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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die Erfindung betrifft allgemein
eine Form mit schnellem Zyklus auf Anfrage oder Abruf und insbesondere
eine Verpackungs-Form mit schnellem Zyklus auf Anfrage, die eine
Warmzulaufanordnung umfaßt,
die erwärmt
und gekühlt
wird, um eine kurze Ansprechzeit und eine optimale Temperaturregelung
bereitzustellen. Ein Spritzgießen
auf Anfrage wird durch ein impulsgesteuertes Kühl-System, durch die Kühlanordnung
von Toreinsätzen
und durch ein wirksames Ausgestalten der Kühlkanäle ermöglicht. Das Programmieren der
Software und Hardware wurde daraufhin ausgelegt, ein Spritzgießen auf
Anfrage zu erreichen. Die Ausführung
eines geschlossenen Kreislauf-Kühl-Systems
für die
Form umfaßt
eine fortschrittliche Ausgestaltung des Kühl-Kreislaufs und Einsätze mit
hoher thermischer Leitfähigkeit
und stellt auch eine einfache Instandhaltung und eine bessere Überwachung
des Kühlmittels
bereit, was eine signifikante Reduktion der Korrosion und Anreicherung
von Kesselstein mit sich bringt. Das Kühlen der Form wird von Sensoren
geregelt, die innerhalb der Form installiert sind und die in Rückführungskreisen
verwendet werden. Das Design des Toreinsatzes stellt eine genaue
Form-Temperatursteuerung
und ein verbessertes äußeres Erscheinungsbild
der geformten Verpackung bereit. Die Verwendung einer Nadelventil-Düse führt zu reduzierten
Zykluszeiten und zu verbesserter Formbarkeit.
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2. Stand der
Technik
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Die WO-A-92/08598 offenbart ein Temperatur-Regelsystem
für eine
Form.
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Die US-A-5 464 343 offenbart eine
Mehrspitzen ("multi-tip")-Warmzulaufanordnung.
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Die EP-A-0 688 656 offenbart einen
Mehrkanal-Spritzgieß-Einsatz
mit einer Kühlkammer.
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Die EP-A-0 687 551 offenbart eine
Formanordnung mit kurzem Zyklus.
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ABRISS DER
ERFINDUNG
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Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist,
eine Verpackungs-Form mit schnellem Zyklus auf Anfrage bereitzustellen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung
ist, eine Verpackungs-Form mit schnellem Zyklus auf Anfrage mit den
folgenden Vorteilen bereitzustellen:
- 1. Eine
mit Hochspannung (208–220
V versus 24 V) erwärmte
Warmzulaufanordnung stellt eine kurze Ansprechzeit und eine optimale
Temperaturregelung bereit.
- 2. Ein hartgelöteter
Toreinsatz stellt eine genaue Temperaturregelung bereit und verbessert
das äußere Erscheinungsbild
der Verpackung.
- 3. Eine optimale Position des Tores verbessert die Unversehrtheit
der Wärmeabdichtung.
- 4. Ein Spritzgießen
auf Anfrage wird durch ein impulsmoduliertes Kühl-System, durch die Kühlausführung des
hartgelöteten
Toreinsatzes und durch eine wirksame Ausgestaltung der Kühlkanäle ermöglicht.
- 5. Das Kühlen
der Form wird von Sensoren gesteuert, die innerhalb der Form installiert
sind und die in Rückführungskreisen
verwendet werden.
- 6. Ein Kühl-System
mit geschlossenem Kreislauf stellt eine einfachere Instandhaltung
und bessere Überwachung
des Kühlmittels
bereit, um Korrosion und eine Anreicherung von Kesselstein zu reduzieren.
- 7. Die Prozeßvariabilität wird im
Vergleich zu konventionellen Formausführungen minimiert.
- 8. Eine Nadelventil-Düse
führt zu
reduzierten Zykluszeiten und verbesserter Formbarkeit.
- 9. Das Programmieren der Software und Hardware wurde daraufhin
ausgelegt, ein Spritzgießen
auf Anfrage zu erreichen.
- 10. Die Ausführung
des Form-Kühl-Systems
umfaßt
eine fortschrittliche Ausgestaltung des Kühl-Kreislaufs und Einsätze mit
hoher thermischer Leitfähigkeit,
wodurch die Zykluszeit und Formdefekte signifikant reduziert werden.
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Gemäß den hier dargelegten Lehren
stellt die Erfindung ein Form-System mit Hochgeschwindigkeits-Zyklus
auf Anfrage zum Herstellen von Erzeugnissen im Spritzgießverfahren
(wie Blisterverpackungsunterlagen) bereit, wie es in Anspruch 1
beschrieben ist. Das Form-System umfaßt eine Warmzulaufanordnung zum
Zuführen
von geschmolzenem Form-Material aus jeglichem geeigneten thermoplastischen
Material zu mindestens einer Einspritzdüse, und die Warmzulaufanordnung
wird sowohl erwärmt
als auch abgekühlt,
um eine kurze Ansprechzeit und eine optimale Temperaturregelung
bereitzustellen. Das Kühl-System
ist ein impulsmoduliertes Kühl-System,
wobei im Betrieb des Kühl-Systems
während
jedes Formzyklus, nachdem die Form mit geschmolzenem Kunststoff
gefüllt
ist, die Wärmezufuhr
des geschmolzenen Kunststoffs auf einen zeitgesteuerten Impuls eines
Kühlmittels
abgestimmt wird, wonach die Form Wärme-Gradienten abführen sowie
einen Gleichgewichtszustand einstellen kann, so daß der geschmolzene
Kunststoff mit größerer Gleichmäßigkeit
abgekühlt
wird, woraus ein geformtes Teil mit reduzierter Spannung und verbesserter
Oberflächenerscheinung
resultiert. Ein elektrisches Erwärmungs-System
ist vorgesehen, um das Form-System zu erwärmen. Mehrere Temperatursensoren,
die innerhalb des Form-Systems installiert sind, werden in Rückführungskreisen
verwendet, um den Fluß von
Kühlmittel
durch das Kühl-System
zu regeln. Alle vorgenannten Merkmale führen zu einer reduzierten Zykluszeit
und zu einer verbesserten Formbarkeit.
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Detaillierter betrachtet umfaßt das elektrische
Erwärmungs-System
eine mit 208–220
V betriebene Hochspannungs-Erwärmungseinrichtung,
um eine kurze Ansprechzeit und optimale Temperaturregelung bereitzustellen.
Die Einspritzdüse
wird von einer elektrischen Heizspule erwärmt, die um die Einspritzdüse herum positioniert
ist. Ein Toreinsatz mit hoher Wärmeleitfähigkeit
umfaßt
einen ringförmigen
Kühlmittelstromdurchgang,
der die Einspritzdüse
umgibt, um eine genaue Formtemperaturregelung und eine verbesserte äußerliche Erscheinung
des ge formten Erzeugnisses zu gewährleisten. Die Form umfaßt einen
Oberschaleneinsatz, welcher eine obere Fläche einer geformten Schale
definiert, die einen zentralen Kühlmittelstromdurchgang
umfaßt,
der sich zentral darin erstreckt, um den Oberschaleneinsatz zu kühlen. Die
Form umfaßt
weiterhin einen Unterschaleneinsatz, welcher eine untere Fläche einer
geformten Schale definiert, die einen ringförmigen Kühlmittelstromdurchgang umfaßt, der
den Unterschaleneinsatz umgibt, um ihn zu kühlen. Das Form-System erzeugt
spritzgeformte Polypropylen-Blisterverpackungsunterlagen,
von denen jede einen Schalenabschnitt, der dazu ausgelegt ist, eine
Hydrogelkontaktlinse, die in eine Salzverpackungslösung getaucht
ist, aufzunehmen oder zu verpacken, und einen Schwanzabschnitt definiert.
Jeder Form-Hohlraum wird von ersten und zweiten Thermoelementen
temperaturüberwacht,
wobei ein erstes Thermoelement positioniert ist, um die Temperatur
am Schwanzabschnitt der Blisterverpackungsunterlage zu fühlen, und
ein zweites Thermoelement positioniert ist, um die Temperatur am
Schalenabschnitt der Blisterverpackungsunterlage zu fühlen.
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Die Form kann eine warme Verteilerausführung mit
16 Hohlräumen
umfassen, die eine ortsfeste Formseite und eine bewegliche Formseite
umfaßt,
die während
eines Einspritzform-Vorgangs
aneinandergeklemmt sind, wobei nach dem Setzen des geformten Erzeugnisses
die bewegliche Formseite freigegeben ist und von der ortsfesten
Formseite entfernt ist, um die Spritzguß-Erzeugnisse aus den Formhohlräumen entformen
oder herausbringen zu können.
Das Form-System umfaßt
ein Warmzulaufsystem, wobei der anfängliche Strom des Warmzulaufsystems
sich in der Mitte der Warmverteilerform-Ausführung befindet und sich nach
links und rechts und zudem nach vorne und hinten und nach unten
zu einer symmetrischen Anordnung von 16 Formhohlräumen verzweigt,
welche Anordnung vier Reihen à vier
Formhohlräumen
aufweist.
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Das geformte Erzeugnis ist vorzugsweise
aus Polypropylen gespritzt, und die Polypropylen-Schmelztemperatur ist innerhalb eines
engen Temperatur-Bereichs geregelt, um das Unterkühlen oder
Abfrieren oder das Überhitzen
oder Sabbern der Polypropylen-Schmelze während der Spritzgießvorgänge zu vermeiden.
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Das Kühl-System umfaßt ein geschlossenes
Kreislauf-Kühl-System,
um die warme Verteiler-Form
abzukühlen,
das eine Kühlmittelpumpe
zum Zuführen
von Kühlmittel
zu mehreren solenoidbetriebenen Formzuführventilen für mehrere
Kühlbereiche
umfaßt.
Das Kühlmittel
fließt von
den mehreren Zuführventilen
zu mehreren Reihenzuführverteilern,
von denen jeder mehrere Kühlmittelwege
aufweist. Das Kühlmittel
gelangt durch Rückleitungen
zu mehreren manuellen Rückabschluß-Schaftventilen
zurück,
von denen jedes eine Flußturbine
und einen entfernt aufgestellten Flußsensor umfaßt, wobei
es von da zu einem Kühlmittelbehälter gelangt, um
durch die Kühlmittel-Pumpe
wiederaufbereitet zu werden. Das Form-System umfaßt mehrere
Temperatursensoren, wobei ein Temperatursensor für jeden Kühlbereich vorgesehen ist und
jeder Temperatursensor einen Eingang für ein Bereichsteuersystem für jedes
solenoidbetriebene Ventil bereitstellt. Das Kühlmittel fließt durch
einen Schalen- oder Rohrwärmetauscher,
wo es auf eine gewählte,
geeignete Temperatur durch eine Kühlerlösung gekühlt wird, die durch ein Temperaturregelventil
zugeführt
und zurückgebracht
wird, was von einem Temperatursensor gesteuert wird, der in dem
Kühlmittelbehälter eingebaut
ist.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die vorstehenden Aufgaben und Vorteile
der Erfindung für
eine Form mit schnellem Zyklus auf Anfrage können von einem Fachmann unter
Berücksichtigung
der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausfertigungen
der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen leichter verstanden
werden, in denen ähnliche
Bauteile mit identischen Bezugszeichen durchweg in den verschiedenen
Ansichten versehen sind und in denen zeigen:
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1 bzw. 2 eine Draufsicht bzw. eine
Seitenschnittansicht einer Polypropylen-Blisterverpackungsunterlage,
die gemäß der Lehre
der Erfindung geformt werden kann;
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3 ein
Schaubild der Polypropylen-Wärmefluß-Charakteristika
abhängig
von der Temperatur und einen klar abgegrenzten Schmelzpunkt von
Polypropylen und somit das Bedürfnis,
die Polypropylen-Schmelztemperatur innerhalb eines engen Temperaturbereichs
zu regeln, um zu verhindern, daß die
Polypropylenschmelze während
des Spritzgießverfahrens
abfriert oder sich überhitzt;
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4 eine
teilweise geschnittene Vorderansicht eines Abschnitts eines Aufbaus
einer warmen Verteilerformausführung
mit 16 Hohlräumen
und 2 der 16 Formhohlräume,
Details einer Einspritzdüse
und 2 Thermoelemente, die zum Abfühlen der Temperatur an zwei
Stellen in der warmen Verteilerform angeordnet sind;
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5 Details
des Warmzulaufsystems der Warmverteilerformausführung;
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6 den
Kühlmittelfluß in zwei
Bereichen um jeden Formhohlraum und auch den Fluß von geschmolzenem Polypropylen
darin;
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7 ein
geschlossenes Kühlkreislauf-System
zum Kühlen
der warmen Verteilerform für
eine Linsenschalenformausführung
mit 16 Hohlräumen;
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8 weitere
Details des Kühl-Systems;
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9 eine
Anordnung des oberen und unteren Schaleneinsatzes jeder Form, die
den Hohlraum der Blisterverpackungsschale bilden, und den Kühlmittelfluß dort hindurch;
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10 und 11 zwei separate Ansichten
des oberen und unteren Schaleneinsatzes, die den Hohlraum der Blisterverpackungsschale
bilden, wie in 9 dargestellt;
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12 eine
Detailansicht jeder Spritzdüse,
die dem Detail-Kreis 12 in 5 entnommen
ist, und die darin befindlichen Heizspiralen, um das geschmolzene
Polypropylen innerhalb eines engen Temperaturbereichs warm zu halten;
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13 eine
separate Ansicht des Toreinsatzes;
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14 vier
Kühlmittelflußwege von
einem Hauptblock durch 4-Hohlraum-Einsatz-Rohrleitungen und auch einen getrennten
Kühlmittelflußweg durch
4 Schaleneinsätze
hindurch sowie das Zurückfließen des
Kühlmittels
zu dem Hauptblock;
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15 vier
Kühlmittelflußwege durch
und um 4-Hohlraum-Toreinsatz-Hülsen
herum und auch das Zurückfließen des
Kühlmittels
zu dem Hauptblock;
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16 vier
Kühlmittelflußwege von
einem Hauptblock durch vier Kerne, Einsätze und einen getrennten Kühlmittelflußweg durch
vier Schaleneinsätze
hindurch und um vier Schaleneinsätze
herum sowie auch das Zurückfließen des
Kühlmittels
zu dem Hauptblock;
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17 ein
Schaubild B der Temperatur gegenüber
der Zeit für
eine Unterbrechung eines Form-Zyklus-Arbeitsgangs für ein Spritzgieß-System
mit konventionellem Stömungs-Kühl-System
und ein Schaubild A der Temperatur gegenüber der Zeit für eine Unterbrechung
eines Form-Zyklus-Arbeitsgangs für
ein Spritzgieß-System
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung mit einem impulsmodulierten Kühl-System;
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18 ein
Schaubild, das die Prinzipien der Funktionsweise eines impulsmodulierten
Kühl-Systems darstellt,
so wie es in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umgesetzt
ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Detaillierter betrachtet sind die 1 und 2 eine Draufsicht bzw. eine Seitenschnittansicht
einer Polypropylen-Blisterverpackungsunterlage 10, die
gemäß der Lehre
der Erfindung geformt werden kann. Die Polypropylen-Blisterverpackungsunterlage 10 definiert
einen Schalenabschnitt 12, der dazu ausgelegt ist, eine
Hydrogel-Kontaktlinse zu verpacken, die in eine Salzverpackungslösung in
der Schale eingetaucht ist, sowie einen Schwanzabschnitt 14 und
umfaßt
einen Abdeckstreifen und einen Aufkleber 16 auf dem oberen
Ende der Blisterverpackungsunterlage.
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Wie aus dem Stand der Technik allgemein
bekannt ist, können
Polypropylen-Blisterverpackungsunterlagen
in einer warmen Verteilerformausführung mit 16 Hohlräumen hergestellt
werden, die eine ortsfeste Form-Seite (A-Seite) und eine bewegliche
Form-Seite (B-Seite)
umfaßt,
die während
eines Spritzgießvorgangs aneinander
befestigt werden. Nach dem Festsetzen des Polypropylens wird die
bewegliche Seite freigegeben und von der ortsfesten Form entfernt,
um die 16-Spritzguß-Blisterverpackungsunterlagen
aus den Formhohlräumen
ausheben zu können.
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Die Blisterverpackungsunterlagen 10 sind
vorzugsweise aus Polypropylen geformt. 3 ist ein Schaubild der Wärmefluß-Charakteristika
von Polypropylen in Abhängigkeit
von der Temperatur. 3 zeigt einen
klar abgegrenzten Schmelzpunkt für
Polypropylen bei 30, welches einen gewünschten Temperaturbereich darstellt,
in welchem das Polypropylen im Spritzgießverfahren herzustellen ist,
innerhalb dessen das Polypropylen nicht abfriert oder Schwierigkeiten
mit dem Überhitzen
oder Sabbern aufweist. Dies zeigt die Notwendigkeit der Kontrolle
der Schmelztemperatur von Polypropylen innerhalb eines engen Temperaturbereichs an,
um zu verhindern, daß das
Polypropylen während
der Spritzgießvorgänge abkühlt oder
sich überhitzt
bzw. sabbert.
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4 zeigt
eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines Abschnitts einer
warmen Verteilerformausführung 40 mit
16 Hohlräumen
und stellt 2 der 16 Formhohlräume 42 und 42', Details einer
Einspritzdüse 44 und 2 Thermoelemente 46, 48 dar,
die angeordnet sind, um die Temperatur an zwei Stellen in der warmen Verteiler-Form
zu fühlen.
Die 2 in 4 dargestellten
Formhohlräume
werden auf die Temperatur hin durch 2 Thermoelemente überwacht,
wobei ein erstes Thermoelement 46 angeordnet ist, um die
Temperatur am Schwanzabschnitt der linken Blisterverpackungsunterlage 42 zu
fühlen,
und ein zweites Thermoelement 48 angeordnet ist, um die
Temperatur an dem Schalenabschnitt der rechten Blisterverpackungsunterlage 42' zu fühlen.
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Die Details mehrerer in 4 dargestellter Komponenten,
wie die Formhohlräume,
Formeinsätze
und Düsen,
sowie das Erwärmen
und Abkühlen
dieser Komponenten werden im folgenden mit Bezug auf die restlichen
Figuren, die diese Komponenten besser darstellen, werden detaillierter
beschrieben. 4 stellt
eine Heizspirale 112 dar, die in 12 detaillierter gezeigt ist, welche
um die Einspritzdüse 44 herum
angeordnet ist, und auch die Anordnung eines gekühlten Toreinsatzes 118,
der in 13 detaillierter
gezeigt ist, um die Einspritzdüse 44 herum.
Der gekühlte
Toreinsatz 118 umfaßt
einen ringförmigen
Kühlmitteldurchgang 120 dort herum
zum genauen Steuern des Abkühlens
der Form an dieser Stelle. 4 veranschaulicht
zudem die Anordnung eines oberen und unteren Schaleneinsatzes 94, 96,
die detaillierter in den 10 und 11 gezeigt sind, und den
Hohlraum des geformten Schalenabschnitts formen.
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5 veranschaulicht
Details des Warmzulaufsystems der Warmverteilerformausführung. Ein
Polypropylen-Extruder bei 50 extrudiert geschmolzenes Polypropylen
durch ein Warmzu laufsystem, wobei der anfängliche Fluß des Warmzulaufsystems sich
in dem Zentrum der Warmzulaufformausführung bei 52 befindet und
rechts und links bei 54 und 56 sowie vorwärts und
rückwärts (nicht
dargestellt) und nach unten bei 58, wie in 5 dargestellt, abzweigt hin zu einer
symmetrischen Anordnung von 16 Formhohlräumen mit 4 Reihen von 4 Formhohlräumen, von
denen jeder den in 4 dargestellten
Formhohlräumen ähnlich ist. 5 veranschaulicht die Unterbringung
eines Hochspannungs(220 V)-Heizelements 59 mit
450 Watt zum Erwärmen des
Polypropylen-Warmzulaufsystems.
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6 veranschaulicht
den Fluß 60 von
geschmolzenem Polypropylen bei einer anfänglichen mittleren Schmelztemperatur
von 198°C
durch die Mitten von zwei erwärmten
Einspritzdüsen 44 in
zwei gekühlte
Blisterverpackungsunterlagen-Formhohlräume 42 bei einer mittleren
Formtemperatur von 45°C.
Zwei Kühlwege 120, 102 sind
dargestellt, ein erster ringförmiger
Kühlmitteldurchgang 120 um
den Toreinsatz 118 herum, der um die Einspritzdüse 44 herum
am Schwanzabschnitt der Blisterverpackung angeordnet ist, und ein
zweiter Kühlmitteldurchgang 102,
der durch den Oberschaleneinsatzabschnitt der Form verläuft. Ein
dritter Kühlflußweg durch
den Unterschaleneinsatzabschnitt der Form ist in 6 nicht dargestellt. Diese typischen
Temperaturen stellen eine Zyklus-Zeit von etwa 7,0 Sekunden bereit.
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7 veranschaulicht
den geschlossenen Kühl-System-Kreislauf
zum Kühlen
der warmen Verteiler-Form. 7 veranschaulicht
den Kühlmittelkreislauf
von einer rostfreien, hitzebeständigen
Wasserpumpe 70 zu einem ersten solenoidbetriebenen Formzuführventil 71 für einen
Bereich 1, zu einem zweiten solenoidbetriebenen Formzuführventil 71' für einen
Bereich 2, Kreislauf 1, und zu einem dritten solenoidbetriebenen Formzuführventil 71'' für Bereich 2, Kreislauf 2. Das
Kühlmittel
fließt
von dem ersten Ventil 71 zu einem Reihenzuführverteiler 72 bei
Bereich 1 und durch vier Ausgänge
zu vier Kühlwegen.
Das Kühlmittel
fließt
von dem zweiten Ventil 71' zu
einem Reihenzuführverteiler 72' bei Bereich
2, Kreislauf 1, durch vier Ausgänge
zu vier Kühlwegen
und gleichermaßen
für Bereich
2, Kreislauf 2, durch einen Reihenzuführverteiler 72'' bei Bereich 2, Kreislauf 2, durch
vier Austrittsstellen zu vier Kühlwegen.
Das Kühlmittel
strömt
durch 12 Rückleitungen
zu 12 manuellen Rückabsperr-Schaftventilen 73 zurück, von
denen jedes mit einer Durchflußturbine
und einem entfernt aufgestellten Durchflußsensor versehen ist, und von
dort zu einem rostfreien Kühlmittelbehälter 74, um
von der Wasserpumpe aufbereitet zu werden. Drei Temperatursensoren
sind bereitgestellt, ein Temperatursensor 75 für Bereich
1, ein zweiter Temperatursensor 75' für Bereich 2, Kreislauf 1, und
ein dritter Temperatursensor 75'' für Bereich
2, Kreislauf 2. Jeder Temperatursensor stellt einem Bereichnkontrollsystem 76, 76', 76'' für jedes solenoidbetriebene
Ventil 73 einen Eingang bereit. Ein Durchflußmonitor 77 stellt
ein eine Gallone pro Minute (GPM)-Überwachungssignal
für Bereich
2, Kreislauf 2 bereit.
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Das Kühlmittel strömt von den
solenoidbetriebenen Ventilen 73 zurück und fließt durch einen Gehäuse- und
Rohrwärmetauscher 78,
wo es zu einer gewählten,
zweckmäßigen Temperatur
durch eine Kühllösung abgekühlt wird,
die durch ein Hauptstrom-Temperatursteuerungs-Wassersparventil 79 zu- und
zurückgeführt wird,
welches Ventil von einem Temperatursensor 80 gesteuert
wird, der auf einem Schwimmsicherheitsschalter im Kühlmittelbehälter montiert
ist.
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Der Druck des Kühlmittels in dem geschlossenen
Kreislauf wird durch ein regelbares Druckventil 81 in dem
geschlossenen Kreislauf stromabwärts
der Kühlmittelpumpe 70 geregelt,
welches Druckventil von einem Druckmesser 82 überwacht
wird, und das Kühl-System
beinhaltet ebenfalls einen Bypass-Filter 83, der auch einen
Druckmesser umfaßt.
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8 veranschaulicht
weitere Details des Kühl-Systems
für die
Formausführung
mit 16 Hohlräumen. 8 veranschaulicht den Kühlmittelfluß von einer
Kühlmittelkonsole 86 zu
der ortsfesten Seite 87 der Form und auch zu der beweglichen
Seite 88 der Form. Zwei Zuführschläuche 89, 89' führen das
Kühlmittel
zu, der erste Zuführschlauch 89 zu
einem Zuführverteiler 90 mit
sechs Zuführleitungen
für den
Zuführbereich
1, Kreisläufe
1 und 2, in der ortsfesten Seite 87 der Form und der zweite
Zuführschlauch 89' zu einem Zuführverteiler 90' mit vier Zuführleitungen
für die
Zuführbereich
2 in der beweglichen Seite der Form. Das Kühlmittel in Bereich 1 fließt durch
getrennte Kühlmittelkreisläufe 1 und
2 in Bereich 1 und strömt
von Bereich 1, Kreislauf 1 und Kreislauf 2, zurück zu Rückführverteilern 91, 91a.
Das Kühlmittel
des Bereichs 2 fließt
durch den Bereich 2 durch vier Rückführschläuche zu
dem Rückführverteiler 91' und anschließend durch
Rückführschläuche zu der
Kühlkonsole.
Die Kühlkonsole 86 umfaßt eine
Einrichtung zum Überwachen
und Regeln des Kühlmittelstroms
in den drei Bereichen und umfaßt
darin die Komponenten 70, 71, 73, 74, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82 und 83,
die in 7 beschrieben
sind. 8 veranschaulicht
ebenfalls die Kühlschläuche mit
Kupplungen, die Außenstecker
und Innenhülsen
umfassen.
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9 veranschaulicht
eine Anordnung des oberen und unteren Schaleneinsatzes 94, 96 der
Form, die den Hohlraum der Schale bildet, und zeigt die Kühlmittelflußwege durch
sie hin durch. Die 10 und 11 sind jeweils zwei separate
Ansichten des oberen und unteren Schaleneinsatzes 94, 96,
die den Hohlraum der Schale bilden, wie in den 4 und 9 dargestellt.
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Das Kühlmittel für den Oberschaleneinsatz 94 fließt durch
einen Kühlmitteldurchgang 98 auf
der rechten Seite des Oberschalen-Hohlraums 94 durch eine
Durchflußöffnung 100 in
der oberen Hohlraumform hindurch nach unten und in einen zentralen
Kühlmitteldurchgang 102 der
oberen Hohlraumform 94 und anschließend nach oben und durch den
linken Abschnitt der Durchflußöffnung 100 und
den linken Abschnitt des Kühlmitteldurchgangs 98 hindurch
heraus. Der zentrale Kühlmitteldurchgang 102 umfaßt einen
zentralen Teilbereich 103 zwischen der Einlaß-Durchflußöffnung 100 und
der Austritts-Durchflußöffnung 100,
der sich annähernd
zu dem Boden des zentralen Kühlmitteldurchgangs 102 erstreckt
und der das Kühlmittel
dazu zwingt, dort herum nach unten zum Boden des zentralen Durchgangs 102 zu
fließen.
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Ebenso fließt das Kühlmittel für den Unterschaleneinsatz 96 durch
einen Kühlmitteldurchgang 106 auf der
linken Seite des unteren Schalenhohlraums 96 und in einen
sowie um einen ringförmigen
Kühldurchgangsweg 108 herum,
der um den Unterschaleneinsatz herum definiert ist, und anschließend durch
den rechten Abschnitt des Kühlmitteldurchgangs 106 hindurch
hinaus.
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Üblicherweise
wurde Messing in Form von CuZn30 (eine Legierung von 70% Cu und
30% Zink) verwendet, um Einsätze
optischer Qualität
herzustellen, so wie die Schaleneinsätze 94 und 96,
durch stromloses oder chemisches Ni-Beschichten und durch Diamant-Drehen.
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Nach umfangreicher Forschung und
Entwicklung wurden Einsätze
optischer Qualität
aus der Legierung Ampco 940 entwickelt, die Ni-beschichtet und anschließend diamant-gedreht
wurden, um einen Formeinsatz mit einer Oberflächenbearbeitung optischer Qualität zu erzeugen.
Ampco 940 ist eine von Ampco Metal, Inc. entwickelte Legierung,
die aus etwa 96,4% Cu, 2,5% Ni, 0,7% Si und 0,4% Cr besteht.
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Die folgende Tabelle zeigt einen
Vergleich der thermischen Leitfähigkeit
von Ampco 940 (AMPCO 940) mit Materialien, die meistens zur Herstellung
von Formeinsätzen
verwendet wurden.
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Die Ampco 940-Einsätze optischer
Qualität
reduzieren die Zykluszeiten des Spritzgießverfahrens, stellen eine bessere
mechanische Festigkeit bereit, verbessern die Lebensdauer der Einsätze und
stellen eine optische Oberflächenbehandlung
bereit.
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Die Ampco 940 Legierung stellt eine
einfache maschinelle Bearbeitbarkeit bereit, eine gute Haftung zwischen
Trägermaterial
und einer chemischen Ni-Schicht, kann durch eine Diamant-Schneidevorrichtung
gedreht werden, um eine optische Oberflächenbehandlung zu erhalten,
hat eine ausreichende mechanische Festigkeit, um extrem hohen Drücken (55
mPa–57
mPa (8000– 14.000
psi)), die während
des Spritzgießverfahrens
aufgebracht werden, ohne Verformung standzuhalten und stellt hohe
thermische Leitfähigkeit
bereit.
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Einsätze optischer Qualität aus Ampco
940 wurden dadurch hergestellt, daß ein Rohling durch Diamant-Drehen
einer Ampco 940-Stange hin zu der speziellen Einsatz-Geometrie erzeugt
wurde, daß die
Ampco 940-Rohlinge anschließend
chemisch bis hin zu einer Dicke von 120 bis 200 mu m Ni-beschichtet
wurden, wobei die beschichteten Rohlinge anschließend diamant-gedreht wurden, um
eine Form mit Oberflächenbearbeitung
optischer Qualität
in den Endabmessungen (mit einer verbleibenden Ni-Dicke von etwa
80 mu m).
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12 ist
eine Detailansicht jeder Einspritzdüse 44, die dem Detail-Kreis 12 in 5 entnommen ist, und zeigt
die darin enthaltenen Heizspulen 112, um das geschmolzene
Polypropy len innerhalb eines engen Temperaturbereichs erwärmt zu halten.
Jede Einspritzdüse 44 umfaßt einen
zentralen Polypropylenflußdurchgang 114,
der an seinem unteren Ende in einen Nadel-Ventil-Einspritzdurchgang 116 mündet. Jede
Einspritzdüse 44 ist
in einem Gehäuse 117 angeordnet
und wird von ihm gestützt.
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13 ist
eine separate Ansicht des Toreinsatzes 118 für jede Einspritzdüse 44 und
zeigt die detaillierte Konstruktion jedes hartgelöteten Toreinsatzes 118 mit
einem Einlaß-Kühlmittelflußdurchgang 119, einem ringförmigen Kühlmittelflußdurchgang 120 dort
herum und einem Austritts-Kühlmittelflußdurchgang 121.
Das Kühlmittel
tritt durch einen Einlaß-Kühlmittelflußdurchgang 119 ein
und fließt
nach unten zu dem und um den ringförmigen Kühlmittelflußdurchgang 120 herum
und fließt
anschließend
nach oben durch einen Austritts-Kühlmittelflußdurchgang 121.
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14 zeigt
einen ersten Kühlkreislauf
mit 4 Kühlmittelwegen
von einem Eingang zu dem Hauptblock bei 140 durch vier
parallele Flußwege 142 hindurch
zum Kühlen
des A-seitigen Hauptformblocks und einen Rückfluß von dem Hauptblock bei 144. 14 zeigt auch einen zweiten
Kühlkreislauf
mit einem Kühlmittelflußweg von
einem Eingang bei 146 durch vier Oberschaleneinsätze bei 102 (wie
in 9 dargestellt) und
anschließend
den Rückfluß des Kühlmittels
zu einem Ausgang bei 149.
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15 zeigt
vier Kühlmittelflußwege von
einem Kühlmittel-Einlaß-Durchgang 152 durch
vier Fluß-Einlaß-Durchgänge 119 zu
vier ringförmigen
Kühlwegen 120 um
vier Hohlraum-Toreinsätze 118 herum
und auch Rückfluß-Kühlmitteldurchgänge bei 121 zu
einem Kühlmittel-Austrittsdurchgang 154.
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16 zeigt
einen ersten Kühlkreislauf
mit vier Kühlmittelflußdurchgängen von
einem Eintritt zu dem Hauptblock bei 160 durch vier parallele
Flußwege 162 zum
Kühlen
des B-seitigen Hauptformblocks und einen Kühlmittel-Rückfluß von dem Hauptblock bei 164. 16 zeigt auch einen zweiten
Kühlkreislauf
mit einem Kühlmittel-Einlaß-Durchgang
bei 166 zu vier ringförmigen
Kühlmittelkanälen bei 108 um
jeden der vier Unterschaleneinsätze 96 herum
und zu einem Rückfluß-Kühlmitteldurchgang
bei 169.
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Die Erfindung stellt ein Spritzgieß-Formsystem
mit schnellem Zyklus auf Anfrage bereit, das ein impulsmoduliertes
Kühl-System
für die
Form verwendet. Eine impulsmodulierte Kühltechnologie wurde angewendet,
um die Temperatur der Spritzgieß-Maschinen
und -Formen zu steuern und verwendet verschiedene Methoden, um den
Fluß des
Wasser-Kühlmittels
zu pulsieren und die Form zu kontrollieren.
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Das erfindungsgemäße impulsmodulierte Formtemperatur-Regelsystem
verwendet einen Prozeßregler,
der eine Vorwärts-
und Rückführregelung
durchführen
kann. Die Genauigkeit der Formtemperaturregelung, die durch impulsmoduliertes
Kühlen
erreicht wird, hat sich als ausgezeichnet erwiesen. 17 zeigt ein Schaubild B der Temperatur
in Abhängigkeit
von der Zeit für
eine Unterbrechung des Betriebs-Formzyklus für ein Spritzgieß-System
mit einem konventionellen, kontinuierlich fließenden Kühl-System und einem Schaubild A
der Temperatur in Abhängigkeit
von der Zeit für
eine Unterbrechung des Betriebs-Formzyklus für das Spritzgieß-System einer bevorzugten
Ausführung
der Erfindung, die ein impulsmoduliertes Kühl-System umfaßt. Wenn
der Spritzgieß-Zyklus
mit der konventionellen Formkühl-Technologie
unterbrochen ist, trat ein Temperaturabfall von 10° auf, während mit
dem impulsmodulierten Kühlen
ein Formtemperatur-Abfall von nur 1°C auftrat. Die Fähigkeit
zum genauen Regeln der Formtemperatur, wenn der Formzyklus unterbrochen
oder angehalten ist, hat sich als Schlüsselelement eines erfolgreichen
Spritzgießens
auf Anfrage herausgestellt.
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In einem impulsmodulierten Kühl-System
wird die Schmelzwärmezufuhr
durch einen zeitgesteuerten, phasenverschobenen (-verzögerten)
Kühlimpuls
angepaßt,
der gleich nach dem Füllen
der Form wirkt, um einen bevorzugten Zustand thermischen Gleichgewichts
bereitzustellen.
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Während
eines Formzyklus:
- 1. wird eine heiße Formmasse
(ein Schuß)
in den Formhohlraum eingespritzt und trifft auf eine thermisch entspannte
Formoberfläche.
Es gibt keinen erzwungenen Gradienten, der von einem kontinuierlich
fließenden
Kühlmedium
hervorgerufen wird. Die Formoberfläche kann bei einem Temperaturanstieg "spiken" (sich erhöhen), was
einen hohen Glanz und eine gute Oberflächenverarbeitung ergibt.
- 2. mißt
ein Temperatursensor, der unmittelbar unter der Formoberfläche angeordnet
ist, den Anstieg der von Schmelze induzierten Temperatur.
- 3. analysiert ein mikroprozessorgesteuerter Regler das thermische
Profil des Form/Schmelztemperatur/Volumen-Verhältnisses und steuert das Einspritzen
eines gemessenen Impulses von Kühlmedium
in die Formkühlkanäle. Dieser
Kühlimpuls
paßt die
Wärmemenge
an, die abgeleitet werden muß,
um das thermische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten und ein zufriedenstellendes
geformtes Teil herzustellen.
- 4. werden die Hohlräume
gefüllt
und das Tor ist zugefroren.
- 5. steuert der Impuls von kaltem Wasser (ausgehend von einem
stark kühlenden
Kühler)
das Kühlen
H Δt des
Teils. Die Oberfläche
wird schnell gekühlt,
was ein Abziehen der Außenhaut
von der Teilfläche
bewirkt. Dies reduziert Öberflächenabsenkungen
und ermöglicht
dem Teil innen zu schrumpfen (was Hohlräume in dicken Abschnitten vermeidet).
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Der impulsmodulierte Kühlvorgang
resultiert in geformten Teilen hoher Qualität mit einer reduzierten Zykluszeit
(üblicherweise
10 bis 25%). Der schnelle, freie Anstieg der Formoberflächentemperatur
erzeugt eine Oberflächenerscheinung
des Teils mit hoher Qualität.
Das rapide Fallen der Temperatur, das durch die Höhe beim
Kühlimpuls
verursacht wird, ruft ein schnelles Abziehen der Außenhaut
von der Teilfläche
hervor und entfernt schnell die überschüssige Wärme. Im
Anschluß an
den Kühlimpuls
folgt eine Wärmegradienten-Abnahme-Periode,
die Zeit zur Verfügung
stellt, um die Wärmegradienten
abzuleiten, so daß eine
gleichmäßige Tor- und Formoberflächentemperatur
für den
nächsten
Zyklus bereitgestellt ist.
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Mit einem impulsmodulierten Kühl-System
gibt es einen minimalen Temperaturunterschied an der Formoberfläche in der
Nähe der "IN"- und "OUT"-Wasserleitungen.
Da Wärmegradienten
abgeleitet werden können,
werden geformte Teile mit höherer
Teil-Unifomität
und geringerer Belastung oder Spannung auf den geformten Teilen
erzeugt. Das erweiterte Vorgangsfenster bietet entweder eine verbesserte
Qualität
des Teils oder eine reduzierte Form-Zykluszeit oder eine Kombination
von beiden. Da die zyklische Wärmeeingabe (Schmelze)
von dem zyklischen Kühlimpuls
angepaßt
wird, kann die Form die Wärmegradienten
abgeben und das Gleichge wicht suchen. Die Schmelze wird mit höherer Gleichmäßigkeit
gekühlt,
was zu Teilen mit reduzierter Belastung und verbesserter Oberflächenerscheinung
führt.
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Eine Formtemperaturabweichung wird
ausgeschlossen, weil der Betrieb des Kühlmittelsteuerungs-Ventils
automatisch zeitgesteuert wird, um einen modulierten Kühlimpuls
zu erzeugen, der an die Menge an überschüssiger Wärme angepaßt ist. Der Kühlimpuls
kann 0,1 Sekunden kurz sein oder bis zu 100% des Formzyklus dauern.
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18 ist
ein exemplarisches Schaubild, das die Prinzipien des Betriebs eines
impulsmodulierten Kühl-Systems
darstellt. Die Höchstwerte
180 zeigen Punkte in dem Formzyklus an, wenn die Form gefüllt ist. Der
steile Anstieg der Temperatur 182 stellt einen schnellen, uneingeschränkten Anstieg
der Formoberflächentemperatur
dar, die eine Teil-Oberflächenerscheinung
hoher Qualität
erzeugt. Der steile Abfall der Temperatur 184 stellt einen schnellen
Abfall der Temperatur von dem hohen Δt des Kühlimpulses dar, der ein schnelles Abziehen
der Außenhaut
Teilfläche
verursacht und die überschüssige Wärme schnell
ableitet.
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In 18 stellt
Q1 die Schmelzwärme
dar, Q2 stellt den Kühlimpuls
dar, t1 stellt die Ventil-Reaktionszeit
dar, t2 stellt die Ventil-Öffnungszeit
dar, t3 stellt die Gradienten-Ableitungszeit dar und t4 stellt den
Gesamtzyklus dar.
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Mit einem Formen auf Anfrage ist
es möglich,
eine Zykluszeit von 6 Sekunden, 10 Minuten oder 30 Minuten ohne
Veränderungen
der Dimensionen oder der mechanischen Eigenschaft der resultierenden
geformten Verpackung zu betreiben. Dies ist aufgrund des Konzepts
des Impulskühlens
(Regelung der Formtemperatur) und aufgrund der Integration des Torkühlens möglich.
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Da verschiedene Ausführungen
und Variationen der Erfindung für
eine Verpackungsform mit schnellem Zyklus auf Anfrage hier detailliert
beschrieben sind, sollte klar sein, daß die Offenbarungen und Lehren
der Erfindung den Fachleuten viele alternative Ausführungen
nahelegen.