EP2160277A2 - Vorrichtung und verfahren für das nachkühlen von preformen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren für das nachkühlen von preformen

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Publication number
EP2160277A2
EP2160277A2 EP08773663A EP08773663A EP2160277A2 EP 2160277 A2 EP2160277 A2 EP 2160277A2 EP 08773663 A EP08773663 A EP 08773663A EP 08773663 A EP08773663 A EP 08773663A EP 2160277 A2 EP2160277 A2 EP 2160277A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
preforms
cooling
sleeves
air
cooled
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08773663A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Bock
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Netstal Maschinen AG
Original Assignee
Netstal Maschinen AG
Maschinenfabrik und Giesserei Netstal AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Netstal Maschinen AG, Maschinenfabrik und Giesserei Netstal AG filed Critical Netstal Maschinen AG
Priority to EP08773663A priority Critical patent/EP2160277A2/de
Publication of EP2160277A2 publication Critical patent/EP2160277A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29C49/6466—Thermal conditioning of preforms by contact heating or cooling, e.g. mandrels or cores specially adapted for heating or cooling preforms on the inside

Definitions

  • the invention further relates to a method for the aftercooling of preforms with a threaded part, a blower and a neck ring, which are at least partially post-cooled after removal from multiple forms in still hot, form unstable state in water-cooled and equipped with air blowers cooling sleeves.
  • the still hot preforms are transferred directly to the cooling sleeves of an aftercooler.
  • the aftercooler has a multiple of cooling positions in relation to the number of preforms of a Spritzgiesszyklus.
  • the preforms are opened by a light removal robot without cooling effect Removed molds, transferred to an aftercooler and cooled.
  • the robot function becomes one
  • Removal gripper split with water-cooled removal sleeves and an additional transfer gripper for transfer to the actual aftercooler.
  • the injection molding machine cycle time is further shortened, whereby the preforms are removed from the molds in a soft and dimensionally unstable state. But with that, less noticed problems come to the fore. For physical reasons, the cooling within the walls of the preforms runs unevenly:
  • Preformwandung immediately thermal stresses or shrinkage stresses in the preforms and thus changes in shape.
  • any post-cooling intervention becomes extremely delicate.
  • the cooling time is a determining factor for the duration of a full cycle.
  • the first and main cooling performance still takes place in the injection molds.
  • Both injection mold halves are intensively water cooled during the injection molding process, so that the temperature of the injection molded parts can still be reduced in the form of, for example, 280 ° C at least in the outer layers to a range of about 70 ° C. It is in the outer layers very quickly below the so-called glass transition temperature of about 80 ° C.
  • the actual injection molding process up to the removal of the injection molded parts could be almost halved in the recent past. This with optimal qualities in relation to the preforms.
  • the invention is directed to the genus of Nachkühlvorraumen with water-cooled cooling sleeves.
  • the preforms must be solidified in the mold halves so strong that they can be taken over without damage from the cooling sleeves.
  • the cooling sleeves have a shape adapted to the dimensions of the injection molded parts.
  • the intensive water cooling in the injection mold halves results, for physical reasons, a time-delayed temperature reduction down to the core area of the preform wall. This means that the mentioned about 70 ° C are not uniformly achieved in the entire wall cross-section. The result is that seen in the material cross-section, a rapid rewarming from the inside to the outside, as soon as the intensive water cooling is interrupted.
  • Aftercooling of the preforms outside the injection mold is of great importance for two reasons: changes in shape but also surface damage, such as pressure points, etc., must be avoided during aftercooling. It must also be prevented that the cooling in the higher temperature range is too slow and set by re-heating locally harmful crystal formations.
  • the goal is a uniform amorphous state in the material of the finished preform.
  • the residual temperature of the finished preforms should be so deep that in large packing containers with thousands of loose poured molded parts at the points of contact no pressure and adhesion damage can occur.
  • the finished molded parts may not exceed a surface temperature of 55 ° C, preferably 40 ° to 50 ° C, even after a slight reheating. Aftercooling after removal of the hot, dimensionally unstable preforms from the injection mold is very important for dimensional accuracy.
  • the Applicant proposes an intensive cooling station and a post-cooling station and, in the case of the intensive cooling station, insertable cooling pins for internal cooling in the preforms.
  • the inner shape of the cooling sleeves is matched to the corresponding inner shape of the injection mold, such that the preforms after removal from the injection molds are as far as possible inserted into the cooling sleeves as far as possible to the solid wall system. If the preforms are in a lying position during the first phase of the aftercooling process, then they tend to settle hang down on the appropriate cooling sleeve part. Due to a more intensive cooling contact in the lower area, the preforms are cooled down more strongly, whereby stresses occur in the preform and the preform has a tendency to ovalize.
  • the calibration effect gives a high production and quality standard in the production of preforms, as it was not possible in the older state of the art.
  • the preforms are brought back into an exact form in this way shortly after removal from the injection molds. Any dimensional changes are reversed after the first critical handling of the injection molds in the cooling sleeves again.
  • the calibration of the preforms allows them to be taken out of molds at even higher temperatures and to achieve an even shorter injection cycle time.
  • EP 900 135 proposes a similar concept.
  • the sealing of the opening edge requires a certain compressive force and also a sufficient dimensional stability of the threaded portion.
  • the preforms In order to avoid changes in the shape of the threaded part, the preforms must be left to a higher dimensional stability in the injection molds. But this is contrary to a shortening of Spritzgiess- cycle time.
  • the present invention relates to the aftercooling of preforms which are subsequently cooled in water-cooled cooling sleeves, wherein the preforms are pushed into the cooling sleeves close to the neck ring.
  • preforms are increasingly being produced in which the blow molded part is tapered outside near the open preform side. This part is no longer supported in the cooling sleeve by thedehülsenwandung.
  • US Pat. No. 7,232,306 proposes, in the case of preforms with a tapered neck, which is no longer supported in the cooling sleeve, to blow this part by means of cooling air.
  • a sleeve or jacket sleeve is pushed like a coat over the water-cooled removal or cooling sleeve.
  • This jacket sleeve makes it possible to use the coolant water over the entire water-cooled cooling sleeve length in a twofold sense. With the inner wall of the cooling sleeve directly the outer cylindrical wall of the preform is cooled intensively.
  • the outer portion of the cooling sleeve is thereby utilized by the water simultaneously cooling the inner wall of the jacket sleeve and thus the cooling medium air, so that the tapered neck can be effectively cooled with frozen air.
  • the jacket sleeve a large number of holes is arranged, via which the cooling air is blown directly onto the tapered outer skin of the preform.
  • the invention has now the object of developing a Nachkühlmaschine and a Nachkühlvorraum, which allow a true shortening of the injection cycle time, while still ensuring all the qualitative parameters and in particular a maximum dimensional accuracy of the preforms, which also not limited to a specific type of preforms are.
  • the device according to the invention is characterized in that compressed air connections are arranged on the cooling sleeves, by way of which the outer skin, at least one region of the preforms which is unsupported in the cooling sleeve, can be cooled by using compressed expansion air under co-utilization of the expansion cooling.
  • the inventive method is characterized in that at least part of the outer open non-supporting end side of the preforms is cooled and solidified by means of compressed air using the expansion cooling of the compressed compressed air, to which compressed air of at least 1 to 2 bar is used.
  • the outer side of the open end of the preform can be solidified immediately after the transfer from the open mold halves to the cooling sleeves when the air cooling is integrated into the cooling sleeves, and in a moment in which no mechanical forces act.
  • a corresponding external cooling could immediately bring disadvantages in that the calibration would require larger air pressures.
  • the cylindrical portion of the blower immediately acts the water cooling of the cooling sleeves by direct wall contact. This showed a great success from the beginning.
  • the entire area of the neck ring should be air-cooled or solidified so far from the outside that the mechanical forces, for example from thermal stresses, can no longer cause mold damage during handling or during calibration.
  • the location of the external air cooling is preferably chosen to be approximately from the inside vis-a-vis the sealing force of the press or sealing rings.
  • the new aftercooling solution prefers the concept of a thermo-bottle closure for calibration and / or handling.
  • the delicate wall material is equal to both applications. In one case it is glass, in the other it is the still easily deformable plastic.
  • the sealing point must comply with the inventive solution can not be set with the highest precision.
  • the big advantage of the new invention is that, with full achievement of all quality criteria, a massive reduction of the entire cycle time and a corresponding increase in performance of the injection molding machine is made possible.
  • the demoulding of the preforms from the injection molds can take place earlier, in a still highly dimensionally unstable state of the preforms.
  • Another delicate preform has an extension in the corresponding neck part.
  • the new invention makes it possible that even with a strong reduction of the dry-running time, the dimensional accuracy can be fully maintained. This means that due to the special air cooling of the outer open end side there is also a reserve for an even shorter machine cycle time as well as for the handling of the preforms during the aftercooling. Previous field tests have shown that with clear preforms the machine cycle time can be reduced by 15% and with dyed preforms by 20%.
  • the device is associated with a compressed air source with a pressure of at least 2 bar, preferably 4 to 8 bar.
  • a compressed air source with a pressure of at least 2 bar, preferably 4 to 8 bar.
  • compressed air of 6 bar an optimum between the energy costs and the cooling effect can be achieved.
  • the supply of compressed air to Preformaussenseite preferably takes place via an antechamber and an annular channel which is formed as an annular narrow gap. In the prechamber almost the full pressure of the compressed air source can be maintained. In the annular gap, but especially in an expanding cooling channel, the pressure of the air falls: At the same time, the temperature of the air lowers because of the expansion cold.
  • an air temperature of 10 ° to 30 ° C could be measured below zero, starting from compressed air at ambient temperature.
  • the thickness of the annular gap is selected in the tenth of a millimeter range, preferably in the range of 1 to 3 tenths of a millimeter.
  • an expanding cooling channel is formed in the flow direction from the transition point of the annular gap to the outer skin of the preform, wherein the cooling channel begins precisely directly in the transition region from the supported to the unsupported region and is directed against the outer, open end side of the preforms.
  • This is the cooling air with the lowest Temperature directed to the first, most vulnerable zone of the preform, which has the highest temperature in relation to this area. It is crucial that, despite removal of the preforms in still highly unstable soft form best preform qualities could be produced.
  • the area located on the inner wall of the cooling sleeves was compressed by means of compressed air to the inner wall of the cooling sleeves during the machine cycle duration and thereby calibrated.
  • the device has a control by means of which the air blowing device can be activated at the latest from the moment of preform transfer to the removal or cooling sleeves and during a subsequent calibration.
  • the pressure of the calibration air is allowed to swell steplessly from the beginning of the calibration.
  • the shrinkage compensation is continuously created with increasing solidification of the preform.
  • the compressed air supply is reproducibly ensured by programmed increase of the control voltage of a control valve and a corresponding increase or a corresponding increase in the calibration pressure.
  • the water-cooled removal sleeves are assigned cooling channels for a corresponding external cooling of the preforms in the transition region between the threaded part and the blower.
  • the air cooling is arranged in the region between threaded part and neck ring and / or in the transition region between neck ring and cylindrical blow part.
  • the solution according to the invention can be used in the field of aftercooling wherever there is the risk of damage due to handling as a result of thermal stresses or of calibration forces.
  • a particularly advantageous embodiment has a gripper with a plurality of nipples, each with an insertion in the preforms and the insertion of the nipples radially imposedchbare pressing or sealing rings, which are insertable into the preforms.
  • the gripper with the nipples can take on different functions:
  • the preforms can be calibrated from the open molds by means of compressed air, which is controllably guided via the nipples into the preforms, immediately after the cooling sleeves have been extended.
  • the aftercooler has four times as many cooling positions as the injection molds have mold cavities.
  • the preforms are transferred to cooling sleeves with a smaller inner diameter to compensate for the shrinkage.
  • the grippers or nipples can be used to remove the preforms from the cooling sleeves and drop them onto a conveyor belt.
  • the nipples can be introduced position-controlled to a selectable optimum sealing point in a range between threaded part and blower in the preforms. This can accommodate a wide variety of forms of transition between threaded part and blower. The best position is chosen according to the function and in case of calibration according to the specific preform type.
  • the aim is for the preform to have wall contact with the inner wall of the cooling sleeve over the largest possible period of time during after-cooling.
  • the outer wall of the entire preform blow-molded part should be in wall contact with the corresponding inner wall of the removal sleeve, except in the case of tapered sections.
  • the preforms are already introduced into the removal sleeves during the takeover by the removal sleeves until full and full inner wall contact of the entire blower part.
  • each nipple on two relatively movable pipe sections, at the end of each a retaining shoulder is firmly attached.
  • controlled adjusting means the actuating plate is moved with respect to the platform, for a simultaneous activation of all pressing or sealing rings.
  • the adjustment means have a pure support function during the calibration.
  • the Press constituting rings hold in squeezed state on the preform inside.
  • the removal of the preforms from the extraction sleeves and the transfer to the cooling sleeves of an aftercooler take place upon reaching a sufficient dimensional stability, but within the time of a Spritzgiesszyklus.
  • the press or sealing rings can be relaxed and the pressure in the interior of the blowing parts can be released.
  • a negative pressure can be generated via the air channels via the nipples and the preforms can be transferred to the aftercooler by means of the nipples.
  • the nipple has no cooling function for this purpose.
  • the device has an aftercooler designed as a removal robot with a multiple, in particular a 4-fold number of cooling positions with respect to the injection positions of the injection molds.
  • the preforms to be transferred hot are inserted into each free cooling positions, calibrated, cooled intensively and ejected after the final cooling.
  • the nipples can support the ejection of the ready-cooled preforms from the extraction sleeves and the transfer to a conveyor belt with controlled suction and compressed air.
  • the pressing or sealing rings can be relaxed, the pressure in the interior of the blowing parts drained, the nipple extended and held in a waiting position to repositioning the aftercooler for a new batch of preforms of the subsequent injection molding.
  • the transition region between the threaded part and the neck ring is air-cooled from the outside.
  • the preforms are pushed to the stop of the neck rings on the front side of the cooling sleeves, wherein the cooling sleeves are formed so that between the bottom part of the preforms and the corresponding bottom part of the cooling sleeves a minimum gap, preferably in the range of hundredths of a millimeter, remains can be canceled with the calibration.
  • the device has an actuating plate, which is designed to be controllable.
  • the preforms a) can be calibrated and / or b) transposed and / or c) can be removed from the cooling sleeves after cooling has been completed, for discharge onto a conveyor belt.
  • the preforms can be changed over at least once by means of the nipples in cooling sleeves reduced by the shrinkage mass.
  • the aftercooler can be set horizontally and vertically in the correct position. Because the aftercooler is assigned at least one servo motor per axis, any movement can be performed with the highest accuracy and the next position in both axes (Y and Z) of the corresponding plane can be approached immediately.
  • the blowing of the outer end side of the preforms can during all 4 cycles, possibly with interruptions, performed, resulting in a correspondingly improved heat transfer by reheating the preform outer skin or at a higher wall temperature.
  • This embodiment with an after-cooling time of 4 injection cycles allows a wide variety of combinations of external blowing in the context of handling the preforms. Previous experience has shown that a calibration is efficient enough only in the first phase of aftercooling, since with increasing solidification of the preforms or with the cooling over the entire preform wall cross section a change in shape requires an ever greater air pressure.
  • Blowing on the outside of the open preform is an optimization issue between the cost of the compressed air and the desired dimensional stability of the open end side of the preforms. At least it may be advantageous to blow the preforms during a second cycle time at the outer open end. This is independent of whether the preform is plugged into a closer cooling sleeve and, if necessary, recalibrated. For less sensitive preforms, the calibration can be completely omitted and, for example, only the thread area can be blown. In extreme cases, the blowing air can be controlled individually for each of the staggered rows. Brief description of the invention
  • FIG. 1a shows a cooling sleeve according to the invention with water cooling as well
  • FIG. 1b shows a detail enlargement of FIG. 1a
  • FIG. 2a shows a nipple optimally inserted into a preform in the region of the open end side of the preform
  • Figure 2b shows a nipple in an enlarged scale with a floating arranged pressing or sealing ring.
  • FIG. 3 a shows an external cooling of the transition region between
  • FIG. 6b shows the solution according to FIG. 6a, but the inflation pressure has been released and the sealing ring has been relieved
  • FIG. 6c shows the removal of a preform by means of the nipple in the function of a holding nipple
  • Figure 7 schematically shows an example of a first approach with an additional aftercooler
  • 8 shows schematically an example of a second approach in which the
  • Removal robot is designed as an aftercooler;
  • FIG. 9 shows a heat profile recorded on a preform, which without
  • FIG. 10a shows a test example with a preform calibration
  • FIG. 10b shows a faulty preform in which the transition region which was not supported in the cooling sleeve without solidification according to the invention.
  • FIGS 1a and 1b show a solution according to the invention with a cooling sleeve 1 with water cooling and air cooling of the outer skin.
  • the cooling sleeve 1 consists of an outer cooling jacket 4, which extends over the entire length of the base plate 2 to the neck ring 5 of the preform 6.
  • the cooling sleeve 1 consists essentially of the outer cooling jacket 4 and an inner cooling tube 8, which inwardly has a forward cylindrical pipe section 9 and rearwardly a hemispherical dome 10. At the dome 10, a bore 11 is mounted in the middle.
  • the preform 6 shown in FIG. 1a is a preform with a neck piece 22 conically tapered over the region 21.
  • the preform is substantially cylindrical over the region 23, and the area 24 is formed like a dome.
  • the location 20, the transition from the cylindrical region 23 to the conical region 21, is particularly important, since in the preform 6 there is a zone of highest temperature immediately after removal from the open injection molds.
  • the conically tapered neck piece 22 is not supported to the outside. This has several consequences:
  • the respective neck 22 is poorly cooled relative to the cylindrical portion.
  • the new invention therefore proposes, according to the example of Figures 1a / 1b, the neck piece 22 to cool specifically with compressed air.
  • Each cooling sleeve 1 is supplied via a short connecting piece 31 and a Druck Kunststoffzu Industriesbohrung 32 with compressed air, for example, 6 bar.
  • a steering ring 33 is inserted inside the cooling sleeve, on the open end side.
  • the steering ring 33 has a double function:
  • the cooling air is precisely guided to the points or zones, which must be primarily cooled. It is first and foremost point 20, and subsequently conical section 21, 22.
  • the compressed air is fed into an annular prechamber 34.
  • the compressed air is over a very narrow annular gap 35 of at most a few tenths of a millimeter thick in the direction of preform outer skin driven. From point 20 results in addition to the increase in air velocity, an enormous expansion cold, which is now double cooling effect
  • the geometry of the conical preform neck creates an ideal or at least approximately ideal Laval opening angle (alpha). This results in a conically enlarged in the flow direction cooling channel 36, so that even the weakest part of the neck piece 22 is optimally cooled.
  • the solution according to the invention gives a pure surface cooling of the relevant point in the first 1 to 2 seconds. This is very advantageous in that it quickly solidifies the preform surface. With the Nachhne the still stored in the Preformwandung this can be partially carried away in the course of a few seconds. After only 1 to 2 seconds, the preform neck 22 has a sufficient dimensional stability, so that during a subsequent calibration this point is no longer damaged.
  • the steering ring 33 is fixed with a Segering 37 in the cooling jacket 4. By a suitable surface treatment of the annular gap 35 directed end face 38, a precise gap size can be ensured.
  • the steering ring 33 is sealed to the outside with a 0-ring 39.
  • the compressed air supply line 30 may be a commercially available plastic pipe connection. To control the air supply, the lines of the same row [1] or [2] or [3] or [4] can be switched on via a valve. However, it is also possible to connect in large molds with 100 to 200 mold cavities in each case all treated in the same cycle rows of cooling tubes to a common valve.
  • FIG. 2a shows the direct relationship between the function of the nipples 40 as calibration nipples and the conical section 21 of a preform 6 Expression.
  • the corresponding conical outer part of the preform 6 is specifically cooled in advance immediately after removal from the open mold halves in advance and solidifies the unsupported outer wall layer within the cooling sleeve 1. This gives the entire preform 6 at the tapered transition 21 a sufficient dimensional stability.
  • the steering ring 33 is held within the head part of the cooling sleeve 1. During assembly, the steering ring 33 is inserted inside the cooling sleeve 1 from right to left. The cooling air is indicated by the arrows KL. Before the Press°.
  • FIG. 2b shows the insertion part of the nipple 40 according to FIG. 2a on a larger scale.
  • a very preferred feature is the floating storage of Press constitutive. Sealing ring 41.
  • the pressing ring 41 is held on both end sides by means of loose support rings 47.
  • the two loose support rings 47 have an inner diameter "D", which is greater by a small clearance than the outer diameter "d" of the support tube 43.
  • game "Spa" between the support ring 47 and the connector 44 is also in the longitudinal direction. So get the press or sealing ring 41 in the inactive state a freedom of movement in the sense of a slight Taumeins or swimming. It automatically results in an optimal annular sealing point, for example 45, 45 'or 45 "on the pressing or sealing ring 41st
  • FIGS. 3a and 3b show an external cooling of the preforms 6x without calibration in the non-critical transition 20 between the threaded part 7 and the blow part 23 of the preform 6.
  • Many preforms 6x have an outer conical taper 22 in this section.
  • Compressed air can be injected via an air connection 32 and discharged back into the open air via a cooling channel 36.
  • This additional cooling has the great advantage that it can be used effectively from the first moment of transfer of the preforms 6x to the cooling sleeves 1 and additionally over the entire calibration time.
  • the most striking structural difference To a "normal" cooling sleeve is that in the open mouth region, an air guide ring 33 is arranged.
  • an annular cooling channel is arranged from the point of the air connection 32 to the Abblasstelle 48 to the environment around the respective Preformteil.
  • the cooling air sweeps targeted the whole corresponding conical outer side of the preforms to the front side of the neck ring. 5
  • FIG. 4b shows yet another interesting design concept.
  • the cooling sleeve is composed of standardized components and consists of an inner cooling sleeve 52, an outer cooling sleeve 53 and a jacket sleeve 54 and a head ring 55, with which the air channels (gap Sp) are formed.
  • the inner cooling sleeve 52 is designed and a corresponding head ring 55 is placed.
  • 56 is the lowest thread, with 2 of the base 12 of an actuator plate and 18 denoted the sealing rings.
  • the cooling sleeve 6xx is designed such that after the insertion of the preforms into the cooling sleeves, a minimum gap 57 of a few tenths of a millimeter remains at the bottom part.
  • the neck ring 5 should already rest completely upon insertion on the end face of the cooling sleeve.
  • the gap can be removed with the calibration. It can, according to Figure 5a, be dispensed with in many cases in a purely cylindrical blower on an external cooling.
  • preforms 6 with a cylindrical blow-molded part may also be advantageous in the case of preforms 6 with a cylindrical blow-molded part to solidify the threaded part 7 at an early stage, so that any handling during aftercooling does not cause any damage to the thread.
  • FIG. 5b shows a preform 6xx with an enlarged diameter in the region of the open end. This preform is no longer supported in the neck ring 5 and thread in the cooling sleeve. Here it is therefore of great advantage if the outer skin of said area is solidified immediately after the transfer of the injection molds to a removal gripper with cooling air.
  • the preform is, apart from a brief interruption, immediately after the sliding from the open mold halves in the cooling sleeves 1 to
  • Figures 6a, 6b and 6c show the calibration and the removal of the preforms 6, 6x, 6xx from the sampling sleeves 1 by means of the nipple 40 in the function of a holding nipple.
  • the interior of the blower part is set to overpressure (+ mark) (FIG. 6a), or the preform 6 is sucked onto the nipple 40 (symbol) according to FIG. 6c.
  • a centering ring 61 is attached to the rear end, which fits exactly to the open end of the preform 6, for accurately holding the preforms on the nipples 40.
  • suction air is given to the closed preform end (sign) according to FIG.
  • the preform 6 goes to stop 62 to the Actuator plate 86 and can be completely removed from the removal sleeve and passed, for example, the aftercooler 89 ( Figure 7) or according to a second approach ( Figure 8) are dropped by switching to compressed air.
  • the control of the compressed air supply is shown schematically.
  • a voltage-controlled control valve 64, 65 is set via the voltage in volts by means of control 66, the compressed air supply for the calibration, preferably from the beginning of the calibration, a continuous swelling of the inflation pressure is sought. This can be counteracted by the cooling effect of the cooling sleeve 1 adjusting shrinkage of the preform 6 and a rapid solidification of the outer skin can be achieved.
  • the preform 6 can thus be pressed against the inner wall of the cooling sleeve in an optimal manner during the entire duration of the calibration, without causing bloating in the area of the unsupported areas or damage due to the handling of the preforms.
  • FIG. 7 shows a situation in accordance with a first embodiment with a removal robot and an aftercooler 89 separate from the withdrawal before the extraction device 81 is extended from the open mold halves 78 and 79 and the beginning of the calibration and the intensive cooling.
  • a platform 97 with the nipples 40 is already in a ready position for the transfer of the preforms
  • the platform 97 is supported via an arm 92 on a displacement device and linear guide rails on a support bracket and can be moved via a linear drive parallel to the machine axis.
  • the linear drive is anchored to the back of a tab of the support plate 74. With the activation of the linear drive, the nipples 40 are moved toward and away from the removal device 81 (as shown by the arrow).
  • the actuator plate 86 are assigned adjusting means 88, which have the only function of squeezing and relieving the pressing or sealing rings 41.
  • FIG. 7 schematically shows an injection molding machine for preforms with the following main elements: a machine bed 71 on which a support plate 74, a fixed mold clamping plate 72 and an injection unit 73 are mounted.
  • a movable platen 75 is supported axially displaceably on the machine bed 71.
  • the two plates 72 and 74 are interconnected by spars 76, which are passed through the movable platen 75.
  • a drive unit 77 Between the support plate 74 and the movable platen 75 is a drive unit 77 for generating the closing pressure.
  • the fixed platen 72 and the movable platen 75 each carry a mold half 78 or 79, between which a plurality of cavities can be formed to produce a corresponding plurality of sleeve-shaped injection molded parts.
  • the injection molded parts 6 are produced in the cavities 100 between mandrels 96 and cavities. After opening the mold halves 78 and 79, the sleeve-shaped injection-molded parts 6 adhere to the mandrels 96. The same injection-molded parts 6 in the finished cooled state are shown in the upper left corner of FIG. 7, where they are being dropped from a post-cooling device 89 onto a conveyor belt 90. The upper spars 76 are shown interrupted for the purpose of better showing the details between the open mold halves 78, 79. According to the solution according to FIG. 7, the four method steps for the injection-molded parts 6 after completion of the injection molding process correspond to a first approach:
  • Mold halves 78, 79 The still plastic parts are thereby absorbed by a lowered in the space between the open mold halves removal device 81 and raised with this in the position "B".
  • B is the phase of calibration and intensive cooling.
  • FIG. 7 shows, as it were, a snapshot of the main steps for the handling according to the first approach.
  • the transfer gripper 82 consists of a pivotable about an axis 101 platform 97, which carries an actuating plate 86, which are arranged at a parallel distance from each other.
  • the actuator plate 86 is parallel to the platform 97 via a drive or adjusting means 88 austage so that brought in the position "B” the sleeve-shaped injection molded parts 6 from the removal device 81 and pivoted in the position "C" position in the overlying Nachkühl coupled 89 can be pushed.
  • the respective transfer takes place by changing the distance "S" between the actuating plate 86 and the platform 97.
  • the still hot injection-molded parts 6 are ready-cooled in the post-cooling device 89 and ejected after a displacement of the Nachkühl responded 89 in the position "D" and on a conveyor belt 90th thrown.
  • the reference numeral 93 denotes the water cooling with corresponding supply and discharge lines, which are indicated for simplicity with arrows and are assumed to be known.
  • the reference numerals 94/95 denote the air side, 94 for the injection resp. the compressed air supply and 95 for the vacuum resp. Air suction stands ( Figures 6a and 6c).
  • FIG. 7 shows a situation at the end of the injection process with opened mold halves 78 and 79, respectively.
  • the temperature of the preforms 6 was lowered in the mold with maximum cooling effect.
  • the preforms 6 may well still be dimensionally unstable, such that they could deform with immediate ejection after the mold opening with minimal external force.
  • the removal device is already in start position and can be lowered after the mold opening without time delay between the open mold halves 78, 79.
  • an independent after-cooling device 89 is used, in which the still-hot preforms 6 are completely cooled during 3 to 4 injection molding cycles.
  • a transfer gripper 82 transfers the preforms 6 to the post-cooling device 89 in the "B" / "C” phase.
  • the after-cooling of the preforms 6 takes place in water-cooled sleeves.
  • the horizontal plane is designated by EH and the vertical plane by EV.
  • the horizontal plane EH is defined by the two coordinates X and Y and the vertical plane by the coordinates Y and Z.
  • the Z coordinate is vertical, and the X coordinate is oriented transversely to it.
  • the transfer gripper 82 carries a Pivoting movement and a linear movement in the X coordinate.
  • the transfer gripper 82 may be additionally formed with a controlled movement in the Y-coordinate.
  • the transfer gripper 82 already has a controlled movement in the X coordinate, the exact positioning of the preforms 6 located on the nipples 40 of the transfer gripper 82 in the X direction can be performed by a correspondingly controlled / regulated movement.
  • the aftercooler 89 in this case is moved in the X direction to a fixed position, the transfer gripper 82 is controlled / regulated in the Y direction and brought into the respective desired position.
  • the movement means for the aftercooler 89 for the two coordinates X and Y for exact positioning for the transfer of the preforms 6 are controllable / controllable.
  • the transfer gripper 82 is set in each case in a fixed transfer position.
  • the two mold halves 78 and 79 are in the open state according to a second embodiment, so that the whole aftercooler can enter into the free space between the mold halves.
  • the aftercooler 60 has a total of two axes of motion, a horizontal axis of movement in the Y-coordinate and a vertical axis of motion in the Z-coordinate, which can be coordinated by a machine controller 66.
  • the vertical drive 67 also has an AC servomotor with a horizontal axis.
  • the Nachkühl worn according to Figure 8 has a plurality of parallel and staggered rows [1], [2], [3], [4]. In the example shown, 12 cooling sleeves 1 are shown in a vertical row.
  • the cooling sleeves 1 can be arranged much closer in relation to the conditions in the injection molded parts. Therefore, not only will multiple parallel rows be proposed, but additionally an offset of the rows will be proposed. This means that for a first Spritzgiesszyklus the cooling tubes with numbers [1], for a second injection cycle, the cooling tubes with numbers [2], etc. are called. Are in Example with four parallel rows all rows filled with No. [4], the rows are prepared with No. [1] as described. The remainder is analogous throughout the entire production period. In the example shown, the total after-cooling time corresponds to four times the injection molding time. The air pressure or negative pressure conditions in the after-cooling device 60 must be controllable in rows, so that at a certain time all rows [1] or [2], etc.
  • the visualization takes place in a command device of the machine control resp. the machine computer instead.
  • the movements can be optimized in every way. This affects, for example, start and stop, but above all accelerations and decelerations in terms of speed and distance.
  • the moving means for the vertical movement is a vertical drive 67.
  • the vertical drive 67 is slidably mounted on a base plate 68 of a horizontal drive 69.
  • the horizontal drive 69 has an AC servo motor with a vertical axis.
  • the base plate 68 is mounted on four sliding bodies on two parallel slides back and forth.
  • the base plate 68 has on the right side of the image a vertically upwardly directed base plate part, on which the vertical drive 67 is anchored.
  • the aftercooler is also a removal robot.
  • the aftercooler 60 exhibits, due to the staggered rows, a strong compression of the cooling positions with respect to the mold cavities in the injection mold.
  • the aftercooler 60 by virtue of its robot-like movement in the two directions Y and Z, can move into the correct position both with respect to the mold cavities within the open mold halves 78, 79 and with respect to the position of the nipples 40. If the aftercooler 60 has four times the number of preforms 6 per injection cycle, the actuation plate 86 with the nipples 40 can perform the function of calibrating and / or repositioning and / or removal of the preforms 6 and ejection.
  • the platform 97 has primarily a horizontal movement, this for the calibration and optionally for the Umsteckcken and the removal of the preforms 6 from the aftercooler 60.
  • the preforms 6 can be dropped onto a conveyor belt 90.
  • FIG. 9 shows a heat profile recorded on a preform 6x, which was created without calibration. Note the large temperature difference of 62.8 ° C to 45.7 ° C. This results in a radial temperature difference at the end of the shaft of the preform 6 of 17.1 ° C. This leads to an ovalization of the outer shape in the first cooling process. This undesirable ovalization can be reduced or prevented only by a longer cooling time in the mold tool.
  • the heat profile shown was measured at a cycle time of 13.5 seconds. The quality was about 0.2 mm, which is just within the tolerance limit.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Nachkühlen von forminstabil aus einem Vielfachspritzwerkzeug entnommenen Preformen (6) und schlägt eine in den wassergekühlten Kühlhülsen (1) integrierte Luftkühlung für die Aussenseite der offenen Endseite der Preform (6) vor. Besonders bei speziellen Preformtypen können die Bereiche, welche in den Kühlhülsen (1) stützfrei sind, vom Beginn der Übergabe aus den offenen Formen (78, 79) an die Entnahme- bzw. Kühlhülsen (1) aussen mittels Expansionskälte von komprimierer Luft gekühlt werden. Mit der neuen Lösung kann eine höchste Qualität, insbesondere auch in Bezug auf die Masshaltigkeit und Druckstellenfreiheit durch die Beanspruchung durch eine Kalibration in den Kühlhülsen (1) sowie das Handling im Bereich der Nachkühlung, sichergestellt werden.

Description

Vorrichtung und Verfahren für das Nachkühlen von Preformen
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für das Nachkühlen von Preformen, wobei die noch forminstabilen Preformen den offenen Formhälften bzw. Vielfachformen einer Spritzgiessmaschine entnommen und mittels wassergekühlter Entnahme- bzw. Kühlhülsen, in welche eine Luftblaseinrichtung integriert ist, wenigstens teilweise nachkühlbar sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren für das Nachkühlen von Preformen mit einem Gewindeteil, einem Blasteil sowie einem Neckring, welche nach der Entnahme aus Vielfachformen in noch heissem, forminstabilem Zustand in wassergekühlten und mit Luftblaseinrichtungen ausgerüsteten Kühlhülsen wenigstens teilweise nachgekühlt werden.
Stand der Technik
In der Praxis haben sich für die Herstellung von Preformen drei Nachkühlsysteme durchgesetzt:
Gemäss einem ersten Konzept werden die noch heissen Preformen direkt den Kühlhülsen eines Nachkühlers übergeben. Dabei weist der Nachkühler ein Mehrfaches an Kühlpositionen auf im Verhältnis zur Anzahl Preformen eines Spritzgiesszyklus. Gemäss einem zweiten Konzept werden die Preformen durch einen leichten Entnahmeroboter ohne Kühlwirkung den offenen Formen entnommen, einem Nachkühler übergeben und nachgekühlt.
Gemäss einem dritten Konzept wird die Roboterfunktion in einen
Entnahmegreifer mit wassergekühlten Entnahmehülsen sowie einen zusätzlichen Transfergreifer für die Übergabe an den eigentlichen Nachkühler aufgeteilt.
Gemäss der jüngsten Entwicklung wird die Spritzgiessmaschinen-Zykluszeit noch weiter verkürzt, wobei die Preformen in weichem und forminstabilem Zustand den Formen entnommen werden. Damit aber treten bis dahin weniger beachtete Probleme in den Vordergrund. Physikalisch bedingt verläuft die Abkühlung innerhalb der Wandungen der Preformen ungleichmässig:
Sobald die Preformen den offenen Formhälften entnommen werden, treten durch die Temperaturunterschiede innerhalb der Preform, insbesondere der
Preformwandung, sofort Wärmespannungen bzw. Schrumpfspannungen in den Preformen und dadurch Formänderungen auf.
Jeder mechanische Eingriff und jedes Handling durch roboterartige Greifer kann zusätzlich zu Formschäden führen.
Dies tritt vor allem bei horizontaler Lage der Preformen im Nachkühler auf.
Im Rahmen der jüngsten Entwicklung wird jeder Eingriff im Bereich der Nachkühlung zu einer äusserst delikaten Arbeit. Bei der Herstellung von Spritzgiessteilen mittels Spritzgiessmaschinen ist für die Zeit eines vollen Zyklus die Kühlzeit ein bestimmender Faktor. Die erste und Hauptkühlleistung findet noch in den Spritzgiessformen statt. Beide Spritzgiessformhälften werden während dem Spritzgiessprozess intensiv wassergekühlt, so dass die Temperatur der Spritzgiessteile noch in der Form von beispielsweise 280° C zumindest in den Randschichten auf einen Bereich von ca. 70° C gesenkt werden kann. Es wird in den äusseren Schichten sehr rasch die sogenannte Glastemperatur von etwa 80° C unterschritten. Der eigentliche Spritzgiessvorgang bis zur Entnahme der Spritzgiessteile konnte in der jüngeren Vergangenheit beinahe halbiert werden. Dies bei optimalen Qualitäten in Bezug auf die Preformen. Die Erfindung richtet sich auf die Gattung der Nachkühlvorrichtungen mit wassergekühlten Kühlhülsen. Die Preformen müssen in den Formhälften so stark verfestigt werden, dass diese ohne Schaden von den Kühlülsen übernommen werden können. Die Kühlhülsen weisen eine den Spritzgiessteile-Aussenabmessungen angepasste Form auf. Die intensive Wasserkühlung in den Spritzgiessformhälften ergibt, physikalisch bedingt, eine zeitverzögerte Temperaturabsenkung bis in den Kernbereich der Preformwandung. Dies bedeutet, dass die genannten ca. 70° C nicht einheitlich im ganzen Wandquerschnitt erreicht werden. Die Folge ist, dass im Materialquerschnitt gesehen eine rasche Rückerwärmung von innen nach aussen erfolgt, sobald die intensive Wasserkühlung unterbrochen wird. Der Nachkühlung der Preformen ausserhalb der Spritzform kommt aus zwei Gründen grösste Bedeutung zu: Formänderungen aber auch Oberflächenschäden, etwa Druckstellen, usw., müssen während der Nachkühlung vermieden werden. Es muss ferner verhindert werden, dass die Abkühlung im höheren Temperaturbereich zu langsam erfolgt und sich durch Rückerwärmung örtlich schädliche Kristallbildungen einstellen. Ziel ist ein gleichmässiger amorpher Zustand im Material der fertigen Preform. Die Resttemperatur der fertigen Preformen soll so tief sein, dass in grossen Abpackgebinden mit Tausenden von lose eingeschütteten Spritzteilen an den Berührungspunkten keine Druck- und Haftschäden entstehen können. Die fertigen Spritzteile dürfen auch nach einer leichten Rückerwärmung eine Oberflächentemperatur von 55° C, vorzugsweise 40° bis 50° C, nicht überschreiten. Die Nachkühlung nach der Entnahme der heissen, forminstabilen Preformen aus der Spritzgiessform ist für die Masshaltigkeit sehr wichtig.
Mit der WO 2004 / 041510 schlägt die Anmelderin eine Intensivkühlstation sowie eine Nachkühlstation und bei der Intensivkühlstation in die Preformen einführbare Kühlstifte für eine Innenkühlung vor. Die Innenform der Kühlhülsen wird dabei auf die entsprechende Innenform der Spritzgiessform abgestimmt, derart, dass die Preformen nach der Entnahme aus den Spritzgiessformen möglichst spielfrei bis zur vollwandigen Anlage in die Kühlhülsen einschiebbar sind. Sind die Preformen in der ersten Phase der Nachkühlung in liegender Position, dann neigen sie dazu, sich nach unten auf das entsprechende Kühlhülsenteil aufzulegen. Durch einen intensiveren Kühlkontakt im unteren Bereich werden die Preformen unten stärker abgekühlt, wodurch in der Preform Spannungen auftreten und die Preform eine Tendenz zum Ovalisieren hat. Wenn in der ersten Phase der Nachkühlung bei verkürzter Kühlung in den Spritzgiessformen einzelne Preformen sich leicht deformieren, dann kann die entsprechende Formänderung bei bereits verfestigten Preformen im Verlaufe der Nachkühlung nicht mehr korrigiert werden. Durch eine gezielte Steuerung von Saug- und Blasluft kann im Inneren der Preformen gemäss einer vorzugsweisen Ausgestaltung der WO 2004 / 041510 ein Blähdruck erzeugt und die noch nicht verfestigte Preform zum vollständigen Anliegen an die ganze Innenwandfläche der Kühlhülse gebracht werden. Nach dem satten Anliegen der Preformen an die Innenwandfläche der Kühlhülsen wird der Flächenkontakt über mehrere Sekunden aufrechterhalten und ein Kalibrationseffekt für jede einzelne Preform erzeugt. Der Kalibrationseffekt gibt bei der Herstellung von Preformen einen hohen Produktions- und Qualitätsstandard, wie er im älteren Stand der Technik nicht möglich war. Die Preformen werden auf diese Weise kurz nach der Entnahme aus den Spritzgiessformen wieder in eine exakte Form gebracht. Allfällige Massveränderungen werden nach dem ersten kritischen Handling von den Spritzgiessformen in die Kühlhülsen wieder aufgehoben. Die Kalibrierung der Preformen gestattet, diese mit noch höheren Temperaturen den Formen zu entnehmen und eine noch kürzere Spritzgiess-Zykluszeit zu erreichen.
Die EP 900 135 schlägt ein ähnliches Konzept vor. Das Abdichten des Öffnungsrandes setzt eine gewisse Druckkraft und auch eine genügende Formfestigkeit des Gewindeteils voraus. Um Formänderungen des Gewindeteils zu vermeiden, müssen die Preformen bis zu einer höheren Formfestigkeit in den Spritzformen belassen werden. Dies aber steht einer Verkürzung der Spritzgiess- Zykluszeit entgegen.
Aufgrund grosserer Untersuchungen wurde erkannt, dass eine Kalibration der noch heissen, forminstabilen Preformen unmittelbar nach dem Ausfahren aus den offenen Formhälften grosse Vorteile bringt. Der Erfolg trat jedoch nicht bei allen Preformtypen ein. Es zeigte sich, dass bei Preformen mit einem stützlosen Bereich in Bezug auf die Kühlhülsen die Probleme der Formgenauigkeit nicht zufriedenstellend gelöst werden konnten. Vom Erfinder wurde erkannt, dass bei immer kürzerer Maschinenzykluszeit auch die ganze offene Endseite der Preform für das Handling im Bereich der Nachkühlung besonders gefährdet sein kann. Dies nicht zuletzt auch deshalb, weil der Gewindeteil aus der Kühlhülse herausragt und über die Kühlhülse nicht mehr gekühlt werden kann. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Nachkühlung von Preformen, welche in wassergekühlten Kühlhülsen nachgekühlt werden, wobei die Preformen bis nahe an den Neckring in die Kühlhülsen eingeschoben werden. In jüngerer Zeit werden vermehrt Preformen hergestellt, bei welchen der Blasteil nahe der offenen Preformseite aussen verjüngt augebildet ist. Dieser Teil wird in der Kühlhülse durch die Kühlhülsenwandung nicht mehr gestützt.
Die USPS 7 232 306 schlägt vor, bei Preformen mit einem verjüngten Hals, welcher in der Kühlhülse nicht mehr gestützt ist, diesen Teil mittels Kühlluft anzublasen. Zu diesem Zweck wird über die wassergekühlte Entnahme- bzw. Kühlhülse mantelartig eine Muffe bzw. Mantelhülse geschoben. Diese Mantelhülse ermöglicht, über die ganze wassergekühlte Kühlhülsenlänge das Kühlmedium Wasser in zweifachem Sinne zu nutzen. Mit der Innenwandung der Kühlhülse wird direkt die äussere zylindrische Wandung der Preform intensiv gekühlt. Der Aussenbereich der Kühlhülse wird dadurch genutzt, indem das Wasser gleichzeitig die Innenwandung der Mantelhülse und damit das Kühlmedium Luft kühlt, sodass der verjüngte Hals wirksam mit tiefgekühlter Luft gekühlt werden kann. Im offenen Blasende der Mantelhülse ist eine grosse Anzahl Bohrungen angeordnet, über welche die Kühlluft direkt auf die verjüngte Aussenhaut der Preform geblasen wird. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass die vorgeschlagene Lösung eine deutliche Verbesserung bezüglich der Kühlwirkung bringen kann, wofür jedoch ein wirtschaftlich schlecht vertretbarer Preis bezahlt werden muss. Mit dem Konzept einer Vielzahl von Bohrungen wird im Falle von grossen Spritzformen mit 100 bis 200 und mehr Formnestern eine enorme Luftmenge benötigt, welche beachtliche Kosten verursacht. Dadurch, dass der Wasserkühlteil maximal genutzt wird, entsteht gleichsam eine kühltechnisch tote Zone in dem heiklen Übergangsbereich von dem zylindrischen Preformabschnitt zu dem sich verjüngenden Preformabschnitt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass mit der mit der USPS 7 232 306 vorgeschlagenen Lösung nur der spezielle Fall von Preformen mit einem verjüngten Halsabschnitt behandelt werden kann. Zudem löst dieser Vorschlag auch das Problem der Schrumpfung der Preform nicht. Physikalisch bedingt schrumpft die Preform vom Moment der Abkühlung in der Kühlhülse. Es wird mit der zusätzlichen Luftkühlung eine Verschlechterung der Wasserkühlung in Kauf genommen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung wurde nun die Aufgabe gestellt, ein Nachkühlverfahren sowie eine Nachkühlvorrichtung zu entwickeln, welche eine echte Verkürzung der Spritzzykluszeit erlauben, wobei trotzdem alle qualitativen Parameter und insbesondere auch eine maximale Formgenauigkeit der Preformen sichergestellt bleiben, welche zudem nicht auf einen speziellen Typ von Preformen beschränkt sind.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass an den Kühlhülsen Druckluftanschlüsse angeordnet sind, über welche die Aussenhaut, zumindest eines in der Kühlhülse stützlosen Bereiches der Preformen, unter Mitausnützung der Expansionskälte komprimierter Druckluft kühlbar ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der äusseren offenen stützlosen Endseite der Preformen mittels Druckluft unter Ausnutzung der Expansionskälte der komprimierten Druckluft gekühlt und verfestigt wird, wozu Druckluft von wenigstens 1 bis 2 bar verwendet wird.
Vom Erfinder ist insbesondere erkannt worden, dass mit der Verwendung von komprimierter Luft bei strömungstechnisch richtiger Gestaltung die beachtliche Expansionskälte für eine intensivierte Kühlwirkung nutzbar ist, was durch grossere Laboruntersuchungen auch bestätigt werden konnte. Temperaturmessungen haben gezeigt, dass tatsächlich Kühlluft von 10° bis 30° C unter Null nutzbar ist. Dies ausgehend von Druckluft mit Umgebungstemperatur.
Vom Erfinder ist ferner erkannt worden, dass eine Kalibration nach dem Einführen der heissen Preformen in die Kühlhülsen mit einem im wesentlichen zylindrischen bzw. leicht konischen Blasteil einen grossen Fortschritt für die Herstellung von klassischen Preformen bringt. Für das Kalibrieren muss zwingend der Innenraum der Preform, zumindest des Blasteiles, mechanisch abgedichtet werden. Bereits die Kraft der Pressluft, beispielsweise von 1 bis 2 bar, für die Kalibration, mindestens ebenso aber die mechanische Dichtkraft, schafft neue Probleme, wenn der Bereich des offenen Endes der Preform nicht durch die Kühlhülseninnenwand gestützt ist. Die ebenso wichtige Erkenntnis liegt darin, dass die äussere Seite des offenen Endes der Preform bereits unmittelbar nach der Übergabe von den offenen Formhälften an die Kühlhülsen verfestigt werden kann, wenn die Luftkühlung in die Kühlhülsen integriert ist, und zwar in einem Moment, in dem noch keine mechanischen Kräfte wirken. Dies bedeutet einen Zeitgewinn von beispielsweise 1 bis 3 Sekunden, um das anvisierte offene Preformende durch eine zusätzliche Aussenkühlung mittels Kühlluft in einen formstabileren Zustand zu bringen. Beim Blasteil könnte eine entsprechende, sofort einsetzende Aussenkühlung insofern Nachteile bringen, als dadurch die Kalibration grossere Luftdrücke erfordern würde. In dem zylindrischen Bereich des Blasteils wirkt sofort die Wasserkühlung der Kühlhülsen durch direkten Wandkontakt. Diese zeigte von Anfang an einen grossen Erfolg. Der ganze Bereich des Neckringes soll so weit von aussen luftgekühlt bzw. verfestigt werden, dass die mechanischen Kräfte, beispielsweise aus Wärmespannungen, weder beim Handling noch bei der Kalibration Formschäden mehr bewirken können. Besonders bevorzugt wird im Falle der Kalibration der Ort der äusseren Luftkühlung etwa vis-ä-vis der Dichtkraft der Press- bzw. Dichtringe von innen gewählt.
Die neue Nachkühl-Lösung geht für die Kalibration und / oder das Handling bevorzugt von dem Konzept eines Thermoflaschenverschlusses aus. Beiden Anwendungen gleich ist das heikle Wandmaterial. In einem Falle ist es Glas, im andern ist es der noch leicht verformbare Kunststoff. Die Dichtstelle muss gemäss der erfindungsgemässen Lösung nicht mit höchster Präzision festgelegt werden. Der grosse Vorteil der neuen Erfindung liegt darin, dass bei voller Erreichung aller Qualitätskriterien eine massive Senkung der ganzen Zykluszeit und eine entsprechende Leistungssteigerung der Spritzgiessmaschine ermöglicht wird. Die Entformung der Preformen aus den Spritzformen kann früher, in einem noch stark forminstabilen Zustand der Preformen, stattfinden.
In der Praxis gibt es eine grosse Vielfalt von Preformen, welche eine je spezifische Behandlung notwendig machen können.
Besonders heikel erweisen sich Preformen, welche einen sich konisch verjüngenden Halsansatz zwischen dem zylindrischen Blasteil und dem
Neckring haben.
Eine weitere heikle Preform weist im entsprechenden Halsteil eine Erweiterung auf.
Für eine grosse Zahl, besonders auch von dickwandigen Preformen mit rein zylindrischem Blasteil, können alle Vorteile der Erfindung ebenso genutzt werden.
Die neue Erfindung macht es möglich, dass auch bei einer starken Verkürzung der Trockenlaufzeit die Formgenauigkeit voll erhalten werden kann. Dies bedeutet, dass durch die besondere Luftkühlung der äusseren offenen Endseite auch noch eine Reserve vorhanden ist für eine noch kürzere Maschinenzykluszeit sowie für das Handling der Preformen während der Nachkühlung. Bisherige Feldteste haben gezeigt, dass bei klaren Preformen die Maschinenzykluszeit um 15 % und bei eingefärbten Preformen um 20 % gesenkt werden kann.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass mit der neuen Erfindung verfahrenstechnisch verschiedene neue Lösungswege für die Nachkühlung eröffnet werden. Dies gilt ganz besonders, wenn bei der Entnahme der Preformen, welche direkt einem Nachkühler übergeben werden, dieser ein Fassungsvermögen hat, der einem Vielfachen der Anzahl Preformen eines Spritzzyklus entspricht. Hier können die einzelnen Preformen durch Umstecken des stützlosen Bereiches der Preformen und der Kühlung unter der Mitausnutzung der Expansionskälte komprimierter Druckluft auf verschiedenste Art kombiniert werden.
Die neue Erfindung gestattet eine ganze Anzahl besonders vorteilhafter Ausgestaltungen. Es wird dazu auf die Ansprüche 2 - 15 sowie 17 - 30 Bezug genommen.
Ganz besonders bevorzugt wird der Vorrichtung eine Druckluftquelle zugeordnet mit einem Druck von wenigstens 2 bar, vorzugsweise 4 bis 8 bar. Jüngste Versuche haben gezeigt, dass mit Druckluft von 6 bar ein Optimum zwischen den Energiekosten sowie der Kühlwirkung erzielbar ist. Die Zufuhr der Druckluft zur Preformaussenseite erfolgt vorzugsweise über eine Vorkammer und einen Ringkanal, der als ringförmiger enger Spalt ausgebildet ist. In der Vorkammer kann nahezu noch der volle Druck der Druckluftquelle aufrechterhalten werden. Im ringförmigen Spalt, besonders aber in einem sich erweiternden Kühlkanal, fällt der Druck der Luft: Gleichzeitig senkt sich die Temperatur der Luft wegen der Expansionskälte. Bereits in dem Übergangsbereich von dem Ringkanal zur Aussenhaut der Preform konnte eine Lufttemperatur von 10° bis 30° C unter Null gemessen werden, ausgehend von Druckluft mit Umgebungstemperatur. Die Dicke des ringförmigen Spaltes wird im Zehntel-Millimeter-Bereich, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 3 Zehntel-Millimetern gewählt. Eine Überprüfung aller Qualitätsparameter ergab beste Werte bei allen zuvor genannten Preformtypen, unabhängig von deren Form und Dicke. Die neue Erfindung erlaubt damit, viele bisher nicht erklärbare Abweichungen und Schäden an den Preformen zu erklären und zu beseitigen.
Ganz besonders bevorzugt wird in Strömungsrichtung ein sich erweiternder Kühlkanal von der Übergangsstelle des ringförmigen Spaltes zur Aussenhaut der Preform gebildet, wobei der Kühlkanal präzise unmittelbar im Übergangsbereich von dem gestützten zum ungestützten Bereich beginnt und gegen die äussere, offene Endseite der Preformen gerichtet ist. Damit ist die Kühlluft mit der tiefsten Temperatur auf die erste, am meisten gefährdete Zone der Preform gerichtet, welche in Bezug auf diesen Bereich die höchste Temperatur aufweist. Entscheidend ist dabei, dass trotz einer Entnahme der Preformen in noch stark instabiler weicher Form beste Preform-Qualitäten produziert werden konnten. Zur Verkürzung der Zykluszeit wurde der an der Innenwandung der Kühlhülsen befindliche Bereich innerhalb der Maschinenzyklusdauer mittels Druckluft an die Innenwand der Kühlhülsen gepresst und dabei kalibriert. Wichtig dabei ist, dass die Vorrichtung eine Steuerung aufweist, mittels der die Luftblaseinrichtung spätestens vom Moment der Preformübergabe an die Entnahme- bzw. Kühlhülsen und während einer anschliessenden Kalibration aktivierbar ist. Vorteilhafterweise lässt man im Falle einer Kalibration den Druck der Kalibrationsluft vom Beginn der Kalibration stufenlos anschwellen. Dadurch wird der Schrumpfausgleich bei zunehmender Verfestigung der Preform kontinuierlich geschaffen. Bevorzugt wird die Druckluftzufuhr durch programmierte Erhöhung der Steuerspannung eines Steuerventils und entsprechender Erhöhung bzw. eines entsprechenden Anschwellens des Kalibrationsdruckes reproduzierbar sichergestellt.
Den wassergekühlten Entnahmehülsen sind in dem Übergangsbereich zwischen dem Gewindeteil und dem Blasteil Kühlkanäle für eine entsprechende Aussenkühlung der Preformen zugeordnet. In Abhängigkeit der geometrischen Ausgestaltung der Preformen ist die Luftkühlung in dem Bereich zwischen Gewindeteil und Neckring und / oder in dem Übergangsbereich zwischen Neckring und zylindrischem Blasteil angeordnet. Dabei kann die erfindungsgemässe Lösung im Bereich der Nachkühlung überall dort angewendet werden, wo die Gefahr einer Schädigung durch Handling als Folge von Wärmespannungen oder von Kalibrationskräften besteht. Ferner ist es möglich, die Luftkühlung unter Mitausnutzung der Expansionskälte ein-, zwei- oder mehrfach anzuwenden, wenn dies als Sicherheitsmassnahme für einen schadlosen Abwurf der Spritzgiessteile aus dem Nachkühler und für einen schadlosen Transport und Lagerung als vorteilhaft erachtet wird. Eine ganz besonders vorteilhafte Ausgestaltung weist einen Greifer mit einer Vielzahl von Nippeln mit je einem Einführteil in die Preformen und die Einführteile der Nippel radial aufbauchbare Press- bzw. Dichtringe auf, welche in die Preformen einführbar sind. Der Greifer mit den Nippeln kann verschiedenen Funktionen übernehmen:
• Wie bereits erwähnt, können mittels Druckluft, welche steuerbar über die Nippel in die Preformen geführt wird, die Preformen unmittelbar nach dem Ausfahren der Kühlhülsen aus den offenen Formen kalibriert werden.
• Wenn die Entnahme mit einer als Nachkühler ausgebildeten Entnahmevorrichtung erfolgt, verfügt der Nachkühler über 4-mal so viele Kühlpositionen, wie die Spritzformen Formnester aufweisen. Hier kann es von Vorteil sein, wenn die Preformen umgesteckt werden auf Kühlhülsen mit kleinerem Innendurchmesser zur Kompensation der Schrumpfung.
• Wenn der Nachkühler sich horizontal in die und aus den offenen Formen bewegt und die Preformen bis zu einem lagerfähigen Zustand gekühlt werden, können mit dem Greifer bzw. den Nippeln die Preformen den Kühlhülsen entnommen und auf ein Transportband abgeworfen werden.
Ein weiterer wichtiger Ausgestaltungsgedanke liegt darin, dass die Nippel positionsgesteuert an eine wählbare optimale Dichtstelle in einem Bereich zwischen Gewindeteil und Blasteil in die Preformen eingeführt werden können. Damit kann unterschiedlichsten Formen des Überganges zwischen Gewindeteil und Blasteil Rechnung getragen werden. Die beste Position wird je nach Funktion und im Falle einer Kalibration entsprechend des speziellen Preformtyps gewählt. Im Hinblick auf eine Optimierung der Wasserkühlung in den Kühlhülsen ist es das Ziel, dass die Preform während der Nachkühlung über die grösstmögliche Zeitdauer Wandkontakt hat mit der Innenwand der Kühlhülse. Bereits nach dem Einfahren der Nippel soll die Aussenwandung des ganzen Preform-Blasteiles, ausser bei sich verjüngenden Abschnitte, in Wandkontakt mit der entsprechenden Innenwandung der Entnahmehülse sein. Bevorzugt werden deshalb die Preformen bereits bei der Übernahme durch die Entnahmehülsen bis zum vollständigen und satten inneren Wandkontakt des ganzen Blasteiles in die Entnahmehülsen eingeführt. Vorrichtungsgemäss weist jeder Nippel zwei relativ zueinander bewegbare Rohrstücke auf, an deren Ende je eine Halteschulter fest angebracht ist. Für beide zuvor beschriebenen Lösungswege weist jeder Nippel Luftkanäle auf, über welche gesteuert Druckluft in den Innenraum der Blasteile der Preformen zuführbar ist. Mittels gesteuerter Verstellmittel wird die Betätigungsplatte in Bezug auf die Plattform bewegt, für eine zeitgleiche Aktivierung aller Press- bzw. Dichtringe. Die Verstellmittel haben während der Kalibration eine reine Stützfunktion. Die Pressbzw. Dichtringe halten sich in zusammengequetschtem Zustand an der Preforminnenseite. Bereits eine geringe Kraft der Verstellmittel für die Betätigungsplatte genügt für einen guten Dichtschluss. Vorteilhafterweise sind die Nippel über eine gemeinsame Betätigungsplatte an einer Plattform angeordnet, über welche die Einfahr- und Ausfahrbewegung der Nippel in bzw. aus den Preformen sowie die Positionierung der Nippel innerhalb der Entnahmehülsen erfolgt. Dazu sind der Plattform gesteuerte Antriebsmittel zugeordnet zur Positionierung der Pressbzw. Dichtringe in einer optimalen Eindringtiefe bzw. an einer optimalen Stelle.
Gemäss einer ersten bevorzugten Ausgestaltung erfolgen die Entnahme der Preformen aus den Entnahmehülsen und die Übergabe an die Kühlhülsen eines Nachkühlers bei Erreichen einer genügenden Formstabilität, jedoch innerhalb der Zeit eines Spritzgiesszyklus. Nach der Kalibration können die Press- bzw. Dichtringe entspannt und der Druck in dem Innenraum der Blasteile abgelassen werden. Über die Luftkanäle kann über die Nippel ein Unterdruck erzeugt und die Preformen mittels der Nippel an den Nachkühler übergeben werden. Der Nippel hat hierzu keine Kühlfunktion. Bevorzugt erfolgt während der kurzen Kalibrationszeit kein Luftaustausch zwischen dem Inneren der Preform und der Umgebungsluft. Die Nippel sind mit Luftkanälen ausgerüstet, über welche in den Preformen Unterdruck zur Preformentnahme erzeugbar ist. Innerhalb der Nippel kann der Luftkanal für Druckluft und Saugluft der selbe sein. Bevorzugt werden die Rohrstücke ineinander verschieblich angeordnet, wobei das innere Rohrstück wenigstens einen Luftkanal aufweist. Bei diesem Konzept besteht die Vorrichtung neben dem Entnahmegreifer aus einem Nachkühler sowie einem Transfergreifer für die Übergabe bzw. für das Umstecken der Preformen vom Entnahmegreifer an den Nachkühler, zur Fertigkühlung der Preformen, unabhängig des Spritzgiesszyklus.
Gemäss einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung einen als Entnahmeroboter ausgebildeten Nachkühler mit einer vielfachen, insbesondere einer 4-fachen Anzahl an Kühlpositionen in Bezug auf die Spritzpositionen der Spritzgiessformen auf. Dabei werden die heiss zu übergebenden Preformen in jeweils freie Kühlpositionen eingeschoben, kalibriert, intensiv gekühlt und nach der Fertigkühlung ausgestossen. Hier können die Nippel das Ausstossen der fertig gekühlten Preformen aus den Entnahmehülsen sowie die Weitergabe an ein Förderband unterstützen mit gesteuerter Saug- und Druckluft. Auch gemäss der zweiten Ausgestaltung können nach der Kalibration die Press- bzw. Dichtringe entspannt, der Druck in dem Innenraum der Blasteile abgelassen, die Nippel ausgefahren und in einer Wartestellung gehalten werden bis zur Neupositionierung des Nachkühlers für eine neue Charge von Preformen des nachfolgenden Spritzgiesszyklus.
Für diese beiden Ausgestaltungen erfolgt das Kalibrieren der Preformen durch Druckluft und ist in der Regel in der Zeitdauer durch den Spritzgiesszyklus begrenzt. Das Anpressen und Kalibrieren der noch weichen Preformen hat enorme Vorteile:
Erstens wird durch das feste Anpressen der Aussenhaut der Preformen an die innere, mit Wasser gekühlte Entnahmehülse ein maximaler Wärmeübergang und eine maximale Kühlwirkung sichergestellt.
Zweitens werden die äusseren Abmessungen der Preformen mit der Kalibration exakt wieder hergestellt und bleiben während der anschliessenden
Formverfestigung erhalten.
Drittens werden mit dem raschen Durchfahren der sogenannten Glastemperatur die physikalischen Qualitätsparameter sichergestellt.
Viertens wird mit der Erzeugung einer stark abgekühlten und verfestigten äusseren Materialschicht eine genügende Formstabilität der Preformen für das nachfolgende Handling bzw. Umstecken von den Entnahmehülsen in kleinere Kühlhülsen bzw. in einen Nachkühler sowie den anschliessenden Abwurf auf ein Transportband erreicht.
Im Falle von Preformen mit einem sich erweiternden Hals wird der Übergangsbereich zwischen dem Gewindeteil und dem Neckring von aussen luftgekühlt. Hier werden die Preformen bis auf Anschlag der Neckringe an die Stirnseite der Kühlhülsen eingeschoben, wobei die Kühlhülsen so ausgebildet sind, dass zwischen dem Bodenteil der Preformen und dem entsprechenden Bodenteil der Kühlhülsen ein minimaler Spalt, vorzugsweise im Bereich von Hundertstel-Millimetern, verbleibt, der mit der Kalibration aufgehoben werden kann.
Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Betätigungsplatte auf, welche steuerbar ausgebildet ist. Mittels Nippel sind die Preformen a) kalibrierbar und / oder b) umsteckbar und / oder c) nach beendigter Kühlung den Kühlhülsen entnehmbar, zum Abwurf auf ein Transportband.
Gemäss einer ganz besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Kühlhülsen im Nachkühler in versetzten Reihen angeordnet sind, wobei die Preformen im Takt des Spritzzyklus a) kalibriert und b) während insgesamt 4 Zyklen nachgekühlt und c) nach vollständiger Kühlung mittels der Nippel den Kühlhülsen entnommen und auf ein Transportband abgeworfen werden.
Hier ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn der Nachkühler quer zur Maschinenachse und vertikal gesteuert bewegt werden kann. Dabei übernimmt der Nachkühler die Positionierung für eine passende Lage der freien Kühlpositionen zu den Formnestern einerseits sowie die richtige Lage der richtigen Preformreihen in dem Nachkühler zu den Nippeln bzw. zur Betätigungsplatte andererseits. Der Nachkühler bewegt sich dabei horizontal in und aus den Spritzformen sowie vertikal für die richtige Höhe der jeweils anvisierten Reihen. Die Nippel bewegen sich nur horizontal in Richtung der Kühlhülsen. Für den Abwurf der fertig gekühlten Preformen können die Nippel bzw. die Betätigungsplatte zusätzlich eine Drehkippbewegung ausführen. Während 3 bis 4 Zyklen können die Preformen wenigstens einmal mittels der Nippel in um das Schrumpfmasse verkleinerte Kühlhülsen umgesteckt werden. Auch hier kann der Nachkühler horizontal und vertikal in die richtige Position gesetzt werden. Weil dem Nachkühler für beide Achsen wenigstens je einen Servomotor zugeordnet ist, kann jedwelche Bewegung mit höchster Genauigkeit durchgeführt und die jeweils nächste Position in beiden Achsen (Y und Z) der entsprechenden Ebene sofort angefahren werden.
Das Anblasen der äusseren Endseite der Preformen kann während aller 4 Zyklen, allenfalls mit Unterbrechungen, durchgeführt werden, was durch Rückerwärmen der Preform-Aussenhaut bzw. bei einer höheren Wandtemperatur einen entsprechend verbessertem Wärmeübergang ergibt. Damit kann der Druckluftverbrauch ökonomisiert werden. Diese Ausgestaltung mit einer Nachkühlzeit von 4 Spritzzyklen erlaubt verschiedenste Kombinationen von äusserem Anblasen im Rahmen eines Handlings der Preformen. Die bisherige Erfahrung hat gezeigt, dass eine Kalibration nur in der ersten Phase der Nachkühlung effizient genug ist, da mit zunehmender Verfestigung der Preformen bzw. mit der Abkühlung über den ganzen Preform- Wandquerschnitt eine Formänderung einen immer grosseren Luftdruck erfordert. Das Anblasen der Aussenseite der offenen Preform ist eine Optimierungsfrage zwischen den Kosten für die Druckluft und der gewünschten Formfestigkeit der offenen Endseite der Preformen. Zumindest kann es vorteilhaft sein, die Preformen während einer zweiten Zykluszeit am äusseren offenen Ende anzublasen. Dies unabhängig davon, ob die Preform in eine engere Kühlhülse umgesteckt und gegebenenfalls nochmals kalibriert wird. Bei weniger heiklen Preformen kann die Kalibration vollständig weggelassen und zum Beispiel nur der Gewindebereich angeblasen werden. Im Extremfall kann bei jeder der versetzten Reihen die Blasluft individuell gesteuert werden. Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nun anhand einiger Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen:
die Figur 1a zeigt eine erfindungsgemässe Kühlhülse mit Wasserkühlung sowie
Luftkühlung der Aussenhaut der offenen Endseite der Preform; die Figur 1 b eine Ausschnittvergrösserung der Figur 1a; die Figur 2a zeigt einen optimal in eine Preform eingeführten Nippel im Bereich der offenen Endseite der Preform; die Figur 2b einen Nippel in vergrössertem Massstab mit einem schwimmend angeordneten Press- bzw. Dichtring; die Figur 3a zeigt eine Aussenkühlung des Übergangsbereiches zwischen
Gewindeteil und Blasteil der Preformen; die Figur 3b zeigt einen Teilausschnitt der Figur 3a in grosserem Massstab; die Figur 4a zeigt eine Ausschnittvergrösserung einer Luft-Aussenkühlung; die Figur 4b zeigt eine Luft-Aussenkühlung bei einer Preform mit einem sich erweiternden Halsteil; die Figuren 5a, 5b und 5c zeigen nochmals sehr schematisch einen optimalen
Eindringort der Press- bzw. Dichtringe sowie der Aussenkühlung, wobei in den Figuren 5b und 5c zusätzlich eine Luftaussenkühlung der heiklen, nicht gestützten Bereiche stattfindet; die Figur 6a zeigt eine anders gestaltete dickwandige Preform mit entsprechender
Positionierung des Nippels bzw. des Dichtringes; die Figur 6b die Lösung gemäss Figur 6a, jedoch ist der Blähdruck abgelassen und der Dichtring entlastet; die Figur 6c die Entnahme einer Preform mittels des Nippels in der Funktion eines Haltenippels; die Figur 7 schematisch ein Beispiel für einen ersten Lösungsweg mit einem zusätzlichen Nachkühler; die Figur 8 schematisch ein Beispiel für einen zweiten Lösungsweg, bei dem der
Entnahmeroboter als Nachkühler ausgebildet ist; die Figur 9 zeigt ein Wärmeprofil, aufgenommen an einer Preform, welche ohne
Kalibration erstellt wurde; die Figur 10a zeigt ein Testbeispiel mit einer Preform-Kalibration; die Figur 10b zeigt eine fehlerhafte Preform, bei der der Übergangsbereich, welcher in der Kühlhülse nicht abgestützt war, ohne eine erfindungs- gemässe Verfestigung.
Wege und Ausführungen der Erfindung
In der Folge wird auf die Figuren 1a und 1 b Bezug genommen, welche eine erfindungsgemässe Lösung mit einer Kühlhülse 1 mit Wasserkühlung sowie Luftkühlung der Aussenhaut zeigen. Dargestellt sind zwei Kühlhülsen 1 einer Reihe [1], welche an einer gemeinsamen Sockelplatte 2 über Schrauben 3 befestigt sind. Die Kühlhülse 1 besteht aus einem äusseren Kühlmantel 4, der sich über die ganze Länge von der Sockelplatte 2 bis zum Neckring 5 der Preform 6 erstreckt. Dabei überragen der Neckring 5 sowie das Gewindeteil 7 die Kühlhülse 1. Die Kühlhülse 1 besteht im wesentlichen aus dem äusseren Kühlmantel 4 sowie einem inneren Kühlrohr 8, welches nach innen ein nach vorne zylindrisches Rohrstück 9 und nach hinten eine halbkugelförmige Kalotte 10 aufweist. An der Kalotte 10 ist in der Mitte eine Bohrung 11 angebracht. Das Kühlrohr 8 ist am hinteren Ende über einen Sockel 12 mittels der Schraube 3 an der Sockelplatte 2 befestigt. Das Kühlrohr 9 weist aussen abstehende Führungsrippen 13 auf, welche mit wenig Spiel bis zur Innenseite des Kühlmantels 4 reichen. Die Führungsrippen 13 sind auf an sich bekannte Weise spiralförmig angeordnet, damit eine optimale Zirkulation des Kühlwassers 14 (punktiert) sichergestellt ist. Das frische Kühlwasser wird über eine Zuführbohrung 15 zugeführt, am vorderen Ende des Rohrstückes umgelenkt und über eine Rücklaufbohrung 16 zur Kühlwasseraufbereitung zurückgeleitet. Zur Vermeidung von Wasseraustritten sind sowohl im Bereich der Zuführ- wie auch der Rücklaufbohrung 15 bzw. 16 sowie zwischen dem Sockel 12 und dem vorderen Ende des Rohrstückes 9 je Dichtringe 17 bzw. 18 angeordnet. Mit Ausnahme eines kleines Abstandes A zwischen dem Neckring 5 der Stirnseite 19 des Kühlmantels 4 liegt der Blasteil der Preform 6 vollständig innerhalb des Kühlmantels 4. Bei der in der Figur 1a dargestellten Preform 6 handelt es sich um eine Preform mit einem über dem Bereich 21 konisch verjüngten Halsstück 22. Über dem Bereich 23 ist die Preform im wesentlichen zylindrisch, und der Bereich 24 ist kalottenartig ausgebildet. In Bezug auf die neue Erfindung ist die Stelle 20, der Übergang von dem zylindrischen Bereich 23 zum konischen Bereich 21 , besonders wichtig, da hier in der Preform 6 direkt nach der Entnahme aus den offenen Spritzformen eine Zone mit höchster Temperatur besteht. Wie aus der Figur 1a und besonders der Ausschnittvergrösserung gemäss Figur 1b hervorgeht, ist das konisch verjüngte Halsstück 22 nach aussen nicht abgestützt. Dies hat mehrere Konsequenzen:
Erstens ist das betreffende Halsstück 22 schlecht gekühlt im Verhältnis zum zylindrischen Bereich.
Zweitens entstehen in dem Übergangsbereich 21 , 23 sofort nach der Übergabe der Preformen an die Kühlhülsen Wärmespannungen.
Drittens erfolgen aus den Wärmespannugnen Deformationen im ganzen
Bereich des Halsstückes 22.
Die neue Erfindung schlägt deshalb vor, gemäss dem Beispiel der Figuren 1a / 1b das Halsstück 22 gezielt mit Druckluft zu kühlen. Über eine Pressluftleitung 30 werden die Preformen 6, welche in einer Reihe angeordnet sind [1], an eine nicht dargestellte Pressluftquelle angeschlossen. Jede Kühlhülse 1 wird über ein kurzes Verbindungsstück 31 sowie eine Druckluftzuführbohrung 32 mit Druckluft von beispielsweise 6 bar versorgt. Im Inneren der Kühlhülse, an der offenen Endseite, ist ein Lenkring 33 eingefügt. Der Lenkring 33 hat eine Doppelfunktion:
Erstens wird die Kühlluft präzise an die Stellen bzw. Zonen geführt, welche primär gekühlt werden müssen. Es ist zu allererst die Stelle 20 und in der Folge der konische Bereich 21 , 22.
Zweitens soll ein möglichst maximaler Teil der Energie der Expansionskälte genutzt werden. Zu diesem Zweck wird die Druckluft in eine ringförmige Vorkammer 34 gespiesen. Aus der Vorkammer 34 wird die Druckluft über einen sehr engen Ringspalt 35 von höchstens einigen Zehntel-Millimetern Dicke in Richtung Preform-Aussenhaut getrieben. Von der Stelle 20 ergibt sich neben der Luftgeschwindigkeitserhöhung eine enorme Expansionskälte, die nun doppelt kühlwirksam ist
■> a) durch die sehr hohe Luftgeschwindigkeit, -^ b) durch die Expansionskälte.
Von der Geometrie des konischen Preformhalses entsteht ein idealer oder zumindest angenähert idealer Laval-Öffnungswinkel (Alpha). Es ergibt sich daraus ein sich konisch in Strömungsrichtung erweiterter Kühlkanal 36, sodass auch der schwächste Teil des Halsstückes 22 optimal gekühlt wird. Versuche haben gezeigt, dass die erfindungsgemässe Lösung in den ersten 1 bis 2 Sekunden eine reine Oberflächenkühlung der betreffenden Stelle ergibt. Dies ist insofern sehr vorteilhaft, als sich damit die Preformoberfläche rasch verfestigt. Mit dem Nachfluss der in der Preformwandung noch gespeicherten Wärme kann diese im Verlaufe von einigen Sekunden teilweise weggeführt werden. Bereits nach 1 bis 2 Sekunden hat der Preformhals 22 eine genügende Formfestigkeit, sodass während einer anschliessenden Kalibration diese Stelle nicht mehr geschädigt wird.
Der Lenkring 33 ist mit einem Segering 37 in dem Kühlmantel 4 fixiert. Durch eine geeignete Oberflächenbearbeitung der zum Ringspalt 35 gerichteten Stirnseite 38 kann ein präzises Spaltmass sichergestellt werden. Der Lenkring 33 wird nach aussen mit einen 0-Ring 39 abgedichtet. Die Pressluftzuführleitung 30 kann eine handelsübliche Kunststoffrohr-Verbindung sein. Zur Steuerung der Luftzufuhr können die Leitungen der selben Reihe [1] oder [2] oder [3] oder [4] über ein Ventil zugeschaltet werden. Es ist aber auch möglich, bei grossen Formen mit 100 bis 200 Formnestern jeweils alle im selben Takt behandelten Kühlhülsenreihen an ein gemeinsames Ventil anzuschliessen.
Aus der Figur 2a kommt der direkte Zusammenhang zwischen der Funktion der Nippel 40 als Kalibriernippel sowie dem konischen Abschnitt 21 einer Preform 6 zum Ausdruck. Das entsprechende konische Aussenteil der Preform 6 wird unmittelbar nach der Entnahme aus den offenen Spritzformhälften vorab speziell gekühlt und die stützlose äussere Wandschicht innerhalb der Kühlhülse 1 verfestigt. Dies gibt der ganzen Preform 6 am verjüngenden Übergang 21 eine genügende Formstabilität. Nach aussen ist der Lenkring 33 innerhalb des Kopfteiles der Kühlhülse 1 gehalten. Bei der Montage wird der Lenkring 33 im Inneren der Kühlhülse 1 von rechts nach links eingeschoben. Die Kühlluft ist mit den Pfeilen KL bezeichnet. Bevor der Pressbzw. Dichtring 41 des Nippels 40 mit der Innenwand der Preform 6 in Berührung kommt, ist die Kühlluft bereits in Aktion. Die Kalibration setzt erst zeitverzögert ein, nachdem die Entnahmevorrichtung mit den Kühlhülsen 1 bereits aus den offenen Formen ausgefahren ist (Figur 6a).
Die Figur 2b zeigt das Einführteil des Nippels 40 gemäss der Figur 2a in grosserem Massstab. Ein ganz bevorzugtes Merkmal ist die schwimmende Lagerung des Pressbzw. Dichtringes 41. Der Pressring 41 ist auf beiden Endseiten mittels loser Stützringe 47 gehalten. Die beiden losen Stützringe 47 weisen einen inneren Durchmesser "D" auf, der um ein geringes Spiel grösser ist als der Aussendurchmesser "d" des Stützrohres 43. Auch in Längsrichtung besteht Spiel "Spa" zwischen dem Stützring 47 und dem Verbindungsstück 44. Damit bekommt der Press- bzw. Dichtring 41 im inaktiven Zustand eine Bewegungsfreiheit im Sinne eines leichten Taumeins oder Schwimmens. Es ergibt sich automatisch eine optimale ringförmige Dichtstelle, zum Beispiel 45, 45' oder 45" an dem Press- bzw. Dichtring 41.
Die Figuren 3a und 3b zeigen eine Aussenkühlung der Preformen 6x ohne Kalibration in dem nicht unkritischen Übergang 20 zwischen dem Gewindeteil 7 und dem Blasteil 23 der Preform 6. Viele Preformen 6x weisen in diesem Abschnitt eine äussere konische Verjüngung 22 auf. Über einen Luftanschluss 32 kann Druckluft eingeblasen und über einen Kühlkanal 36 wieder ins Freie abgelassen werden. Diese zusätzliche Kühlung hat den grossen Vorteil, dass sie vom ersten Moment der Übergabe der Preformen 6x an die Kühlhülsen 1 und zusätzlich über die ganze Kalibrierzeit wirksam eingesetzt werden kann. Der auffallendste bauliche Unterschied ZU einer "normalen" Kühlhülse liegt darin, dass im offenen Mündungsbereich ein Luftführungsring 33 angeordnet wird. Auf der Innenseite des Luftführungsringes 33 ist von der Stelle des Luftanschlusses 32 bis zur Abblasstelle 48 an die Umgebung rund um das betreffende Preformteil ein ringförmiger Kühlkanal angeordnet. Damit bestreicht die Kühlluft gezielt die ganze entsprechende konische Aussenseite der Preformen bis zur Stirnseite des Neckrings 5.
Die Figuren 4a und 4b zeigen eine Preform 6xx mit einem konisch erweiterten Halsstück 50. Bei diesem Preformtyp gehört das erweiterte Halsstück zum Blasteil und liegt während der Kalibration an der Innenwand der Kühlhülse 1 an. Die Kühlhülseninnenwand gibt der Preform 6xx die definitive äussere Form. Das ganze Blasteil der Preform 6xx liegt bis zum Neckring 5 an. Die optimale Dichtstelle des Press- bzw. Dichtringes 41 liegt in dem Bereich des zylindrischen Abschnittes im Bereich des Neckringes 5 (Figur 5b). Damit ist aber der Neckringteil beim Aufbauchen des Press- bzw. Dichtringes 41 in Bezug auf Deformationen gefährdet, da dieser Teil von aussen nur teilweise gestützt ist. Hier kommt die zusätzliche Aussenluftkühlung (KL) zum Tragen. Mit der Luftkühlung des Gewindeteiles 7 sowie des Neckringes 5 bekommt die äussere Haut des Gewindes 7 eine höhere Festigkeit. Dies unabhängig davon, ob die Preform kalibriert wird oder nicht. Die Figur 4b zeigt noch einen weiteren interessanten Ausgestaltungsgedanken. Die Kühlhülse ist aus standardisierten Bauteilen zusammengesetzt und besteht aus einer inneren Kühlhülse 52, einer äusseren Kühlhülse 53 und einer Mantelhülse 54 sowie einem Kopfring 55, mit dem die Luftkanäle (Spalt Sp) gebildet werden. Je nach Gestalt der Preform 6, 6x, 6xx wird die innere Kühlhülse 52 konzipiert und ein entsprechender Kopfring 55 aufgesetzt. Mit 56 ist der unterste Gewindegang, mit 2 der Sockel 12 einer Betätigungsplatte und mit 18 die Dichtringe bezeichnet. Gemäss den Figuren 4a und 4b ist die Kühlhülse 6xx so konzipiert, dass nach dem Einschieben der Preformen in die Kühlhülsen am Bodenteil ein minimaler Spalt 57 von einigen Zehntel-Millimetern verbleibt. Dagegen soll hier der Neckring 5 bereits beim Einschieben vollständig auf der Stirnseite der Kühlhülse aufliegen. Der Spalt kann mit der Kalibration aufgehoben werden. Es kann, gemäss Figur 5a, in vielen Fällen bei einem rein zylindrischen Blasteil auf eine Aussenkühlung verzichtet werden. Bei dem Bestreben, die Maschinenzykluszeit noch mehr zu verkürzen, kann es jedoch auch bei Preformen 6 mit zylindrischem Blasteil von Vorteil sein, das Gewindeteil 7 frühzeitig zu verfestigen, damit jegliches Handling im Rahmen der Nachkühlung zu keinen Schäden am Gewinde führt.
Die Figur 5b zeigt eine Preform 6xx mit einem im Bereich des offenen Endes vergrösserten Durchmesser. Diese Preform ist im Bereich Neckring 5 sowie Gewinde in der Kühlhülse nicht mehr abgestützt. Hier ist es deshalb von grossem Vorteil, wenn die Aussenhaut des genannten Bereiches sofort nach der Übergabe von den Spritzgiessformen an einen Entnahmegreifer mit Kühlluft verfestigt wird.
Die Figur 5c zeigt eine Lösung, welche bei einer Verjüngung des entsprechenden Blasteiles 22 Verformungen, speziell Beulen in der betreffenden Partie, verhindern kann. Dies vor allem bei extrem kurzen Zykluszeiten von unter 10 Sekunden und bei dickeren Preformwandstärken. Bei den gängigen Preformen für Pet-Flaschen von 1 - 2 Litern Inhalt beträgt der mit Kühlluft behandelte Abschnitt in der Regel 3 bis 5 cm, wobei das Gewinde selber etwa 2 cm ausmacht.
Aus dem Gesagten ergibt sich, dass für alle Preformtypen 6, 6x, 6xx vom Augenblick der Entnahme aus den offenen Formhälften
jederzeit bestmögliche Kühlverhältnisse geschaffen werden; die Preform wird, abgesehen von einem kurzen Unterbruch, unmittelbar nach dem Überschieben aus den offenen Formhälften in die Kühlhülsen 1 bis zum
Einfahren der Nippel 41 während der Kalibrationsphase an die inneren
Kühloberflächen der Entnahmehülsen 1 angepresst; der kurze Unterbruch für ein hundertprozentiges Anliegen der Preform 6 wird durch die anschliessende Kalibration wieder wettgemacht; nach der Kalibration sind die Preformen 6, 6x, 6xx allseits bereits in einem formstabilen Zustand. Die Preformen 6, 6x, 6xx bleiben deshalb nach der Kalibration bis zum fertiggekühlten Zustand in ihrer äusseren geometrischen Form masshaltig.
Bei maximaler Auslegung der Wasserkühlkreisläufe
==> in den Spritzgiessformen,
==> im Bereich der Spritzgiesskavitäten und im Spritzgiessdorn sowie
==> in der Entnahmehülse
wird eine maximale Intensivwirkung erzeugt. Es ist dabei gemäss einem ersten Ausgestaltungsweg mit einem nachgeschalteten Nachkühler 89 (Figur 7) nicht das Ziel, innerhalb eines Spritzgiesszyklus die Preformen 6, 6x, 6xx fertig zu kühlen. Es wird jedoch angestrebt, die Preformen 6, 6x, 6xx bis zum Ende der drei bis vier Mal länger dauernden Nachkühlung in einen schürt-, lager- und transporfähigen Zustand zu bringen.
Daraus ergeben sich grosse Vorteile:
==> die Voraussetzung für eine extreme Verkürzung der Zykluszeit,
==> damit eine weitere Steigerung der Produktivität der
Spritzgiessmaschine,
==> eine maximale Masshaltigkeit der Preformen ==> sowie bestmögliche qualitative Eigenschaften der Preformen, beispielsweise auch in Bezug auf die Kristallinität und Schadenfreiheit.
Die Figuren 6a, 6b und 6c zeigen die Kalibration und die Entnahme der Preformen 6, 6x, 6xx aus den Entnahmehülsen 1 mittels der Nippel 40 in der Funktion als Haltenippel. Über dem Nippel 40 wird der Innenraum des Blasteiles auf Überdruck (+Zeichen) gesetzt (Figur 6a), oder die Preform 6 wird an den Nippel 40 angesaugt (- Zeichen) gemäss Figur 6c. An dem Stützrohr ist am hinteren Ende ein Zentrierring 61 angebracht, welcher genau zu dem offenen Ende der Preform 6 passt, zum exakten Halten der Preformen auf den Nippeln 40. Auf der Gegenseite der Preform 6 wird Saugluft auf das geschlossene Preformende gegeben (-Zeichen) gemäss Figur 6a. Für die Preformaufnahme geht die Preform 6 auf Anschlag 62 zu der Betätigungsplatte 86 und kann aus der Entnahmehülse vollständig entnommen und beispielsweise dem Nachkühler 89 übergeben werden (Figur 7) oder gemäss einem zweiten Lösungsweg (Figur 8) durch Umschalten auf Druckluft abgeworfen werden.
In der Figur 6a ist schematisch die Regelung der Druckluftzufuhr dargestellt. Über ein spannungsgeregeltes Steuerventil 64, 65 wird über die Spannung in Volt mittels Steuerung 66 die Druckluftzufuhr für die Kalibration eingestellt, wobei vorzugsweise vom Beginn der Kalibration ein kontinuierliches Anschwellen des Blähdruckes angestrebt wird. Damit kann der durch die Kühlwirkung der Kühlhülse 1 sich einstellenden Schrumpfung der Preform 6 entgegengewirkt und eine rasche Verfestigung der Aussenhaut erreicht werden. Die Preform 6 kann damit auf optimale Weise während der ganzen Dauer der Kalibration an die Innenwand der Kühlhülse angedrückt werden, ohne dass Blähungen im Bereich der stützlosen Bereiche oder Schäden durch das Handling der Preformen entstehen.
Die Figur 7 zeigt eine Situation gemäss einem ersten Ausgestaltungsweg mit einem Entnahmeroboter sowie einem von der Entnahme getrennten Nachkühler 89 vor dem Ausfahren der Entnahmevorrichtung 81 aus den offenen Formhälften 78 und 79 und den Beginn der Kalibration sowie der Intensivkühlung. Dabei ist eine Plattform 97 mit den Nippeln 40 bereits in einer Bereitschaftsstellung für die Übergabe der Preformen
6 an den Nachkühler 89 gemäss Pfeil. Die Plattform 97 ist über einen Arm 92 auf einer Verschiebevorrichtung und Linearführungsschienen auf einer Tragkonsole abgestützt und kann über einen Linearantrieb parallel zur MaschinenAchse bewegt werden. Der Linearantrieb ist rückseitig an einer Lasche der Abstützplatte 74 verankert. Mit der Aktivierung des Linearantriebes werden die Nippel 40 auf die Entnahmevorrichtung 81 zu- und wegbewegt (gemäss Pfeil). Der Betätigungsplatte 86 sind Verstellmittel 88 zugeordnet, welche als einzige Funktion das Zusammenquetschen und Entlasten der Press- bzw. Dichtringe 41 haben. Die Figur
7 zeigt schematisch eine Spritzgiessmaschine für Preformen mit folgenden Hauptelementen: ein Maschinenbett 71, auf dem eine Abstützplatte 74, eine feste Formaufspannplatte 72 und eine Spritzeinheit 73 gelagert sind. Eine bewegliche Formaufspannplatte 75 ist axial verschieblich auf dem Maschinenbett 71 abgestützt. Die beiden Platten 72 und 74 sind durch Holme 76 miteinander verbunden, welche durch die bewegliche Formaufspannplatte 75 hindurchgeführt sind. Zwischen der Abstützplatte 74 und der beweglichen Formaufspannplatte 75 befindet sich eine Antriebseinheit 77 zur Erzeugung des Schliessdruckes. Die feste Formaufspannplatte 72 und die bewegliche Formaufspannplatte 75 tragen je eine Formhälfte 78 bzw 79, zwischen denen eine Vielzahl von Kavitäten bildbar ist zur Erzeugung einer entsprechenden Vielzahl hülsenförmiger Spritzgiessteile. Die Spritzgiessteile 6 werden in den Kavitäten 100 zwischen Dornen 96 sowie Kavitäten hergestellt. Nach dem Öffnen der Formhälften 78 und 79 haften die hülsenförmigen Spritzgiessteile 6 an den Dornen 96. Die gleichen Spritzgiessteile 6 im fertig gekühlten Zustand sind in der Figur 7 links oben dargestellt, wo sie gerade aus einer Nachkühleinrichtung 89 auf ein Transportband 90 abgeworfen werden. Die oberen Holme 76 sind zum Zweck der besseren Darstellung der Einzelheiten zwischen den geöffneten Formhälften 78, 79 unterbrochen dargestellt. Gemäss der Lösung nach der Figur 7 sind die vier Verfahrensschritte für die Spritzgiessteile 6 nach Abschluss des Spritzgiessprozesses entsprechend einem ersten Lösungsweg folgende:
"A" ist die Entnahme der Spritzgiessteile oder Preformen 6 aus den beiden
Formhälften 78, 79. Die noch plastischen Teile werden dabei von einer im Raum zwischen den geöffneten Formhälften abgesenkten Entnahmevorrichtung 81 aufgenommen und mit dieser in die Position "B" angehoben.
"B" ist die Phase der Kalibration und der Intensivkühlung.
"B" / "C" ist die Übergabe der Preformen 6 von der Entnahmevorrichtung 81 an einen
Transfergreifer 82 sowie die Übergabe der Preformen 6 von dem Transfergreifer 82 an eine Nachkühleinrichtung 89, entsprechend dem ersten Lösungsweg.
"D" ist der Abwurf der abgekühlten und in einen formstabilen Zustand gebrachten
Preformen 6 aus der Nachkühleinrichtung 89.
Die Figur 7 zeigt sozusagen eine Momentaufnahme der Hauptschritte für das Handling gemäss dem ersten Lösungsweg. In der Position "B" werden die senkrecht übereinander liegend angeordneten Spritzgiessteile 6 durch Verschwenken der Transfervorrichtung in eine stehende Position gebracht. Der Transfergreifer 82 besteht aus einer um eine Achse 101 schwenkbaren Plattform 97, die eine Betätigungsplatte 86 trägt, welche im Parallelabstand zueinander angeordnet sind. Die Betätigungsplatte 86 ist parallel zur Plattform 97 über einen Antrieb bzw. über Verstellmittel 88 ausstellbar, so dass in der Position "B" die hülsenförmigen Spritzgiessteile 6 aus der Entnahmevorrichtung 81 geholt und in der in die Position "C" geschwenkten Lage in die darüberliegende Nachkühleinrichtung 89 geschoben werden können. Die jeweilige Übergabe erfolgt durch Veränderung des Abstandes "S" zwischen der Betätigungsplatte 86 und der Plattform 97. Die noch heissen Spritzgiessteile 6 werden in der Nachkühleinrichtung 89 fertiggekühlt und nach einer Verschiebung der Nachkühleinrichtung 89 in der Position "D" ausgestossen und auf ein Förderband 90 geworfen. Das Bezugszeichen 93 bezeichnet die Wasserkühlung mit entsprechenden Zu- bzw. Abführleitungen, welche zur Vereinfachung mit Pfeilen angedeutet sind und als bekannt vorausgesetzt werden. Die Bezugszeichen 94 / 95 bezeichnen die Luftseite, wobei 94 für das Einblasen resp. die Druckluftzufuhr und 95 für das Vakuum resp. Luftabsaugen steht (Figuren 6a und 6c).
Die Figur 7 zeigt eine Situation am Ende des Spritzvorganges mit geöffneten Formhälften 78 bzw. 79. Die Temperatur der Preformen 6 wurde im Werkzeug mit maximaler Kühlwirkung abgesenkt. Die Preformen 6 dürfen durchaus noch forminstabil sein, derart, dass sie bei sofortigem Abwurf nach der Formöffnung bei geringster äusserer Krafteinwirkung sich deformieren könnten. Am Ende des Spritzvorganges ist die Entnahmevorrichtung bereits in Startposition und kann nach der Formöffnung ohne Zeitverzug zwischen die offenen Formhälften 78, 79 abgesenkt werden. Bei der in der Figur 7 gezeigten Lösung wird eine unabhängige Nachkühleinrichtung 89 eingesetzt, in der die noch heissen Preformen 6 während 3 bis 4 Spritzgiesszyklen fertig gekühlt werden. Ein Transfergreifer 82 übergibt in der Phase "B" / "C" die Preformen 6 an die Nachkühleinrichtung 89. Die Nachkühlung der Preformen 6 findet in wassergekühlten Hülsen statt. In der Figur 7 ist die Horizontalebene mit EH und die Vertikalebene mit EV bezeichnet. Die Horizontalebene EH wird durch die beiden Koordinaten X und Y und die Vertikalebene durch die Koordinaten Y und Z definiert. Die Z-Koordinate ist vertikal, und die X-Koordinate ist quer dazu ausgerichtet. Der Transfergreifer 82 führt eine Verschwenkbewegung sowie eine Linearbewegung in der X-Koordinate aus. Der Transfergreifer 82 kann zusätzlich mit einer gesteuerten Bewegung in der Y- Koordinate ausgebildet werden. Weil der Transfergreifer 82 bereits eine gesteuerte Bewegung in der X-Koordinate hat, kann die Exaktpositionierung der auf den Nippeln 40 des Transfergreifers 82 befindlichen Preformen 6 in X-Richtung durch eine entsprechend gesteuerte / geregelte Bewegung durchgeführt werden. Für die Übergabe der Preformen 6 an den Nachkühler 89 wird in diesem Fall der Nachkühler 89 in X-Richtung auf eine fixierte Position gefahren, der Transfergreifer 82 in der Y- Richtung gesteuert / geregelt und in die jeweils gewünschte Position gebracht. Bei der bevorzugten Ausgestaltung sind die Bewegungsmittel für den Nachkühler 89 für die zwei Koordinaten X und Y zur exakten Positionierung für die Übergabe der Preformen 6 Steuer- / regelbar. Dabei wird der Transfergreifer 82 jeweils in eine fixe Übergabeposition gesetzt.
Es wird zu diesen Ausführungen auf die WO 2004 / 041510, ferner auf die PCT 2007 / 000319 vollinhaltlich Bezug genommen.
In der dargestellten Position der Figur 8 sind gemäss einem zweiten Ausgestaltungsgedanken die beiden Formhälften 78 und 79 in geöffnetem Zustand, sodass der ganze Nachkühler in den freien Zwischenraum zwischen den Formhälften einfahren kann. Der Nachkühler 60 hat insgesamt zwei Bewegungsachsen, eine Horizontalbewegungsachse in der Y-Koordinate sowie eine Vertikalbewegungsachse in der Z-Koordinate, welche von einer Maschinensteuerung 66 koordiniert werden können. Der Vertikalantrieb 67 weist ebenfalls einen AC-Servomotor mit horizontaler Achse auf. Die Nachkühleinrichtung gemäss Figur 8 weist mehrere parallel und versetzt angeordnete Reihen [1], [2], [3], [4] auf. Beim gezeigten Beispiel sind in einer senkrechten Reihe jeweils 12 Kühlhülsen 1 dargestellt. Die Kühlhülsen 1 können in Bezug auf die Verhältnisse in den Spritzgiess-Formteilen sehr viel enger angeordnet werden. Es werden deshalb nicht nur mehrere parallele Reihen, sondern es wird zusätzlich eine Versetzung der Reihen vorgeschlagen. Dies bedeutet, dass für einen ersten Spritzgiesszyklus die Kühlrohre mit Nummern [1], für einen zweiten Spritzgiesszyklus die Kühlrohre mit Nummern [2], usw. bezeichnet werden. Sind im Beispiel mit vier Parallelreihen alle Reihen mit Nr. [4] gefüllt, werden die Reihen mit Nr. [1], wie beschrieben, vorbereitet. Der Rest verläuft über die ganze Produktionszeit sinngemäss. Im gezeigten Beispiel entspricht die gesamte Nachkühlzeit viermal der Spritzgiesszeit. Die Luftdruck- bzw. Unterdruckverhältnisse in der Nachkühleinrichtung 60 müssen reihenweise steuerbar sein, damit zu einem bestimmten Zeitpunkt alle Reihen [1] bzw. [2], usw. gleichzeitig aktiviert werden können. Neben der Genauigkeit der Wegregelung des Nachkühlers 60 sowie der Plattform 97 ist es wichtig, dass die Beschleunigungs- und Verzögerungsfunktionen optimal gesteuert werden. Die Visualisierung findet in einem Kommandogerät der Maschinensteuerung resp. des Maschinenrechners statt. Die Bewegungsabläufe können in jeder Hinsicht optimiert werden. Dies betrifft beispielsweise Start und Stopp, vor allem aber auch Beschleunigungen und Verzögerungen im Hinblick auf Geschwindigkeit und Weg.
Das Bewegungsmittel für die Vertikalbewegung ist ein Vertikalantrieb 67. Der Vertikalantrieb 67 ist gleitfähig auf einer Grundplatte 68 eines Horizontalantriebes 69 angeordnet. Der Horizontalantrieb 69 weist einen AC-Servomotor mit vertikaler Achse auf. Die Grundplatte 68 ist über vier Gleitkörper auf zwei parallelen Gleitschienen hin- und herbewegbar gelagert. Die Grundplatte 68 weist auf der rechten Bildseite ein senkrecht nach oben gerichtetes Grundplattenteil auf, an welchem der Vertikalantrieb 67 verankert ist.
Ein entscheidender Vorteil der Lösung gemäss Figur 8 liegt in der sehr kompakten Bauweise. Der Nachkühler ist gleichzeitig Entnahmeroboter.
• Der Nachkühler 60 weist durch die versetzten Reihen eine starke Verdichtung der Kühlpositionen in Bezug auf die Formnester in der Spritzform auf.
• Der Nachkühler 60 kann durch seine roboterartige Bewegung in den zwei Richtungen Y und Z sowohl in Bezug auf die Formnester innerhalb der offenen Formhälften 78, 79 wie auch in Bezug auf die Lage der Nippel 40 in die richtige Position fahren. • Wenn der Nachkühler 60 das Vierfache der Anzahl Preformen 6 pro Spritzzyklus hat, kann mit der Betätigungsplatte 86 mit den Nippeln 40 die Funktion Kalibrieren und / oder Umstecken und / oder Entnahme der Preformen 6 und Abwerfen übernommen werden.
Die Plattform 97 weist primär eine horizontale Bewegung auf, dies für die Kalibration sowie gegebenenfalls für das Umstecken sowie die Entnahme der Preformen 6 aus dem Nachkühler 60. Durch eine zusätzliche Drehkippbewegung um eine Drehkippachse 102 können die Preformen 6 auf ein Förderband 90 abgeworfen werden.
Bezüglich Bewegung sowie versetzte Reihen wird vollinhaltlich auf die EP 1 412 159 Bezug genommen.
Die Figur 9 zeigt ein Wärmeprofil, aufgenommen an einer Preform 6x, welche ohne Kalibration erstellt wurde. Zu beachten ist die grosse Temperaturdifferenz von 62,8° C bis 45,7° C. Dies ergibt eine radiale Temperaturdifferenz am Ende des Schaftes der Preform 6 von 17,1 ° C. Dies führt im ersten Abkühlungsprozess zu einer Ovalisierung der äusseren Form. Diese unerwünschte Ovalisierung kann nur durch eine längere Kühlzeit im Form-Werkzeug verringert oder verhindert werden. Bei dem gezeigten Beispiel wurde bei einer Zykluszeit von 13,5 Sek. das dargestellte Wärmeprofil gemessen. Die Qualität betrug ca. 0,2 mm, was gerade noch innerhalb der Toleranzgrenze liegt.
Die Figur 10a zeigt ein Testbeispiel mit der Kalibration der Preform 6x mit Kühlluft. Die Temperaturverteilung liegt in einem sehr viel kleineren Bereich von nur noch 3,9° C. Dabei wurde die Zykluszeit von 13,5 Sek. auf 11 ,5 Sek. gesenkt. Die Ovalität betrug anstatt 0,2 mm nur noch 0,05 mm. Daraus ergibt sich, dass erfindungsgemäss bei einer kürzeren Zykluszeit präzisere Preformen 6 hergestellt werden können. Die Figur 10b zeigt eine Preform 6x, bei der die erfindungsgemässe Aussenkühlung nicht angewendet wurde. Der Kalibrationsdruck war zu hoch, so dass sie sich im stützlosen konischen Bereich ausgebeult hat.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung für das Nachkühlen von Preformen (6), wobei die noch forminstabilen Preformen (6) den offenen Formhälften (78, 79) bzw. Vielfachformen einer Spritzgiessmaschine entnommen und mittels wassergekühlter Entnahme- bzw. Kühlhülsen (1), in welche eine Luftblaseinrichtung integriert ist, wenigstens teilweise nachkühlbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass an den Kühlhülsen (1) Druckluftanschlüsse (32) angeordnet sind, über welche die Aussenhaut, zumindest eines in der Kühlhülse (1) stützlosen Bereiches (21, 25) der Preformen (6), unter Mitausnützung der Expansionskälte komprimierter Druckluft kühlbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ihr eine Druckluftquelle zugeordnet ist mit einem Druck von wenigstens 2 bar, vorzugsweise 4 bis 8 bar.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr der Druckluft zur Preformaussenseite vorzugsweise über eine Vorkammer (34) und einen Ringspalt bzw. Ringkanal (35), der als ringförmiger enger Spalt ausgebildet ist, erfolgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der enge Spalt bzw. Ringspalt (35) eine Dicke von höchstens einigen Zehntel- Millimetern aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung ein sich erweiternder Kühlkanal (36) von der Übergangsstelle des ringförmigen Spaltes (35) zur Aussenhaut der Preform (6) gebildet ist, wobei der Kühlkanal (36) im Übergangsbereich von dem gestützten zum ungestützten Bereich beginnt und gegen die äussere, offene Endseite der Preformen (6) gerichtet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuerung (66) aufweist, mittels der die Luftblaseinrichtung spätestens vom Moment der Preformübergabe an die Entnahme- bzw. Kühlhülsen (1) und während einer anschliessenden Kalibration aktivierbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wassergekühlten Entnahmehülsen (1) in dem Übergangsbereich zwischen dem Gewindeteil (7) und dem Blasteil Kühlkanäle (36) für eine entsprechende Aussenkühlung der Preformen (6) aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der geometrischen Ausgestaltung der Preformen (6) die Kühlkanäle (36) in dem Bereich zwischen Gewindeteil (7) und Neckring (5) und / oder in dem Übergangsbereich zwischen Neckring (5) und zylindrischem Blasteil (23) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wassergekühlten Entnahmehülsen (1) aus standardisierten Teilen ausgebildet sind, derart, dass fallweise Führungsringe (33, 55) für die Kühlkanäle (36) für eine Kühlung des Übergangsbereiches zwischen dem Gewindeteil (7) und dem Neckring (5) und / oder des Übergangsbereiches zwischen Neckring (5) und Blasteil (23) einsetzbar sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine gemeinsame Betätigungsplatte (86) mit einer Vielzahl von Nippeln (40) mit je einem Einführteil in die Preformen (6) und die Einführteile der Nippel (40) radial aufbauchbare und schwimmend gelagerte Press- bzw. Dichtringe (41) aufweisen, welche in die Preformen (6) einführbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressringe (41) als radial aufbauchbare, insbesondere schwimmend gelagerte Dichtringe ausgebildet sind, über welche für den Aufbau eines Blähdruckes im Innenraum des Blasteiles (23) der Preformen (6) eine mechanisch erzeugbare und einstellbare Abdichtkraft in Richtung der Innenwand der Preformen (6) erzeugbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Preformen (6) in noch heissem, forminstabilem Zustand von der Spritzform zur Nachkühlung wassergekühlten Entnahmehülsen (1) übergebbar und während eines Spritzzyklus mittels der in die Preformen (6) einführbaren Nippel (40) mit Druckluft auf exakte Aussenabmessungen kalibrierbar sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nippel (40) an einer gemeinsamen Betätigungsplatte (86) angeordnet sind, welcher gesteuerte Antriebsmittel zugeordnet sind zur Einführung und Positionierung der Press- bzw. Dichtringe (41) in eine optimale Eindringtiefe bzw. an einer optimalen Stelle (45, 45', 45") für die Dichtringe in den Preformen (6) bzw. in den Entnahmekühlhülsen (1).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlhülsen (1) Teil eines Nachkühlers (60) sind, der als Entnahmevorrichtung ausgebildet ist und wenigstens eine 3-fache, vorzugsweise eine 4-fache Anzahl Kühlhülsen (1) entsprechend der Anzahl Spritzpositionen im Spritzwerkzeug aufweist, wobei die Preformen (1) im Nachkühler (60) vollständig bis zu einer Lagertemperatur abkühlen.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsplatte (86) steuerbar ausgebildet ist, und dass mit den Nippeln (40) die Preformen (6) d) kalibrierbar und / oder e) umsteckbar und / oder f) nach beendigter Kühlung den Kühlhülsen (1) entnehmbar sind zum Abwurf auf ein Transportband (90).
16. Verfahren für das Nachkühlen von Preformen (6) mit einem Gewindeteil (7), einem Blasteil sowie einem Neckring (5), welche nach der Entnahme aus Vielfachformen in noch heissem, forminstabilem Zustand in wassergekühlten und mit Luftblaseinrichtungen ausgerüsteten Kühlhülsen (1) wenigstens teilweise nachgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der äusseren offenen stützlosen Endseite (21, 25) der Preformen (6) mittels Druckluft unter Ausnutzung der Expansionskälte der komprimierten Druckluft gekühlt und verfestigt wird, wozu Druckluft von wenigstens 1 bis 2 bar verwendet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass den wassergekühlten Kühlhülsen (1) ein Anschluss für Druckluft zugeordnet ist, welcher in einen ringförmigen Spalt (35) mündet.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Spalt (35) eine Dicke von höchstens einigen Zehntel-Millimetern aufweist.
19. Verfahren nach Anspruch 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Spalt (35) gegen die Aussenhaut und gegen die offene Endseite der Preform (6) ausgerichtet ist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass Druckluft von wenigstens 2 bar, vorzugsweise von 4 bis 8 bar, verwendet wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühllufteinsatz gesteuert wird, derart, dass die maximale Kühlwirkung sofort nach der Preformübergabe an die Kühlhülsen (1) erfolgt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach der Übergabe der Preformen (6) an die Kühlhülsen (1) im Bereich zwischen Gewindeteil (7) und zylindrischem Blasteil eine Aussenkühlung der Preformen (6) mittels Luft vorgenommen wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von Preformen (6) mit einem sich erweiternden Hals (50) der Übergangsbereich zwischen Gewindeteil (7) und Neckring (5) von aussen luftgekühlt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von Preformen (6) mit einem aussen sich verjüngenden Halsteil (22) dieser Bereich der Preformen (6) von aussen luftgekühlt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Entnahme der Preformen (6) aus den offenen Formhälften (78, 79) a) an Nippeln (40) angebrachte Press- bzw. Dichtringe (41) positionsgesteuert in jede der Preformen (6) in dem Bereich zwischen Gewindeteil (7) und Blasteil eingeführt werden, wobei b) die Press- bzw. Dichtringe (41) bis zum Kontakt an die Innenwand der Preformen (6) aufgebaucht und c) durch Erzeugen einer radial in Richtung der Innenwand gerichteten Kraft der Innenraum des Blasteiles nach aussen abgedichtet wird und die Preformen (6) während eines Spritzzyklus kalibriert werden.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft für die Kalibration vom Beginn der Kalibration stufenlos anschwillt, bis der maximale Blähdruck zum Schrumpfausgleich erreicht wird, wobei das Anschwellen des Luftdruckes vorzugsweise durch Erhöhung der Steuerspannung eines Steuerventils (64, 65) in der Druckluftzufuhr erreicht wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Preformen (6) unmittelbar nach dem Einschieben in die Kühlhülsen (1) von aussen in dem Übergangsbereich zwischen dem Gewindeteil (7) und dem Neckring (5) und / oder bis in den Übergangsbereich zwischen dem Neckring (5) und dem Blasteil von aussen luftgekühlt werden und in Kombination nach dem Ausfahren der Kühlhülsen (1) aus den offenen Formhälften (78, 79) mittels an Nippeln (40) angebrachter Press- bzw. Dichtringe (41) innerhalb eines Spritzzyklus kalibriert werden, wobei die Press- bzw. Dichtringe (41) positionsgesteuert bis in den Übergangsbereich zwischen dem Gewindeteil (7) und dem Neckring (5) oder bis in den Übergangsbereich zwischen dem Neckring (5) und dem Blasteil in die Preformen (6) eingeführt werden.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Preformen (6) aus den offenen Formhälften (78, 79) unmittelbar einem Nachkühler (89) übergeben werden, welcher eine Anzahl Kühlhülsen (1) aufweist, die dem 4-fachen der Anzahl Preformen (6) entspricht, welche in einem Spritzzyklus hergestellt werden.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlhülsen (1) im Nachkühler (89) in versetzten Reihen angeordnet sind, wobei die Preformen (6) im Takt des Spritzzylus kalibriert und b) während 3 bis 4 Zyklen wenigstens einmal mittels der Nippel (40) in um das Schrumpfmass verkleinerte Kühlhülsen (1) umgesteckt, c) während insgesamt 4 Zyklen nachgekühlt und d) nach vollständiger Kühlung mittels der Nippel (40) den Kühlhülsen (1) entnommen und auf ein Transportband (90) abgeworfen werden.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Nippel (40) an wenigstens einer gemeinsamen Betätigungsplatte (86) angeordnet sind, welche roboterartig das Handling der Preformen (6) während der Nachkühlung für das Kalibrieren, das Umstecken sowie die Entnahme der Preformen (6) nach vollständiger Kühlung und den Abwurf auf ein Transportband (90) sicherstellt.
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