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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von
Behältern in großen Stückzahlen, die aus thermoplastischem Material gefertigt sind,
insbesondere aus Polyethylenterephtalat (PET) und Polypropylen (PP), und zwar für
Anwendungen, die auch diejenigen umfassen, die mit Flüssigkeiten unter einer erhöhten
Temperatur gefüllt sind und/oder die CO&sub2; (Kohlenstoffdioxid) Gas enthalten.
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Auf dem Gebiet der Technologien und Maschinen zum Herstellen von Behältern
der vorstehend zitierten Art existiert eine Anzahl von Entwicklungen und
Verbesserungen, die darauf zielen, Herstellverfahren und entsprechende Vorrichtungen zu
erhalten, die zum Herstellen der Behälter in einer erhöht robusten, zuverlässigen,
kosteneffektiven, vielseitig verwendbaren Art und Weise und mit erhöht hohen
Qualitäts-Standards, in einer hochwettbewerbsfähigen, industriellen Umgebung mit einer Herstellung
in sehr großem Maßstab geeignet sind.
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Solche Herstellverfahren sind bekannt, die schematisch in zwei
Grundtechnologien unterteilt werden können, d. h. ein einstufiger und ein zweistufiger Prozeß,
wobei sich die vorliegende Erfindung nur auf einstufige Verfahren und Vorrichtungen
bezieht.
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Einstufige Prozesse werden so aufgrund der Tatsache bezeichnet, daß sie in der Lage
sind, den sogenannten Vorformling oder die Blase zu produzieren, einen solchen
Vorformling oder eine solche Blase von der Injektions- oder Extrusionsform (nachdem ihr
ermöglicht wird, sich auf irgendeine geeignete Temperatur abzukühlen) zu einer
Konditionierungsstation zu überführen, wobei er sich gleichmäßig bei einer Temperatur
einer bevorzugten, molekularen Orientierung einnivelliert. Dieser Vorformling oder diese
Blase wird dann zu einer Blasspritzform überführt, wo er zu seiner endgültigen,
erwünschten Form verformt wird.
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Jedem einstufigen Prozeß eigen ist die Tatsache, daß eine ungleichmäßige
Wärmeverteilung unvermeidbar in der Querschnittsrichtung der Wanddicke des
Vorformlings mit sich gebracht wird, wenn letzterer von der Injektions- oder Extrusionsform
überführt wird. Eine Anzahl von Verfahren und Prozessen sind patentiert worden, die
sich auf die Zyklus-Zeiten und die Temperaturen des Vorformlings beziehen, wenn
dieser von der Injektionsform extrahiert wird, und zwar im Hinblick darauf, sie zu
optimieren.
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Die Patentliteratur, die einstufige Prozesse abdeckt, offenbart in allen Fällen ein
abschließendes Formen oder Gießen des Behälters aus thermoplastischem Material,
was in einer gewissen Weise oder anders durch eine Konditionierungsstation
ausgeführt wird, um eine gleichmäßige Wandtemperatur über den gesamten Querschnitt
derselben Wand hinweg zu erreichen, wobei die Temperatur der bevorzugten
Temperatur für die molekulare Orientierung des thermoplastischen Harzes entspricht.
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Insbesondere kann die verbesserte Lösung, die in der US-Patentspezifikatiori No.
4,372,910 und dem relevanten Divisional-Patent No. 4,470,796, erteilt für Stroup,
offenbart ist, wobei die bevorzugte Ausführungsform davon in einer einstufigen
Spritzblasmaschine ausgeführt worden ist, hergestellt durch Van Dorn Plastic Machinery,
wie allgemein in der Patentspezifikation von Stroup offenbart ist, hier zitiert werden.
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Solche Patente beschreiben und beanspruchen im wesentlichen einen Prozeß
und eine Vorrichtung zum Herstellen von hohlen Kunststoffkörpern, typischerweise
Flaschen, bei denen der Vorformling durch die kontinuierliche Extrusion eines Flusses
aus thermoplastischem Harz, insbesondere PET, in eine Vielzahl von
Vielfach-Gießformen, erhalten wird. Das Ergebnis der Erfindung, die in diesen Patenten offenbart
ist, ist die Eliminierung der Einschränkung, die sich auf die Produktivität bezieht, durch
die Tatsache, daß der den Vorformling gießende Vorgang, der die Zeit umfaßt, die für
den Kunststoff benötigt wird, in der Form abzukühlen, beträchtlich länger ist als der
darauffolgende Blasformungsvorgang. Da diese Betriebszeiten in Serie, d. h. in einer
Sequenz, auftreten, bewirkt diese Tatsache in der Praxis, daß die Blasformrate
verlangsamt werden muß, um die langsamere Rate des Vorformling-Formvorgangs
anzupassen.
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Die Verbesserung, die in dem vorstehend zitierten Patent offenbart ist, besteht,
unter anderen Dingen, in der Verwendung einer Vielzahl von Mehrfach-Formen, die in
mindestens zwei bestimmten Gruppen von Formen gruppiert werden, wobei die
Vorformlinge, die produziert sind, in allen Formen bzw. Gießformen, die zu einer
definierten Gruppe von Formen gehören, blasgeformt werden, wie sie auf einer Basisgießform
für Gießformen gruppiert sind, und zwar in einer einzelnen, jeweiligen
Blasform-Maschine.
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Auf diese Art und Weise wird die Dauer der gesamten Blasformphase virtuell
aufgrund der Multiplikation der dazu in Bezug gesetzten Produktion verlangsamt, so daß
die abschließende Gesamtrate der Blasformphase mit der den Vorformling formenden
Phase sychronisiert wird, um so eine Eliminierung des Leerlaufs zu erhalten, d. h.
Wartezeiten und die damit verbundenen Verluste in der Produktivität.
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Allerdings löst eine solche Lösung nicht das Problem, das langen Vorformling-
Formzeiten zugeordnet ist, die ein Konditionieren der gesamten Zykluszeit, die ihnen
eigen ist, insbesondere bei der Zeit halten, die zum Abkühlen der Vorformlinge in den
jeweiligen Spritzformen erforderlich ist.
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Um eine solche Gießzeit zu reduzieren, ist eine Lösung aus der
US-Patentspezifikation No. 4,382,905 für E. I. Valyi, und erteilt für die American National Can
Company, bekannt, die in einem Reduzieren der Vorformling-Formzeit durch die
Einführung einer zusätzlichen Haltephase zwischen der formenden Phase und der den
Vorformling konditionierenden Phase besteht.
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In dieser Haltephase wird der Vorformling aus seiner Spritzgieß- bzw.
Injektionsform entfernt und so schnell wie möglich in eine spezielle Halteform überführt, bevor
die reguläre Abkühlzeit der Spritzgießform abgelaufen ist, allerdings nachdem der
Temperatur ermöglicht wird, adäquat abzunehmen, um so die Risiken einer
Kristallisation zu minimieren, die sich bei ungefähr 200ºC zeigt, und der Orientierungstemperatur
anzunähern.
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Der Vorformling wird dann in dieser zusätzlichen Halteform gehalten, bis die
Temperatur des Vorformlings auf die Orientierungstemperatur abnimmt, d. h. ungefähr
95ºC.
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Der Vorformling wird eventuell von einer solchen Form entfernt und in die
Konditionierungsstation und den darauffolgenden Zyklus gemäß ausreichend bekannten
Verfahren überführt.
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Der Zweck einer solchen Erfindung ist derjenige, die Produktivität des
Herstellprozesses durch Reduzieren der Verweilzeit des Vorformlings in der Spritzgießform zu
erhöhen, und deshalb die Rate, und als Folge davon die gesamte Produktivität, zu
erhöhen.
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Die Zeit, die auf diese Art und Weise eingespart wird, wird dann in der
zusätzlichen Halteform benötigt. Allerdings kann, falls letztere in Serien angeordnet sind, die
Rate aller Prozeßphasen vorteilhaft beschleunigt werden, um dadurch eine
Verbesserung in der gesamten Produktivität des Prozesses zu erhalten.
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Allerdings ist die Verbesserung, die tatsächlich in einer solchen Art und Weise
erzielt werden kann, ziemlich bescheiden aufgrund der begrenzten
Manövriergeschwindigkeit der Formen, die betroffen sind, und zwar aufgrund deren Trägheitskraft
und verschiedener anderer Faktoren. Weiterhin ist eine Vorrichtung, die in einer
solchen Art und Weise modifziert ist, kostenintensiver und komplizierter in ihrem Aufbau,
ebenso wie sie in deren praktischer Verwendbarkeit aufgrund derer größerer
Komplexität, die der Hinzufügung eines zweiten Satzes von Formen zugeordnet ist,
empfindlicher und wartungsintensiver ist.
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Um das Problem, das durch die Verlangsamung des Gießvorgangs eines
thermoplastischen Harzes aufgrund der Zeit gegeben ist, die für dasselbe Harz erforderlich
ist, zu schrumpfen, wenn es in die Form eingespritzt ist und während eines Abkühlens,
zu verringern, offenbart die US-Patentspezifikation No. 3,709,644, erteilt für die Farrell
Patent Company, ein Verfahren, das auf der Anordnung eines zylindrischen Elements
basiert, mit einem inneren Kolben, der in dem Zylinder gleitet, angeordnet parallel zu
der Form und dazu angepaßt, einen zusätzlichen Druck auf das flüssige Harz
auszuüben, das in der Form enthalten ist, und zwar während der Abkühlphase, ebenso wie
ein Ventil, das dazu vorgesehen ist, den Injektor für das plastifizierte Harz oder das
Extruderelement von der Form und der Verdichtungseinrichtung während der
Abkühlphase des Harzes in der Form zu separieren.
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Obwohl eine solche Lösung tatsächlich bei der Erhöhung der Qualität des
Endprodukts und bei dem Reduzieren der Zykluszeit effektiv ist, obgleich in einer
eingeschränkten Art und Weise, verbleibt die Tatsache, daß es trotzdem notwendig ist, die
gesamte Zeit zu verwenden, die dazu benötigt wird, die Form zu füllen und
darauffolgend das Harz in derselben Form zu komprimieren, ebenso wie dem Vorformling zu
ermöglichen, sich ordnungsgemäß abzukühlen, wobei eine solche zusammengefaßte
Zeit unvermeidbar so hervorgerufen wird, um in Serie und in demselben
Spritzgießvorgang aufzutreten mit der Folge einer praktisch nicht signifikanten Verbesserung der
gesamten Produktivität.
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Eine solche Situation könnte tatsächlich dann verbessert werden, wenn die Zeit,
die dazu benötigt wird, die langsamste Phase abzuschließen, d. h. das Füllen des
Harzes in die Spritzgießform des Vorformlings und Ermöglichen, daß sich dieser
darauffolgend abkühlt, an sich ohne Verändern entweder des allgemeinen Prozesses
oder der Charakteristika des Endprodukts in irgendeinem wesentlichen Umfang
reduziert werden könnte. Soweit die Abkühlzeit betroffen ist, wird dies praktisch durch die
Tatsache eingeschränkt, daß eine ausreichend niedrige Temperatur auf dem Körper
des Vorformlings erreicht werden sollte, da die darauffolgenden
Konditionierungsphasen, die mit allgemein bekannten Techniken ausgeführt werden, und insbesondere
mittels IR-Heiztechniken, für den Hauptzweck eines Aufheizens des Kragens bzw.
Anlaufs und gerade daß er außerhalb einer optimalen Temperatur (ungefähr 115ºC) liegt,
den Effekt haben, daß sie einen Anstieg über allgemein akzeptierbare Werte hinaus,
in der Temperatur des Körpers des Vorformlings, mit sich bringen, so daß das
Erfordernis entsteht, die konditionierende Phase dann zu beginnen, wenn eine ausreichend
niedrige Temperatur vorhanden ist. Dies bringt deshalb ein definiertes Kühlen des
Vorformlings mit sich, wenn sich letzterer noch in der Form befindet, und, als Folge davon,
kann eine minimale Kühlzeit praktisch nicht reduziert werden, wodurch eine
Beschränkung der Möglichkeit eines Reduzierens der Zykluszeit auferlegt wird.
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Es ist aus der GB 1 528 847 bekannt, Widerstandsheizeinrichtungen zu
verwenden, um die Zone unter und nahe dem Kragen zu beheizen. Allerdings kann durch
deren ihr eigenen Natur die Aufheizung durch Strahlung oftmals ein sehr schmales
Heizteam bieten, insbesondere dann, wenn ein Heißluftmesser erforderlich ist.
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Aus der US 4,199,629 ist eine Vorform-Heizvorrichtung bekannt; allerdings ist die
Lösung, die dort dargestellt ist, insbesondere dazu angepaßt, die gesamte Vorform
und nicht einen begrenzten, schmalen Teil davon aufzuheizen, was anstelle davon das
Ziel der hier vorgeschlagenen Erfindung ist.
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Gemäß der US 5,281,387 wird eine Strömung heißer Luft verwendet, um die
Flasche während eines Blasens zu erwärmen. Allerdings ist das Ziel dieser Lösung
dasjenige, mit einer Gleichförmigkeit die gesamte äußere Oberfläche der Flasche zu
erwärmen, allerdings auch die Zone unterhalb des Kragens bzw. Halses, was exakt das
entgegengesetzte Ziel zu der vorgeschlagenen Erfindung ist.
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Weiterhin wird dieser Prozeß nur während eines Blasens der Flasche ausgeführt,
während die vorgeschlagene Erfindung auf eine Temperaturkonditionierung einer
spezifischen Zone der Vorform, ausreichend lange vor der Blasphase der relevanten
Flasche, gerichtet ist.
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Aufgrund aller dieser Betrachtungen ist es deshalb ein Hauptziel der
vorliegenden Erfindung, eine einstufige Vorrichtung zu verwenden, um einen Behälter
aus thermoplastischem Harz herzustellen, das thermisch stabil ist, das dazu geeignet
ist, mit sowohl heißen und/oder karbonisierten oder nicht-karbonisierten Getränken
gefüllt zu werden, wobei die Vorrichtung dazu geeignet ist zu ermöglichen, daß die
Gesamtbelegzeit der Spritzgießform durch den Vorformling durch ein Erniedrigen in der
Zeit, die dazu erforderlich ist, um ihn abzukühlen, und zwar zuverlässig, kosteneffektiv
und leicht umsetzbar mit einfach verfügbaren Techniken, reduziert wird.
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Diese und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung, die durch die Vorrichtung
erreicht werden, die in den Ansprüchen 1 und 7 offenbart ist, werden für Fachleute auf
dem betreffenden Fachgebiet unter Lesen und beim Verständnis der Beschreibung,
die nachfolgend angegeben wird, ersichtlich werden.
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Die Erfindung führt im wesentlichen zu dem praktischen Ergebnis einer
Reduktion der Abkühlzeit des Vorformlings in der Form und einer gleichzeitigen, selektiven
Aufheizung nur des Kragens desselben Vorformlings während der
Konditionierungsphase, d. h. ohne Einsetzen eines Beheizens des gesamten Körpers des Vorformlings,
und zwar unter solchen Bedingungen, um in der Lage zu sein, sowohl den Kragen als
auch den Körper des Vorformlings auf jeweilige optimale, gleichförmige Temperaturen
zu bringen.
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Ein nicht einschränkendes Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im
Detail beschrieben und dargestellt werden, in denen:
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- Fig. 1 stellt eine Basisdarstellung der Architektur einer Vorrichtung nach dem Stand
der Technik dar;
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- Fig. 2 zeigt eine schematische, vereinfachte Aufrißansicht einer charakteristischen
Anordnung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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- Fig. 3 zeigt eine Mittenquerschnittsansicht der Anordnung, die in Fig. 2 dargestellt
ist, zusammen mit dem Längsschnitt eines typischen Vorformlings;
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- Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Temperatur-Evolutionsmusters in
zwei bestimmten, charakteristischen Bereichen eines Vorformlings gemäß einem
traditionellen Prozeß;
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- Fig. 5 zeigt eine entsprechende, schematische Darstellung des
Temperatur-Evolutionsmusters in zwei bestimmten, charakteristischen Bereichen eines Vorformlings, der
gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt ist;
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- Tabelle A gibt typische Werte der Temperatur des Vorformlings an, wie sie sowohl zu
einem traditionellen Prozeß als auch einem Prozeß gemäß der vorliegenden Erfindung
in Bezug gesetzt sind.
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Ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines
die Temperatur des Vorformlings konditionierenden Prozesses, der in Bezug auf die
Oberfläche des Vorformlings selektiv ist, d. h. in der Lage ist, nur die Oberfläche der
Zone unterhalb des Kragens bzw. des Anlaufs aufzuheizen, was so auftritt, daß er
außerhalb der Form bei einer Temperatur gelangt, die niedriger als die Temperatur des
verbleibenden Bereichs des Körpers ist und in jeder Hinsicht nicht im Hinblick auf ein
optimales Herauskommen der darauffolgenden Blasgießphase ist, während sie nicht
auf den Körper des Vorformlings einwirkt, der alt einer höheren Temperatur aufgrund
seiner thermischen Kapazität ist, die größer als die thermische Kapazität der Zone
unterhalb des Kragens ist, was herkömmlich ist und technisch als die "Übergangszone"
bezeichnet wird.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 1 kann eine typische Vorrichtung nach dem Stand
der Technik dahingehend erkannt werden, daß sie im wesentlichen eine Stufe 1, in der
das geschmolzene, thermoplastische Harz in geeignete Formen zum Bilden der
Vorformlinge eingespritzt wird, und eine Stufe, in der die Vorformlinge konditioniert
werden, wobei diese Stufe wiederum durch zwei bestimmte, aufeinanderfolgende
Halbstufen 2A und 2B aufgebaut sind, aufweist.
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Die zwei den Vorformling konditionierenden Halbstufen haben den Zweck, die
Temperatur des Vorformlings bis zu einem Wert, der bei ungefähr 115ºC liegt,
anzuheben, der optimal im Hinblick auf die darauffolgende Blasformungsphase ist.
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Dieses Anheben der Temperatur ist insbesondere für die Zone 10 unterhalb des
Kragens des Vorformlings erforderlich, der außerhalb der Form bei einer Temperatur
gelangt, die merkbar niedriger als die Temperatur des Körpers 12 des Vorformlings ist.
Die Erfindung besteht aus einer kontrollierten Kombination des folgenden
Prozesses:
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- eine Reduktion der Kühlzeit des Vorformlings innerhalb der Spritzgießform, und
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- ein selektives Aufheizen desselben Vorformlings in der darauffolgenden
Konditionierungsstufe, in dem Sinne, daß nur die Zone 10 unterhalb des Kragens hier beheizt
wird, während der Rest des Körpers 12 des Vorformlings praktisch unbeeinflußt
verbleibt.
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Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, wird, im Hinblick auf ein Erhalten eines solchen
räumlich selektiven Heizeffekts, Gebrauch von einem Strahl sehr heißer Luft gemacht,
der, vorerwärmt mit Mitteln, die allgemein nach dem Stand der Technik bekannt sind,
exakt gegen die Zone, die aufgeheizt werden soll, geblasen wird, d. h. unterhalb des
Kragens 11.
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Der Zug der Vorformlinge 13 ist vor einer ersten Konditionierungsstation 14
angeordnet, die durch eine Vielzahl von Heizöffnungen 15 gebildet ist, so daß jeder
Vorformling exakt vor einer entsprechenden Heizöffnung stoppt. Die Höhe der
Heizöffnungen 15 ist so definiert, daß die Strömung der emittierten Luft immer eine laminare ist
und daß die Öffnungen weiterhin unter einer definierten Nähe D zu der Zone unterhalb
des Kragens des Vorformlings (ungefähr 10 mm oder sogar weniger) für den Zweck
angeordnet ist, um sowohl die Erwärmung davon zu erleichtern als auch den
möglichen Aufheizeffekt des Körpers 12 des Vorformlings zu minimieren.
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Jede einzelne der Öffnungen 15 wird mit einer Strömung versorgt, die auf eine
geeignete Temperatur aufgeheizt ist, vorzugsweise eine Temperatur von ungefähr
500ºC, und zwar mit Mitteln, die nach dem Stand der Technik bekannt sind und hier
nicht dargestellt sind.
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Die Strömung der heißen Luft, die den Vorformling erreicht, trifft auf ihn nur in der
Zone 10 unterhalb des jeweiligen Kragens 11 auf, während sie nicht auf ihn in der
Zone des Körpers 12 davon auftrifft, der sich deshalb natürlich abkühlt, da er nicht durch
die Strömung beeinflußt wird.
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Es ist experimentell gezeigt worden, daß ein besonders vorteilhaftes Muster dann
erreicht wird, wenn sich die Temperaturen in einer Art und Weise variieren, die in
Fig. 5 durch die graphischen Darstellungen gezeigt ist, die sich auf die Evolution der
Temperatur um die Übergangszone herum und auf dem Vorformling bezieht.
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Bei dem anfänglichen Zustand 0, entsprechend dem Augenblick, in dem der
Vorformling aus seiner jeweiligen Form freigegeben wird, beträgt die Temperatur des
Körperbereichs des Vorformlings ungefähr 140ºC, wogegen die Temperatur des Bereichs
des Kragens desselben Vorformlings ungefähr 95ºC beträgt, und zwar aufgrund des
viel größeren Wärmeabflusses eines solchen Bereichs, der Wanddicken einsetzt, die
dünner sind und die deshalb viel schneller abgekühlt werden, als der Bereich des
Körpers desselben Vorformlings.
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Der Vorformling wird dann zu einer Position vor seiner jeweiligen Heizöffnung
überführt, und es wird bewirkt, daß die Temperatur der Zone unterhalb seines Kragens
auf einen Wert von 135ºC bis 140ºC durch die Strömung der heißen Luft, die auf ihn
auftrifft, ansteigt, während die Temperatur des Körperbereichs 12, der nicht durch
einen solchen Erwärmungsvorgang beeinflußt wird, ungefähr auf einen Wert von 120ºC
abnimmt.
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Es muß richtigerweise hervorgehoben werden, daß ein solches divergierendes
Evolutionsmuster der zwei Temperaturen die Folge davon ist, daß die äußere
Oberfläche des Vorformlings selektiv in einer Art und Weise erwärmt wird, die nicht durch
irgendein traditionelles Infrarotheizverfahren erhältlich ist, allerdings ist dies gemäß der
vorliegenden Erfindung mit einem Blasen von Luft, die auf eine sehr hohe Temperatur
aufgeheizt ist, d. h. ungefähr 500ºC, erhältlich, was, wie schon erwähnt ist, ermöglicht,
nur die Zone des Vorformlings unterhalb des Kragens, und nicht der Körper dieses
Vorformlings, aufgeheizt wird. Da der Körper des Vorformlings nicht erwärmt wird,
kühlt er sich dadurch natürlich ab. Allerdings stellt, da gerade zu Beginn der
Blasformphase die Temperatur des Vorformlings idealerweise gleichförmig verteilt sein sollte,
und zwar bei einem Wert, der vorzugsweise zwischen 115ºC und 120ºC liegt, dies
sicher, daß der Vorformling selbst von seiner jeweiligen Vorformling-Spritzgießform vor
dem Moment entfernt werden sollte, zu dem er gemäß dem traditionellen Verfahren
entfernt werden sollte, so daß die Zeit, die für den Körper des Vorformlings erforderlich
ist, um abzukühlen, so herausfällt, daß sie im wesentlichen gleich zu der Zeit ist, die
für die Zone unterhalb des Kragens desselben Vorformlings erforderlich ist, aufgeheizt
zu werden, wobei es für beide Bereiche des Vorformlings notwendig ist, schließlich bei
ungefähr demselben Temperaturwert zu liegen.
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Allerdings ist es gerade ein solches frühes Entfernen des Vorformlings aus seiner
jeweiligen Spritzgießform, was ermöglicht, daß die Dauer der gesamten Vorformling-
Formungsphase reduziert werden kann, und, da eine solche
Vorformling-Formungsphase hinreichend dahingehend bekannt ist, daß sie tatsächlich die bei weitem längste
Phase des gesamten Prozesses ist, und sie deshalb die tatsächliche Phase ist, die die
Produktivität der gesamten, einstufigen Vorrichtung für die Produktion von hohlen
Körpern, insbesondere von Flaschen, bestimmt, ist das offensichtliche Ergebnis eines
solchen früheren Auswurfs des Vorformlings aus der jeweiligen Spritzgießform, wie dies
in dem Prozeß durch ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt ist,
dasjenige, daß dies die Produktivität der gesamten Anlage entsprechend erhöht.
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Sollte dies ohne irgendeine weitere Verbesserung umgesetzt werden, würde eine
solche Lösung allerdings einen Nachteil dahingehend mit sich bringen, daß die höhere
Temperatur auf dem Kragen des Voformlings in jedem Fall zu hoch in Bezug auf
diejenige sein würde, die tatsächlich durch die darauffolgende Blasformphase erforderlich
ist. Weiterhin würde diese höhere Temperatur nur auf der äußeren Oberfläche des
Kragens des Vorformlings lokalisert werden, d. h. die Oberfläche, die direkt der
erwärmenden Luftströmung ausgesetzt worden ist.
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Es wird deshalb eine vorteilhafte Verbesserung eingeführt, die dazu geeignet ist,
damit zusammenhängend alle solchen Probleme zu beseitigen. Wie die Fig. 2 zeigt,
kann eine solche Verbesserung dahingehend aufgezeigt werden, daß sie im
wesentlichen aus der Hinzufügung einer zweiten Konditionierungsstation 17 besteht, in der die
Vorformlinge deshalb für eine kurze Periode überführt werden, wobei diese zweite
Konditionierungsstation 17 im wesentlichen dadurch charakterisiert ist, daß die
Vorformlinge dazu gebracht werden, in ihr einfach zu verweilen, um zu ermöglichen, daß
sie natürlich abkühlen und daß Wärme in einer solchen Art und Weise, und zwar an
dem Ende dieser Phase, diffus wird, daß das Temperaturverteilungsmuster so ist, wie
dies in Fig. 5 dargestellt ist, wobei sich der Körper, aufgrund seiner erhöhten,
thermischen Trägheit, im wesentlichen bei dem Wert befindet, bei dem er die erste
Konditionierungsstation 14 verläßt, während die Temperatur des Kragens merkbar auf
denselben Wert des Körpers abnimmt, d. h. ungefähr 115ºC, allerdings aufgrund eines
Effekts, der nicht aufgrund einer externen Kühlung herrührt, sondern aufgrund einer
Diffusion der Wärme, die in den Oberflächenschichten des Kragens zu den inneren
Schichten des Kragens hin davon gespeichert ist.
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Als ein letztendliches Ergebnis wird, an dem Ende aller solcher Prozesse und
jeweiliger Konditionierungsstationen, das erwünschte, abschließende Ergebnis erhalten,
d. h. ein Vorformling bei einer optimalen Temperatur durch seine Bereiche hindurch,
und zwar mit einer beträchtlich reduzierten Injektions-Zykluszeit.
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Es ist experimentell gezeigt worden, daß eine weitere Verbesserung dann
erreicht wird, wenn die Vorformlinge dazu gebracht werden, sich um deren eigene Achse
zu drehen, wenn sie in den Konditionierungsstationen 14 und/oder in den
Temperaturausgleichsstationen 17 verweilen. Der Vorteil, der aus einer solchen Erfahrung
abgeleitet wird, besteht darin, daß die Temperatur des Vorformlings effektiver ausbalanciert
wird, und zwar in einer schnelleren Art und Weise, da der Vorformling selbst
sequentiell mit seiner gesamten Oberfläche der gesamten äußeren Umgebung
ausgesetzt wird, was dazu beiträgt, daß die Temperaturen gleichförmig durch den
Vorformling hinweg werden, da sie als eine schwache, allerdings stetige Strahlungsquelle
wirkt, der die Gesamtheit der Oberfläche des Vorformlings ausgesetzt wird.
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Um eine tiefere Einsicht in die unterschiedliche Evolution der Temperaturmuster
zu erhalten, sollte auf die graphische Darstellung, die in der Fig. 4 und der Tabelle A
dargestellt ist, Bezug genommen werden. Diese stellen die Evolution der
Temperaturen in einem traditionellen Infrarotwärmeprozeß und einer Vorrichtung dar, wobei die
erste Konditionierungsstation 2A eine erste Phase darstellt, in der der gesamte
Vorformling aufgeheizt wird, während die zweite Konditionierungsstation 2B eine zweite
solche Heizphase darstellt.
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Es kann leicht festgestellt werden, daß in einer solchen zweiten Station sowohl
die Temperatur des Kragens als auch die Temperatur des Körpers des Vorformlings
weiter erhöht werden, und zwar in Übereinstimmung mit der Tatsache, daß eine solche
Heizphase den gesamten Vorformling beeinflußt. Es kann weiterhin, und vor allem,
angemerkt werden, daß die Temperatur, die in dem Körper des Vorformlings vorherrscht,
wenn letzterer die Injektionsform verläßt, ungefähr 100ºC beträgt, d. h. beträchtlich
niedriger als die entsprechende Temperatur, die in dem Prozeß gemäß der
vorliegenden Erfindung beobachtet werden kann, wie in Fig. 5 dargestellt ist, und zwar als
eine Folge der viel längeren Dauer der Abkühlzeit des Vorformlings.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Effekte der vorliegenden Erfindung sind
während verschiedener Experimente zusätzlich ersichtlich geworden, die zu Testzwecken
ausgeführt worden sind, d. h.:
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- es ist gezeigt worden, daß die Zeit, die zum Aufheizen des Kragens mittels einer
laminaren Strömung heißer Luft erforderlich ist, viel kürzer als die Zeit ist, die für einen
entsprechenden Aufheizprozeß benötigt wird, der mittels traditioneller IR-Verfahren
ausgeführt werden soll; tatsächlich ist, wenn ein entsprechender, typischer Vorformling
als eine Referenz verwendet wird, eine solche Zeit bei ungefähr 20 Sekunden mit dem
Heißluftverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung abgelaufen, im Gegensatz zu
ungefähr 60 Sekunden, die in Verbindung mit traditionellen lnfrarotheizverfahren benötigt
werden;
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- die Einstellung der Position des Heißluft-Erwärmungselements ist dazu geeignet, in
einer viel einfacheren und schnelleren Art und Weise verglichen mit einer
Infrarotaufheizvorrichtung und ummantelten Heizstäben vom Widerstands-Typ
durchgeführt zu werden, da dies eine durchschnittliche Zeit von ungefähr 10 min gegenüber
ungefähr 60 min erfordert, die in Verbindung mit Anordnungen vom traditionellen Typ
benötigt werden;
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- Energiekosten für eine Heißluft-Konditionierung sind definitiv um ungefähr 50%
niedriger als die Energiekosten, die mit Konditionierungseinrichtungen vom Infrarot-Typ
verbunden sind;
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- die gesamte Zuverlässigkeit erscheint definitiv höher in Verbindung mit der
Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu sein, da sie die Verwendung von gut
bekannten, verbesserten Techniken und Komponenten-Teilen einsetzt; insbesondere ist
ein Schmutzniederschlag auf Infrarot-Erwärmungslampen dafür verantwortlich, die
Effektivität davon zu beeinträchtigen, während ein solches Auftreten vollständig
vermieden wird, wenn die Technik gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
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- die gesamten Betriebsbedingungen und die Effektivität der Vorrichtung werden
verbessert, da nicht länger die beträchtliche Menge an Wärme, die dahingehend
fehlschlägt durch den Vorformling absorbiert zu werden, notwendig ist, und die deshalb
irgendwo in der Maschine durch das IR-Beheizen, das vermieden werden soll, verteilt
wird;
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- die Einstellung der Energie für die Heißluftbeheizung ist dazu geeignet, daß sie in
einer viel akkurateren und flexibleren Art und Weise verglichen mit der traditionellen
Heizeinrichtung durchgeführt wird;
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- eine Heißluftkonditionierung derart, um zu ermöglichen, daß den Vorformlingen, und
zwar in deren Kragenbereich, eine Form gegeben wird, die viel besser im Hinblick auf
den darauffolgenden Blasformprozeß geeignet ist; weiterhin besteht die Möglichkeit für
die Menge an Material in der Zone unmittelbar unterhalb des Kragens, daß sie mit
einer viel größeren Genauigkeit dosiert wird, um dadurch den ungedehnten, amorphen
Bereich zwischen der Schulter und dem Hals der Flasche zu eliminieren, da die
Heißlufterwärmung die Möglichkeit bietet, daß die Energie auf eine sehr schmale Zone des
Vorformlings fokussiert wird. Es ist experimentell dargestellt worden, daß mit
bestimmten Typen von 2-I Flaschen bis zu 2 Gramm an Material pro Flasche in einer solchen
Zone alleine eingespart werden kann.
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Alle solchen Vorteile sind effektiver erreichbar, wenn die Bedingungen der
Vorrichtung auf deren optimalen Werte eingestellt werden, die experimentell dahingehend
bestimmt worden sind, eine Temperatur der Luft einzusetzen, die durch geeignete
Ejektoren 15 geblasen wird, die zwischen 150ºC und 500ºC liegt, und wobei ein
Abstand der Ejektoren von den Kragenbereichen der Vorformlinge, der irgendwo
zwischen 5 und 8 mm liegt.
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Insoweit ist in Bezug auf die Zeiten, die zu Konditionierungs- und
Temperaturstabilisierungszwecken in den jeweiligen Stationen benötigt werden, herausgefunden
worden, daß diese viel kürzer sein können als die Zykluszeit, die durch die
Injektionsformungsphase verwendet werden, gerade wenn sie verkürzt werden, während beide
davon tatsächlich auf die Hälfte der Zykluszeit reduziert werden können, mit
Ausnahme natürlich der Möglichkeit erforderlicher Einstellungen, um Überführungs- und
Handhabungszeiten zu ermöglichen.