用于通过内压成型来制造塑料容器、尤其燃料容器的方法和模具与流程

2021-02-21 16:02:16|

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在吹塑成型时，由热塑性的塑料制成的被加热的并且由此能流动的型坯在成型的吹塑模具内利用气体、例如利用压缩空气被充气，并且在此安置到成型的模具壁上或模具型腔的内壁上。在充气之后，通过充气产生的空心体在模具内冷却，直到其具有足够的形状稳定性，并且可以被脱模。在通用的方法变型方案中使用软管式的型坯，该型坯直接可以预先通过挤出成型制造(所谓的挤压吹塑成型)。

用于机动车的塑料容器、如尤其是燃料容器(燃料箱)可以通过吹塑成型制造。有时，在这种塑料容器的内部必须布置不同的加装件、例如液位传感器、通风和排气元件、泵、过滤器、防晃壁、阀、固定元件等。当前努力的目的在于，在塑料容器的制造期间已经将尽可能多的或全部的加装件引入塑料容器中，这要求通往容器内部的可通行性。

为此的可能性在专利文献DE 100 64 801 A1、DE 10 2009 030 492 A1和DE 10 2012 001 928 A1中得到描述。

构成最接近现有技术的专利文献DE 10 2013 203 085 A1和EP 2 769 825 A1描述了一种用于制造空心体、尤其燃料容器的吹塑成型方法(和设备)，其中，软管式的型坯布置在吹模的两个部件之间，吹模没有完全闭合，其中，型坯在其端部的区域中气密性地封闭，并且型坯的内部区域被加载以气态的压力介质，由此将型坯朝吹模部件的内壁挤压，并且使空心体预成型。为了能够实现将型坯分为两个半部的简单方法而规定，借助布置在吹模部件上的夹紧设备抓持型坯的一部分，并且型坯相应在夹紧设备之间被撕为两个半体。夹紧设备分别具有沿吹模部件的打开和闭合方向可移动的夹紧机构和在端侧与其对置地布置的止挡边，其中，在夹紧机构与止挡边之间形成槽，型坯的材料隆起式地被挤压到槽内，并且为了夹入型坯的材料，夹紧机构或止挡边移动。

用于通过内压成型或吹塑成型来制造塑料容器、尤其燃料容器的方法和模具也在相同的申请人的两个还未公开的德国专利申请10 2017 202 839.4和10 2018 204 145.8中被描述。

关于现有技术，还参考专利文献DE 10 2004 061 476 A1和DE 10 2006 028 095 A1，在这些专利文献中描述了借助电阻丝、白炽丝、白炽条等提供的用于吹塑模具的轧断边或限界边和刀具。通过加热电阻丝、白炽丝等能够更好地去除多余的余料和丢失的吹塑部件头。

本发明所要解决的技术问题在于，说明一种用于通过软管式的型坯的内压成型来制造塑料容器的改进的方法和改进的设备(模具)，其不具有或至少仅在很小的范围内具有至少一个与现有技术相关的缺点。

该技术问题通过根据本发明的具有权利要求1的特征的方法并且通过根据本发明的具有并列的权利要求的特征的成型模具(设备)解决，所述成型模具尤其是吹塑成型模具。对于本发明的两个主题，由从属权利要求、随后的描述和附图类似地得到本发明的优选的扩展方案。本发明尤其也适用于制造用于机动车的燃料压力箱。

根据本发明的方法至少具有以下能以该顺序实施的步骤：

-将软管式的型坯布置在构造具有模具型腔的(打开的)成型模具的模具部件之间；

-(通过沿闭合方向聚拢模具部件)闭合成型模具，并且通过内压、即通过在型坯的内部区域中利用气态的压力介质产生内压，由型坯成型或预成型为容器，其中，型坯的环绕的区段穿过(在模具部件之间既有的或仍存在的)模具缝隙从模具型腔被挤压出；

-侧向拉出(从模具型腔被挤压出的)环绕的区段，由此容器被分为两个容器半部；

-热分离在侧向拉出环绕的区段时形成的塑料桥和/或塑料线。

为了可以在软管式的型坯中产生对于容器成型来说需要的内压，该型坯在其轴向的端部上气密性地被封闭。软管式的型坯可以在布置时或在闭合成型模具时气密性地被封闭，例如通过焊接被封闭。但封闭的型坯也可以提供为预制造的毛坯。在封闭的型坯中，已经可以包围气体(空气)，其在成型模具闭合时产生对于容器成型来说足够的内压。然而优选地，通过尤其借助至少一个吹针将气态的压力介质吹入到封闭的型坯的内部来产生内压。根据另外的方法流程，容器在此可以基本上完成成型或仅预成型。

成型的或至少预成型的(并且随后还要最终成型的)容器沿在闭合时被环绕地从模具型腔被挤压出的区段被分离为两个容器半部，其方法是该区段在周围沿侧向、即横向于成型模具或模具部件的闭合方向或闭合轴线被向外拉出，即远离模具型腔地被拉出，并且在此至少部分分开。所述“拉出”因此也可以被称为撕开或分开。(为此，以下还阐述两个优选的方法。)为此不必打开成型模具。

在拉出时，可以形成所谓的塑料桥或接片和/或塑料线，由此，此外可能会导致过程中断和质量下降。类似的被称为“拉丝”或“抽丝”的缺陷会出现，并且在塑料注塑时又出现。本发明因此规定，在拉出时不期望地形成的这种塑料桥和塑料线被热分离。要理解的是，塑料桥和/或塑料线借助直接的热作用破除(或损坏)。

可以如下进行成型的或预成型的容器的划分或分离(优选的第一方法)：

-闭合成型模具并且通过内压由型坯成型或预成型为容器，其中，型坯的环绕的区段穿过模具缝隙从模具型腔被挤压出，并且被挤压到包围模具型腔的腔室内，并且在该腔室内被压向具有固定的内部的固持爪和可运动的外部撕开爪的卡爪对；并且

-通过侧向移动外部的撕开爪侧向拉出环绕的区段，由此，环绕的区段在外部的撕开爪和(固定的)内部的固持爪之间被撕开，并且因此将容器分为两个容器半部。

这随后还将详细阐述，其中，也参考在德国专利申请10 2018 204 145.8中的相应的阐述，明确地对其进行参考。

也可以如下进行成型的或预成型的容器的划分或分离(第二方法)：

-闭合成型模具并且通过内压由型坯成型或预成型为容器，其中，型坯的环绕的区段穿过模具缝隙从模具型腔被挤压出，并且在模具型腔的外部借助抓持装置来被抓持；并且

-通过侧向移动抓持装置来侧向拉出环绕的区段，由此，环绕的区段在成型模具的至少一个撕开边上被撕开，并且将容器分为两个容器半部。

在这方面，此外参考在德国专利申请10 2017 202 839.4中的相应的阐述，明确地对其进行参考。

优选在成型模具闭合的情况下侧向移动撕开爪或抓持装置。侧向移动尤其理解为，撕开爪或抓持装置横向于成型模具或模具部件的闭合方向或闭合轴线地运动。横向在此意味着，撕开爪或抓持装置的运动轴线相对于闭合轴线优选具有45°与90°之间的角度，并且特别优选具有60°与90°之间的角度。撕开爪或抓持装置尤其基本上垂直于(90°)闭合方向地运动。撕开爪或抓持装置在此分别向外、即侧向向外远离模具型腔地运动。

优选借助至少一个加热丝切割元件进行塑料桥和/或塑料线的热分离。加热丝切割元件是被拉紧的金属丝件，其通过通电被电阻加热。加热丝切割元件被剧烈加热(例如直到达到几百摄氏度)，从而能够实现塑料桥和/或塑料线的快速的和局部有针对性的熔化或烧穿，其中，被加热的或热的金属丝同时作用为刀刃或切割件。可以通过试验确定金属丝厚度、金属丝材料、电压和电流的大小以及加热持续时间。该原理由现有技术已知，并且例如用于泡沫塑料切割(所谓的加热丝切割器)。例如可以规定，使用装备有加热丝切割器的机器人，其在成型模具打开的情况下移入模具部件之间，并且分离塑料桥和/或塑料线。然而优选规定，成型模具具有至少一个加热丝切割器或至少一个加热丝切割元件，尤其在成型模具还闭合的情况下，利用加热丝切割器或加热丝切割元件分离塑料桥和/或塑料线。

根据本发明的方法此外可以具有一些或所有以下的、跟随上述步骤的且尤其能以该顺序实施的步骤：

-(通过模具部件的相离运动)打开成型模具，其中，相应的容器半部分别各保留在相应的模具部件中；

-将至少一个加装件固定在至少一个容器半部上、尤其固定在内侧；

-(通过聚拢模具部件)再次闭合成型模具，其中，容器半部例如在热融的、再加热的或设有粘合剂的边缘上材料接合地拼接为容器或容器囊；

-必要时(通过给容器的内部区域加载气态的压力介质)对拼接的容器进行吹塑成型，由此，迄今仅预成型的容器完成成型(其方法是，使该容器朝模具型腔的内壁挤压)，即由此完成要制造的容器的最终形状(所述拼接和吹塑成型可以依次、同时或在相应的密封时进行，或者也能以相反的顺序进行)；

-必要时尤其借助成型模具的环绕的切割装置对容器进行切割；

-打开成型模具，并且使完成的、设有至少一个加装件的塑料容器脱模。

优选地，与在之前(第一次)闭合用以预成型容器(第一闭合位置)时相比，模具部件在再次(第二次)闭合成型模具用以拼接并且必要时使容器最终成型或完成成型时聚拢得更紧。

此外，根据本发明的方法可以进一步具有未详细阐述的中间步骤、子步骤、准备步骤和/或后续步骤。优选地，根据本发明的方法借助根据本发明的成型或吹塑成型模具被实施，并且因此可以具有之前的步骤：

-提供根据本发明的成型或吹塑成型模具。

根据本发明的用于通过软管式的型坯的内压成型或吹塑成型、尤其通过使用根据本发明的方法来制造塑料容器的成型或吹塑成型模具具有以下部件：

-两个构造有模具型腔的并且可相对彼此运动的模具部件(模具半部或侧面)；

-布置在模具型腔外部的用于将型坯的环绕的区段侧向拉出(或撕开或分开)的器件，该型坯的环绕的区段在(通过聚拢模具部件)成型模具闭合时穿过(在模具部件之间的)模具缝隙从模具型腔被挤压出，由此，之前在模具部件之间成型的或预成型的容器(参见上面)可以被分为两个容器半部；

-至少一个加热丝切割器或至少一个加热丝切割元件(如上面已经阐述的那样)，用于热分离在侧向拉出环绕的区段时形成的塑料桥和/或塑料线。

加热丝切割元件优选固定在可移出的挺杆上。可以通过模具或机器控制装置来控制移出和移入运动以及电加热。

可以设置单个围绕模具型腔布置的或围绕模具型腔引导的加热丝切割元件。同样可以设置多个可单独或也共同控制的加热丝切割元件，其围绕模具型腔布置。优选规定，仅在关键区域中布置有至少一个加热丝切割元件(备选地，也可以仅运行布置在那里的加热丝切割元件)，根据经验，在所述关键区域中形成塑料桥和/或塑料线。

优选设置以下用于将型坯的环绕的区段侧向拉出的器件(如也在德国专利申请10 2018 204 145.8中描述的那样)：

-至少一个包围模具型腔的腔室(外腔室)；和

-在腔室中围绕模具型腔布置的卡爪对，其具有固定的内部的(即靠近模具型腔的)固持爪和可运动的或可移动的、尤其可侧向运动的外部的(即远离模具型腔的)撕开爪，从而通过侧向移动外部的撕开爪将环绕的区段(其在成型模具闭合时穿过模具缝隙从模具型腔被挤压出)在外部的撕开爪与内部的固持爪之间撕开，并且可以将容器分为两个容器半部。

在此优选规定，一个加热丝切割元件或多个加热丝切割元件布置在固定的内部的固持爪与可运动的外部的撕开爪之间，优选使得一个加热丝切割元件或多个加热丝切割元件直接布置在固定的内部的固持爪旁边，并且尤其(以及固定的内部的固持爪)沿侧向方向是不可移动的。

此外，还可以设置以下用于将型坯的环绕的区段侧向拉出的器件(如在德国专利申请10 2017 202 839.4中描述的那样)：

-至少一个布置在模具型腔外部的撕开边；和

-多个布置在模具型腔外部的并且可侧向移动的抓持装置，利用抓持装置可以抓持型坯的环绕的区段(其在成型模具闭合时穿过模具缝隙从模具型腔被挤压出)，并且可以在撕开边上撕开所述区段，从而使之前在模具部件之间成型的或预成型的容器可以被分为两个容器半体。

一个加热丝切割元件或多个加热丝切割元件以适当的方式布置在成型模具中，例如布置在撕开边附近或也直接布置在撕开边的旁边

随后以非限制性的方式根据优选的实施例详细阐述本发明。在附图中示出的和/或随后阐述的特征也可以与特定的特征组合无关地是本发明的常见的特征，并且相应改进本发明。

图1至图7以示意性的截面图示出了塑料容器的根据本发明的制造；

图8示意性示出了加热丝切割器。

在图1至7中仅示意性示出的吹塑成型模具100具有两个可相对彼此运动的模具部件或半部110、120，其构造有成型的模具型腔130。此外，两个模具部件110、120具有围绕模具型腔130布置的滑块170，滑块可以侧向地、即横向于闭合方向S地移动。吹塑成型模具100安装在未示出的吹塑成型机器中，尤其使得模具部件110、120垂直地定向(参见附图标记v)，从而可以从上方导入待吹塑的软管式的型坯200。基于垂直方向v，模具部件110、120也可以被称为模具侧面。

此外描述了具有加装件250的塑料容器260、尤其燃料箱或容器的根据本发明的制造。优选自动化地并且尤其全自动化地实施各个步骤。

在制造过程开始时，优选直接被挤出成型的软管式的型坯200在其轴向的端部上气密性地被封闭，并且在打开的模具部件110、120之间定位在模具型腔130中，如图1所示的那样。软管式的型坯200例如由HDPE(高密度聚乙烯)形成，并且在加热的或还热融的状态中被处理。通过预吹塑，由软管式的型坯200产生空心体，空心体在吹塑成型模具100通过聚拢模具部件110、120而闭合时变形。在此，型坯200的环绕的区段210穿过模具部件110、120之间的在周围延伸的模具缝隙160从模具型腔130被挤压出，并且被挤压到包围模具型腔130的腔室或者说环绕的外腔室150内，如图2所示的那样。型坯200的可能凸出的外边缘在此可以被夹入在滑块170之间，如图2所示的那样，并且在此通过滑块170的相应的设计被挤压或轧断。

在吹塑成型模具100闭合(第一次闭合)，并且模具部件110、120占据图2所示的第一闭合位置之后，型坯200或由此形成的空心体通过给其内部区域加载以气态的压力介质、例如压缩空气(例如借助吹针)被吹塑成型或充气，由此，型坯200大体上朝模具型腔130的内壁挤压，并且在此预成型为容器220。在此，通过模具区段或者说壁部件135之间的几毫米宽的模具缝隙160，型坯200的位于腔室150内的环绕的区段210由于内压而变形，并且在此被压向具有内部的固持爪141和外部的撕开爪142的卡爪对140，或被吹到卡爪141、142上。滑块170构成仅在第一模具闭合位置中起作用的外部的模具密封件(第一密封平面)，并且因此能够实现腔室150内的压力增大。

卡爪141、142在两个模具部件110、120上布置在模具型腔130的旁边，其中，内部的(即靠近模具型腔130的)固持爪141是固定的，并且外部的(即远离模具型腔130的)撕开爪142可以与滑块170一起运动。卡爪141、142是凸出的、即伸入腔室150中的元件，该元件例如钩式地、爪式地、刀刃式地或类似地构造。型坯200在相关的区段210中被起作用的内压挤压到卡爪141、142上，其中例如通过以下方式产生形状接合(尤其没有由此导致的穿孔)，即将型坯200的塑料材料挤压至隆起超过卡爪141、142。通过形状接合，可以将撕开力施加到相关的区段210上。

在吹塑成型模具100闭合时，尤其在内压减轻时，滑块170现在从其在图2中示出的内部的起始位置开始侧向地、即横向于模具部件110、120的闭合方向S地(参见图1)移动，并且向外、即远离模具型腔130地移动，在图3中通过箭头示出这一点。滑块170在此具有不同的移动路径，在图3中通过不同的箭头长度说明这一点。通过侧向拉出，从模具型腔130挤压出的环绕的区段210在运动的外部的撕开爪142与固定的内部的固持爪141之间被撕开，从而预成型的容器220被分为两个容器半部230、240。拉出或撕开也可以被称为撕下。

在拉出或撕开时，在分离部位上可以形成塑料桥和/或塑料线A’，即被拉出或撕开的废料或余料A没有完全去除。这可能会伤害其他的制造过程。因此，根据本发明规定，这种塑料桥和/或塑料线A’被热分离。两个模具部件110、120为此构造有加热丝切割器180。加热丝切割器180具有加热丝切割元件181(参见图8)，其布置在固定的内部的固持爪141与可运动的外部的撕开爪142之间，并且固定在可移出的挺杆182上(也参见图1)。加热丝切割元件181借助驱动器183沿闭合方向S(参见图1)移出或移入到腔室150中，并且在此有针对性地分离塑料桥和/或塑料线A’，从而实现完全的或整齐的余料切除，如图4所示的那样。加热丝切割元件181直接布置在内部的固定的固持爪141旁边，这能够实现精密的分离。

加热丝切割器180随后又复位运动。随后打开吹塑成型模具100，并且从吹塑成型模具100去除被撕开的且整齐切除的废料A，如图5所示的那样。容器半部230和240保留在相应的模具部件110和120中。加装件250定位在现在可接近的容器内部中并且固定在至少一个内侧。

吹塑成型模具100现在再次闭合(第二次闭合)，其中，模具部件110和120占据更紧密的第二闭合位置，如图6所示的那样。能够通过滑块170的错开的外部的端部位置实现更紧密的模具闭合位置。由此，模具部件110和120可以进一步聚拢，并且在第一闭合位置中(参见图2至4)还存在的模具缝隙160被闭合。在第一闭合位置中还间隔开的模具区段135现在形成仅在第二模具闭合位置中起作用的内部的模具密封件(第二密封平面)。

在再次闭合吹塑成型模具100时，容器半部230和240相互拼接。为此，吹塑成型模具100可以具有例如构造为加热丝的加热装置190，以便能够实现材料接合的和气密性的拼接，利用加热装置可以对容器半部230和240的要拼接的边缘进行再加热，其中，也能够实现其他的加热和/或连接可能性。现在气密性的容器囊通过给其内部区域加载以气态的压力介质、尤其是压缩空气进一步被充气(例如借助吹针)，并且在此形状符合地压向模具型腔130的内壁，由此，两件式的容器260完成成型。

已制成的具有集成的加装件250的塑料容器260在吹塑成型模具100中冷却，直到所述塑料容器具有足够的形状稳定性，并且可以在打开吹塑成型模具100之后脱模，如图7所示的那样。在之前的模具闭合过程中(参见图6)，已制成的容器260此外可以借助集成的切割或修整装置137(例如以轧断边的造型)进行切割。为了脱模容器260和废料或余料A，吹塑成型模具100具有未示出的顶料器(Auswerfer)。为了制造另外的容器260，滑块170现在又移动到其内部的起始位置中(参见图1)。

相对于前面阐述的作用方式备选地可以规定，容器260已经在第一次闭合成型模具100时基本上成型或完成成型，从而使容器半部230、240在装备加装件250之后，在第二次闭合成型模具100时(具有或可能也不具有内压)才被拼接。

此外，相对于前面阐述的作用方式备选地可以规定，通过侧向拉出环绕的区段210仅形成薄弱点(没有撕开)，所述薄弱点随后借助加热丝切割器180被切断。

图8示意性示出了加热丝切割器180，加热丝切割器具有加热丝切割元件181，加热丝切割元件固定在两个可移出的挺杆182之间，或在它们之间被拉紧，通过所述挺杆能够实现电接触，以便实现电阻加热的目的。借助由模具控制装置或机器控制装置控制的电气的、气动的或液压的挺杆驱动器183来操纵挺杆182。在相应的设计方案中，挺杆182也可以同时作用为顶料器。如上面已经阐述的那样，可以设置单个加热丝切割元件181(即仅一条金属线)，该加热丝切割元件借助多个挺杆182围绕模具型腔130被引导，即环绕地构造，所述挺杆在一定程度上用作支撑点。同样可以设置多个尤其可彼此独立运行的加热丝切割元件181，其分别在至少两个挺杆182之间延伸，并且优选仅布置在关键区域中。

附图标记清单

100 吹塑成型模具

110 模具部件

115 底板

120 模具部件

125 底板

130 模具型腔

135 模具区段

137 切割装置

140 卡爪对

141 固持爪

142 撕开爪