DE2545134B2

DE2545134B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Erwärmen eines Vorformlings aus thermoplastischem Kunststoff

Info

Publication number: DE2545134B2
Application number: DE2545134A
Authority: DE
Inventors: Adolf 2111 Egestorf Appel; Claus Horwege; Wolfgang Reymann; Otto Rosenkranz
Original assignee: KHS Corpoplast GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 1975-10-08
Filing date: 1975-10-08
Publication date: 1980-05-08
Also published as: DE2545134A1; GB1530660A; US4117050A; JPS6121822B2; IT1072596B; JPS5278265A; DE2545134C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen eines Vorformlings aus thermoplastischem Kunststoff auf zum Blasformen eines Hohlkörpers erforderliche, in Längsrichtung des Vorformlings unterschiedliche Endtemperaturen, bei dem der Vorformling mittels eines Warmluftstromes vorgewärmt und danach während Vorüberführens an einer Infrarotstrahlungsquelle unterschiedlich erhitzt wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Durch die unterschiedliche Erwärmung des Vorformlings in seiner Längsrichtung erhält man beim Blasformen, also während des Aufweitevorgangs in der Blasform unterschiedliche Wanddicken des Hohlkörpers, die es ermöglichen, bei einem geringstmöglichen Gewicht des Hohlkörpers eine möglichst große Festigkeit zu erzielen.

Ein Temperaturprofil in Längsrichtung des Vorformlings läßt sich mit einer Infrarotstrahlungsquelle erzielen, deren Strahlungsabgabe so geregelt wird, daß bestimmte Längsabschnitte des Vorformlings abgestuft erhitzt werden. Der regelungstechnische Aufwand zur Einhaltung der innerhalb enger Grenzen liegenden Temperaturen ist verhältnismäßig groß.

Es ist auch bekannt (US-PS 37 15 109), die an einer Förderkette durch einen Vorwärmofen transportierten Vorformlinge während Vorüberführens an Infrarotstrahlern von außen zu erwärmen und dabei die νοΓίθΓΓπϋπ^σ? von innen her mittels einer Heizspirale zu erwärmen, bei der die Heizwindungen dort enger aneinanderliegen, wo in Längsrichtung des Vorformlings eine höhere Temperatur gewünsch! wird.

Die zum Blasformen erforderlichen Temperaturen liegen abhängig von der Art des verwendeten Kunststoffs in engen Grenzen, wobei der untere Wen des Temperaturboreiches durch den Elastizitätsmodul des Kunststoffes und der zulässige obere Wert durch den gewünschten Reckeffckl beim Blasen gegeben ist. Durch das Recken bei möglichst niedriger Temperatur erfolgt eine Festigung der Behälterwandungen. Eine weitere Erschwernis besteht darin, daß die Temperatur an der Innenseite des Vorformlings nicht gemessen werden kann. Wenn sich außerdem im Innern des Vorformlings ein Blasdorn befindet, so steht dieser in Wärmeaustausch mit dem Vorformling, so daß dessen Temperatur nicht konstant gehalten werden kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, das Erwärmen der Vorformlinge so vorzunehmen, daß unter Verzicht auf kostspielige Temperaturregeleinrichtungen die für den Blasvorgang erforderlichen Endtemperaturen mit großer Genauigkeit zuverlässig erreicht werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das unterschiedliche Erhitzen während geschwindigkeitsgesteuerten Bewegens des Vorformlings in seiner Längsrichtung erfolgt.

Ein erheblicher Verteil des erfindunsssemäßer;

Verfahrens liegt darin, daß die Strahlungsquelle der !nfrarotstrahlungsquelle konstant gehalten wird, während die Einwirkungszeit der Infrarotstrthlungsquelle auf den Vorformling in dessen Längsrichtung verändert wird. Dies erfolgt durch eine geschwindigkeitsgesteuerte Relativbewegung zwischen der Infrarotstrahlungsquelle und dem Vorformling, wobei zv/eckmäßigerweise dessen Geschwindigkeit veränderlich ist.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das geschwindigkeitsgesteuerte Bewegen des Vorformlings wegabhängig oder zeitabhängig erfolgen. Es kann also die Geschwindigkeit, mit der der Vorformling an der Infrarotstrahllingsquelle vorüberwandert, entweder zeitabhängig oder wegabhängig gesteuert werden, wobei die wegabhängige Steuerung den Vorteil besitzt, daß die Zuordnung der jeweiligen Geschwindigkeit zur L?ngsabmessung des Vorformlings unmittelbar gegeben ist.

Die Vorrichtung mit einem axial verschiebbar angeordneten Adapter zum Halten eines Vorformlings und mit einer feststehenden Infrarotstrahlungsquelle zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlungsquelle ringförmig ausgebildet ist und daß der konzentrisch zur Infrarotstrahlungsquelle angeordnete Adapter zum Ein- und zum Austauschen des Vorformlings entlang der Mittelachse der Infrarotstrahlungsquelle mitteis eines Antriebsmotors in seiner Verschiebegeschwindigkeit steuerbar ist. Die Geschwindigkeitssteuerung des Adapters kann erfolgen durch einen in der Drehzahl stufenlos regelbaren Antriebsmotor oder durch mehrere fest einstellbare Drehzahlstufen, die eingeschaltet werden, wenn der Vorformling in der Heizstation bestimmte Wege zurückgelegt hat oder auch nach Ablauf bestimmter Zeitabschnitte. Hierdurch wird die Anordnung der Infrarotstrahler vereinfacht und es läßt sich außerdem der Antrieb für den Adapter zum geschwindigkeitsgesteuerten Ein- und Ausfahren des Vorformlings in einfacher Weise ausbilden.

Die Merkmale der restlichen Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildung dieser Vorrichtung gerichtet.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Blasformmaschine mit einer Infrarotstrahlungsquelle,

Fig.2 einen Teilschnitt der Blasformmaschine längs der Linie H-Il in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Infrarotstrahlungsquelle längs der Linie Ill-Ill in Fig. 2 in größerer Darstellung,

Fig.4 eine Darstellung des Temperaturnrofils in Längsrichtung eines Vorformlings und

F i g. 5 eine Darstellung des Temperaturverlaufs eines Vorformlings abhängig von der Zeit und der Erwärmung.

In einer Durchbrechung der Wand It einer Blasformmaschine ist eine Welle 21 drehbar gelagert, die auf der Vorderseite der Wand W ein Transportrad 22 trägt, das im wesentlichen aus vier jeweils gleich ausgebildeten Armen 23 besteht. Das Transportrad 22 ist schrittweise antreibbar, wobei jeder Schritt aus einer Drehung von 90° im Uhrzeigersinn besteht.

Jeder Arm 23 trägt einen Adapter 26 zum Erfassen eines Vorformlings P. Der Adapter 26 ist auf dem Arm 26 in dessen Längsrichtung, also radial verschiebbar angeordnet.

22 befindet sich ein Vorwärmofen 28, in dem die Vorformlinge P durch einen Warmlaflstrom gleichmäßig auf eine erste Temperaturstufe vorgewärmt werden. Durch eine Entnahmeöffnung 36 des Vorwärmofens 28 ι wird von dem senkrecht darüberstehenden Adapter 26 ein vorgewärmter Vorformling Pentnommen.

Darauf wird das Transportrad 22 im Uhrzeigersinn um 90° gedreht und der Vorformling Pgelangt vor eine Heizstation 40, die im wesentlichen aus ringförmig

ι» angeordneten Infrarotstrahlern 103 mit Metallreflektoren 105, als Infrarotstrahlungsquelle besteht, die die Wärmestrahlung auf die Mittelachse der Infrarotstrahlungsquelle zentrieren. Der Adapter 26 mit dem Vorformling P führt eine Hubbewegung aus, in deren

I) Vertauf der Vorformling Pin die Heizeinrichtung 40 längs deren Mittelachse eintaucht und wieder zurückfährt. Auf diese Weise wird der Vorformling P auf die erforderliche Blastemperatur erwärmt. Durch eine Geschwindigkeitssteuerung der Hubbewegung wird

JIi außerdem in Längsrichtung des Vorformlings P ein Temperaturprofil aufgebracht, das der Wanddickenregulierung beim nachfolgenden Blasformen dient.

Anschließend wird das Transportrad 22 erneut um 90° gedreht, wodurch der Vorformling P in die

_'". senkrecht über der Welle 21 des Transportrades 22 angeordnete Blasformstation 42 gelangt.

Nach einer weiteren Drehung um 90° gelangt der in der Blasformstation 42 aus dem Vorformling Pgeformte Behälter B in eine Ausgabestation 46, in der der

in Behälter B auf bestimmte einzubehaltende Maße abgetastet und anschließend ausgestoßen wird.

Die Maschine arbeitet somit taktweise, wobei das Transportrad jeweils um 90° weitergeschaltei wird, um die Vorformlinge in die einzelnen Arbeitsstationen zu

ιό bringen. Die Taktzeiten sind im wesentlichen von der für den Heizvorgang in der Heizstation 40 oder für den Blasvorgang in der Blasformstation 42 benötigten Zeit abhängig. Bei einer Taktzeit von etwa 6 bis 10 Sekunden können in einer Stunde zwischen 600 und 360 Behälter,

4Ii insbesondere Flaschen, hergestellt werden.

Die Temperatur, die die Vorformlinge P in dem Vorwärmofen 28 erhalten, soll möglichst hoch und die Temperaturerhöhung in der Heizstation 40 möglichst klein sein. Zur Wanddickenregulierung beim Blasfor-

4■> men des Vorformlings Pwird in der Heizstation 40 beim zusätzlichen Erwärmen des Vorformlings P in dessen Längsrichtung eine abgestufte Erwärmung vorgenommen. Der Vorformling P erhält also in seiner Längsrichtung eine Temperaturprofil TP(F i g. 4) wobei

w abhängig von dem für den Vorformling P verwendeten Kunststoff der zum Blasformen erforderlichen Temperaturbereich zwischen der minimalen Temperatur 7min und der maximalen Temperatur Γ max liegt. Innerhalb dieser Grenzen liegt die Temperaturabstufung in

τ. Längsrichtung des Vorformlings P. In dem gewählten Beispiel erhält also der Vorformling ein Temperaturprofil in Längsrichtung zwischen der unteren Temperatur T2 und der oberen Temperatur T3.
In Fig. 5 ist der Temperuturanstieg in einem

M) Vorformling P über der Zeit / aufgetragen. Dabei gelangen die Vorformlinge Pmit einer Ausgangstemperatur Γ0 in den Vorwärmofen 28, in dem sie solange bleiben, bis mit Sicherheit eine Mindesttemperatur Ti erreicht ist. Diese Mindesttemperatur Ti muß bei allen

b^rj in Frage kommenden Ausgangstemperaturen erreicht werden, wie die gestrichelten Kurvenzüge andeuten. Die Mindesttemperatur Ti beim Verlassen des

Senkrecht Unici iialb der Weile 2i des TransDortrades Vorwärmofens 2s soii. wie erwähnt, möpürhst hnrh

so daß anschließend in der Heizstation 40 nurmehr das Temperaturprofil zwischen 7"2 und 73 aufgebracht werden muß. In dem Vorwärmofen 28 wird der Warmluftstrom durch einen nicht dargestellten Regler auf konstanter Temperatur und in der Heizstation 40 die Leistung der Infrarotstrahler 103 konstant gehalten.

Für Polyethylenterephthalat beträgt die Mindesttemperatur Tl etwa 75°C und der Temperaturbereich zwischen Γ min und T max beläuft sich auf zwischen etwa 90⁰C und 95°C. Wie aus Fig.4 ersichtlich ist, verläuft der Übergang vom Halsabschnitt des Vorformlings P in dessen Blasbereich ziemlich steil. Die Temperatur des Vorformlings Pin seinem Halsabschnitt liegt erheblich unter der ersten Temperalurstufe. Dies wird dadurch erreicht, daß der Kalsabschnili des Vorformlings P nicht in den Strahlungsbereich der Heizstation 40 gelangt und an dem vergleichsweise kühlen, also Wärme abführenden Adapter 26 festgehalten ist.

Die Antriebseinrichtung für die Längsbewegung des Adapters 26 ist ortsfest an der Wand Il der Blasformmaschine befestigt, und der auf den Armen 23 des Transportrades 22 verschiebbar angeordnete Adapter 26 ist in der jeweiligen Drehlage des Transportrades 22 mit der Antriebseinrichtung kuppelbar.

Auf der Welle 21 ist eine Nabe 60 befestigt, mit der ein Tragstern 61 fest verbunden ist. Jeder Arm 62 des Tragsternes 61 trägt einen radial beweglichen Schieber 63. der in einer Führung 64, die am vorderen Endes des Arms 62 befestigt ist, verschiebbar geführt ist. Das der Nabe 60 zugekehrte Ende des Schiebers 63 ist mit einem Block 65 verbunden, der sich durch eine Ausnehmung 66 des Arms 62 erstreckt und auf der Rückseite einen Mitnehmer 67 in Form einer Rolle trägt.

Mit der Antriebseinrichtung läßt sich der Adapter 26 vor- und zurückbewegen.

Beim Drehen des Transportrades 22 vor die Entnahmeöffnung 36 des Vorwärmofens 28 sowie vor die Heizstation 40 gelangt der Mitnehmer 67 in Eingriff in eine Nut 68 einer Spindelmutter 69. die in Eingriff mit einer Spindel 70 steht, die gehäusefest an der Wand II befestigt ist. Die Spindel 70 ist an beiden Enden mittels Lager 71 und 72 drehbar angeordnet und wird von einem Antriebsmotor 73 über einen Zahnriemen 74 angetrieben. Wird der Antriebsmotor 73 beim Stillsetzen des Transportrades 22 in der Drehlage vor de Heizstation 40 eingeschaltet, so dreht sich die Spindel 7( und verschiebt die Spindelmutter 69. wobei de Mitnehmer 67 mitgenommen wird und der Schieber 6^ ■"> seine Hubbewegung ausführt.

Über von der Spindelmutter 69 betätigte, längs de Spindel 70 verteilt angeordnete nicht dargestellte Schalter kann die Geschwindigkeit der Hubbewegung des Schiebers 63 geändert we.-den. Durch weitere nich

κι dargestellte Schalter werden der Anfang und das Ende der Hubbewegung festgelegt. Auf diese Weise ist das Geschwindigkeitsprogramm leicht einstellbar, das dei Adapter 26 beim Ein- und Austauschen in die Heizstation 40 ausführen soll, um das gewünschte > Temperaiurprofii auf den Vorformling raufzubringen.

Während der Längsbewegung in der Heizstation 40 wird der Vorformling Pin eine Drehbewegung um seine Längsachse versetzt. Am vorderen Ende des Schiebers 63 ist ein Flansch 76 befestigt, auf dessen hülsenförmi

2(i gen Verlängerung 77 ein Lager 78 angeordnet ist, in dem der Adapter 26 drehbar gelagert ist. Ein an der Spindelmutter 69 befestigter Verlängerungsbügel 80 trägt einen Antriebsmotor 81, der über Zahnräder 8i eine Riemenscheibe 83 antreibt. Von dieser Riemen

2"> scheibe 83 aus erfolgt der Antrieb des Adapters 26 über eine Reibrolle 79. während der Vorformling P in die Heizstation 40 eintaucht, um seine Erwärmung mög liehst gleichmäßig zu bewirken.

An dem Adapter 26 ist an der Stirnseite eine Hülse 85

in befestigt, die mittels eines Dichtrings 86 die Innseite de: Halsabschnittes des Vorformlings P erfaßt und abdlch tet. Die Außenseite des Halsabschnittes umfaßt federnd eine Manschette 87.

Die Heizstation 40 weist ein ringförmiges Gehäuse

Γι 100 mit einem vorderen Stirnflansch 101 und einem rückseitigen Stirnflansch 102 auf (Fig. 2 und 3). In den zwischen den Stirnflanschen 101 und 102 gebildeten ringförmigen Hohlraum sind gleichmäßig am Umfang verteilt die sechs Infrarotstrahler 103 angeordnet, die in

4(i die elektrischen Zuleitungen tragende Steckfassungen 104 eingesteckt sind. Die einzelnen infrarotstrahier 103 liegen im Brennpunkt der Metallreflektoren 105. Da: Gehäuse 100 ist mit Kühlkanälen 106 und nich dargestellten Kühlmittelanschlüssen versehen. Das

Jj Gehäuse 100 wird von einer Hülse 107 getragen, die ortsfest mit der Blasformmaschine verbunden ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erwärmen eines Vorformlings aus thermoplastischem Kunststoff auf zum Blasformen eines Hohlkörpers erforderliche, in Längsrich- '< tung des Vorformlings unterschiedliche Endtemperaturen, bei dem der Vorformling mittels eines Warmluftstromes vorgewärmt und danach während Vorbeiführens an einer Infrarotstrahlungsquelle unterschiedlich erhitzt wird, dadurch gekenn- '<· zeichnet, daß das unterschiedliche Erhitzen während geschwindigkeitsgesteuerten Bewegens des Vorformlings in seiner Längsrichtung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschwindigkeitsgesteuerte Bewe- · > gen des Vorformlings wegabhängig oder zeitabhängig erfolgt.

3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, mit einem axial verschiebbar angetriebenen Adapter zum Halten ■?< > eines Vorformlings und mit einer feststehenden Infrarotstrahlungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlungsquelle ringförmig ausgebildet ist und daß der konzentrisch zur Infrarotsirahlungsquelle angeordnete Adapter (26) zum Ein- und -'"> zum Austauschen des Vorformlings (P) entlang der Mittelachse der Infrarotstrahlungsquelle mittels eines Antriebsmotors (73) in seiner Verschiebegeschwindigkeit steuerbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- «> zeichnet, daß die Infrarotstrahlungsquelle aus mehreren gleichmäßig in Umfangsabständen angeordneten Strahlern (103) besteht, denen je ein die Strahlung auf die Mittelachse der Infrarotstrahlungsquelle zentrierender Reflektor (105) zugeord- i"· net is L

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeg«.·- schwindigkeit des Adapters (26) während des Eintauchens und des Austauchens in ihrem Geschwindigkeitsprogramm ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebegeschwindigkeit des Adapters (26) während des Eintauchens und des Austauchens abhängig vom zurückgelegten Weg des Vorformlings (P) veränderbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (73) für den Adapter (26) eine stufenlose Drehzahlregelung aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (73) für den Adapter (26) in mehreren Drehzahlstufen regelbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (26) mittels eines Drehantriebes während des Eintauchens und des Austauchens des Vorformlings (P) drehbar ist.

10. Verrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (26) mit einem Schieber (63) verbunden ist, der an einem schrittweise drehbar angetriebenen Transportrad (22) radial verschiebbar angeordnet ist, wobei der Schieber (63) über einen Mitnehmer (67) in einer vorbestimmten Drehstellung des Transportrades (22) mit dem ortsfest angeordneten Antriebsmotor (73) kuppelbar ist.