2.1.4 Düse - Christiani Hochschule · Aufbau der Spritzgießmaschine 87 2.1.4 Düse Die Düse stellt als Bestandteil der Plastifiziereinheit nach ihrer Anlage an die Anguss-buchse

Aufbau der Spritzgießmaschine 87

2.1.4 Düse

Die Düse stellt als Bestandteil der Plastifiziereinheit nach ihrer Anlage an die Anguss-buchse des Werkzeugs eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Zylinderkopf und Werk-zeug her. Die Düse verbindet den Schneckenvorraum entweder direkt mit dem Werkzeug-hohlraum (sogenannte Vorkammerdüse [389]) oder mit dem Angusssystem. Sie wird mitbeträchtlicher Kraft angepresst (Düsenanpresskräfte in Abschnitt 2.1.7.2). Um die Dü-senanpresskraft ohne schnellen Verschleiß aufnehmen zu können und um ein „Zuschmie-den“ der Öffnung zu vermeiden, sind große Spitzenradien vorzusehen. Ein Vorschlag fürstandardisierte Düsenanschlussmaße ist in Euromap 2 zu finden (s. Tabelle 17). Der Radiusder Düse sollte etwa 0,5 bis 1 mm kleiner sein als der der Angussbuchse.

Bild 36 zeigt, wie eine ideale Anbindung von Düse und Angussbuchse bei exakter Achsaus-richtung aussieht. Der ideal gestaltete Übergang gilt im Prinzip für alle Arten von anliegen-den Düsen, deren präzise Ausrichtung vereinzelt auch durch Führungen erzwungen wird.Wenn die Öffnungen nicht fluchten, wird der Fließquerschnitt verkleinert, der Druckverlusterhöht, die Schererwärmung steigt und der Druckverlust in der Kavität wird verändert.Schleichende Querschnittsveränderungen können zu unkontrollierter Qualitätsveränderungführen.

Man verwendet für besondere Zwecke auch Düsen mit flacher Anlage am Werkzeug. Danngelten diese Hinweise im gleichen Sinne. Die Radien r und R sind hier gleich und unendlichgroß.

Eine komplette Düse ist im eingebauten Zustand in Bild 34 gezeigt. Besonders wichtig sinddie kleinen Längen und insbesondere ausreichende Querschnitte der Düsenbohrungen, dadiese von der Schmelze mit meist hohen Geschwindigkeiten durchströmt werden und zuhäufig beträchtlichen Druckverlusten und intensiver Scherung der Kunststoffe führen. Des-wegen sind grundsätzlich Düsen kurzer Bauart mit kurzen relativ weiten Kanälen zu bevor-zugen. Der Druckverlust und der energetische Aufwand für die Düsentemperierung sindvollständige Verlustanteile im Prozess.

Tabelle 17: Düsenradius und Düsenöffnungsdurchmesser nach Euromap 2

Schließkraft Spitzenradius der Düse(mm)

Öffnungsdurchmesser der Düse(mm)

(kN)

Thermo-plastver-arbeitung

Duro-plastverar-

beitung

Elastomer-verar-

beitung

Thermo-plastver-arbeitung

Duroplast-verar-

beitung

Elastomer-verar-

beitung

0000 bis 500 10(35) 10(35) 10(35) 3 bis 5 5 bis 8 4 bis 6

0500 bis 1000 10(35) 15(35) 15(35) 4 bis 6 6 bis 8 5 bis 7

1000 bis 5000 15(35) 20(35) 20(35) 5 bis 8 8 bis 10 6 bis 8

5000 bis 10000 35 35 35 6 bis 10 8 bis 10 8 bis 10

über 10000 35 35 35 10 bis 12 – –

88 Spritzgießmaschinen

Den Standardaufgaben der Düse werden weitere hinzugefügt, wie Schließen, Mischen, Fil-tern. Entsprechend gibt es:

• offene Düsen

• Verschlussdüsen

– Schiebeverschlussdüse

– Querbolzenverschlussdüse

– Nadelverschlussdüse

mit innenliegender Feder

mit außenliegender Feder

mit fremdbetätigter Nadel

• Filterdüsen

• Mischdüsen

Bild 36: Prinzip der Düsenanbindung an die Angussbuchse im WerkzeugA: Abreißfläche am Übergang zur Angussbuchse, B: Abreißfläche in der Düse an der Eng-stelle [7]

Angußbuchse

Radius Angußbuchse

0,5 bis 1mm größer

als Radius Düsenspitze

DüsenspitzeDurchmesser

Angußbuchse

ca. 1mm größer als DüsenöffnungA)

B)

Angußbuchse

Radius Angußbuchse

0,5 bis 1mm größer

als Radius Düsenspitze

DüsenspitzeDurchmesser

Angußbuchse

ca. 1mm größer als Düsenöffnung

Abreißfläche


Dazu sind Düsen mit entsprechender Bezeichnung im Einsatz, wie es die folgenden Aus-führungen im Detail zeigen. Vereinzelt scheint die zuvor formulierte Trennung zwischenMaschinendüse und Werkzeug aufgehoben zu sein. Es werden sehr attraktive Lösungen fürdie Direktanspritzung im Werkzeug angeboten [146]. Dabei stellt man eine Einheit zwi-schen Angusssystem im Werkzeug und der Maschinendüse her. Dadurch werden die Über-gänge teilweise fließend. Im Prinzip sind es jedoch immer konstruktive, meist recht auf-wendige Lösungen, die dem Vorkammerprinzip gleichen [1]. Für eine Reihe vonSonderverfahren sind Sonderdüsen entwickelt worden, die oft Vorraussetzung für dieDurchführbarkeit dieser Verfahren sind (s. Abschnitt 6).

2.1.4.1 Offene Düse

Die offene Düse ist wegen ihrer kleinen Baulänge und ihres geringen Fließwiderstands dieverfahrenstechnisch günstigste. Die Engstelle unmittelbar vor der Anlagefläche sorgt dafür,dass der Anguss an dieser Stelle abreißt. Bild 36 A und B zeigen prinzipielle Lösungen. DieVielfalt von unterschiedlich gestalteten offenen Düsen [390] werden hier nicht einzeln be-schrieben. Ausführliche Beschreibugen in [7].

2.1.4.2 Verschlussdüse

Das Heraustropfen von Schmelze und das Fadenziehen muss oft vermieden werden. Auchist häufig mit abgehobener Düse gegen den Förderdruck zu dosieren. In diesen Fällen wer-den Verschlussdüsen verwendet. Diese kann man wie folgt unterteilen:

• Düse mit thermischem Verschluss [391],

• Schiebeverschlussdüse (Bild 37),

• mechanisch betätigte Düse,

• Querbolzenverschlussdüse (Bild 38),

• Nadelverschlussdüse mit fremdbetätigter Nadel (Bild 39 bis 41),

• Schrägbolzenverschlussdüse (Bild 42),

• luftdruckbetätigte Verschlussdüse [393],

• Düse mit Betätigung durch den Einspritzdruck [7, 394],

• Nadelverschlussdüse

– mit innenliegender Feder (Bild 43),

– mit außenliegender Feder (Bild 44),

– mit innenliegender Feder und ins Werkzeug durchtauchender Spitze (Bild 45).

Es gibt eine weitere Fülle von Varianten. Sie haben für den Spritzguss durchaus unter-schiedliche Eignung. Wichtig ist die jeweilige betriebliche Erfahrung und das Produktions-programm [389 bis 391].


Bild 37: Schiebeverschlussdüsen unterschiedlicher Bauart, die beim Anlegen an das Werkzeug durch die Düsenpresskraft geöffnet werden A: wird durch den Förderdruck der Schnecke geschlossen, B: wird durch eine Feder geschlossen [2]

Bild 38: Bolzenverschlussdüsen [3]A und B: Schiebebolzenverschlussdüsen, hydraulisch betätigt, a: Düse, b: Bolzen, c: Flansch, d: Gestänge, e: Hydrozylinder, C: Drehbolzendüse


Bild 40: Kurz bauende, mechanisch zu schließende Nadelverschlussdüse mit Hebeldrehpunkt in der Düse, Nadelpositionierung und Adapter für die Aufnahme einer Filterpatrone (Bauart Bernex) [2]

Bild 39: NadelverschlussdüseA: lange Bauart (Bauart Netstal), B: kurze Bauart, beide Düsen hydraulisch durch Hebel von außen betätigt [2]

Bild 41: Hydraulisch betätigte Nadelverschlussdüse mit durchtauchender Nadel für angussloses Spritzgießen, konzentrische Lage der Nadel [392] (Bauart Dr. Boy)


Bild 42: Verschlussdüse mit schräg eintauchendem Verschlussbolzen (Bauart Arburg)

Bild 43: Nadelverschlussdüsen mit innen liegender FederA: Nadelverschlussdüse mit durchströmter Verschließfeder, B: tellerfederbelastete Düse mit Kugelverschluss

Bild 44: Durch den Einspritzdruck gegen eine Federkraft zu öffnende DüsenA: bis D: Nadelverschlussdüsen mit außen liegender Feder (A: Bauart Fuchslocher, B: Bauart Keil, C: Bauart Bernex)


Verfahrenstechnische Beurteilung:

Die Möglichkeit, mit Nadelverschlussdüsen unmittelbar an der Düsenspitze abzudichten, istverfahrenstechnisch sehr günstig und verhindert das Fadenziehen zuverlässig. Der Kunst-stoff wird wegen der Überwindung der Federkraft durch einen Teil des aufgebrachten Ein-spritzdrucks einer zusätzlichen thermischen Belastung ausgesetzt. Deswegen sind feder-belastete Düsen meist nicht empfehlenswert und nur in unkritischen Fällen einzusetzen.Besser eignen sich die von außen gesteuerten Nadelverschlussdüsen.

Ohne einer vorliegenden, anderslautenden betrieblichen Erfahrung zu widersprechen, gibtTabelle 18 eine allerdings unter strenger Beurteilung zusammengefasste Verwendungsemp-fehlung für unterschiedliche Düsen und eine Reihe von Kunststoffen wieder.

2.1.4.3 Düse mit Schmelzefilter

Filterdüsen können helfen, störende Verschmutzungen, auch wenn Rezyklate verarbeitetwerden, zu minimieren. Das Herausfiltern von Verschmutzungen beim Spritzgießen kann al-lerdings nur ein Mittel der allerletzten Wahl sein; solche Bestandteile dürfen nicht in denTrichter einer Maschine gelangen, da sie Schaden an Schnecke und Rückströmsperre verur-sachen. Auch darf die Verwendung einer Filterdüse kein Freibrief für die Verarbeitung vonbeliebig verschmutzten Kunststoffen sein. Man kann davon ausgehen, dass mit einer Filter-düse nur solche Verschmutzungsreste in geringer Menge ausgefiltert werden können, die un-vermeidbar mit dem Kunststoff eingebracht werden und relativ grob sind (größer 0,5 mm).Da der Spritzgießprozess in besonderem Maße druckabhängig ist, ist der Einsatz von Filter-düsen, die alle einen deutlichen Druckverlust verursachen, wenn es möglich ist, zu unterlas-sen. Da der Druckverlust in dem Maße ansteigt, wie ein Filter sich mit Partikeln zusetzt, wirdder Herstellprozess entsprechend laufend verändert. Die Maschenweite muss so gewähltwerden, dass eine schnelle Verstopfung vermieden wird. Dies führt dazu, dass Partikel unter0,25 mm von Filtern meist nicht zurückgehalten werden. Das ist auch sinnvoll. Qualitäts-spritzguss unter strengen Anforderungen ist häufig nicht möglich. Die speziellen Erfahrun-gen eines Betriebs spielen infolgedessen eine wesentliche Rolle. Filterdüsen verlängern denSchmelzekanal und die Verweilzeit. Abbaugefährdete Kunststoffe können dabei Schadennehmen.

Bild 45: Nadelverschlussdüse für Direktanspritzung, Abflusskanal für über den Spalt abfließende Schmelze (Bauart Bernex)


Tabelle 18: Düsenverwendung bei verschiedenen Kunststoffen [7]

� empfohlen, bedingt geeignet, – nicht empfohlen, – – nicht geeignet1) fließtechnische Nachteile, schlecht temperierbar, nur bedingt zugelassen, da sie unter Überdruck nicht öffnet,2) Drosselventil, hohe Scherbeanspruchung des Kunststoffs, 3) Kanalquerschnitt = Düsenkanalquerschnitt,4) Duroplaste, 5) Elastomere

Kunst-stoff

Düsentyp

Offene Düse Schiebe-verschluss-

düse1)

Nadel-verschluss-

düse, federbelastet2)

Nadel-verschlussdüse, hydr. gesteuert

Bolzenverschluss-düse, hydr. gesteuert3)

ABS �

CA �

CAB �

LCP � �

PA � �

PAI �

PBT – � �

PES � – – – – –

PET – � �

PC �

PE � �

PEEK �

PEI – – � �

PMMA �

POM �

PP � �

PPA � – – – – –

PPO �

PPS �

PSU � – – � �

PVC � – – – – – – –

SAN �

TSG – – – � �

D4) � – – – – – – – –

E5) � – – – – – – – –

Bei der Verwendung solcher Filterdüsen, die einen Siebwechsel im laufenden Betrieb ge-statten, dürfen größere Partikelmengen, ggf. auch sehr feine Anteile vorhanden sein, daauch kleinere Maschenweiten eingesetzt werden können [395].


Düsen mit eingebauten Filterpatronen

Eine Filterdüse einfacher Bauart mit Maschenweiten zwischen 0,25 und 1,6 mm für relativkleine Partikelmengen zeigt Bild 46 [396]. Andere Filterdüsen sind mit einem in der Spalt-weite anpassbaren Ringspalt ausgerüstet. Durch Entriegeln eines Torpedos können dieseDüsen durch Spritzgießen ins Freie gereinigt werden [397]. Andere Filterdüsen verfügenentlang eines Düseneinsatzes über mehrere parallele Längskanäle mit Überströmspalten(Bild 47) [397]. In Bild 48 ist eine Düse mit Rohrsieb mit bis zu 1062 Sieblöchern bei wahl-weise 0,5 oder 1,0 mm Sieblochdurchmesser gezeigt. Durch Verlagerung des Siebloch-trägers quer zur Strömungsrichtung entsteht eine große Filterfläche mit allerdings langemKanal [399].

Bild 46: Filterdüse mit Lochscheibe und Filterscheibe mit Filtereinsätzen von 0,25 bis 1,25 mm Maschenweite (Bauart Schwingel)A: Filtereinsatz durch Herausdrehen des vorderen Düsenkopfes zu entfernen und zu reinigen. (Zeitaufwand ca.10 min), B: Filterplatte seitlich ziehbar (Zeitaufwand ca. 5 min)1: Düsenkörper, 2: Stützscheiben, 3: Filter, 4: Stützscheibe, 5: Heizband, 6: Thermofühler

A

B


Bild 47: Filterdüse mit Ringspaltfiltereinsatz (Bauart Ewikon) [398]oben: Arbeitsstellung, unten: Spülstellung

Bild 48: Schmelzefilterdüse mit Filtereinsatz mit radialen Feinstbohrungen, geeignet für Partikel größer 0,5 bzw. 1 mm (Bauart Incoe) [400]

Bild 49: Filterdüse mit radialer Filterpatrone und Nadelverschluss (Bauart Huber, Malterdingen) [400, 401]


Schmelzefilter-Düsen mit Reinigungssystem

Eine einfache Lösung zur Spülung des Raumes vor dem Filtereinsatz zeigt Bild 50. Für eineGrobreinigung muss die Düse nicht demontiert werden [402 bis 404]. Eine Reinigung deseigentlichen Filtereinsatzes erfolgt beim Öffnen des Seitenkanals allerdings nicht.

Bild 50: Filterdüse mit Spülvorrichtung des Filtervorraums (Bauart Bernex – Bimetall AG)

Filterdüsen mit drucküberwachter Spülmöglichkeit

Eine erprobte Maschine mit Filterdüse für größere Verunreinigungen verwendet eine lau-fende Drucküberwachung. Wird ein eingestellter Einspritzdruck überschritten, so stoppt dieMaschine automatisch den Spritzgießprozess und schaltet die Düse nach wählbarer Spülzeitauf Spülstellung [404 bis 408].

Filterdüse mit kontinuierlicher Reinigung

Größere Partikelmengen können nur mit einer kontinuierlichen Filterreinigung abgefiltertwerden Bild 51 [409, 410]. Der Filterwechsel kann im programmierten Zyklus auch auto-matisch zwischen „Nachdruckende“ und „Werkzeug schließen“ erfolgen [406, 411].

Großtechnische Erfahrungen wurden nicht veröffentlicht. Ohne endgültige Beurteilung(s. Tabelle 19) kann eine Filterung bei starker Verschmutzung direkt auf der Spritzgießma-schine wegen der Beeinträchtigung der Prozesskonstanz und möglichen Abbaus nicht emp-fohlen werden, wenn anspruchsvolle Teile (Qualitätsteile) spritzgegossen werden. Bei Ver-wendung von Filterdüsen ist eine Drucküberwachung unerlässlich. Diese Ausführung wirdangeboten [405].

Eine abschließende Beurteilung der Eignung ist erst möglich, wenn jahrelange Erfahrungenvorliegen. Im Einzelfall muss es einem Versuch überlassen werden, ob die Verwendungeiner Filterdüse möglich ist. So werden u.a. auch Düsen mit der Bezeichnung „Filterdüse“angeboten, die unter strenger Betrachtung die Funktion „Filtern“ kaum erfüllen.


Bild 51: Filterdüse mit kontinuierlicher Schmelzefilterung (Bauart Gneuß Kunststofftechnik GmbH, Bad Oeynhausen)

Tabelle 19: Verwendbarkeit von Filterdüsen

Art des Siebfilters Ungeeignet für Bedingt geeignet für Geeignet für

Siebscheibenfilter, stationär

PVC, PC, POM, PAI, PC/ABS, PEEK, PAEK, PET, PTFE, PPS, PSU, PEI, LCP Rezyklate aller Art

ABS, CA, SAN, PMMA, PA, PBT, TPE (alle auch mit GF)

PS, PE, PP (alle auch mit GF)

Siebscheibenfilter, automatisch wechselbar

PVC, POM, PEEK, PAEK, PAI, Rezyklate aller Art

ABS, CA, SAN, PC, PA, PBT, TPE (alle auch mit GF) Re-zyklate, sehr gering verunreinigt

PS, PE, PP, PMMA (alle auch mit GF)

Rohrfilterdüse PVC, PC, POM, PAI, PC/ABS, PEEK, PAEK, PET, PTFE, PPS, PSU, PEI, LCP Rezyklate aller Art

ABS, CA, SAN, PMMA, PA, PBT, TPE (alle auch mit GF)

PS, PE, PP (alle auch mit GF)

Düse mit Filter-Ringspalt

PVC je nach wähl-barer Ringspalt-weite alle Kunststoffe

Spaltfilterdüse PVC, PC, POM, PAI, PC/ABS, PEEK, PAEK, PET, PTFE, PPS, PSU, PEI, LCP Rezyklate aller Art

ABS, CA, SAN, PMMA, PA, PBT, TPE

PS, PE, PP


2.1.4.4 Düsen mit Mischfunktion [6, 7]

Seit Anfang der 80er Jahre kommen statische Mischer auch beim Spritzgießen meist ineiner Spezialdüse zum Einsatz. Im Zusammenhang mit der zunehmenden Selbsteinfärbungund der Verarbeitung von Rezyklaten kann ihnen eine erhöhte Bedeutung zukommen. Sieverbessern die Dispergierung, verringern aber auch deutlich das Ausmaß der Temperatur-inhomogenität bei großen Dosierwegen über 2,5D [412, 432, 442, 447].

Folgendes kann die Verwendung einer Mischdüse bewirken:

• Verbesserung der Homogenisierung der Temperaturverteilung in der Schmelze undMinderung des radialen und axialen Temperaturgefälles und damit eine Verbesserungdes Fließens in der Werkzeugkavität,

• Verbesserung der Farbverteilung,

• Homogenisierung bei Rezyklatzugabe.

Diese Verbesserungen haben zur Folge, dass

• der Einspritzdruck zum Füllen der Werkzeugkavität ggf. leicht reduziert werden kann;das macht ggf. den Druckverlust beim Durchströmen des Mischteils nahezu wett,

• Orientierungen und Spannungen im Formteil verbessert werden und der Verzug redu-ziert wird,

• Rezyklate besser verteilt werden,

• der Verbrauch der Farbstoff- oder Batchmenge reduziert wird (bis 25%),

• der Farbeindruck am Teil verbessert wird.

Grundsätzlich reduzieren sie Inhomogenitäten. Sie können sie aber nicht vollständig besei-tigen.

Bild 52 zeigt einen weit verbreiteten Mischer mit sich kreuzenden Stegen. Die Schmelzewird mit entsprechendem Druck hindurchgepresst und vielfach umgelagert. Eine eigent-liche Dispergierung z.B. von Farbpigmenten findet nicht statt. Solche Mischelemente wer-den als einbaufertige Patronen geliefert, die in Düsenkörper, auch von Verschlussdüsen,eingebaut werden können [413, 414]. Eine andere Variante wird in Bild 53 gezeigt.

Bild 52: Mischeinsätze für Spritzgießdüsen (System Sulzer)


Beim Einbau ist sorgfältig darauf zu achten, dass ein glatter, spaltfreier Übergang vom Ein-laufbereich zum Mischkörper hergestellt wird. Optimal vorbereitete Komplettdüsen, mitdenen geringstes Fehlerpotential verbunden ist, liefern einschlägige Hersteller [415 bis418].

Statische Mischer haben als Hindernisse im Schmelzestrom wegen des erzeugten Druckver-lustes verfahrenstechnische Nachteile. Eine separate Düsenheizung erübrigt sich in denmeisten Fällen, wenn eine relativ kurze Düse von 1 bis 1,5 × D (Schneckendurchmesser)verwendet werden kann. Alle hier behandelten Düsen, welche die Prozessstrecke deutlichverlängern, müssen mit einem eigenen Regelkreis temperiert werden.

2.1.4.5 Innen beheizte Düse

Neben der klassischen Beheizung von außen können auch innenbeheizte Düsen zum Ein-satz kommen (Bild 54). Die Wärmequelle für die Düse kann auch hier, wie bei der unbe-heizten Düse, meist die Zylinderkopfheizung sein [7, 390, 419]. Derartige Düsen könnenlaut Angaben des Herstellers bis zu 533 mm Länge gebaut werden [419].

Bild 53: Mischdüse vom Typ KMN-22-16 (Bauart Koch-Glitsch)

Bild 54: Lange Düse mit Wärmeleitrohr (System Dynisco, vormals Kona) [419]1: Wärmeleitrohr, 2: Anschlussgewinde, 3: austauschbare Düsenspitze, 4: Heizband


2.1.5 Verschleißursachen und Verschleißschutz

beim Spritzgießen

Über die Ursachen von Verschleiß ist inzwischen in umfangreicher Literatur ausführlich be-richtet worden. Vollständige Literaturübersichten findet man in [7, 8, 73–77, 80, 81, 83, 86,87, 90, 93, 191].

2.1.5.1 Verschleißphänomene

In den letzten 40 Jahren war das Thema Verschleiß wesentlich von folgenden Einflussfakto-ren geprägt [7, 73, 80, 82, 83]:

• erhebliche Ausweitung der verarbeiteten Kunststoffpalette,

• steigende Verarbeitungstemperaturen, Einspritzdrücke und Drehzahlen,

• Zunahme von Füll- und Verstärkungsstoffen in Kunststoffen,

• erweiterte Schnecken- und Zylinderausführungen (L/D-Verhältnis, Schneckengeomet-rie, Stähle und Oberflächenbehandlungsmethoden),

• die Einführung eines Zufallstahls (34 CrAlNi 7) mit gasnitrierter Oberfläche zur Ver-hinderung des Gleitverschleißes zwischen Schneckenschaft und Zylinder.

Die oft vertretene Ansicht, man könne Verschleiß von Schnecken, Zylindern, Rück-strömsperren, Düsen und Werkzeugen gänzlich vermeiden, wenn die Kunststoffe ent-sprechend hergestellt und präpariert werden, ist falsch. Substanzen, die Stähle angreifen,wie Wasser, Kohlendioxid, Sauerstoff, um einige Beispiele zu nennen, sind in Spurenprozessbedingt immer vorhanden. Verunreinigungen durch Verpackung und Transportoder herstellbedingte Säurereste, Elektrolytlösungen, Chlorwasserstoff und Bromwasser-stoff findet man häufig. Allein schon wegen dieser Stoffe muss mit einem gewissenVerschleiß gerechnet werden. Aggressiv werden die Kunststoffe teilweise durch ihreFüll- und Verstärkungsstoffe und der ihnen anhaftenden Reste problematischer Stoffe.Auch haben Füll- und Verstärkungsstoffe oft eine deutlich höhere Härte als Stahlober-flächen. Die Verarbeitung gelingt nur, weil Kunststoffe in Form ihrer Schmelze hervor-ragende Einbettungseigenschaften haben und damit meist verschleißhemmend wirken.Verarbeitungstemperaturen über 350 °C stellen an Standardstähle oft unerfüllbare Anfor-derungen.

Damit wird deutlich, dass der für Plastifizierelemente und Werkzeuge verwendete metalli-sche Werkstoff für die Spritzgießverarbeitung und die daraus resultierenden Beanspruchun-gen geeignet sein muss. So wie es keinen sog. „Standardkunststoff“ gibt, gibt es auch kei-nen „Standardstahl“. Stähle wie 34 Cr Al Ni 7 (1.8550) oder 31 CrMoV 9 (1.8519) galtenfrüher als solche. Inzwischen weiß man, dass sie nicht gut geeignet sind.

Es ist auch deutlich geworden, dass präventiver Verschleißschutz kostengünstiger ist, alsdie durch Verschleiß verursachten Stillstandzeiten und anfallender Produktionsausschuss.Heute haben neue Maschinen zu etwa 90% Verschleißschutz.

Besonders hohen Beanspruchungen sind ausgesetzt:

Extrusions-Streckblasformmaschinen 467

3 Extrusions-Streckblasformmaschinen

3.1 Verfahrensgrundzüge

Das Extrusions-Streckblasformen ist eine Variante des Blasformens, durch das bei rota-tionssymmetrischen Hohlkörpern bessere Produkteigenschaften erzielt werden. Verarbeitetwerden überwiegend PVC, PET und Polyacrylnitril (PAN) zu Flaschen von 0,5 bis 2 l In-halt. Aus dem extrudierten Schlauchvorformling wird in einem ersten Schritt ein Zwischen-produkt, der Hohlkörpervorformling, hergestellt, der bereits die Mündungsform der herzu-

Bild 39: Schematischer Ablauf des Streckblasformens

A: Extrusion des Schlauchvorformlings, B: Blasen und Konditionieren des Vorformlings,

C: mechanische Längsverstreckung des Vorformlings, D: Fertigblasen des Vorformlings und

Abkühlen in der Streckblasform (Werkfoto: Battenfeld-Fischer (SIG))

468 Blasformmaschinen

stellenden Flasche aufweist, dessen Länge und Durchmesser aber kleiner sind (Bild 39).Dieser wird in einem Vorformwerkzeug blasgeformt auf eine rohstoffabhängige Strecktem-peratur abgekühlt und nach dem Abtrennen der Butzen in das Streckblaswerkzeug über-geben. Dort wird er in einem zweiten Schritt durch einen mechanischen Stempel längs-gestreckt und zur fertigen Flasche aufgeblasen; nach dem Abkühlen wird das Produktausgeworfen. Oft wird zwischen der Herstellung des Vorformlings und dem Streckformvor-gang ein Konditioniervorgang zwischengeschaltet, bei dem der Vorformling möglichstgleichmäßig auf die günstigste Strecktemperatur im thermoelastischen Bereich temperiertwird. Die durch biaxiales Verstrecken eingebrachten Orientierungen bleiben weitgehend er-halten. Dies führt zu Produktverbesserungen im Hinblick auf Steifigkeit, Schlagzähigkeit,Transparenz und Glanz, Permationsverhalten und Berstdruckfestigkeit. Die Verbesserungder mechanischen Gebrauchseigenschaften kann auch für einen reduzierten Rohstoffeinsatz(ca. 15 bis 35%) gegenüber den extrusionsgeblasenen Flaschen genutzt werden. Dies ist derwirtschaftliche Vorteil des Streckblasens. Neben der Wahl der Verstrecktemperatur liegt daswesentliche Know-how in der Auslegung des Vorformlings und den Einzelverstreckgradenin den beiden Richtungen.

Wie beim Extrusionsblasformen bleiben jedoch zwei nachteilige Punkte für die Produkt-qualität und den universellen Einsatz bestehen. Zum einen weist der geblasene Vorformlingweiterhin Abquetschstellen und damit Schweißnähte auf, die Schwachstellen des streck-geblasenen Endprodukts darstellen. Zum anderen ist die Verarbeitung relativ niedrigvisko-ser Kunststoffe durch die Grenzen der erforderlichen Schlauchstabilität eingeengt.

Beide Schwachstellen konnten durch das Spritzgießen von Vorformlingen, so genanntenPreforms, beseitigt werden. Das Einspritzen von Schmelze in ein Spritzgießwerkzeug lässtzudem sehr genaue Geometrien, insbesondere im Gewinde- und Verschlussbereich derHohlkörper zu. Als einzige strukturelle Schwachstelle ist der Punktanguss an den Preformsanzusehen. Das Extrusions-Streckblasformen hat daher in den letzten Jahren gegenüber denVerfahren des Spritzblasformens und des ein- und zweistufigen Spritz-Streckblasformens(Abschnitte 4 und 5) viel an Bedeutung verloren.

3.2 Bauarten

Es gibt sowohl spezielle Extrusions-Streckblasformmaschinen als auch Extrusions-Blas-formmaschinen, die sich mit Hilfe von Umbausätzen für das Streckblasen umrüsten lassen.Notwendig sind ein Vorblas-Werkzeug mit Blasdorn und Trenneinrichtungen für den Bo-den- und Kopfabfall sowie ein Temperiergerät zum Konditionieren des Vorformlings. Beidem Fertig-Blasformwerkzeug muss ein Blasdorn mit Streckstempel eingesetzt werden. Dader Flaschenboden oft nach innen gekrümmt ist (Standsicherheit), verfügt das Blasform-werkzeug über einen beweglichen Formboden, um die Entformung zu gewährleisten. DieExtrusionseinheit entspricht der von Extrusions-Blasformmaschinen; zur Leistungssteige-rung werden auch Zwei- und Dreifach-Schlauchwerkzeuge eingesetzt.

Spritz-Blasformmaschinen 469

4 Spritz-Blasformmaschinen

4.1 Verfahrensgrundzüge

Das Verfahren des Spritzblasformens wird zum Herstellen von Hohlkörpern mit Inhaltenbis ca. 2 l (vereinzelt bis 5 l) eingesetzt. Dazu gehören z.B. runde, ovale und asymmetrischeBehälter mit engem oder weitem Hals- und Verschlussbereich, die vorwiegend in der Kos-metik-, Lebensmittel-, Reinigungsmittelindustrie und in der Medizintechnik verwendetwerden. Es werden PET, PP, PE, PVC, PS, SB, PC und PAN verarbeitet.

Bei dem Verfahren wird in einer ersten Stufe durch Spritzgießen ein Vorformling hergestellt(Preform) und dieser anschließend in einem weiteren Schritt zum fertigen Hohlkörper auf-geblasen [17]. Die Techniken des Spritzgießens und des Blasformens sind in einem Prozessund in einer Maschine integriert.

Die Vorteile des Verfahrens liegen in der Verarbeitbarkeit niedrigviskoser Kunststoffe, inder Nahtlosigkeit der Produkte und im Erzielen sehr guter Oberflächenqualitäten. Werdenangusslose Spritzgießverfahren (z.B. die Heißkanaltechnik) verwendet, so arbeitet das Ver-fahren abfallfrei. Durch das Spritzgießen kann der Mündungs- und Dichtbereich maßhaltiggeformt werden, und auch die Wanddickenverteilung des Vorformlings wird durch die Ka-vität des Spritzgießwerkzeugs präzise festgelegt.

In Bild 40 ist der Verfahrensablauf beim Spritzblasen dargestellt. Der gespritzte Vorform-ling wird in einer zweiten Stufe aufgeblasen und anschließend abgekühlt und ausgeworfen.Der Wanddickenverlauf des Blasformteils kann hier auch durch den Temperaturverlauf amVorformling beeinflusst werden. Es gibt auch die Möglichkeiten, das Spritzgießwerkzeug,den Spritzdorn und auch das Blasformwerkzeug zonenweise unterschiedlich zu temperie-ren.

Bild 40: Arbeitsweise von Spritz-Blasformmaschinen mit drei (links) bzw. vier Stationen (schematisch)

a: Spritzgießen des Vorformlings, b: Blasformen des Hohlkörpers, c: Abstreifen des fertigen

Gebindes vom Dorn und Temperieren des Dorns, d: Abstreifen des fertigen Gebindes,

e: Temperieren der Spritzblasdorne


4.2 Bauarten

Die Plastifiziereinheit von Spritz-Blasformmaschinen entspricht im Wesentlichen der Aus-führung von üblichen Schnecken-Kolben-Spritzgießmaschinen. Die Formgebungseinheitist meist als Mehrstationenanlage konstruiert. Die Schließeinheit für das Spritzgießwerk-zeug ist immer die erste Station. Diese ist zusammen mit den nachfolgenden Bearbeitungs-stationen für das Blasen und Entformen des Hohlkörpers meist auf einem drehbaren Tischangeordnet. Der Transport der Produkte in die verschiedenen Stationen erfolgt mit Hilfe desKerns des Spritzgießwerkzeugs, der in der Blasstation die Funktion des Blasdorns über-nimmt. Abhängig vom Behältervolumen werden Spritzgieß- und Blasformwerkzeuge mitjeweils bis zu zwölf Kavitäten eingesetzt.

Bild 41 zeigt ein Beispiel für die Ausführung der Formgebungseinheit einer Spritz-Blas-formanlage für die gleichzeitige Produktion von zwölf Produkten. Spritzgieß- und Blas-formstation haben eigene Schließeinheiten mit unterschiedlichen Schließkräften. Im Zent-rum der drei Stationen bewegt ein Drehtisch die Spritzgießkerne taktweise um 120° undtransportiert damit die Vorformlinge von der Spritzgießstation zur Blasformstation, gleich-zeitig die Blasteile zur Auswerferstation und die freien Dorne zur Spritzgießstation.

Der enorme Zuwachs des Bedarfs an Flaschen und Behältern aus PET hat unter anderemauch dazu geführt, dass der Hauptanteil an Entwicklungen der letzten Jahre in die Verfah-rens- und Maschinentechnik des verwandten Spritz-Streckblasformprozesses gestecktwurde. Der zusätzliche Arbeitsschritt des Längsverstreckens des gespritzten Preforms führtbei PET zu weiteren Produktvorteilen, die sich aus der biaxialen Orientierung ergeben (Ab-schnitte 3.1 und 5). Notwendig ist aber auch eine völlig veränderte Maschinenkonzeption.Spritz-Blasformmaschinen werden weitgehend nur noch für die Verarbeitung von PE, PPund PVC eingesetzt.

Bild 41: Formgebungseinheit einer Spritz-Blasformmaschine für zwölf Behälter mit Spritzgieß- und

Konditionierstation für die Preforms, Blas- und Kühlstation für die Hohlkörper, Entform-

station und Weitertransport der Behälter zur Fülllinie (Werkbild: Uniloy Milacron)

Spritz-Streckblasformmaschinen (ein- und zweistufig) 471

5 Spritz-Streckblasformmaschinen

(ein- und zweistufig)

In einem ersten Schritt werden Vorformlinge (Preforms) mit Schnecken-Spritzgießmaschi-nen hergestellt und im anschließenden zweiten Schritt werden diese zu Hohlkörpern ge-formt. Die Preforms werden dabei durch einen mechanischen Stempel in Längsrichtungverstreckt und gleichzeitig in Umfangsrichtung aufgeblasen. Auf diese Weise lassen sichheute biaxial orientierte Behälter bis 20 l Inhalt herstellen.

Prinzipiell werden auf dem Maschinenmarkt zwei Anlagenarten angeboten, die sich im We-sentlichen darin unterscheiden, ob die Herstellung des gespritzten Preforms in die Gesamt-maschine mit integriert ist oder nicht. Bei einstufigen Spritz-Streckblasformmaschinen istdie Spritzgießmaschine und damit die Herstellung der Preforms Teil der Anlage; das Spritz-gießen und das Streckblasen sind miteinander verkettet. Beim zweistufigen Verfahren dage-gen werden die Preforms in einer separaten Spritzgießmaschine vorgefertigt und später(nach Lagerung und Transport) im abkühlten Zustand einer Streckblasformmaschine zuge-führt; die Spritzgießmaschine und die Streckblasformmaschine sind getrennt, und die bei-den Grundprozesse sind entkoppelt.

Alle blasbaren Kunststoffe, wie PE, PP, PVC, PS, SB und PC lassen sich verarbeiten. PEThat jedoch für die Zunahme der Verpackungen besondere Bedeutung für das Spritz-Streck-blasformen. Es hat zu den vielfältigsten Entwicklungen und Innovationen auf diesem Ma-schinensektor geführt, vgl. [18 bis 25] und Messeberichte. In den Märkten der Kosmetik-,Speiseöl-, Lebensmittel- und Detergentienindustrie werden immer mehr extrusionsgebla-sene Flaschen aus PE und PP durch spritz-streckgeblasene PET-Flaschen ersetzt. Auch istbeispielsweise für alle Arten von Getränken (z.B. Fruchtwässer, Limonaden, Cola, Cola-Mischgetränke, stille und kohlensäurehaltige Mineralwässer usw.) der Anteil an PET-Fla-schen inzwischen sehr hoch und nimmt weiter deutlich zu. Um spezielle Eigenschaften derPET-Produkte zu erreichen, z.B. Heißabfüllbarkeit und Pasteurisierbarkeit, wurden bei eini-gen Anlagenherstellern zusätzliche Bearbeitungsstufen in die Verfahren eingebracht. Schon1989 wurde ein Beispiel für die so genannte Thermokristallisation vorgestellt, bei der dieFertigung des PET-Hohlkörpers in verschiedenen Stufen abläuft (Bild 42). Zur Verbesse-rung der Produkteigenschaften, wie Sperrwirkung und Temperaturstabilität wie auch zum

Bild 42: Schematische Darstellung zum Herstellen heißabfüllbarer oder pasteurisierbarer PET-

Behälter (Corpotherm-Verfahren) (Werkfoto: Krupp-Corpoplast (SIG))


Wiederverwerten von gebrauchten Behältern als preiswertes Zwischenschichtmaterial istseit längerem die Produktion von mehrschichtigen Hohlkörpern möglich, wenn die Pre-forms durch Mehrkomponentenspritzguss gefertigt werden (Bild 43).

5.1 Einstufige Spritz-Streckblasformmaschinen

5.1.1 Verfahrensgrundzüge

Bild 44 zeigt die Anlagenstationen, wie sie normalerweise in Spritz-Streckblasformmaschi-nen integriert sind. Neben der Spritzgießstation zur Herstellung der Preforms mit genauerVerschluss- und Dichtgeometrie und der Streckblasstation ist eine sehr genau arbeitendeKonditionier- und Temperierstation notwendig. Für die maßlichen, optischen und mechani-schen Eigenschaften des Hohlkörpers ist die Flexibilität bei der Einstellung des Tempera-turprofils wichtig. Als günstig hat es sich erwiesen, wenn der Preformkörper durch mehrereHeizzonen in seiner Längsrichtung unterschiedlich erwärmt wird. Auch ist eine unter-schiedliche Temperierung an der Innen- und Außenseite des Vorformlings vorteilhaft. Hierentscheidet sich, ob die Vorteile des biaxialen Verstreckens bei verschiedenen Behälterfor-men auch in die gewünschten optimalen Orientierungszustände der Kettenmoleküle in denBehälterwandungen umgesetzt werden können (Abschnitt 3.1). Notwendig ist auch, dassder Preformkörper durch das Spritzgießen die richtige Form, z.B. Rundheit, Wanddicken-verteilung usw., erhält. Der Gewindebereich des Vorformlings muss weiter gekühlt bleiben,da dieser beim Streckblasen nicht mehr verformt werden darf.

Ein Vorteil der einstufig arbeitenden Spritz-Streck-Blasformanlagen liegt unter anderem da-rin, dass die Form der Preforms sehr variabel ausgeführt werden kann; der Flaschenherstel-

Bild 43: A: Verfahrensablauf beim Verwerten von rückgewonnenem PET in PET-Behältern durch

Zweikomponentenspritzgießen (Coinjektionstechnik), B: Wandaufbau einer so hergestellten

Flasche, a: Hauptspritzeinheit mit Neumaterial, b: Zweite Einheit für Recyclingmaterial,

c: Spritzgießwerkzeug, d: Konditionieren des Vorformlings, e: Streckblasen der Flasche,

f: Auswerfen, g: Neumaterial-Außenschicht, h: Innenschicht aus wieder aufbereitetem PET

(Werkbild: Nissei ASB)


ler ist nicht abhängig von Preformherstellern und deren Preformnormen. Es können heuteproblemlos auch ovale, eckige und asymmetrische Produkte mit engem und weitem Hals-bereich hergestellt werden. Die Verschluss- und Dichtgeometrie kann sehr unterschiedlichgestaltet werden, und es lassen sich sogar Hohlkörper mit angespritzten Haltelaschen ferti-gen. Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Hohlkörper in „einer Wärme“ produziert werden undman damit energetisch gegenüber dem Zweistufenprozess günstiger liegt.

Nachteilig ist allerdings, dass die Prozesszeiten des Spritzgießens und des Streckblasensunterschiedlich sind. Die Abkühlung der spritzgegossenen, dickwandigen Preforms auf dieStrecktemperatur dauert länger als der biaxiale Verstreckprozess mit Blasdrücken um 40 barund dem anschließenden Abkühlen des dünnwandigen Hohlkörpers. Die Produktionsleis-tung von Spritz-Streckblasmaschinen mit gleicher Anzahl von Spritzgießkavitäten undBlasstationen ist daher relativ niedrig.

Schon 1995 hat daher ein Maschinenhersteller Spritz-Streckblasformmaschinen mit einerunterschiedlichen Anzahl von Spritzgießkavitäten und Streckblasstationen ausgerüstet. DerGrundgedanke war, die Kapazitäten des Spritzgießprozesses in einen besseren Einklang mitdenen des Streckblasprozesses zu bringen. Je nach Produktart wurden Verhältnisse von 2:1bis 4:1 verwirklicht.

Bild 44: Schematischer Ablauf des Spritz-Streckblasformens

1: Spritzgießen der Preforms, 2: Konditionieren/Temperieren der Preforms auf der Außen-

und Innenseite, 3: Streck-Blasformen der Preforms, 4: Entformen und Weitertransportieren

der geblasenen Produkte (Werkbild: Nissei ASB)


Gleichzeitig wurde die Notwendigkeit einen „Puffer“ zwischen Spritz- und Blasstation zuschaffen, dazu genutzt, die Preforms verfahrenstechnisch besser auf das Streckblasen vor-zubereiten (Bild 45). So ist z.B. nach dem Spritzgießwerkzeug eine zweite Kühlstation fürdie Preforms angeordnet. Die Zykluszeit wird dadurch verkürzt. Im Ablauf der Streckblas-seite sind vor und nach der Temperierstation für die Preforms Stationen für Temperaturaus-gleichsvorgänge eingefügt. Durch die höheren Produktionsleistungen wurden die Investi-tionskosten und auch der Platzbedarf bezogen auf den Behälterausstoß verbessert [9].

Predöhl und Hartwig [24] sowie Bock [25] haben die Vor- und Nachteile des zwei- und ein-stufigen Streckblasformens zusammengestellt und dabei insbesondere auch untersucht, wieunterschiedliche Verhältnisse zwischen Spritzgieß- und Streckblaskapazitäten beim Spritz-streckblasen zu bewerten sind (Tabelle 1). Daraus abgeleitet sind z.B. mehrere mögliche

Bild 45: Maschinen und Verfahrenskonzept der Spritz-Streckblasformmaschinen der PF-Serie


Tabelle 1: Prinzipien der Kavitätenverhältnisse im Einstufenprozess [24] (SIG)


Verfahrensschemen, die zu größeren Produktionsleistungen und mehr Wirtschaftlichkeitführen (z.B. Bild 46 und 47) und mit denen in Bereiche vorgedrungen wird, die zuvor demzweistufigen Verfahren vorbehalten waren.

5.1.2 Bauarten

Aufgrund des starken Wettbewerbs und des damit verbundenen Kostendrucks zielen vieleEntwicklungen auf eine Verbesserung des Preisleistungsverhältnisses der Maschinen unddamit auf eine Reduzierung der Investitions- und Produktionskosten. Hinzu kommen die

Bild 46: Schematische Darstellung des Prozesszyklus und schematischer Aufbau der Maschine

Ecomax 10/ 2 [24, 25] (Werkbild: SIG)

Bild 47: Einstufen-Streckblasanlage mit zwei Schließeinheiten [25] (Werkbild: SIG)

Konditionierstation

Streck-undBlasstation

Übergabestation

Extruder

Schmelzespeicher mitSpritzfunktion

SpritzgießstationAusgabe

90˚

90˚

90˚

1

1

2

3

4


für die Anwenderindustrien ebenfalls wichtigen Themen der verbesserten Produktqualitätund Prozessfähigkeit sowie Flexibilität der Fertigungen. Die angebotenen Fabrikate unter-scheiden sich besonders in Hinblick auf zwei Bereiche:

• die Spritzgießseite mit den Bewegungsabläufen der Schließeinheit und der Vorform-linge, der Ausführung des Spritzgießwerkzeugs und der Kavitätenanzahl (auch im Ver-hältnis zu den Blaskavitäten);

• in der Art des Transports und der Vorbehandlung der Preforms vor dem Streckblasen.

Hinzu kommen viele Detailentwicklungen in den Anlagenkomponenten. Im Folgendenseien einige, wenige Maschinenbeispiele gezeigt (Bild 48 bis 50).

Bild 48 zeigt das typische Aussehen einer Anlage mit dem relativ hochbauenden Streck-blasbereich und dem angekoppelten flachen Spritzgießbereich. Bei dieser Maschine mitvier Kavitäten wird die Vorformlingstemperatur durch ein patentiertes Spezialsystem mitder Bezeichnung Direct-Heat-Control überwacht.

Die Spritz-Streckblasformmaschine des Typs PF nach Bild 49 ist inzwischen ein klassi-sches Beispiel für die Konzeption mit unterschiedlicher Anzahl von Spritzgieß- und Streck-blaskavitäten zu arbeiten. Das Verhältnis ist hier 4:1, im Spritzgießbereich wird zudem miteinem doppelten Satz drehend angeordneter Preformträgerkerne gearbeitet, die als 4er-Blö-cke abwechselnd im Vierfach-Spritzgießwerkzeug zum Einsatz kommen (Schema inBild 45). Die Maschinen der PB-Serie dieses Herstellers weisen ebenfalls ein Kavitätenver-hältnis von 4:1 aus. Für noch höhere Produktionsleistungen sind die Spritzgießwerkzeugedieser Maschinenreihe allerdings mit 16 beziehungsweise 32 Kavitäten ausgerüstet.

Bild 48: Kompaktmaschine SB III-250HB-50 zum Herstellen von 1,4 l-Mineralwasserflaschen aus

C-PET (Werkbild: Aoki)


Die Ecomax-Maschinen (Bild 50) sind nach dem in Bild 46 dargestellten Verfahrensschemakonzipiert. Mit einem Kavitätenverhältnis (Spritzgieß- zu Streckblasformkavitäten) von 5:1ist eine optimale Leistungsabstimmung gelungen [24]. Interessant ist auch, dass der Plastifi-zierextruder kontinuierlich arbeitet, was unter anderem den Vorteil hat, dass bei gleichemSchneckendurchmesser für den Prozess eine größere Aufschmelzleistung zur Verfügungsteht. Dies wird durch die Verwendung eines Speichers mit Spritzgießfunktion möglich(Bild 51). Durch die modulare Kombination können auch die Flexibilität und die Einsatz-möglichkeiten in der Produktion verbreitert werden. Weitere Vorteile, die sich daraus ablei-ten, sind in [25] zusammengestellt.

Bild 49: Spritz-Streckblasformmaschine Typ PF4-1BH für große PET-Behälter mit Handgriff


Bild 50: Aus dem Preform-Modul Premax und dem Streckblasform-Modul Blomax zusammengesetzte

Einstufen-Anlage Ecomax zum Herstellen von PET-Flaschen mit z.B. 2 l Inhalt (Werkbild:

SIG Blowtec)


Eine interessante Neuentwicklung ist das IndexSB-(Streckblas-)System zum Herstellen vonPET-Behältern von 0,25 bis 5 l Inhalt (Bild 52). Bei dieser einstufigen Lösung verbindet derMaschinenhersteller seine bewährte Index-Spritzgießtechnik zur Herstellung der Preformsmit sehr kurzen Spritzzyklen (patentiertes Index-Drehblocksystem, Bild 53A) mit einerneuen Streckblaseinheit. Die Übergabe der Preforms aus der um eine horizontale Achsedrehenden Spritzgießseite und dem um eine vertikale Achse drehenden Blasbereich erfolgtmit einem Robotersystem. Vor dem Streckblasen werden auch hier die Preforms konditio-niert (Bild 53B). Die Gesamtmaschine arbeitet mit einem Spritzgieß- und Blastaktverhält-nis von 2:1, was nach Angaben des Herstellers eine optimale Werkzeugauslastung ermög-licht und durch die höhere Systemproduktivität den Gesamtinvestitionsaufwand gemessenam Ausstoß minimiert. Die einstufige Systemlösung zielt insbesondere auf die Fertigung

Bild 51: Schmelzespeicher mit Fifo-Ventilfunktion in beiden Stellungen [25] (Werkbild: SIG Blowtec)

Bild 52: IndexSB System zur Herstellung von PET-Behältern (einstufiges Spitz-Streckblassystem)

(Werkbild: Husky)

KonditionierstationÜbergabe-Roboter Spritzeinheit

Index-Drehblock

Flaschen-Übergabe u.-Positionierung

Schießeinheit


von PET-Behältern mit kleinen Losgrößen beziehungsweise mit häufigeren Produktwech-seln oder auch erhöhten Anforderungen an die Oberflächenqualität.

5.2 Zweistufige Spritz-Streckblasformmaschinen

5.2.1 Verfahrensgrundzüge

Für Produktionen mit hohen Ausstoßleistungen wird heute der zweistufige Prozess einge-setzt. Dabei wird die große Effizienz im Wesentlichen dadurch erreicht, dass die beiden ge-trennt arbeitenden Verfahren des Spritzgießens und des Streckblasens unabhängig voneinan-der maschinen- und verfahrenstechnisch noch weiter optimiert wurden. Heute lassen sichbeim Spritzgießen Stundenleistungen von über 20000 Preforms erreichen. Die Streckblas-leistungen liegen über 40000 Flaschen/h. Auf den räumlich getrennt stattfindenden Spritz-gießvorgang wird hier nicht mehr eingegangen, einiges wurde in Abschnitt 5.1.2 angespro-chen. Die Hersteller von Streckblasformmaschinen bieten entweder selbstentwickelteSpritzgießmaschinen an oder arbeiten eng mit Spritzgießmaschinenherstellern zusammen.Generell hat der Anwender die Wahl, von wem er die Preforms bezieht.

Der prinzipielle Ablauf des Streckblasformen von Preforms kann in zwei Produktions-schritte aufgeteilt werden. Schritt 1 beinhaltet die Zufuhr und Kontrolle der Preforms, dasAufheizen und Konditionieren (ca. 90 bis 120 °C bei PET); in Schritt 2 wird der Preform indas Streckblaswerkzeug eingelegt, gereckt und vorgeblasen (Vorblasdruck um 20 bar), fer-tig geblasen (ca. 40 bar), gekühlt und ausgeformt (Bild 54).

Bild 53: Komponenten des IndexSB-Systems

A: patentierter Index-Drehblock für das Spritzgießen von Vorformlingen, B: effiziente Kondi-

tionierstationen lenken die Wärme auf spezifische Vorformlingbereiche, um Behältergewicht

und Leistung zu optimieren (Werkbild: Husky)

A B


5.2.2 Bauarten

Prinzipiell kann das aktuelle Maschinenangebot für das Streckblasen in zwei Gruppen ein-geteilt werden:

• Anlagen, auf denen sich praktisch nur PET-Behälter herstellen lassen;

• Maschinen, mit denen sich zusätzlich zu PET auch Kunststoffe mit ganz anderen Eigen-schaften, wie z.B. PP und PVC, verarbeiten lassen.

Bei den Maschinen der ersten Gruppe handelt es sich gewissermaßen um „Einzweck“-Hochleistungsmaschinen, die zumeist direkt in die Abfülllinien von Getränken mit großenAbsatzmengen integriert sind. Die zweite Art wird auch gerne als „Reheat“-Anlagen be-zeichnet und ist wesentlich flexibler für unterschiedlichste Behälter einsetzbar und auch fürkleinere Losgrößen geeigneter.

Bild 55 und 56 zeigen zwei Beispiele für solche Hochleistungs-Streckblasformmaschinen,die mit vorgefertigten PET-Vorformlingen beschickt werden. Die Bearbeitungsstation desStreckblasens ist meist als rotatorisch arbeitendes Bauelement ausgeführt. Auf diesem sogenannten Blasrad werden mehrere Einzel- oder auch Doppel-Streckblaskavitäten (von achtbis zu 30 Einzelkavitäten) angeordnet; das Öffnen und Schließen der Werkzeuge erfolgtmeist nach dem Buchdeckelprinzip. Mit den derzeit leistungsfähigsten Einzelkavitäten las-sen sich Ausstoßkapazitäten bis 1500 Flaschen pro Stunde und Kavität erzielen; die Fla-scheninhalte liegen zwischen 0,25 und 1,5 und 2 l. Die Heizstationen, die früher auch oft alsdrehende Heizräder ausgeführt waren, sind bei einem Teil der aktuellen Maschinengenera-

Bild 54: Schematische Darstellung der Produktionsschritte beim zweistufigen Streckblasformen

(Werkbild: Krones)

Schritt 1

Schritt 2


tion oft durch linear arbeitende Heizstrecken ersetzt worden (vgl. Abschnitt 7, Messe-berichte). Die Veränderung dieses wichtigen Moduls zeigt deutlich, wie intensiv in den letz-ten zehn Jahren an diesen Maschinen entwickelt wurde; dies gilt aber auch für alle anderenAnlagenkomponenten. So wird z.B. bei der neuen Blomax Serie III darauf hingewiesen,dass die gesamte Heizkastenreihe gleichzeitig sowohl horizontal als auch vertikal einge-stellt werden kann und der Austausch der Heizkästen eine Sache von wenigen Sekunden ist(Bild 57).

Bild 55: Schematische Darstellung der Streckblasformanlage Contiform S 16/S18 (Werkbild: Krones)

1) Blasmodul, 2) Heizmodul, 3) Blasstation, 4) Einlauf- und Auslaufstern Blasrad, 5) Ein-

gabestern, 6) Dornkette, 7) Bedientafel, 8) E-Schrank, 9) Wasserwand, 10) Pneumatikwand,

11) Lufttransporteur, 12) Heizung, 13) E-Anschluss, 14) Luftversorgung, 15) Wasserversor-

gung, Vorlauf/Rücklauf, 16) Preform-Zuführschiene, 17) Preform-Rollensortierer, 18) Pre-

form-Steilförderer, 19) Preform-Vorratsbehälter, 20) Preform-Kipper

Bild 56: Streckblasformmaschine Blowmax Serie III

A: Maschinenprinzip, B: Gesamtansicht Blomax 12 der SIG (Werkbilder: SIG Corpoplast)

A B


Auch die Reheat-Anlagen wurden in Hinblick auf die o.a. Faktoren immer weiterent-wickelt. Aus der Vielzahl der Fabrikate sei nur ein Beispiel gezeigt (Bild 58); bei dieser An-lagenart wird insbesondere die Verarbeitung von Preforms aus PP zu Behältern mit Inhaltenvon 2 l herausgestellt.

Bild 57: Austausch eines kompletten Heizkastens im linearen Heizofen der Streckblasformmaschine

Blomax Serie III (Werkbild: SIG Corpoplast)

Bild 58: Reheat- Streckblasanlage SB 6 (Werkbild: Bekum)

Sonderbauarten von Blasformmaschinen 483

6 Sonderbauarten von Blasformmaschinen

6.1 Pressblower-Verfahren

Zum Herstellen von Tuben, Kartuschen, Ampullen, Präzisionsflaschen aus blasbaren Ther-moplasten (PE, PP, PA usw.) mit Inhalten bis 1,5 l und auch für die Herstellung von Achs-manschetten und Faltenbälgen aus thermoplastischen Elastomeren (TPE) kann auch das sogenannte Pressblower-Verfahren eingesetzt werden (Bild 59). Das Kopfteil des Hohlkör-pers wird durch Spritzgießen maßlich sehr genau hergestellt. Anschließend wird der röhren-förmige Vorformling durch die vertikale Ziehbewegung des Spritzgießwerkzeugs und dasExtrudieren der Schmelze durch das Ringspaltwerkzeug gebildet. Die Wanddickenvertei-lung am Vorformling kann durch die Geschwindigkeit des Spritzgießwerkzeugs und durchdie Spaltweite der Düse geregelt werden. Im zweigeteilten Blaswerkzeug wird der Vorform-ling zum quetschnahtlosen Endprodukt fertiggeblasen, und nach Ablauf der Kühlzeit wirdin einer separaten Station der Bodenabfall entfernt.

Bild 59: Schematischer Ablauf des Spritzblasverfahrens mit Wanddickensteuerung beim Herstellen

einer Achsmanschette aus einem thermoplastischem Elastomeren

A: Fertigung des Kopfteils in einem Spritzgießwerkzeug, B: Vorformling wanddicken- und

geschwindigkeitsgesteuert pressziehen, C: Hohlkörper blasformen, D: Butzen abtrennen

(Werkbild: Ossberger)

6.2 Blas-, Füll- und Verschließmaschinen

Bild 60 zeigt eine vollautomatische Anlage zur Abfüllung steriler Flüssigkeiten nach demBFS-Verfahren (Blow-Fill-Seal) mit Herstellung, Füllen und Schließen von sterilen und py-rogenfreien Kunststoffbehältern in beliebiger Formgestaltung auf einer Anlage. ExtrudiertePE-, PP- oder PET-Hohlkörpervorformlinge aus einem (Mehrfach-)Schlauchwerkzeug wer-den in gekühlten Blaswerkzeugen als Einzel- oder Blockbehältnisse ausgeformt, dannDruck-Zeit-gesteuert über Fülldorne befüllt, und danach wird der noch heiße Flaschenhalsdurch das Oberteil des Blaswerkzeugs sofort zugequetscht und hermetisch verschweißt. Dienachfolgende Behälter- oder Blockvereinzelung sowie die Butzen und Randabtrennung er-folgt in-line mittels integrierten oder externen Stanzwerkzeugen.


Ein anlageneigener Reinraum der Klasse A (US-Klasse 100) mit automatischer CIP/SIP-Reinigung und dark/white-Anlagentrennung gewährleisten ein Höchstmaß an Prozess- undProduktsicherheit. Alle Anlagen des Unternehmens haben immer einen Extruder und arbei-ten entweder diskontinuierlich mit einem oder zwei Blaswerkzeugen oder kontinuierlich alsumlaufende Formketten mit Behältervolumen von 0,1 bis über 1000 ml und Leistungen biszu 30000 Behältern/h.

7 Literatur

1 Technologien des Blasformens. VDI-Verlag, Düsseldorf 1977

2 Schneiders, A.: Extrusions-Blasformen. Kunststoffe 67 (1977) 10, S.598/601

3 Ast, W.: Die Fertigungslinie beim Blasformen. Kunststoffe 81 (1991) 10, S. 886/893

4 Boes, D.; Krämer, A.; Lohrbächer, V.; Schneiders, A.: 30 Jahre Nutenextruder. Kunst-stoffe 80 (1990) 6, S. 659/664

Bild 60: Bottlepack aseptic-Anlage Typ 3012M mit 2 und 5 ml Formwerkzeugen und einer Kapazität

von ca. 4500 Ampullen/h (Werkfoto: Rommelag)

Literatur 485

5 Ast, W.: Blasformen technischer Teile. Anlagekonzepte und Fertigungssysteme fürPolyolefine. Kunststoffe 80 (1990) 12, S. 1333/1345

6 Ast, W.: Blasformen technischer Teile. Verfahrenstechnik bei technischen Kunststoffenund TPE. Kunststoffe 81 (1991) 1, S. 27/35

7 Daubenbüchel, W.: Blasformen von technischen Kunststoffen. Kunststoffe 78 (1988) 9,S. 762/775

8 Pfleger, W.; Stöpelmann, G.; Ebert, M.; Renfordt-Sasse, E.: Blasformbare Polyamide.Kunststoffe 86 (1996) 1, S. 61/65

9 Ast, W.: Blasformmaschinen. Kunststoffe 87 (1997) 11, S. 1618/1625

10 Effenberger, A.: Fortschritte in der Werkzeugwechseltechnik an Blasformmaschinen.Vortrag auf der IK-Fachtagung. Darmstadt 1992

11 Schüller, F.: Das 3D-Saugblasverfahren. Interne Schrift der Fischer-W.Müller Blas-formtechnik

12 Schüller, F.: 3D-Saugblasverfahrenen. Vortrag beim VIII. VDI-Kunststoffsymposium.Sao Paulo, Brasilien 1996

13 Schüller, F.: Neue Entwicklungen im 3D-Blasformen. Vortrag im Weiterbildungs- undTechnologie-Forum Würzburg 1998

14 Balzer, M.: 3D-Technologie; Blasformen ’97: Innovationen und Perspektiven. VDI-Verlag Düsseldorf 1997, S. 157/172

15 Thielen, M.; Balzer, M.; Weiland, O.; Siewert, H.; Friedrich, K.: Extrusionsblasformentechnischer Teile; Blasformen ’99: Ideen schaffen neue Produkte. VDI-Verlag, Düssel-dorf 1999, S. 247/241

16 Wortberg, J.; Michels, R.; Neumann, M.: Elektromechanisch angetriebene Blasform-maschinen Eine Vision? Blasformtechnik 1997 – Innovationen und Perspektiven. VDI-Verlag, Düsseldorf 1997, S. 277/298

17 Spritzblasen. VDI-Verlag, Düsseldorf 1976

18 Neumann, E. H.: PP processing on single stage injektion-strech blow moulding machi-nes. Vortrag auf der Tagung High Performance Plastics Packaging, Düsseldorf 1993

19 Appel, O.: Barriereeigenschaften von PET- und PEN-Flaschen. Kunststoffe 86 (1996)5, S. 650/654

20 Temperaturbeständige PET-Flaschen mit Blomax-Technologie. Interne Schrift derKrupp Corpoplast

21 Kohda, H.: Gleichzeitig entgasen und streckblasformen. Kunststoffe 86 (1996) 5,S. 656/657

22 Appel, O.: Entwicklung bei Polyesterflaschen-Kostensenkung und neue Anwendungen.Blasformen ’97: Innovationen und Perspektiven. VDI-Verlag, Düsseldorf 1997, S. 83/111

23 Kohda, H.: Blow Moulding of PEN Resins. Interne Schrift Aoki

24 Predöhl, W.; Hartwig, K.: Einstufig bringt Vorteile. Kunststoffe 89 (1999) 1, S. 59/62


25 Bock, S.: Spritzstreckblasen – ein neues Maschinenkonzept zwischen dem Ein- undZweistufenprozeß. Blasformtechnik ’99: Ideen schaffen neue Produkte. VDI-Verlag,Düsseldorf 1999, S. 45/63

Messeberichte zur K in Düsseldorf

Ast, W.: Blasformen. Kunststoffe 80 (1990) 3, S. 361/366 (K89)



Burkhardt, D.: Blasformen. Kunststoffe 88 (1998) 9, S. 1552/1558, (K98)


Gust, P.; Holbach, M.: Blasformen. Kunststoffe 91 (2001) 12, S. 113/114 (K01)

Weiterführende Literatur

Blasformen von Polypropylen. VDI-Verlag, Düsseldorf 1980

Der Blasformbetrieb. VDI-Verlag, Düsseldorf 1982

Sperrschichtbildung bei Kunststoff-Hohlkörpern. VDI-Verlag, Düsseldorf 1986

Blasformen im Wandel. VDI-Verlag, Düsseldorf 1991

Blasformen ’97: Innovationen und Perspektiven. VDI-Verlag, Düsseldorf 1997

Blasformen ’99: Ideen schaffen neue Produkte. VDI-Verlag, Düsseldorf 1999

Menges, G.; Recker, H.: Automatisierung in der Kunststoffverarbeitung. Carl Hanser Ver-lag, München 1986

Herstellerverzeichnis 487

8 Herstellerverzeichnis

Hersteller und Anbieter

von Blasformmaschinen

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A.D.S.18, Avenue des BethunesF-95078 Cergy Pontoise Cedexwww.adspet.com

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Automa S.p.A.Via Chiesaccia 38I-40056 CrespellanoBolognawww.automaspa.com

X X X

Bekum Maschinenfabriken GmbHLankwitzer Straße 14/15D-12107 Berlinwww.bekum.de

X X X X X X X X

Hesta-Graham GmbH & Co. KGDieselstr. 2570771 Leinfelden-Echterdingenwww.hesta.de

X X X X

HuskyZone Industrielle RiedgenTechnical Center, B.P. 93L-3401 Dudelangewww.husky.ca

X

*

* Das Herstellerverzeichnis nennt europäische Hersteller und Anbieter von Blasformmaschinen und definiert derenFertigungsprogramm. Die Übersicht erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.


Krones AG

Böhmerwaldstr. 5

93068 Neutraubling

www.krones.com

X

Magic MP Spa

Via Medici 40

I-20052 Monza

www.magicmp.it

X X

Mag-Plastic S.A.

108 bis, Chemin du Pont-

du-centenaire

CH-1228 Plan-les Ouates/Genf

www.magplastic.com

X X

Mauser Maschinentechnik

GmbH

Schildgestr. 71–163

50321 Brühl

www.mauser-kunststoff-

verpackungen.de

X X X

Meico Srl

Via della Giardina, 8

I-20052 Monza

www.meico.it

X X X X

W. Müller GmbH

Belgische Allee 24

53842 Troisdorf-Spich

www.w-mueller-gmbh.de

X

Nissei ASB GmbH

Mündelheimer Weg 58

40472 Düsseldorf

www.nisseiasb.co.jp

X X



in Europa

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Herstellerverzeichnis 489

Novapax Maschinenbau GmbH & Co. KGMilchweg 1426789 Leer

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Ossberger GmbH + Co.Plastics TechnologyPostfach 42591773 Weißenburgwww.ossberger.de

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Plastimac S.p.A.P.le Giuolio Cesare 9I-20145 Milanowww.plastimac.com

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Rikutec GmbH & Co. KGGraf Zeppelinstr. 557610 Altenkirchenwww.rikutec.de

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Rommelag VertriebsgesmbHPostfach 161171306 Waiblingenwww.rommelag.com

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SidelAvenue de la Patrouille de FranceOcteville-sur-mer, P.B. 204F-76053 Le Havre Cedexwww.sidel.com

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SIG Blowtec GmbH & Co. KGBrüsseler Str. 1353842 Troisdorfwww.sigblowtec.de

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SIG Corpoplast GmbH & Co. KGMeiendorfer Str. 20322145 Hamburgwww.sigcorpoplast.de

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SIG Kautex GmbH & Co. KGKautexstr. 5453229 Bonnwww.sigkautex.de

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SIPA SpAVia Caduti del LavoroI-31029 Vittorio Venetowww.sipa.it

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TechneTechnipark EngineeringVia Della Tecnica 75I-40068 S.Lazzaro di SavenaBolognawww.techne-as.com

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Uniloy Milacron Germany GmbHHauptstraße 1014979 Großbeerenwww.uniloy.de

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Unilog Milacron Italy s.r.l.Via Alessandrini, 43I-20013 Magentawww.unilog.it

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in Europa

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2.1.4 Düse - Christiani Hochschule · Aufbau der Spritzgießmaschine 87 2.1.4 Düse Die Düse stellt als Bestandteil der Plastifiziereinheit nach ihrer Anlage an die Anguss-buchse