Produktionsprozesskontrolle von Leichtflaschen

Leichte Flaschen haben dünne Wände und Hochgeschwindigkeitsformen erfordert eine hohe Schmelzqualität der Glasflüssigkeit. Leichte Schwankungen in der Gleichmäßigkeit und Temperatur der Glasflüssigkeit beeinträchtigen das Formen. Unter der Voraussetzung, dass das Chargenmaterial vollständig geschmolzen ist, ist daher die Stabilität der Prozessindikatoren des Ofenbetriebs von entscheidender Bedeutung. Das Laden und Entladen des Schmelzofens hält ein dynamisches Gleichgewicht aufrecht und die Ladeschicht sollte dünn sein, um sicherzustellen, dass die Schwankung des Glasflüssigkeitsniveaus in einem sehr kleinen Bereich kontrolliert wird.
Um hochpräzise Produktionsindikatoren zu gewährleisten, werden ölbefeuerte Öfen gefördert, Ofentypen verbessert und Hochtemperaturöfen mit großem Querschnitt verwendet. Für den Ofen werden eine Reihe von Maßnahmen umgesetzt, darunter Vollisolierung, Blasenbildung am Beckenboden, elektrisches Schmelzen, Ofenschwelle und Mikrocomputersteuerung der thermischen Parameter.

Um sicherzustellen, dass die geschmolzene und geklärte Glasflüssigkeit gleichmäßig auf die Tropfenbildungstemperatur abgekühlt wird, werden im Ausland seit den 1960er Jahren lange Zuführkanäle mit einer Länge von 6 bis 9 m, einer Breite von 2,4 bis 4,9 m und einer Tiefe von 6,15 bis 8,25 m verwendet und strikt in einen Kühlabschnitt und einen Homogenisierungsabschnitt unterteilt. Ein proportionaler Mischbrenner (Erdgas oder Waschgas) oder ein zusätzliches elektrisches Heizsystem dient ausschließlich zur Temperaturregelung, ohne von Temperaturschwankungen im Schmelzofen beeinflusst zu werden. Aufgrund des hohen Heizwerts von Schweröl können nicht mehrere Brennergruppen so konfiguriert werden, dass die Glasflüssigkeit gleichmäßig erhitzt wird. Daher ist Schweröl als Heizbrennstoff für den Zuführkanal ungeeignet und wird nur bei Bedarf als Ersatz verwendet. Aufgrund der kurzen Lebensdauer des Silizium-Kohlenstoff-Stabheizelements wurden im Ausland viele Molybdänstäbe (Platten) als Elektroden verwendet, die direkt in die Glasflüssigkeit des Zufuhrkanals eingetaucht wurden und sich zum Heizen auf den „Joule-Effekt“ der Ionenleitfähigkeit von Glas bei hohen Temperaturen verlassen. Um eine Oxidation des freiliegenden Endes der Molybdänelektrode zu verhindern, wird ein wassergekühlter oder luftgekühlter Spannfutter verwendet. Durch die direkte Heizmethode der Molybdänelektrode können die Temperaturschwankungen des Zufuhrkanals innerhalb des zulässigen Bereichs kontrolliert werden. Bei ordnungsgemäßer Verwendung kann die Lebensdauer von Molybdänelektroden mehr als 8 Jahre betragen. Durch die kontinuierliche Verbesserung der elektronischen Steuerung kann die Tropftemperaturregelung moderner Zufuhrkanäle + (0,5 bis 1) Grad erreichen. Darüber hinaus werden die Zonensteuerung und die Längskühlungstechnologie zum Kühlen und Homogenisieren der Glasflüssigkeit verwendet, sodass die Temperaturschwankung der Glasflüssigkeit am Auslass des Zufuhrkanals im Bereich von + 0,5 Grad liegt, was die Voraussetzungen für die Bereitstellung hochwertiger Glastropfen für Hochgeschwindigkeits-Flaschenherstellungsmaschinen, die Reduzierung von Prozessfehlern im Formungsprozess und die Herstellung hochwertiger Leichtflaschen schafft.
Um die Schwankungsbreite des Tropfgewichts zu verringern, wird der Glasflüssigkeitsstand in der Zufuhrrinne präzise kontrolliert und seine Fehlerbreite beträgt 0.2-0.5mm
Der Herstellungsprozess von Glasprodukten aus Glasflüssigkeiten kann in zwei Phasen unterteilt werden: Formen und Fertigstellen. Der Formvorgang wird normalerweise durch drei charakteristische Temperaturwerte gesteuert: Erweichungstemperatur, Glühtemperatur und Dehnungspunkt. Für verschiedene Produkte sollten durch Experimente angemessene Prozessparameter ermittelt werden. Darüber hinaus sind fortschrittliche Flaschenherstellungs-, Zuführ- und Heizsysteme sowie der Einsatz fortschrittlicher Formverfahren die grundlegende Garantie für die Erzielung gleichmäßiger Wandstärken und eines geringen Gewichts.
Das neueste Design eines klimatisierten Glühofens mit konstanter Temperatur ist einer der Schlüssel zur Lösung des Problems beim Glühen von Leichtflaschen. Da die durchschnittliche Wanddicke von Leichtflaschen 2 mm geringer ist als die von Standardflaschen, sind sowohl die Heizrate von Glasflaschen als auch die Wärmeableitungsrate von heißen Glasflaschen schneller, was die Verwendung einer beschleunigten Wärmeleitungsrate erfordert, um diese Anforderung zu erfüllen, d. h. die Verwendung einer geschlossenen Klimatisierungstemperatur, damit der Luftstrom schnell von der Glasoberfläche der Flasche wegströmt. Der Glühofen ist in 10 Bereiche unterteilt. Der 1. bis 4. Bereich sind Heizzonen (Klimaanlage). Normalerweise ist im 4. Bereich keine Heizung erforderlich, und die Heizmenge im 3. Bereich ist ebenfalls sehr gering. Jeder Bereich ist 1,8 m lang. In den Bereichen 1 und 2 wird jeweils eine Klimaanlage mit einem Lüfter verwendet, während in den Bereichen 3 bis 5 und insbesondere im 6. Bereich Klimaanlagen mit zwei Lüftern verwendet werden müssen und in den Bereichen 7 bis 10 immer noch Klimaanlagen mit einem Lüfter verwendet werden. In jedem Bereich des Glühofens werden Thermoelemente zum Messen und Regeln der Temperatur verwendet. In der Schnellkühlzone wird zur Regulierung zusätzlich ein Gebläse zum Einblasen kalter Luft verwendet. Die Praxis hat gezeigt, dass bei einer Temperatur von Leichtflaschen unter 400 °C die Abkühlrate der Flaschen 20 °C/min beträgt und die Leichtflaschen nicht beschädigt werden. Der Glühofen hat eine Vollmetallkonstruktion ohne feuerfestes Mauerwerk und wird mit Strom oder Erdgas beheizt. Es werden die neuesten Isoliermaterialien verwendet, um eine gute Wärmedämmung zu gewährleisten. Daher ist das Gewicht des Glühofens viel geringer als das eines herkömmlichen Glühofens.

Das Hauptmerkmal von Leichtflaschen sind dünne und gleichmäßige Wände. Der Schlüssel zu ihrer Formgebung besteht darin, einen großen und angemessen geformten Vorformling zu erhalten und sicherzustellen, dass dieser vollständig und angemessen wieder aufgewärmt wird. Um dieses Problem zu lösen, hängt es davon ab, welches grundlegende Formgebungsverfahren verwendet wird.
Bisher sind die grundlegenden Formverfahren für Alltagsflaschen und -dosen nichts anderes als Saugblasen, Blasblasen und Druckblasen. Ihre Prinzipien und Wirkungen sind unterschiedlich. Das gleiche Formverfahren verwendet jedoch unterschiedliche Arbeitssysteme und die Wirkungen sind nicht konsistent. Die Formsituation hängt eng mit dem Formverfahren zusammen, das insbesondere beim Formen von Leichtflaschen eine herausragende Rolle spielt.

Abgesehen von der Kernhöhle ist der Vorformling im Grunde ein fester Materialblock. Seine Größe ist im Vergleich zum fertigen Produkt recht klein. Dieses Formverfahren erfordert, dass der Vorformling beim Eintritt in die Form eine sehr hohe Temperatur aufweist, das Glas eine gute Fließfähigkeit aufweist und stark kriecht und sich neu verteilt, um das fertige Produkt zu erhalten. Wenn die Flaschenwand jedoch dünn ist, ist auch die Temperatur des Glases in der Form niedrig und es ist unmöglich, stark zu kriechen, und die Verteilung ist nicht gleichmäßig, und eine qualifizierte Leichtflasche kann nicht ausgeblasen werden.

Die wichtigste Maßnahme zur Reduzierung des Flaschengewichts bei der Blas-Blas-Methode ist die Gestaltung der inneren Form des Vorformlings. Dies bedeutet, dass die Größe des Vorformlings vergrößert wird und die Form angemessen ist. Die Vergrößerung der Größe muss eine Vergrößerung des Volumens der Rückblasluftblase sein, um das Gewicht des Materials zu reduzieren. Die Produktionspraxis hat bewiesen, dass die Produktionsgeschwindigkeit erhöht werden kann, wenn das Volumen der Rückblasluftblase 20 bis 30 % des Volumens des Glasmaterials erreicht. Dies liegt daran, dass die Wärmeabfuhr der Vorform erhöht und die Wärmebelastung der Form verringert wird. Da jedoch die Vergrößerung des Volumens der Rückblasluftblase bei der Blas-Blas-Methode auf der Prämisse basiert, die Wärmeableitung der Primärform zu erhöhen, wird die Temperatur des Primärflaschenrohlings niedriger, die Wiedererwärmungskapazität verringert und die Arbeitszeit der Primärform verlängert sich. Die Wiedererwärmungszeit der Primärflasche wird ebenfalls verkürzt, sodass die Wandstärke des fertigen Produkts dünn, aber ungleichmäßig ist. Wenn die rückwärts geblasene Luftblase beim Blasblasverfahren ein bestimmtes Volumen erreicht, tritt außerdem im Allgemeinen an der Taille der fertigen Flasche ein Ring mit Wanddickenverzerrung auf, d. h. ein „Gasring“ (oder „zweigeteilte Taille“) erscheint am Flaschenkörper. Obwohl anstelle des Gasblasens von Flaschenköpfen auch Vakuum verwendet werden kann, um den „Gasring“ zu reduzieren, ist der Effekt sehr begrenzt, was das Blasblasverfahren einschränkt, um eine gleichmäßige Wanddicke zu erzielen.

Das Hauptmerkmal der Pressblasmethode besteht darin, dass die Flaschenmündung und die Vorform gleichzeitig durch den Stempel herausgedrückt werden. Wenn diese Methode zum Pressen der Vorform mit kleiner Öffnung verwendet wird, kann die Größe größer sein, der Kriechbereich ist klein, wenn das Glas nach dem Eintritt in die Form neu verteilt wird, und es wird kein „Luftblasenring“ erzeugt, und die Gleichmäßigkeit der Wandstärke des fertigen Produkts kann garantiert werden. Bei der üblichen Pressblasmethode mit Reihenmaschinen stützt der Stempel das Material von unten nach oben und stempelt die Vorform Schritt für Schritt. Diese Methode ist sehr effektiv bei der Herstellung von Flaschen mit großer Öffnung. Mit der rasanten Entwicklung der Kühltechnologie und der mechanischen Verarbeitungstechnologie kann die Reihenmaschine die Vorform mit kleiner Öffnung pressen. Die Temperatur der gepressten Vorform mit kleiner Öffnung ist höher als bei der Blasblasmethode, und die Wandtemperatur ist gleichmäßiger, die Größe ist größer und die Form ist vernünftiger. Beim Eintritt in die Form zum Blasen hat das Glas eine gute Fließfähigkeit und einen kleinen Kriechbereich. Die Gleichmäßigkeit der Wandstärke des erhaltenen fertigen Produkts ist besser, und die Flasche kann leichter gemacht werden. Daher ist das Pressblasverfahren dem Blasblasverfahren bei der Herstellung von Leichtflaschen zweifellos überlegen.
Wenn jedoch die Flaschenherstellungsmaschine vom Linientyp Flaschen mit kleiner Öffnung im Druckblasverfahren herstellt, treten aufgrund des Konstruktionsprinzips der Linientypmaschine selbst einige schwerwiegende Mängel auf, die die weitere Entwicklung von Leichtflaschen behindern. Die wichtigsten Erscheinungsformen sind wie folgt.
1 Die Reproduzierbarkeit des Betriebszyklus ist schlecht.
Der Beschleunigungsvorgang des Mechanismus lässt sich nicht präzise steuern.
Der Endpunktpuffer (oder das Luftkissen) ist ungeeignet, die Kolbenhublänge und -zeit sind ungeeignet und der Einstellbereich ist sehr eng. 4 Die Koordination und Konstruktion zwischen den verschiedenen Mechanismuskomponenten ist zu kompliziert und für präzise Einstellungen ist erfahrenes Personal erforderlich.

Hermann Haye ist einer der Pioniere der europäischen Glasflaschenherstellung. Mitte der 1980er Jahre verwendete er erstmals die Blow-Blow-Methode (BB), um die Gewichtsreduzierung von Flaschen und Gefäßen zu testen. Die Testergebnisse zeigten, dass bei der Verwendung der Blow-Blow-Methode zur Formgebung das Flaschengewicht nur in einem begrenzten Bereich reduziert werden kann, das Produkt jedoch nicht das Niveau von Leichtflaschen erreichen kann. Der Hauptgrund dafür ist, dass der Unterschied in der Kontaktzeit zwischen Metall und Glas an der Stelle der Blase in der Formungsphase zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Glases in der Blase und der Wand des Endprodukts führt.
Die Lösung für das obige Problem ist die Verwendung der NNPB-Methode. Der Prozess des NNPB-Formens besteht aus: Zuführen des Tropfens in die Ausgangsform → Pressen der Blase → Umdrehen der Blase in die Formform → Wiedererhitzen → Absaugen der Formform → Hilfsformen → Endblasen → Festklemmen der Flasche am Kühltisch.
Aus dem Verfahren ist ersichtlich, dass es bei der NNPB-Methode kein Problem unterschiedlicher Blasenkontaktzeiten gibt, der Prozess vereinfacht ist und die gepresste Blase eine gleichmäßigere Wandstärke aufweist. Darüber hinaus hat die NNPB-Methode eine ausreichendere Wiedererwärmungszeit als die BB-Methode, was dazu beiträgt, die Glastemperatur in der Flaschenwand nach dem Endblasen auszugleichen.

Wie aus Tabelle 2-39 ersichtlich, besteht das Wesentliche der NNPB-Methode darin, das Glas gleichmäßig zu verteilen und ausreichend Zeit zum Wiedererhitzen einzuräumen, um das Festigkeitspotenzial des Materials voll auszuschöpfen und so das Ziel zu erreichen, das Gewicht der Flasche zu reduzieren und die Festigkeit beizubehalten.
Die Hauptmerkmale des Druckblasverfahrens für kleine Flaschen sind: Die Temperaturgleichmäßigkeit der Glastropfen ist gut, die automatische Steuerung des Tropfengewichtsgeräts wird eingeführt, der Pressgrad wird verbessert, die Prozesszeit wird entsprechend den Prozessanforderungen der Leichtflaschen zugeteilt, die Formschmierung wird verbessert, die Mikroschäden an den Innen- und Außenflächen der Flasche werden reduziert und das axiale Formkühlsystem wird eingesetzt, um ein gleichmäßiges dünnwandiges Produkt zu bilden. Der Druckblasprozess für kleine Flaschen ist in Abbildung 2-38 dargestellt.
Formprozess: Zuerst fallen die Tropfen in die Form und auf die Oberseite des Metallstempels, der in die Materialaufnahmeposition aufsteigt. Der Stanzkopf bewegt sich zur angegebenen Position der Ausgangsform und verschließt die obere Öffnung der Ausgangsform. Dann bewegt sich der Stempel nach oben, um die Form des Ausgangsrohlings auszustanzen. Dann bewegt sich der Stanzkopf weg und wirft den Ausgangsrohling in die Form.
Die Form wird geschlossen, die Backen werden geöffnet und der ursprüngliche Rohling wird zum erneuten Erhitzen und Strecken in die Form gelegt. Dann bewegt sich der Blaskopf in die richtige Position über der Form, wobei der Rohling in der Form vakuumgeformt wird. Gleichzeitig wird ein positives Blasen durchgeführt, wobei Druckluft zur Innenkühlung verwendet wird, um die Flasche zu formen. Schließlich wird die geformte Flasche mit der Form ausgeklemmt. Um den Druckblasvorgang für kleine Öffnungen erfolgreich durchführen zu können, muss zunächst die entsprechende Hardware vorhanden sein und außerdem müssen die folgenden grundlegenden Betriebsbedingungen erfüllt sein.

(1) Flaschenmündung Bei Verwendung eines Druckblasverfahrens für kleine Mündungen kann der Innendurchmesser der Flaschenmündung der hergestellten Flasche nur 18 mm betragen. Abhängig von der Höhe unterhalb der Flaschenmündung und dem Durchmesser des Flaschenkörpers kann eine kleinere Innenlochgröße der Flaschenmündung erzeugt werden.

(2) Die Höhe unterhalb der Flaschenmündung hängt von der Konstruktion des Rohlings ab. Die maximale Rohlingshöhe der Hubbegrenzung des Stanzmechanismus liegt zwischen 160 und 170 mm. Die maximale Flaschenhöhe unterhalb der Flaschenmündung hängt von der Ausdehnung des Rohlings ab, die wiederum von der Konstruktion, der Qualität und dem Volumen der Flasche abhängt. Es wurden Flaschen mit einer Höhe unterhalb der Flaschenmündung von bis zu 280 mm hergestellt, diese Grenze kann jedoch je nach Konstruktion und Gewicht der Flasche überschritten werden. Tabelle 2-40 listet die Beziehung zwischen Flaschenmasse und Volumen auf.

Die oben genannten Durchmessergrenzmaße gelten für Formen, die Vakuumformung verwenden. Wenn keine Vakuumformung verwendet wird oder die Breite des Vakuumtanks reduziert wird, können Flaschen hergestellt werden, die die oben genannten Abmessungen überschreiten.
(2) Dabei sind folgende Faktoren zu berücksichtigen:
1. Es müssen hohe Standards hinsichtlich der chemischen und thermischen Gleichmäßigkeit der Glasflüssigkeit eingehalten werden.
2. Die niedrigstmögliche Erweichungstemperatur des Glases, also die niedrigste Arbeitstemperatur.
3. Das Glas muss über den gesamten Temperaturbereich, in dem die Flasche verwendet wird, eine gute chemische und physikalische Stabilität aufweisen.
Es kann auf die folgende Viskositäts- und Temperaturbeziehung Bezug genommen werden.

Die Herstellung von Leichtflaschen durch Druckblasen von Flaschen mit kleiner Öffnung stellt hohe Anforderungen an Technologie und Ausrüstung. Zusätzlich zu den oben genannten strengen Anforderungen an die Vorbereitung, den Transport und die Lagerung von Rohstoffen und Chargenmaterialien sowie an das Schmelzen der Öfen muss die Flaschenherstellungsmaschine über die erforderlichen Mechanismen und Geräte verfügen, um den mechanischen Verschleiß zu verringern und einen guten Betriebszustand aufrechtzuerhalten. Es gibt hohe Anforderungen an das Material und die Verarbeitung wichtiger Komponenten wie Stempel und Kühlrohre. Aufgrund ihres geringen Durchmessers müssen die Stempel aus hochwertigem Stahl bestehen, um den Mechanismus zu entwerfen und die Anforderungen der Formvorrichtung zu erfüllen. Die Gesamtverarbeitung soll den Metallverschleiß so weit wie möglich vermeiden. Die Stempel müssen entlang ihrer Längsachse präzise poliert sein. Die Verbindungsmaße der Stempel und Stempelverbindungen müssen innerhalb des Toleranzbereichs gehalten werden. Darüber hinaus müssen das Design der Ausgangsform und die Flaschenform den Prozessanforderungen des Druckblasens von Flaschen mit kleiner Öffnung entsprechen.
Basierend auf dem Druckblasverfahren für kleine Flaschen hat die Haiye Company in den letzten Jahren sukzessive das HAP-Verfahren und mehrere Arten von Flaschenherstellungsmaschinen entwickelt, darunter H1-2, H6-12 und H1-9. Die Wandstärke der damit hergestellten Flaschen und Dosen kann auf 1 mm reduziert werden, was sie zu einer idealen Maschine für die Herstellung von Leichtflaschen macht. Das Druckblasverfahren von Haiye wird zur Herstellung von leichten Flaschen mit kleiner Öffnung verwendet. Aufgrund der gleichmäßigen Dickenverteilung kann die maximale Gewichtsreduzierungsrate 33 % erreichen. Der Festigkeitsstandard von Leichtflaschen ist im Vergleich zum Standard von schweren Flaschen deutlich verbessert. Abbildung 2-39 zeigt die Struktur der H1-2 Haiye-Flaschenherstellungsmaschine.

Die technischen Merkmale der Haiye-Flaschenherstellungsmaschine sind wie folgt.
1 Der Drehtisch dient dazu, die Tropfen direkt in die Primärform fallen zu lassen.
2 Sowohl Kleinhalsflaschen als auch Großhalsflaschen werden im Druckblasverfahren hergestellt.
3 Es verfügt über eine starke Anpassungsfähigkeit und kann schwere, leichte und ultraleichte Flaschen und Dosen herstellen.
4 Durch die Verwendung einer Primärform und zwei Formformen wird eine hohe Einzelkavitätsleistung erreicht, die von keiner anderen Flaschenherstellungsmaschine erreicht wird.
5 Die Primärform verfügt während des Transfervorgangs über ausreichend Zeit zum Nachheizen und kann angepasst werden.
6 Die Primärform muss beim Transfer von der Primärform in die Umformform nicht umgedreht werden.
7 Die Kontaktzeit zwischen Glas und Formgebungsform sowie die Kontaktzeit mit der Primärform stehen in einem geeigneten Verhältnis.
8 Die Flasche wird während des gesamten Formvorgangs durch die Mundform geklemmt.
9 Alle Formen gleichmäßig abkühlen lassen