DE3416781C2

DE3416781C2 -

Info

Publication number: DE3416781C2
Application number: DE3416781A
Authority: DE
Inventors: Herbert 8520 Erlangen De Barthel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-05-07
Filing date: 1984-05-07
Publication date: 1988-12-29
Also published as: DE3416781A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Vor formlingen aus thermoplastischem Kunststoff für das Blasformen von Hohlkörpern, bei dem der warmplastische Kunststoff aus einem Strangpreßkopf bzw. aus einem Speicher-Strangpreßkopf durch eine ringspaltförmige Austrittsöffnung mit verstellbarer Spaltweite ausgepreßt wird und bei dem während des Auspreßvor ganges gemäß einem gewünschten Wanddickenprofil entlang der Vorformlingslänge die Spaltweite verstellt wird.

Für das Blasformen von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunst stoff werden an einem Strangpreßkopf schlauchförmige Vorform linge aus dem betreffenden Material hergestellt und in einem weiteren Arbeitsgang in warmplastischem Zustand zwischen zwei Hohlformhälften zur Endgröße aufgeblasen. Abhängig von der Gestalt des zu gewinnenden Hohlkörpers wird der Vorformling dabei ungleichmäßig gedehnt. Eine gleichmäßige Wanddicke beim End produkt setzt daher eine Profilierung der Wand beim Vorformling voraus. Aber auch Sollbruchstellen und Versteifungen werden über ein entsprechendes Wanddickenprofil des Vor formlings erzielt. In jedem Fall kommt es - allein schon aus Materialersparnisgründen - darauf an, ein bestimmtes Wand dickenprofil des Vorformlings, das Wanddicke-Sollprofil, bei der Herstellung des Vorformlings zu realisieren. Das Wand dicke-Sollprofil wird als Funktion über der Länge des Vorform lings vorgegeben und durch Verstellen der Spaltbreite der Aus trittsöffnung während des Auspreßvorgangs auf das Wanddicke profil des Vorformlings abgebildet.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE-OS 31 14 371 bekannt. Neben der austrittslängenabhängigen Wand dickensteuerung werden dort noch verschiedene Formen einer von der Austrittsgeschwindigkeit abhängigen Wanddickensteuerung vorgeschlagen. Dabei ist eine unstetige Verstellung der Spaltbreite der Aus trittsöffnung, nämlich nach einem aus einer Folge von Schalt punkten bestehenden Wanddickenprogramm, vorgesehen. Vor allem aber beinhaltet das bekannte Verfahren lediglich die programmgemäße Verteilung der Schaltpunkte über der Länge des Vorformlings, ohne die unterschiedliche Kompliziertheit des Wanddicken-Sollprofils in der Geschwindig keit des Auspreßvorgangs zu berücksichtigen. Als Folge davon muß der gesamte Herstellungsprozeß entweder hinreichend lang sam oder mit Zugeständnissen an die Profiltreue der gewünsch ten Abbildung ablaufen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs ge nannten Art so auszubilden, daß bei einer möglichst hohen Ar beitsgeschwindigkeit eine sehr gute Formtreue der Vorformlinge eingehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ar beitsgeschwindigkeit der Extruderschnecke bzw. des Ausstoßkol bens an kritischen Stellen reduziert wird, um einen vorgegebe nen Grenzwert der Austrittsbeschleunigung des Vorformlings und/ oder der Änderungsgeschwindigkeit der Spaltweite zu vermeiden.

Wenn zeitstabile Betriebsparameter vorliegen, kann auf eine direkte oder indirekte Erfassung der Austrittslänge des Vor formlings verzichtet werden. In diesem Fall wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der ermittelte resul tierende Verlauf der Arbeitsgeschwindigkeit als Zeitfunktion vorgegeben.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Verbindung von hoher Abbildungsgenauigkeit hinsichtlich des Wanddickenprofils und hoher Herstellungsgeschwindigkeit. Letztere wird nämlich nur an den kritischen Stellen des Wanddicken-Sollprofils gegen über ihrem Maximalwert reduziert, um die Austrittsbeschleunigung des entstehenden Vorformlings und/oder die zeitliche Ab leitung der Spaltweite betragsmäßig zu begrenzen. Diese beiden Größen sind es nämlich, die eine Verzerrung der Profilverteilung bzw. eine unerwünschte Glättung der Profilkontur verursachen: Schnelle Änderungen der Austrittsgeschwindigkeit (Tänzeln) des entstehenden Vorformlings erzeugen wegen der ge ringen Formhaltigkeit des warmplastischen Kunststoffs träg heitsbedingte Dehnungen und Stauchungen; schnelle Änderungen der Spaltweite führen bei hoher Austrittsgeschwindigkeit zu einer unscharfen Abbildung auf die Wanddicke des entstehenden Vorformlings.

Eine direkte Erfassung der Austrittslänge des entstehenden Vor formlings zur Steuerung der Spaltweite während des Auspreßvor gangs bietet den Vorteil einer unmittelbaren Steuerung, während die aufgezeigte mittelbare Steuerung der Spaltweite durch in direkte Erfassung der Austrittslänge sich durch geringeren Meß aufwand auszeichnet. Eine derartige indirekte Ermittlung der Austrittslänge kann dabei in technisch ausgesprochen einfacher Weise durch eine Erfassung der Position des Anstoßkolbens unter Berücksichtigung der Wanddicken-Sollprofil-Funktion erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur für die profiltreue Herstellung schlauchförmiger Strang abschnitte anwendbar, sondern auch für Strangabschnitte anderer Querschnittsformen.

Anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausfüh rungsbeispiels wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Vorformlingen aus thermoplastischem Kunststoff beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 in Übersichtsform eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens und

Fig. 2 bis 10 die Auswertung einer exemplarischen Wand dicken-Sollprofil-Funktion w(x) im Sinne des neuen Verfahrens.

In einen Speicherkopf 1 für diskontinuierliches Strangpressen von schlauchför migen Vorformlingen 6 tritt, von einem nicht dargestellten Extruder kommend, warmplastischer Kunststoff 4 ein und wird, sobald in ausreichender Menge akkumuliert, von einem Ausstoßkolben 3 durch die ring spaltförmige Austrittsöffnung 5 ausgepreßt, wobei deren Spaltweite W während des Auspreßvorgangs durch eine Servo-Hydraulik 8 stetig verstellt wird, um die über der Austrittslänge x des Vorformlings 6 definierte Wanddicken-Sollprofil-Funktion w(x) auf das Wanddicken profil des Vorformlings 6 abzubilden. Dazu kann - hier indirekt, über die Position p des Ausstoßkolbens 3 und in Kenntnis der Funktion w(x), mittels Auswerteschaltung 11 - die Austrittslänge x des entstehenden Vorformlings 6 erfaßt und den Sollwertgebern 9, 10 zugeleitet wer den, welche in Abhängigkeit von der erfaßten Austrittslänge x den Sollwert v(x) für die Arbeitsgeschwindigkeit V des Ausstoßkolbens 3 sowie den Sollwert w(x) für die Spaltweite W der Austrittsöffnung 5 (und damit indirekt für die Position des Kerns 2) an die Stellglieder 7 bzw. 8 für Arbeitsgeschwindigkeit V und Spaltweite W ausge ben. Diese Sollwerte sind als Funktionen v(x) bzw w(x) der Austrittslänge x in den Sollwertgebern 9, 10 abge speichert.

Die Sollwertfunktion v(x) für die Arbeitsgeschwindigkeit V des Ausstoßkolbens 3 folgt aus der Forderung, daß der Betrag der Austrittsbeschleunigung b(x) des an der Austrittsöffnung 5 entstehenden Vorformlings 6 und der Betrag der zeitlichen Ableitung W′= der Spalt weite W vorgegebene maschinen- und produktabhängige Grenzwerte b _max bzw W′ _max nicht überschreiten dürfen.

Zur Veranschaulichung der Erfindung dieser Bedingungen wird im folgenden eine exemplarische Wanddicken-Soll profil-Funktion w(x) ausgewertet (Fig. 2). Hier zu wird zunächst der Fall betrachtet, daß der Ausstoß kolben 3 während des Auspreßvorgangs zum Herstellen eines Vorformlings 6 konstant mit seiner maximalen Arbeits geschwindigkeit, V _max, betrieben wird (Fig. 3). Unter dieser Annahme ergibt sich der in Fig. 4 darge stellte Verlauf der Austrittsgeschwindigkeit g(x) des entstehenden Vorformlings 6, da der Volumenstrom an ausgepreßtem Kunststoff 4, der dem Produkt Austritts fläche F(x) mal Austrittsgeschwindigkeit g(x) entspricht, konstant ist. Dabei ist die Austrittsfläche F(x) der ringförmigen Austrittsöffnung 5 eine elementare, nicht dargestellte Funktion der Spaltweite W und damit der Wanddicken-Sollprofil-Funktion w(x).

Ausgehend von den Funktionen w(x) und g(x) (Fig. 2 bzw. 4) lassen sich über mathematische Zusammenhänge die kritischen Funktionen, nämlich die zeitliche Ableitung W′ der Spaltweite W und die Austrittsbeschleunigung b(x) (= zeitliche Ableitung der Austrittsgeschwindigkeit g(x) ), ermitteln, wobei vorausgesetzt wird, daß die Spalt weite W ihrem Sollwert w(x) jeweils genau entspricht. Wegen der Tatsache, daß die zeitliche Ableitung der Aus trittslänge x nichts anderes als die Austrittsgeschwin digkeit g(x) des entstehenden Vorformlings 6 ist, gelten die Beziehungen

und

Die Funktionen W′(x) und b(x) stehen damit ohne großen Aufwand zur Verfügung; sie sind in Fig. 5 bzw. 6 dar gestellt. Aus ihrem Verlauf ist ersichtlich, an welchen Stellen der Austrittslänge x die zeitliche Ableitung W′(x) der Spaltweite W und die Austrittsbeschleunigung b(x) des entstehenden Vorformlings 6 die (als Beispiele eingetragenen) Grenzwerte W′ _max bzw. b _max betragsmäßig überschreiten, wenn der Ausstoßkolben 3 während des Aus preßvorgangs konstant mit maximaler Arbeitsgeschwindig keit V _max betrieben wird.

Zur Behebung dieser der Abbildungsgenauigkeit abträglichen Grenzwertüberschreitungen wird - ausgehend von der Funktion g(x) nach Fig. 4 - der Verlauf der Austritts geschwindigkeit des entstehenden Vorformlings 6 im Sinne einer Optimierung in den kritischen Bereichen so ge glättet und/oder reduziert (Fig. 7), daß die Funk tionen W′ _opt (x) und b _opt (x), die sich durch Anwendung der Formeln (1) und (2) auf die optimierte Austrittsge schwindigkeit g _opt (x) aus Fig. 7 ergeben, die vorgege benen Grenzwerte W′ _max bzw. b _max betragsmäßig einhalten (Fig. 8 bzw. 9).

Die optimale Kolbengeschwindigkeit, die als Sollwert- Funktion v(x) für die Arbeitsgeschwindigkeit V des Aus stoßkolbens 3 vorgegeben wird, ergibt sich schließlich über die Beziehung

v(x) = K · g _opt (x) · F(x),

wobei K eine Maschinenkonstante, g _opt (x) die optimale Austrittsgeschwindigkeit des entstehenden Vorformlings 6 und F(x) die Austrittsfläche der ringförmigen Aus trittsöffnung 5 bedeuten (Fig. 10).

Vor Produktionsbeginn wird die Wanddicken-Sollprofil- Funktion w(x) in den für die Spaltweite-Steuerung zu ständigen Sollwertgeber 10 eingegeben, die Sollwert- Funktion v(x) für die Arbeitsgeschwindigkeit V des Aus stoßkolbens 3 ermittelt und in den zuständigen Sollwertgeber 9 eingespeichert. Wäh rend der laufenden Produktion werden die benötigten Sollwerte w(x), v(x) in Abhängigkeit von der Austritts länge x eines entstehenden Vorformlings 6 nur noch ab gerufen.

Die erforderlichen Berechnungen, Sollwertausgaben in Abhängigkeit von der erfaßten Austrittslänge sowie die Prozeßregelung und -überwachung können von einem Prozeßrechner übernommen werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Vorformlingen aus thermoplasti schem Kunststoff für das Blasformen von Hohlkörpern, bei dem der warmplastische Kunststoff aus einem Strangpreßkopf bzw. aus einem Speicher-Strangpreßkopf durch eine ringspaltförmige Aus trittsöffnung mit verstellbarer Spaltweite ausgepreßt wird und bei dem während des Auspreßvorgangs gemäß einem gewünschten Wanddickenprofil entlang der Vorformlingslänge die Spaltweite verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsgeschwindigkeit (V) der Extruderschnecke bzw. des Ausstoßkolbens (3) an kritischen Stellen reduziert wird, um einen vorgegebenen Grenzwert (b _max) der Austrittsbeschleuni gung (b(x)) des Vorformlings (6) und/oder der Änderungsge schwindigkeit (W′ _max) der Spaltweite (W) zu vermeiden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ermittelte resultierende Verlauf der Arbeitsgeschwindigkeit (V) als Zeitfunktion vorgegeben wird.