DE102006027254A1

DE102006027254A1 - Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff durch Extrusionsblasformen

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Publication number: DE102006027254A1
Application number: DE102006027254A
Authority: DE
Inventors: Matthias Borchert; Dirk Eulitz; Gerd Wolter; Timo Krämer; Harald Lorenz; Joachim Eckhardt; Thomas Froitzheim
Original assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Current assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2026-06-10
Also published as: CA2654167C; JP2009539642A; DE102006027254B4; JP5026515B2; CA2806720A1; DE202007008132U1; US20090102102A1; US7906062B2; MX2008015786A; KR20090010111A; US20110129560A1; BRPI0712151B1; WO2007140880A1; CA2806720C; CN101466524B; EP2026947A1; KR101148525B1; CN101466524A; CA2654167A1; EP2026947B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff durch Extrusionsblasformen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine kontinuierliche Extrusion von wenigstens zwei bahnförmigen Vorformlingen aus plastifiziertem Kunststoff mittels mehrerer Extrusionseinrichtungen. Die Vorformlinge werden im noch plastischen Zustand, d.h. in der ersten Hitze, innerhalb eines mehrteiligen, ein Formnest bildenden Werkzeugs gemeinsam zu einem Hohlkörper umgeformt. Dabei wird wenigstens einem Vorformling während der Extrusion unabhängig von dem jeweils anderen Vorformling durch kontinuierliche Düsenspaltverstellung während der Extrusion ein Wanddickenprofil aufgegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff durch Extrusionsblasformen.
Es ist grundsätzlich bekannt, Hohlkörper wie beispielsweise Kraftstoffbehälter, Fässer oder Heizöltanks aus Kunststoff durch Extrusionsblasformen herzustellen.
Dabei wird im Allgemeinen granulierter thermoplastischer Kunststoff in einem oder mehreren Extrudern plastifiziert und einem Extrusionskopf zugeführt. Aus dem Extrusionskopf wird das plastifzierte Material in Form eines schlauchförmigen Vorformlings ausgestoßen, der entweder am Extrusionskopf abgenommen wird und mittels Manipulator in ein geöffnetes Formwerkzeug eingelegt wird oder direkt am Extrusionskopf hängend in das Formwerkzeug extrudiert wird. Das Formwerkzeug besteht im Allgemeinen aus zwei Formhälften, die ein Formnest bilden, welches die Außenkontur des fertigen blasgeformten Artikels definiert. Innerhalb des Formnestes wird der Vorformling mittels Gasdruck und/oder mittels Unterdruck aufgeweitet. Der fertige Artikel hat eine Außenkontur, die der durch das Formnest des Werkzeugs vorgegebenen Kontur entspricht.
Ebenso ist es bekannt, einen schlauchförmigen Vorformling nach Extrusion auf die vorgesehene Endlänge in eine oder mehrere Materialbahnen aufzuteilen und diese Materialbahnen mittels eines Greifers zwischen die geöffneten Hälften eines Werkzeugs zu transportieren.
Schließlich ist es auch bekannt, bahnförmige oder bänderförmige Vorformlinge aus Extrudern mit Breitschlitzdüsen auszustoßen und diese in irgendeiner Weise in der ersten oder zweiten Hitze in die endgültige Gestalt des fertigen Erzeugnisses umzuformen.
Bei Artikeln mit verhältnismäßig komplizierter Außenkontur wird in der Regel ein schlauchförmiger Vorformling extrudiert. Das am Extrusionskopf hängend extrudierte Material erfährt dabei eine gewisse Dehnung aufgrund seines längenbezogenen Gewichtes. Wenn keine Maßnahmen zum Ausgleich dieser Dehnung getroffen werden, resultiert hieraus eine unterschiedliche Wanddickenverteilung am fertigen Erzeugnis in Extrusionsrichtung. Dem kann man bei verhältnismäßig niedrig viskosem Schmelzen durch diskontinuierliche Extrusion entgegenwirken.
Es ist leicht vorstellbar, dass Artikel mit verhältnismäßig komplexer Außengestalt innerhalb der Blasform an verschiedenen Stellen unterschiedliche Dehnung beim Aufweiten erfahren, sodass alleine hieraus eine unterschiedliche Wanddickenverteilung resultiert. Bei der Herstellung bestimmter Erzeugnisse sind unterschiedliche Wanddicken am fertigen Erzeugnis wünschenswert, andere Erzeugnisse hingegen benötigen unterschiedliche Wanddickenprofile, aus Stabilitätsgründen beim fertigen Erzeugnis. Schließlich ist bekannt, die Wanddicke des extrudierten Vorformlings so zu variieren, dass unterschiedliche Dehnungen beim Aufweiten des Vorformlings kompensiert werden. Kritische Artikel sind insoweit klarsichtige Detergenzienbehälter, Kanister mit eingeformten Griffen etc.
Hierzu ist es bekannt, schlauchförmigen Vorformlingen ein Wanddickenprofil aufzugeben, und zwar sowohl axial als auch radial. Dies wird beispielsweise durch Verstellung des Ringspalts am Extrusionskopf bewerkstelligt. Bei sehr großen Erzeugnissen wird die Wanddickensteuerung auch dazu benutzt, die Längendehnung des Schlauchs bei der Extrusion zu kompensieren.
Auch bei größeren Erzeugnissen, wie beispielsweise bei Kraftstoffbehältern aus Kunststoff, ist es wünschenswert, den Vorformling eine über Länge und/oder Umfang desselben variierende Wanddicke aufzugeben, sodass unterschiedliche Dehnungen im Werkzeug kompensiert werden können oder eine unterschiedliche Wanddickenverteilung am fertigen Erzeugnis erzielt werden kann. Es ist beispielsweise denkbar, dass bei einem Kraftstoffbehälter eine unterschiedliche Wanddickenverteilung aus Stabilitätsgründen vorzusehen ist, um etwaige aufprallbedingte Verformungen besser aufnehmen zu können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines extrusionsblasgeformten Behälters aus thermoplastischem Kunststoff bereitzustellen, mit welchem weitestgehende Freiheit bei der Variation der Wandstärke des Behälters in jede Richtung besteht.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff durch Extrusionsblasformen, bei welchem eine Extrusion von wenigstens zwei bahnförmigen Vorformlingen aus plastifiziertem Kunststoff mittels mehrerer Extrusionseinrichtungen erfolgt, wobei die Vorformlinge in der ersten Hitze, d. h. in noch plastischem Zustand, innerhalb eines mehrteiligen, ein Formnest bildenden Werkzeugs gemeinsam zu einem Hohlkörper umgeformt werden und wobei wenigstens einem Vorformling während der Extrusion unabhängig von dem jeweils anderen Vorformling durch kontinuierliche Düsenspaltverstellung während der Extrusion ein Wanddickenprofil aufgegeben wird.
Vorzugsweise werden wenigstens zwei bahnförmige Vorformlinge kontinuierlich extrudiert. Wenn der zu fertigende Hohlkörper beispielsweise ein Kraftstoffbehälter ist, kann es vorteilhaft sein, die Vorformlinge aus einem mehrschichtigen Coextrudat mit Barriereschichten für Kohlenwasserstoffe, beispielsweise in Form von EVOH oder dergleichen bereitzustellen.
Im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren zur Wanddickensteuerung bei schlauchförmigen Vorformlingen ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, einen Hohlkörper mit zwei Bereichen mit jeweils unterschiedlichen Wanddickenprofilen zu erzeugen. Bei Extrusion eines schlauchförmigen Hohlkörpers hat eine radiale und/oder axiale Wanddickenverstellung eine Beeinflussung des gesamten Extrudats über dessen gesamten Umfang zur Folge. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind zwei jeweils einen Hohlkörper bildende Vorformlinge unabhängig voneinander beeinflussbar, wobei wenigstens einem Vorformling während der Extrusion ein von dem jeweils anderen Vorformling verschiedenes Wanddickenprofil aufgegeben werden kann. Dies hat den Vorzug, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch große und komplexe Erzeugnisse mit einer beliebigen Wanddickevariation in jede Richtung herstellbar sind.
Zweckmäßigerweise erfolgt die Wanddickensteuerung jeweils nach einem vorgegebenen Programm.
Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass den Vorformlingen, bzw. wenigstens einem Vorformling, ein Wanddickenprofil in Extrusionsrichtung und/oder quer zur Extrusionsrichtung aufgegeben wird.
Die Vorformlinge werden zweckmäßigerweise innerhalb des Werkzeugs durch inneren Überdruck und/oder äußeren Unterdruck aufgeweitet.
Die Umformung erfolgt bevorzugt innerhalb eines dreiteiligen Werkzeugs zweistufig, wobei in einem ersten Schritt die Vorformlinge jeweils gegen eine einen Teil des Formnestes bildende Kontur mittels Überdruck und/oder Unterdruck angelegt und ausgeformt werden und in einem zweiten Schritt die jeweils Teile des Hohlkörpers bildenden Zwischenerzeugnisse miteinander zu dem fertigen Erzeugnis verbunden werden.
Vorzugsweise werden die Vorformlinge aus parallel zueinander angeordneten Extrusioneinrichtungen mit Breitschlitzdüsen hängend (in Schwerkraftrichtung) extrudiert.
Die Extrusion der Vorformlinge erfolgt bevorzugt hinsichtlich der Extrusionsgeschwindigkeit synchron. Dabei kann die Variation der Wanddicke der Vorformlinge in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs des Extrusionsvorgangs erfolgen.
Besonders bevorzugt werden die Vorformlinge zwischen die geöffneten Teile des Werkzeugs extrudiert, das um die Vorformlinge geschlossen wird und unter den Extrusionseinrichtungen wegbewegt wird.
Alternativ können beispielsweise die bahnförmigen Vorformlinge jeweils mittels eines Greifers an der betreffenden Extrusionseinrichtung abgenommen und zum Werkzeug transportiert werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorformlinge jeweils zwischen eine Außenform und eine Mittelform extrudiert werden, dass anschließend die Außenformen gegen die Mittelform geschlossen werden, die Vorformlinge jeweils gegen die Innenkontur der Außenformen angelegt werden, die Mittelform zwischen den Außenformen entfernt wird und die Außenformen gegeneinander geschlossen werden, um die in diesen befindlichen Zwischenerzeugnisse miteinander zu verbinden.
Obwohl das vorstehend beschriebene Verfahren als Extrusionblasformen bezeichnet ist, ist das Verfahren so zu verstehen, dass eine Anlegung der Vorformlinge an die Innenkontur des Formnestes auch mittels Unterdruck erfolgen kann. Hierzu ist es bekannt, im Formnest an der Innenkontur des Werkzeugs entsprechende Vakuumkanäle vorzusehen.
Die Vorformlinge können selbstverständlich ein- oder mehrschichtig extrudiert werden, wobei beispielsweise bei der Herstellung von Kraftstoffbehältern üblicherweise sechsschichtige Extrudate Anwendung finden, die jeweils Barriereschichten für Kohlenwasserstoffe enthalten.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Extrusionsblaseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,
2-10 Querschnitte durch das Werkzeug der in 1 gezeigten Vorrichtung bei verschiedenen Schritten des Verfahrens gemäß der Erfindung,
11a-11c jeweils Ansichten der Düse des Extrusionskopfs, teilweise im Schnitt einer ersten Variante der Düsenspaltverstellung und
12a-12c Ansichten einer Düse, teilweise im Schnitt, mit einer zweiten Variante der Düsenspaltverstellung
Die in 1 dargestellte Extrusionsblasformmaschine 1 umfasst zwei Extrusionsköpfe 2 mit jeweils zugehörigen Extrudern, die nicht dargestellt sind. Die Extrusionsköpfe 2 sind oberhalb eines sowohl in die Zeichnungsebene hinein als auch aus dieser heraus verfahrbaren dreiteiligen Werkzeugs 3 angeordnet. Das Werkzeug 3 umfasst zwei Außenformen 3a, 3b und eine Mittelform 3c, wobei die Außenformen 3a, 3b jeweils eine Kavität 4a, 4b aufweisen, welche die spätere Außenkontur des fertigen Erzeugnisses 5 definieren.
Aus jedem Extrusionskopf 2 wird hängend ein bahnförmiger Vorformling 6 aus thermoplastischem Material extrudiert. Die Vorformlinge werden bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung zwischen die jeweils geöffneten Außenformen 3a, 3b und die Mittelform 3c extrudiert, die in 1 in geöffneter Stellung dargestellt sind. Wie dies nachstehend schematisch dargestellt ist, sind die Außenformen 3a, 3b zueinander und bezüglich der Mittelform 3c mit hydraulischen Antrieben innerhalb nicht dargestellter Schließgestelle verfahrbar. Diese Einzelheiten sind bekannt und aus diesem Grund hier nicht dargestellt.
Die gesamte Anordnung bestehend aus den Außenformen 3a, 3b und der Mittelform 3c lässt sich in die Zeichnungsebene hinein und aus dieser heraus relativ zu dem Extrusionsköpfen 2 verfahren. Darüber hinaus lässt sich die Mittelform 3c bezüglich der Außenformen 3a, 3b ebenfalls in die Zeichnungsebene hinein und aus dieser heraus verfahren.
Der Einfachheit halber wird diese Bewegungsrichtung in die Zeichnungsebene hinein und aus dieser heraus nachstehend als Z-Richtung bezeichnet.
Die Richtung der Schließ- und Öffnungsbewegung der Außenformen 3a, 3b wird nachstehend als X-Richtung bezeichnet, die Extrusionsrichtung als Y-Richtung.
Der Herstellungszyklus beginnt in der in 1 dargestellten Lage des Werkzeugs 3 unterhalb des Extrusionskopfs 2. Jeder Vorformling 6 wird, wie dies vorstehend bereits erwähnt wurde, jeweils zwischen einer Außenform 3a, 3b und der Mittelform 3c extrudiert. Hat der Vorformling 5 seine volle Länge erreicht, wie dies ebenfalls aus 1 ersichtlich ist, werden die Außenformen 3a, 3b in X-Richtung aufeinander zugefahren, sodass diese den Vorformling gegen die Mittelform 3c einklemmen.
Da die Vorformlinge 6 kontinuierlich extrudiert werden, wird sodann das gesamte geschlossene Werkzeug 3 in Z-Richtung unter den Extrusionsköpfen 2 weggefahren, vornehmlich um den Austritt des nachfolgenden Extrudats nicht zu behindern. Gleichzeitig oder danach wird in dem Formnest 7 ein innerer Überdruck erzeugt, beispielsweise durch Einbringen von Druckluft oder eines anderen geeigneten Gases. Unterstützend oder alternativ können die Vorformlinge 6 mittels Unterdruck an die Innenkontur der Kavitäten 4a, 4b angelegt werden. Die jeweilige Kavität 4a, 4b entspricht der Außenkontur des Erzeugnisses 5 in diesem Bereich.
In der Mittelform 3c sind zum Zwecke des Positionierens von Einbauten in das Erzeugnis 5 ausfahrbare Bauteilhalter vorgesehen, auf die nachstehend nicht näher eingegangen wird. Mit diesen Bauteilhaltern lassen sich Einbauten an der Innenwandung des Erzeugnisses 5 befestigen. Bei einem Kraftstoffbehälter als Erzeugnis 5 können dies beispielsweise Ventilaufnahmen oder dergleichen sein.
Nach Anlegen und Ausformen der Vorformlinge 6 an die Innenwandung der jeweiligen Kavität 4a, 4b werden die Außenformen 3a, 3b in X-Richtung auseinandergefahren, die Mittelform 3c wird in Z-Richtung zwischen den Außenformen 3a, 3b herausgefahren, sodass der in 8 dargestellte Zustand erreicht ist. Sodann werden die Außenformen 3a, 3b in X-Richtung gegeneinander geschlossen, sodass die flanschartig ausgebildeten Ränder 8 des jeweiligen Zwischenerzeugnisses 9 miteinander verschweißt werden. Die Außenformen 3a, 3b werden sodann geöffnet, das Erzeugnis 5 kann entnommen werden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung sieht nun vor, dass die Wanddicke eines jeden Vorformlings 6 nach einem vorgegebenen Programm variiert wird, d. h., dass dem jeweiligen Vorformling 6 ein Dickenprofil sowohl in Y-Richtung als auch in Z-Richtung aufgegeben wird. Die Extrusion der Vorformlinge 6 aus dem jeweiligen Extrusionskopf 2 erfolgt synchron, wobei zeitabhängig (bezogen auf die Zykluszeit bzw. Extrusionszeit) entweder einem oder auch bei den Vorformlingen ein Wanddickenprofil aufgegeben wird. Dabei sind die Wanddickeprofile der Vorformlinge 6 unabhängig voneinander steuerbar, sodass beispielsweise ein Artikel erhalten werden kann, der beispielsweise an einer Seite dicker als an der anderen Seite ist, ohne dass hierbei die Extrusion der einen Seite durch die Wanddickenvariation der anderen Seite beeinflusst wird.
Mögliche Ausbildungen der Düse 10 der Extrusionsköpfe 2 sind jeweils in den 11a und 12a dargestellt. Diese zeigen einen Schnitt durch den Düsenbereich, der jeweils als Breitschlitzdüse ausgebildeten Düse. Die Düse 10 besitzt einen Düsenkörper 11 mit im Falle des in den 11a bis 11c gezeigten Ausführungsbeispiels zwei einen Düsenspalt 12 begrenzenden Werkzeuglippen 13.
Eine Verstellung eine der Werkzeuglippen 13 in Extrusionsrichtung, d. h. in Y-Richtung, bewirkt eine Verengung oder Erweiterung des Düsenspalts 12 und damit eine Veränderung der Wanddicke des betreffenden Vorformlings 6. Die 11a und 12a zeigen jeweils einen Schnitt an einer Stelle des Düsenkörpers 11. Es ist für den Fachmann nachvollziehbar, dass der Düsenkörper 11 in Z-Richtung abschnittsweise verstellbar ist, sodass eine abschnittsweise Verstellung des Düsenspaltes 12 möglich ist, wodurch eine Variation der Wanddicke des Vorformlings 6 jeweils in Y- und in Z-Richtung erzielt wird. Diese abschnittsweise Verstellung des Düsenspalts 12 kann beispielsweise durch eine entsprechend nachgiebige Ausbildung der Werkzeuglippen 13 bewerkstelligt werden, auf die im Falle der 11a bis 11c nicht dargestellte Stellelemente einwirken.
Eine alternative Ausgestaltung des Düsenkörpers ist in den 12a bis 12c dargestellt, bei der eine erste Werkzeuglippe 13' über die gesamte Tiefe des Düsenspalts 12, d. h. über die gesamte Breite des Vorformlings in Z-Richtung gleichmäßig verstellbar ist, wohingegen eine zweite Werkzeuglippe 13'' als Gegenlippe ausgebildet ist, die abschnittsweise in Z-Richtung gegenläufig verformbar ist und somit die Verstellung des Düsenspalts 12 durch die Werkzeuglippe 13' überlagert.
Es sind verschiedene Variationen dieses Verstellmechanismus im Rahmen der Erfindung möglich.

1: Extrusionsblasformmaschine
2: Extrusionskopf
3: Werkzeug
3a, 3b: Außenformen
3c: Mittelform
4a, 4b: Kavität
5: Erzeugnis
6: Vorformling
7: Formnest
8: Ränder
9: Zwischenerzeugnis
10: Düse
11: Düsenkörper
12: Düsenspalt
13: Werkzeuge
13': Werkzeuglippe
13'': Gegenlippe

Claims

Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff durch Extrusionsblasformen, bei welchem eine Extrusion von wenigstens zwei bahnförmigen Vorformlingen aus plastifiziertem Kunststoff mittels mehrerer Extrusionseinrichtungen erfolgt, wobei die Vorformlinge in der ersten Hitze (im noch plastischen Zustand) innerhalb eines mehrteiligen, ein Formnest bildenden Werkzeugs gemeinsam zu einem Hohlkörper umgeformt werden und wobei wenigstens einem Vorformling während der Extrusion unabhängig von dem jeweils anderen Vorformling durch Düsenspaltverstellung während der Extrusion ein Wanddickenprofil aufgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddickensteuerung jeweils nach einem vorgegebenen Programm erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass den Vorformlingen ein Wanddickenprofil in Extrusionsrichtung und/oder quer zur Extrusionsrichtung aufgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorformlinge innerhalb des Werkzeugs durch inneren Überdruck und/oder äußeren Unterdruck aufgeweitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung innerhalb eines dreiteiligen Werkzeugs zweistufig erfolgt, wobei in einem ersten Schritt die Vorformlinge jeweils gegen eine einen Teil des Formnests bildenden Kontur mittels Überdruck und/oder Unterdruck angelegt und ausgeformt werden und in einem zweiten Schritt die jeweils Teile des Hohlkörpers bildenden Zwischenerzeugnisse miteinander zu dem fertigen Erzeugnis verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorformlinge aus parallel zueinander angeordneten Extrusionseinrichtungen mit Breitschlitzdüsen hängend (in Schwerkraftrichtung) extrudiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrusion der Vorformlinge hinsichtlich der Extrusionsgeschwindigkeit synchron erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der Wanddicke der Vorformlinge in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs des Extrusionsvorgangs erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorformlinge zwischen die geöffneten Teile des Werkzeugs extrudiert werden, das um die Vorformlinge geschlossen wird und unter den Extrusionseinrichtungen wegbewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorformlinge jeweils zwischen einer Außenform und einer Mittelform extrudiert werden, dass anschließend die Außenformen gegen die Mittelform geschlossen werden, die Vorformlinge jeweils gegen die Innenkontur der Außenformen angelegt werden, die Mittelform zwischen den Außenformen entfernt wird und die Außenformen gegeneinander geschlossen werden, um in diesen befindliche Zwischenerzeugnisse miteinander zu verbinden.