraulikantrieb über die Kolbenstange 23 die Zwischenwand 20 senkrecht nach unten. Dadurch wird
das Kühlwasser durch die Kühlmittel-Zuleitung 16 und deren inzwischen geöffnetes Sperrventil 34 sowie die im
Blas- und Fülldorn 11 angeschlossenen Kanäle 15 in den Hohlkörper-Innenraum gedrückt. Dies geschieht inmittelbar
nach dem Blasvorgang mit einem, gegenüber dem Blasdruck höheren Druck, wobei zugleich die Blasluft durch den Kanal 18
des Blas- und Fülldorns 11 und die Blasluft-Zuleitung 19 in die obere Kammer 25 des Vorratsbehälters 17 einströmt.
Der Innenraum des Hohlkörpers 14 wird zügig und vollständig von unten nach oben hin beflutet, wonach er auf umgekehrtem
Wege wieder entflutet wird. Hierfür steuert ein nicht dargestellter, in der unteren Totpunktlage der Zwischenwand 20 ansprechender
Endschalter den Hydraulikantrieb um, so daß die Zwischenwand wieder nach oben fährt. Sie saugt das Kühlwasser wieder durch
die Kanäle 15 aus dem Hohlkörper heraus und durch die Kühlmittel-Zuleitung 16 in die untere Kammer 24 des Vorratsbehälters zurück. Auch das Sperrventil 34 wird danach wieder
geschlossen.
Während dieser PJntflutung wird die zuvor in der oberen Kammer
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des Vorratsbehälters befindliche Blasluft wiederum durch die Blasluft-Zuleitung 19 und den Blasluftkanal 18 des
Blas- und Fülldorns 11 in den Hohlkörper-Innenraum gedruckt. Diese Luft unterstützt die vollständige Entlee rung
des Hohlkörpers und der Kanäle 15 und 18. wie auch des, dem Dorn zugekehrten Abschnitts der Kühlmittel-Zuleitung 16
bis zu deren Sperrventil 34 während der Entflutung. Danach wird das Entlüftungsventil 33 geöffnet, um die noch unter erheblichem
Druck im Hohlkörper befindliche Luft durch sämtliche Kanäle 15 und 18 abzulassen. Hierbei reißt diese Luft
die eventuell noch verbliebene Feuchtigkeit aus dem Hohlkörper und den.Kanälen mit, so daß danach deren Flächen weitgehend
abgetrocknet sind. Sogleich darauf kann die Entformung des Hohlkörpers und der Beginn eines neuen Arbeitsvorganges folgen.
Der gesamte Be- und Entlüftungsvorgang zwischen dem Blasen und dem Entformen des Produktes dauert nur einen Bruchteil
der bisher üblichen Kühl- und Standzeit. Er verlängert sich allerdings bei erheblichem Anstieg der Kühlmittel-Temperatur.
Um dies zu vermeiden, ist es zweckmäßig, in vorbestimmten
Zeitäbständen oder von einem Thermostat gesteuert die beiden am Vorratsbehälter 17 angebrachten Ventile 27 und 29 jeweils
kurzzeitig zu öffnen, so daß durch Abfluß eines Teils des erwärmten Kühlmittels und einem entspreclienden Zufluß kalten Kühlmittels
dessen Gesamttemperatur gesenkt wird. Anstelle eines solchen periodischen oder gesteuerten Kühlmittel-Austausches kann der
Vorratsbehälter 17 im Bereich der, das Kühlmittel enthaltenden unteren Kammer 24 eine bei Kühlanlagen an sich bekannte Wärmeaustauschvorrichtung
aufweisen. Dies kann beispielsweise ein
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Kühlrohr - oder Verdampfersystem einer an sich bekannten Kühlanlage sein, deren Wärmoaustausehflächen entweder
in dem Zwischenraum einer doppelten Behälterwand oder direkt in dem freien Raum dicht über dem Behältorboden der
Kammer 24 eingebaut sein können.
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Claims (10)
1. Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff im Blasverfahren, indem in
Plastifizierwärme befindliche Vorformlinge in der Formkammer einer geschlossenen Blasforra geblasen
und die Hohlkörper durch Eindrücken eines flüssigen Kühlmittels, z.B. Wasser, in deren Innenraum gekühlt
■werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem Blasvorgang in dem jeweiligen Hohlkörper (14) der
Blasdruck aufrechterhalten bleibt, währenddessen das flüssige Kühlmittel von der Blasform-Unterseite
aus bei gleichlaufender Verdrängung der Blasluft mit einem, gegenüber dem Blasdruck höheren Druck'in den
Hohlkörper-Innenraum eingeflutet wird, und daß der Hohlkörper nach seinem, mindestens nahezu vollständigen
Auffüllen mit dem flüssigen Kühlmittel durch einen Richtungswechsel der Luft- und.Kühlmittelströmung unter
Saug- und Druckkraft wieder ausgeleert, danach bis auf atmosphärischen Innendruck entlüftet und entformt
wird.
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2. Verfallen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlmittel in einem, mit dem Hohlkörper-Innenraum im Druckausgleich stehenden Vorratsbehälter
(17) enthalten ist und für jeden Kühlvorgang wechselweise jeweils unter druckausgleichendem Nachfluß
der Blasluft in den Hohlkörper (15) und danach zurück in den Vorratsbehälter eingeflutet wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
in der Blasform (10) ein von deren Unterseite eingeführter, sich bis dicht unter die oberseitigen Schließkanten
(10a) der Form erstreckender Blas- und Fülldorn (11) mit in den Unter- und den Oberbereich des
Hohlkörper-Innenraumes mündenden Ein- und Auslaßkanälen (15, 18) einesteils für die Blasluft und andernteils
für das Kühlmittel angeordnet ist, deren Zuleitungen (16,B) über getrennte Wege mit dem Vorratsbehälter (17)
einesteils im Bereich des Kühlmittel-Vorrats und andernteils im"Bereich eines Luftraumes verbunden sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (17) zylindrisch ist und eine in
dessen Achsrichtung bewegbar aufgehängte, kolbenförmig ausgebildete Zwischenwand (20) aufweist, die den Vorratsbehälter
einerseits in eine das Kühlmittel enthaltende Kammer (24) und andererseits in eine die Blasluft aufnehmende
Kammer (25) unterteilt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
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die Zwischenwand (20) mit der Kolbenstange (23) eines Antriebsaggregates, z.B. eines Hydraulikzylinders
(21), verbünde» ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,, daß der Vorratsbehälter (17)
im Bereich der, das Kühlmittel enthaltenden Kammer · (24) für einen Kühlmittelaustausch mit einem ein
Einlaßventil (27) aufweisenden Zulaufrohr (26) und von diesem räumlich entfernt mit einem ein Auslaßventil
(29) aufweisenden Ablaufrohr (28) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß.der Vorratsbehälter (17) im Bereich
der, das Kühlmittel enthaltenden Kammer (24) eine Wärmeaustauschvorrichtung, ζ. Β.
Kühlrohre, Verdampfer
oder dergleichen, einer an sich bekannten Kühlanlage aufweist.
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1973
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1974
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