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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen großvolumiger Hohlkörper aus Kunststoff, mit einer mehrteiligen Blasform, die in einem geöffneten Zustand einen von einem Düsenkopf einer Koextrusions-Vorrichtung ausgegebenen schlauchförmigen, mehrschichtigen Vorformling aus Kunststoff aufnimmt, wobei mindestens eine Schicht des Vorformlings eine Schaumschicht ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen großvolumiger Hohlkörper.
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Bei der Anwendung eines Blasformverfahrens zum Herstellen großvolumiger Hohlkörper, die eine Kunststoff-Schaumschicht umfassen, ist es vorteilhaft, wenn beim Blasprozess die Blasluft einen geringen Druck hat, um die Ausbildung der Schaumstruktur nicht zu behindern oder zu unterbinden. Wird nämlich nach dem Ausstoßen des Vorformlings aus der Koextrusions-Vorrichtung ein Druck auf die noch thermoplastische Schmelze aufgebracht, so bricht die Schaumstruktur zusammen. Daher ist man bemüht, beim Blasformprozess im Inneren des Hohlkörpers nur einen geringen Druck zu erzeugen. Wird zwischen der inneren Wand der mehrteiligen Blasform und dem Hohlkörper ein Vakuum erzeugt, so ist im Inneren des Hohlkörpers nur noch ein geringer Blasdruck zur Ausformung des Hohlkörpers in der Blasform erforderlich. Bei großvolumigen Hohlkörpern ist es jedoch technisch problematisch, das Vakuum aufrecht zu erhalten, weil es für eine mehrteilige Blasform schwierig ist, die Trennebene der Blasform entlang einer relativ langen Trennlinie ausreichend abzudichten.
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Aus der
EP 1 112 164 B1 desselben Anmelders ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines großvolumigen Behälters bekannt, bei dem zum Ausbilden des Hohlkörpers Vakuum eingesetzt wird. Die Blasvorrichtung ist so ausgebildet, dass der Hohlkörper um seinen ganzen Umfang herum einen umlaufenden Quetschrand hat und der Abquetschbereich luftdicht abschließt. Ein solcher umlaufender Abquetschbereich ist nachteilig, weil dadurch eine ungleichmäßige Wanddickenverteilung entsteht mit der Folge, dass das Gewicht des Hohlkörpers zunimmt und der gewünschte Effekt einer Gewichtsreduzierung durch Einsatz einer Schaumstruktur zumindest teilweise wieder aufgehoben wird.
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Aus der
WO 2005/097462 A1 desselben Anmelders ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung schlauchartiger Vorformlinge mit einer mehrschichtigen Struktur bekannt. Ein Vorformling aus thermoplastischem Kunststoff wird über eine ringförmige Düse ausgestoßen. Die Düse wird mit Hilfe einer hin- und herbewegbaren Pinole geöffnet und geschlossen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung großvolumiger Hohlkörper aus thermoplastischem, mehrschichtigem Kunststoff mit mindestens einer Schaumschicht anzugeben, bei dem der Materialeinsatz zum Herstellen eines hochqualitativen Hohlkörpers reduziert ist.
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Diese Aufgabe wird für eine Vorrichtung durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Herstellverfahren angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben.
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Gemäß der Erfindung enthält die Vorrichtung eine Vakuumkammer, die die mehrteilige Blasform umgibt und die geschlossene mehrteilige Blasform luftdicht gegen die Außenatmosphäre abdichtet. Die Blasform enthält mindestens eine Verbindungsöffnung, die das Innere der Blasform mit dem Inneren der Vakuumkammer verbindet. Wird an die Vakuumkammer Vakuum angelegt, so wird der Vorformling an die Innenfläche der mehrteiligen Blasform gedrückt, wobei Luft ins Innere des abgedichteten Vorformlings über den hohlen Blasdorn einfließt bzw. eingeblasen wird. Die Vakuumkammer ist am Düsenkopf, der den schlauchförmigen Vorformling ausstößt, oder unterhalb davon, angeordnet. Demgemäß hat die Vakuumkammer einen Innenraum, der nur unwesentlich größer ist als das Volumen der Blasform. Das an die Vakuumkammer anzulegende Vakuum ist daher volumenmäßig begrenzt, wodurch wirtschaftliche Vorteile gegeben sind. Mit Hilfe der oberen Schlauch-Schließvorrichtung und der unteren Schlauch-Schließvorrichtung erfolgt ein Einklemmen und vorläufiger luftdichter Verschluss für den Vorformling, ohne dass hohe Anforderungen an die Luftdichtheit gestellt werden. Auf diese Weise wird der Vorformling in der geöffneten Blasform sicher gehalten, bis diese zu einem späteren Zeitpunkt die weitere Ausformung des Hohlkörpers übernimmt. Eine lange umlaufende Abquetschkante wird vermieden, wodurch Kunststoffmaterial reduziert wird. Der nachfolgende Blasprozess erfolgt im Innenraum der geschlossenen Vakuumkammer, die Blasform und der verschlossenen Vorformling vollständig umgibt, so dass Vakuum-Leckverluste vermieden werden. Dadurch wird die Ausbildung einer gleichmäßigen Wandstärke, auch der Schaumschicht, begünstigt, was zur Herstellung eines hoch qualitativen Hohlkörpers führt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Oberseite der Vakuumkammer in ihrem geschlossenen Zustand vollständig geschlossen und hat von der Oberseite der Blasform einen solchen Abstand, dass von der oberen Schlauch-Schließvorrichtung nach oben überstehende Butzenteile in einem Zwischenraum oberhalb der Blasform und Oberseite der Vakuumkammer vollständig aufnehmbar sind. Die Butzenteile liegen nach dem Abtrennen des aus dem Düsenkopf ausgestoßenen Vorformlings auf der oberen Schlauch-Schließvorrichtung auf, so dass die Vakuumkammer im oberen Bereich vollständig geschlossen werden kann und Butzenteile den Schließvorgang nicht behindern. Auf diese Weise wird ein Vakuumleck vermieden und ein Vakuum mit hoher Konstanz kann ausgebildet werden.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel enthält die Oberseite der Vakuumkammer eine Öffnung, deren Rand im geschlossenen Zustand der Vakuumkammer am Mantel des Düsenkopfes der Koextrusions-Vorrichtung dichtend anliegt. Der am Düsenkopf ausgestoßene Vorformling wird durch Schließen des Düsenspalts abgetrennt. Seine Butzenteile fallen infolge der Schwerkraft auf die obere Schlauch-Schließvorrichtung und behindern den Herstellungsprozess nicht. Bei dieser Ausführungsvariante kann auf eine obere Schlauch-Abtrennvorrichtung, die den schlauchförmigen Vorformling abtrennt, verzichtet werden. Auf diese Weise wird die Vorrichtung konstruktiv weiter vereinfacht.
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Eine andere Weiterbildung, die sowohl die Vorrichtung als auch das Herstellverfahren betrifft, sieht vor, dass der Boden der Vakuumkammer in einem solchen Abstand von der Unterseite der Blasform angeordnet ist, dass ein unterhalb der unteren Schlauch-Schließvorrichtung überstehender Butzenteil in einem Zwischenraum zwischen Blasform und Boden der Vakuumkammer vollständig aufnehmbar ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass beim Schließen der Vakuumkammer herabhängende Butzenteile in den Trennbereich des geteilten Bodens der Vakuumkammer ragen und so ein Vakuumleck hervorrufen können.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Vorrichtung und das Herstellverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die mehrteilige Blasform und die mehrteilige Vakuumkammer miteinander starr verbunden sind und gemeinsam in den geöffneten Zustand und den geschlossenen Zustand bewegt werden. Auf diese Weise wird der Aufbau der Vorrichtung und der Herstellprozess weiter vereinfacht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
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1 einen schematischen Querschnitt durch die Blasform und die Vakuumkammer, in welchen ein schlauchförmiger Vorformling aufgenommen ist;
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2 die Vorrichtung nach 1 mit geschlossener Vakuumkammer und geschlossener Blasform;
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3 ein anderes Ausführungsbeispiel der Vakuumkammer, die an einer Mantelfläche des Düsenkopfes dichtend anliegt; und
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4 das Ausführungsbeispiel nach 3 mit geschlossener Vakuumkammer und geschlossener Blasform.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Herstellen großvolumiger Hohlkörper aus Kunststoff. Die Vorrichtung 10 ist in vertikaler Richtung gesehen unterhalb einer Koextrusions-Vorrichtung 12 angeordnet und umfasst eine zweischalige Vakuumkammer 14, innerhalb der eine zweischalige Blasform 16 angeordnet ist. Die Vakuumkammer 14 und/oder die Blasform 16 kann auch aus mehr als zwei Teilen bestehen.
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Die Vakuumkammer 14 und die Blasform 16 sind in 1 in geöffnetem Zustand dargestellt. Jede Hälfte der Blasform 16 ist mit der zugehörigen Seitenwand der Vakuumkammer 14 starr verbunden, beispielsweise verschraubt. Auf diese Weise sind sie gemeinsam quer zur Mittelachse 18 mit Hilfe einer rechten Maschinenaufspannplatte 20 und einer linken Maschinenaufspannplatte 22 in den geschlossenen Zustand und von dort wieder in den geöffneten Zustand bewegbar. Oberhalb der Oberseite 24 der Vakuumkammer 14 ist eine Schlauch-Trennvorrichtung 26 angeordnet, die geeignet ist, einen Vorformling 28 aus thermoplastischem Kunststoff abzutrennen.
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Von der Koextrusions-Vorrichtung 12 ist lediglich ein Düsenkopf 30 dargestellt, in dessen Inneren mit Hilfe einer vertikal hin- und herbewegbaren Pinole 32 ein Düsenspalt 34 geöffnet und geschlossen wird, über den der schlauchförmige, mehrschichtige Vorformling 28 ausgestoßen wird. Dieser Vorformling 28 enthält mindestens eine Kunststoff-Schaumschicht.
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An der Oberseite 24 der Blasform 16 ist eine obere Schlauch-Schließvorrichtung 36 angeordnet, die in Querrichtung bewegbar ist und im geöffneten Zustand dem Vorformling 28 den Eintritt in die Blasform 16 gestattet (s. gestrichelt gezeichneter Vorformling 28). In dem in 1 dargestellten geschlossenen Zustand quetscht die obere Schlauch-Schließvorrichtung 36 den schlauchförmigen Vorformling 28 zusammen, so dass der obere Bereich des Vorformlings 28 weitgehend verschlossen ist. Ein durch die Schlauch-Trennvorrichtung 26 abgetrennter Butzenteil 38 kommt infolge seiner Schwerkraft auf der Schlauch-Schließvorrichtung 36 zu liegen. Ein Zwischenraum 40 oberhalb der Blasform 16 und der Oberseite 24 der Vakuumkammer 14 ist so groß, dass die Butzenanteile 38 vollkommen in ihm aufgenommen werden.
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Unterhalb der Blasform 16 ist eine untere Schlauch-Schließvorrichtung 42 angeordnet, die bei dem in 1 gezeigten geschlossenen Zustand den unteren Abschnitt des Vorformlings 28 gegen den Umfang eines hohlen Blasdorns 44 presst und den Vorformling 28 im unteren Abschnitt luftdicht verschließt. Durch den Blasdorn 44 kann Blasluft 46 eingeblasen werden, so dass sich der abgedichtete Vorformling 28 in einer Vorform-Phase ballonartig aufbläht, wie dies in 1 dargestellt ist. Durch das Einklemmen des Vorformlings 28 im unteren Bereich entsteht ein unterer Butzen 48. Ein Zwischenraum 50 zwischen Boden 52 der Vakuumkammer 14 und Unterseite der Blasform 16 ist so bemessen, dass der Butzen 48 vom Zwischenraum 50 vollständig aufgenommen ist.
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Die zweischalige Vakuumkammer 14 enthält in ihrem jeweiligen Umfangsrand Dichtmittel 54. Beim Zusammenfahren der beiden Schalen der Vakuumkammer 14 ist diese an der Oberseite 24 auch mittig vollständig geschlossen. Im unteren Bereich der Vakuumkammer 14 enthält der Boden 52 eine Öffnung 56 und Dichtmittel 54, mit deren Hilfe eine Abdichtung gegen den Blasdorn 44 im geschlossenen Zustand der Vakuumkammer 14 erfolgt. Mittels der umlaufenden Dichtmittel 54, beispielsweise eine Gummidichtung, ist die geschlossene Vakuumkammer 14 luftdicht gegen die Außenatmosphäre abgedichtet. Eine Vakuumleitung 58 ist luftdicht in den Boden 52 eingefügt. Über diese Vakuumleitung 58 kann mit Hilfe einer Vakuumeinrichtung (nicht dargestellt) ein Vakuum an das Innere der Vakuumkammer 14 angelegt werden. Die zweiteilige Blasform 16 enthält Verbindungsöffnungen 60, so dass das Vakuum in der Vakuumkammer 14 auch im Inneren der Blasform 16 vorhanden ist. Die obere Schlauch-Schließvorrichtung 36 und die untere Schlauch-Schließvorrichtung 42 können mit Hilfe mechanischer Schieber oder Hydraulikvorrichtungen bewegt werden. Die Bewegungselemente können ebenfalls luftdicht zwischen dem Inneren der Vakuumkammer 14 und der äußeren Atmosphäre abgedichtet sein.
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2 zeigt das Ausführungsbeispiel nach 1 im geschlossenen Zustand von Blasform 16 und Vakuumkammer 14. Gleiche Teile sind gleich bezeichnet. Im geschlossenen Zustand ist die Vakuumkammer 14 über die Dichtmittel 54 vollständig luftdicht geschlossen. Der obere Zwischenraum 40 und der untere Zwischenraum 50 nehmen die Butzen 38, 48 vollständig auf derart, dass der Schließvorgang der Vakuumkammer 14 nicht behindert wird. Die Blasform 16 hat auf jeder Schale eine umlaufende Abquetschkante 62, die im geschlossenen Zustand der Blasform 16 zusammenwirken und den Vorformling 28 abquetschen. Die untere Schlauch-Schließvorrichtung 42 ist wieder auseinander gefahren, da das Halten des Vorformlings 28 und die Abquetschung des Butzens 48 nicht mehr notwendig ist.
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Nachfolgend wird der Herstellprozess für einen großvolumigen Hohlkörper anhand der 1 und 2 erläutert. Die Koextrusions-Vorrichtung 12 stößt über den geöffneten Düsenspalt 34 einen mehrschichtigen Vorformling 28 aus, wobei die Pinole 32 in 1 in axialer Richtung nach unten bewegt wird, um den Düsenspalt 34 zu öffnen. Mindestens eine Schicht des Vorformlings 28 ist eine Kunststoff-Schaumschicht. Die miteinander starr verbundene zweiteilige Vakuumkammer 14 und die zweiteilige Blasform 16 sind auseinander gefahren, so dass sich der schlauchförmige Vorformling 28 entsprechend den gestrichelten Linien beim Ausstoßen nach unten bewegt. Auch die Schlauchtrennvorrichtung 26, die obere Schlauch-Schließvorrichtung 36 und die untere Schlauch-Schließvorrichtung 42 sind in der Einführphase des Vorformlings 28 geöffnet. Wenn eine vorbestimmte Menge an Kunststoffmaterial ausgestoßen ist, was einer vorbestimmten Länge des Vorformlings 28 entspricht, wird der Ausstoßvorgang angehalten und es schließen sich die obere Schlauch-Schließvorrichtung 36 und die untere Schlauch-Schließvorrichtung 42. Im oberen Bereich des Vorformlings 28 wird das noch warme thermoplastische Kunststoffmaterial luftdicht zusammengequetscht. Im unteren Bereich des Vorformlings 28 erfolgt das Zusammenquetschen entlang dem Umfang des Blasdorns 44. Danach wird mit Hilfe der Schlauch-Abtrennvorrichtung 26 der Vorformling 28 abgetrennt und die Butzenteile 38 fallen infolge ihres Eigengewichts auf die obere Schlauch-Schließvorrichtung 36. Über den Blasdorn 44 wird der Vorformling 28 ballonartig aufgeblasen, um ihm eine gewissen Anfangsstabilität zu geben. Danach wird die Blasform 16 und mit ihr die Vakuumkammer 14 geschlossen, wobei die Abquetschkanten 62 den Vorformling zusammenquetschen und die Butzenanteile 38 und 48 in Ausnehmungen 64 aufgenommen werden (2). Bei dem Zusammenfahren der zweiteiligen Blasform 16 verschweißt der Vorformling 28 entlang der Abquetschkante 62, wobei im unteren Bereich mittig die Öffnung für den Blasdorn 44 frei bleibt.
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Beim Zusammenfahren der Blasform 16 werden auch die beiden Teile der Vakuumkammer 14 zusammengefahren und es erfolgt eine luftdichte Abdichtung entlang der Trennebene der Vakuumkammer 14 mit Hilfe der umlaufenden Dichtung 54. Bei dem Zusammenfahren der Vakuumkammer 14 behindern die Butzen 38, 48 die Abdichtung nicht, da diese Butzen 38, 48 vollständig in den Zwischenräumen 40, 50 aufgenommen sind. Demgemäß ist die Länge des ausgestoßenen Vorformlings 28 so bemessen, dass das herunterhängende Butzenmaterial 48 nicht zu lang ist, um in den Raum zwischen dem zweiteiligen Boden 52 der Vakuumkammer 14 zu ragen.
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Nachdem die Vakuumkammer 14 luftdicht geschlossen und auch die Blasform 16 geschlossen ist, wird über die Vakuumleitung 58 Vakuum an das Innere gelegt und gleichzeitig der Druck der Blasluft, die über den Blasdorn 44 ausströmt, auf ein Minimum reduziert. Infolge der Verbindungsöffnungen 60 in der Blasform 16 wird der Vorformling 28 durch das Vakuum an die Innenfläche der Blasform 16 gesaugt sowie über den Differenzdruck zwischen dem Vakuum in der Blasform 16 und dem Blasdruck im Inneren des Vorformlings 28 angedrückt. Hierbei wird der Vorformling 28 aufgrund des engen Kontakts mit den Wänden der Blasform 16 abgekühlt. Gleichzeitig wird über den Blasdorn 44 gekühlte Kühlluft in das Innere des nun zum Hohlkörper ausgebildeten Vorformlings 28 eingeblasen. Aufgrund des geringen Luftdrucks im Inneren des Vorformlings 28 kann sich die Schaumstruktur in der Kunststoff-Schaumschicht des Vorformlings 28 vollständig ausbilden. Infolge der hohen Dichtheit der Vakuumkammer 14 ist kein Vakuumverlust vorhanden, so dass eine hohe Qualität und eine gleichförmige Ausbildung der Wand des Hohlkörpers erzielt wird. Nach dem Ablauf des Kühlprozesses wird der Hohlkörper nach dem Öffnen der Blasform 16 und der Vakuumkammer 14 entnommen.
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3 zeigt eine Variante der Vorrichtung nach 1. Gleiche Teile sind wiederum gleich bezeichnet. Die Vakuumkammer 14 hat an ihrer Oberseite eine Öffnung 70 mit einer stirnseitigen Dichtung 54. Im geschlossenen Zustand der Vakuumkammer 14 liegt die Dichtung 54 an einem Mantel 72 des Düsenkopfes 30 an. Nach dem Schließen der Vakuumkammer 14 ergibt sich eine hermetische Abdichtung gegenüber der Außenatmosphäre und im Inneren der Vakuumkammer 14 kann ein stabiles Vakuum erzeugt werden, ohne dass an der Trennebene Leckverlust auftritt. Der Zwischenraum 40 ist wiederum so zu bemessen, dass der Butzenteil 38 vollständig aufgenommen wird. Eine Schlauch-Abtrennvorrichtung (wie bei 1) kann hier entfallen. Durch Steuerung mit Hilfe der Pinole 32 wird der Düsenspalt geöffnet und geschlossen. Beim Verschließen des Düsenspalts 34 wird auch der mehrschichtige Vorformling mit abgetrennt.
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Der Herstellprozess für Kunststoff-Hohlkörper erfolgt analog zu dem weiter oben beschriebenen Herstellprozess.
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Die Hohlkörper können ein Volumen von 50 Liter bis 40 m3, vorzugsweise 200 Liter bis 10 m3 haben. Als Kunststoffmaterial kann vorzugsweise Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und als Kunststoff-Schaumschicht PE oder PP mit Treibmittel verwendet werden.
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Der Blasdruck im Inneren des Vorformlings zum Ausbilden der Schaumstruktur der Kunststoff-Schaumschicht liegt im Bereich von 1 bar bis 5 bar, vorzugsweise von 1 bar bis 2 bar.
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Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Blasform und die Vakuumkammer miteinander starr verbunden und werden miteinander gleichzeitig bewegt. Alternativ können Blasform und Vakuumkammer auch unabhängig voneinander bewegbar sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung nach der Erfindung
- 12
- Koextrusions-Vorrichtung
- 14
- Vakuumkammer
- 16
- Blasform
- 18
- Mittelachse
- 20
- rechte Maschinenaufspannplatte
- 22
- linke Maschinenaufspannplatte
- 24
- Oberseite der Vakuumkammer
- 26
- Schlauch-Trennvorrichtung
- 28
- Vorformling
- 30
- Düsenkopf
- 32
- Pinole
- 34
- Düsenspalt
- 36
- Obere Schlauch-Schließvorrichtung
- 38
- Butzenteil
- 40
- Zwischenraum
- 42
- Untere Schlauch-Schließvorrichtung
- 44
- Blasdorn
- 46
- Blasluft
- 48
- Butzen
- 50
- Zwischenraum
- 52
- Boden der Vakuumkammer
- 54
- Dichtmittel
- 56
- Öffnung
- 58
- Vakuumleitung
- 60
- Verbindungsöffnung
- 62
- Ausnehmung
- 70
- Öffnung
- 72
- Mantel des Düsenkopfes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1112164 B [0004]
- WO 2005/097462 A1 [0005]
