Dr. Martin Buss & Partner GmbH Der Teleskopblaskopf (TBH): einfaches Design mit klaren Vorzügen S.Follis, Dr. Martin Buss & Partner GmbH Zusammenfassung: Beim Ausblasen von Glasflaschen auf einer IS-Maschine wird das Külbel/die Vorform im letzten Schritt gegen die Innenwände der Fertigform geblasen. Dabei soll der Glassschmelze möglichst viel Wärme durch den Kontakt mit der Form entzogen werden und zusätzlich durch Konvektionskühlung die innere Behälterwand abgekühlt werden. Die Fertigblasluft tritt durch ein im gusseisernen Blaskopf integriertes Stahlrohr in die Öffnung des Külbels ein. Normalerweise wird gleich nach dem Eintritt des Külbels in die Blasform der Blaskopf automatisch über der Külbelöffnung positioniert, woraufhin das Ausblasen mit Pressluft beginnt. Der Vorteil des Teleskopblaskopfes besteht darin, dass ein beweglich gelagertes Blasrohr beim Ausblasen tiefer in die Flasche eintaucht, wodurch die Ausblasluft viel effektiver zur Konvektionskühlung der Behälterinnenwand von langhalsigen Flaschen genutzt wird. Dadurch erhöht sich die Seitenwandstabilität der Behälter, Fälle von Achsabweichung und Ovalität treten seltener auf und die Maschinengeschwindigkeit kann möglicherweise gesteigert werden. Derzeitige Situation: Beim Ausblasprozess werden zwei wichtige Mechanismen wirksam: zum einen wird die Glasschmelze mittels Pressluft an die Metallwände der Form angedrückt, was einen besseren Wärmeübergang vom Glas zur Form ermöglicht. Zum anderen reduziert die Pressluft durch direkte Kontaktkühlung die Temperatur der Behälterinnenwand. Wenn hier keine Wärmeströmung durch Luftbewegung im Behälter vorhanden wäre, müsste der ganze Wärmeentzug durch Wärmeleitung zwischen Behälter und Form erfolgen. Deshalb muss das Design des Blaskopfes optimiert werden, wenn Wert auf einen größtmöglichen Wärmeübergang und maximale Konvektionskühlung gelegt wird. Versuche zur Erhöhung der Wärmeableitung haben ergeben, dass maximal 5000W/m²K durch direkte Wärmeleitung zwischen Glas und Form entzogen werden können. Wird dieser Wert überschritten, führt der dann entstehende große Temperaturunterschied zwischen innerer und äußerer Behälterwand zu einer Verschlechterung der Schlag- und Innenfestigkeit und Produktqualität. Der Wärmeentzug durch Konvektion aus dem unteren Bereich der Behälterseitenwand ist bei Flaschen mit langem, engen Hals stark erschwert. Dies liegt daran, dass die maximale Länge des normalerweise verwendeten Blasrohrs durch die vertikale Beweglichkeit des Blaskopfarms bestimmt wird. Selbst beim Einsatz eines langen Blasrohrs endet dieses noch im oberen schmalen Teil des Flaschenhalses. Die einströmende Pressluft erzeugt dort durch Turbulenzen einen Gegendruck und nur wenig Luftbewegung strömt durch den unteren Teil der Flasche. Simulationsversuche mit Rauch und Wasser haben deutlich gezeigt, dass ein (im Verhältnis zum TBH) kurzes Blasrohr in langhalsigen Flaschen wenig bis keine Luftströme im unteren Seitenwandbereich der Flaschen erzeugt. Auch in der Produktion ist dieses Resultat durch Messungen mit dem IPMS (Intelligent Pyrometrical Measurement System - bei Dr. Martin Buss & Partner GmbH erhältliches Hochgeschwindigkeitspyrometer) bestätigt worden. Verwendung langer starrer Blasrohre Mit einem sehr langen (Länge wie beim TBH), starr montierten Blasrohr erreicht man in punkto Kühlung die gleiche Wirkung wie mit dem Teleskopblaskopf. Jedoch können lange starre Blasrohre gelegentlich Markierungen an der Innenseite der Behältermündung hinterlassen. Abb. 1 und 2 zeigen deutlich, warum durch die Verwendung eines längeren Blasrohres die Gefahr von Blasrohrmarkierungen wächst. Die Situation wird verschärft durch die Schwierigkeit, den Blaskopf exakt zu zentrieren und durch die Tatsache, dass auch die Külbel nicht 100% gleichmäßig geraten. Die Zentrierung ist eines der größten Probleme bei der Optimierung von Standard-Blasköpfen in der Behälterglasindustrie. Abb. 1 Abb. 2 Teleskopblaskopf (TBH) Der TBH behebt das mechanische Problem, wegen der beschränkten vertikalen Beweglichkeit des Blaskopfarmmechanismus der IS-Maschine keine langen Blasrohre einsetzen zu können. Dies wird durch eine relativ einfache Konstruktion, vergleichbar mit einem pneumatischen Zylinder, erreicht. Wenn der Blaskopf über der Form platziert ist, beginnt das Ausblasen. Hierbei wird der Kolbenkopf (gegen eine Feder) hinuntergedrückt. D urch die Mitte verläuft ein Blasrohr, durch welches die einströmende Luft auch hinunter in die Flasche geleitet wird. Kurz bevor der Blaskopf die Blasposition automatisch verlässt, hört der Blasluftstrom auf, wodurch die Feder das herausragende Blasrohr zurückzieht. Während die Fertigblasluft in den Blaskopf strömt, wird das Blasrohr schnell in die Flasche hinuntergedrückt und Kühlluft treibt die Wärme wirkungsvoll aus dem Behälter. Ist der Ausblaszyklus beendet, wird das Blasrohr automatisch eingezogen, so dass der Blaskopf wegbewegt werden kann, ohne dass das Blasrohr Markierungen an der Glasinnenseite hinterlässt. Anders als beim konventionellen Blaskopf tritt das Blasrohr erst beim Beginn des Ausblasens in die Flasche ein. Deshalb wird das Külbel beim Vakuumeinsatz kurz vor dem Fertigblasen erst an die Seitenwände der Form gezogen, bevor das Blasrohr eingeführt wird. Hierdurch vergrößert sich die Öffnung für das Blasrohr, wodurch die Wahrscheinlichkeit abnimmt, dass das Blasrohr die Innenseite des Halsbereiches berührt. Abb. 3 Abb. 4 Abb. 5 Phase 1 (Abb. 3) Der TBH ist in Position, das Blasrohr noch in Ausgangsstellung Phase 2 (Abb. 4) Ein Vakuum saugt die Vorform gegen die Formwand, es entsteht eine große öffnung für das Blasrohr Phase 3 (Abb. 5) Das Blasrohr wird rasch in die Flasche heruntergedrückt und treibt die Wärme aus dem Behälter Phase 4 Der Fertigblaszyklus ist beendet, das Blasrohr wird automatisch zurückgezogen Kühlwirkung des Standard-Blaskopfs Die Kühlwirkung eines Standardblaskopfes kann auf zwei verschiedene Weisen überprüft werden. Zunächst kann man die Fertigblasdauer reduzieren, während man die Seitenwandtemperatur misst. In Abb. 6 wurde die Fertigblasdauer zunächst um 50%, dann sogar um 95% verkürzt. In einem zweiten Test wurde die Fertigblasdauer in den gleichen Schritten verringert, wobei hier die Temperatur der Behältermündung kontrolliert wurde (Abb. 7). Abb. 6 Abb. 7 Beim Verkürzen der Fertigblasdauer um 95% war die Temperaturerhöhung der Glasseitenwand um 30°C hauptsächlich durch das Fehlen von Innendruck bedingt (schlechte Wärmeleitung zwischen Glas und Form) und war nicht die Folge eines verringerten Konvektionsflusses. Diese Aussage kann man guten Gewissens machen, da die Formtemperatur während des Testvorgangs ebenfalls aufgezeichnet wurde, wobei sich eine Verringerung von 8° C ergab (weniger enger Kontakt zwischen Glas und Form/ schlechter Wärmeübergang). Es ist deutlich, dass eine geringere Blaszeit beim Behälterformvorgang die Temperatur der Mündung weit mehr als die des Seitenwandbereiches beeinflusst. Daraus lässt sich ableiten, dass der Standard-Blaskopf den Mündungsbereich stärker kühlt als die Seitenwände. Messungen zum Nachweis der TBH- Performance Wie in Abb. 8 zu erkennen ist, wird im Vergleich zur Situation mit einem Standard-Blaskopf die Behälterseitenwand mit dem TBH um ganze 25° kühler. In anderen Versuchen wurden sogar bis zu 45 ° erreicht, abhängig von der Ausgangssituation vor dem Wechsel auf den TBH. Mit dem TBH oder einem ähnlich langen starren Blasrohr ist die Temperatur im Mündungsbereich höher als mit kurzen Blasrohren (Abb. 9). Es wird jedoch, sofern sich die Qualität der Mündungen nicht verschlechtert, nicht empfohlen, einen TBH mit Mündungskühlung zu verwenden. In vielen Versuchen hat sich nämlich gezeigt, dass Risse an der Mündung bei Verwendung des TBH seltener auftreten, da die Mündung wärmer ist (die Behältermündung wird von Standard-Blasköpfen eher zu stark gekühlt). Abb. 8 Abb. 9 Die mit dem TBH erreichbare verbesserte Kühlung der Seitenwände kann so stark sein, dass es schwierig ist, die Seitenwände der Flaschen direkt nach dem Fertigblasen zusammenzudrücken, verglichen mit Flaschen, die mit einem Standardblaskopf produziert werden. Reduktion der Außenkühlung Aufgrund der Tatsache, dass bei Verwendung des TBH eine deutlich verbesserte Kühlung der Seitenwände erreicht wird, kann neben der besseren Behälterqualität auch noch Energie z.B. bei der zusätzlichen Kühlung der Formen von außen eingespart werden. Solange die Glastemperatur nicht über die Ausgangswerte (ohne TBH) steigt, wird auch die Formstabilität der Behälter theoretisch gleichbleibend gut sein. Die Diagramme 10 und 11 illustrieren dieses Szenario: mit dem IPMS wurde die Temperatur von Form und Glas überwacht, während die Außenkühlung in zwei Stufen reduziert wurde. Anschließend wurde die Temperatur durch Erhöhung des Verti-Flow-Timings korrigiert. Abb. 10 Abb. 11 A = Standard Timing Kühlung = 70-160 Verti-Flow = 94-185 B = Reduzierte Außenkühlung Kühlung = 70-110 Verti-Flow = 94-185 C = Keine Außenkühlung Kühlung = 70-70 Verti-Flow = 94-185 D = Mehr Verti-Flow / Keine Kühlung Stack Cooling = 70-70 Verti-Flow = 84-185 E = Mehr Verti-Flow / Keine Kühlung Kühlung = 70-70 Verti-Flow = 74-185 Teleskopblaskopf mit Mündungskühlung Der TBH ist auch mit zusätzlicher Kühlungsfunktion des äußeren Mündungsbereichs erhältlich. Dieses Modell kann immer dann eingesetzt werden, wenn eine Erhöhung der Mündungstemperatur durch den Umstieg auf den TBH auf jeden Fall vermieden werden muss.   zurück zu "Produkte"