Nachdem erkannt wurde, dass Polyäthylen als idealer Werkstoff unter den thermoplastischen Kunststoffen in der Fertigung von Großbehältern die für Langstreckentransporte einzusetzen sind, erfolgreich ist, wurde die Entwicklung der nötigen Maschinen beschleunigt.

Unter den angewandten Verfahren sind nur das Blasformen und das Sinterverfahren heute mehr als Rotationalverfahren nennenswert, denn diese Methoden der Fassfertigung stellen fast 98 % der gesamten Weltproduktion von Kunststofffässer dar.

Das Rotationnalverfahren, bei dem man von pulverförmigem PE als Rohstoff ausgeht, nutzt man durch kontinuierliches Aufheizen einer Form, die ständig einer pendelnden Rotationsbewegung ausgesetzt ist, die Plastinfizierung und Vernetzung des Kunststoffes, der durch die auftretenden Zentrifugalkräfte an die Formenwand gepresst wird, und anschließend das erstarrtre Produkt nach einer abschließenden Abkühlungsphase der Form entnommen werden kann.

Fässer, deren Gewicht bei ca. 14 bis 18 kg auf diese Art gefertigt sind, dienen nur zu speziellen Einsätzen und sind aufgrund der langen Fertigungszeiten als unwirtschaftlich zu bezeichnen, wenn sie als Massenware Anwendung finden.

Das Blasverfahren, Abb. 4, gilt heute als der Standard in der Massenfertigung von Kunststofffässern. Prinzipiell werden hochdichte Polyäthylene mit einem niedrigen Schmelzindex verwendet.

In langen Extrudern werden diese Rohstoffe aufgeschmolzen, geschert, homogenisiert und anschließend in einem Speicher, der auch als Akkumulations-Kopf bekannt ist, mit hoher Geschwindigkeit zu einem ca. 13 kg schweren Schlauch in kurzer Zeit ausgestoßen.

Dieser so erzeugte Schlauch dessen Durchmesser bei ca. 250 mm liegt und eine durchschnittliche Wandstärke von ca. 18 mm hat, wird in eine Form gebracht, die in einer sogenannten Schließeinheit montiert ist. Dieses Aggregat führt und schließt die Form im geeigneten Moment und bewirkt, dass der eingeschlossene Schlauch mittels hohen Luftdruck in der Forma aufgeblasen wird. Kühlungseinrichtungen in der Form lassen den ca. 190 °C heißen Kunststoffschlauch abkühlen, der nunmehr erstarrt die Kontur der Form angenommen hat und als Fas der Form durch öffnen der Schließeinheit entnommen werden kann. Mit geringem Aufwand sind lediglich zwei sogenannte Butzen am jeweiligen Boden des Fasses zu entfernen, und schon steht das Entprodukt Fas abfallfrei zur Verfügung.

Zur Herstellung von großvolumigen Behältern werden entsprechend große und schwere Formen benötigen, so entseht ein unmittelbar Zusammenhang zwischen Erfordernissen an Form mit einer mindest Anforderung technischer Merkmale der Schließeinheit.

Abgesehen von anderen maschinentechnischen Eigenschaften ist die Schließeinheit das Bauelement, welches durch hohe Präzision und große Schließkräfte nicht nur die ca. 3,5 Tonnen schwere Form auf die sogenannten Spannplatten aufnimmt und bewegt, sondern durch das auch sämtliche gestalterische Details ausprägt werden, die dem zu fertigen Artikel schließlich eigen sind.

Schließeinheiten sind nach heutigem Stand der Technik und zweckgerichtet auf eine Fassfertigung mit einer Mindestschließkraft von 600 kN ausgerüstet die in der Regel durch hydraulische Bauelemente und einer präzisen Steuerungen erreicht werden.

Ein langer Hub der Formplatten auf denen entsprechend die Formhälften in der Schließeinheit aufgespannt werden, muss durch eine sehr genaue Parallelführung erreicht werd, die trotz der großen Gewichte und somit der Trägheit der Formenhälften schnell und langsam fahren verfahrbar sei, eine Bedingung, die verfahrenstechnisch gefordert werden muss.

Die üblichen Schließeinheiten lassen sich in holmlose und holmtragende Konstruktionsprinzipien einteilen.

Holmlose Konstruktionen (Abb. 5) sind Einrichtungen die auf einem Schienenbett laufende Plattenträger aufweisen und deren Schließkräfte durch Verschlusseinrichtungen nach dem Zusammenfahren der Platten die durch den Blasvorgang auftretenden Kräfte übernehmen.

Nicht nur die erheblichen Ausdehnungskräfte die die zweiteiligen Blasformen während des Blasvorgangs auseinander drücken werden, von einer Schließeinheit abgefangen, sondern es müssen auch die erforderliche Schließdrücke zur überwindung der Kräfte, die als Schweißung des Schlauches, oben und unter nötig sind, erbracht werden.

Holmkonstruktionen (Abb. 6), bei denen in der Regel 4 Holme für die parallele Führung der Platten sorgen und die Schließkräfte bei geschlossener und aufgeblasener Form aufnehmen, erweisen sich als traditionell robust und sicher. Kombinationen mit 4 verbundenen Platten sind weltweit bekannt, haben jedoch nach heutigem Stand der Technik synchronisations- Probleme in der Schließtechnik, da die üblicherweise angewandte Hydraulik für die Steuerung der Bewegungen sehr schwer zu beherrschen ist.

3-Platten-Schließeinheiten mit 4 Holmen (Abb. 7 ) stellen einen idealen Standard dar, denn die erforderliche Synchronisationseinrichtung für die Plattenbewegungen wird durch mechanische Elemente erreicht, die lediglich einen Antrieb erfordern, welcher mit wenig Aufwand präzise geregelt werden kann.

Die Flexibilität einer Schließeinheit, die im dynamischen Betrieb zwischen Formwechsel und Produktentnahme allen Anforderungen erfüllen sollte, muss die Möglichkeiten aufweisen, durch entsprechende Auswahl entweder Speicherkopfbetrieb bzw. bei kontinuierlicher Schlauchextrusion ohne großen technischen Aufwand im maschinentechnisch Bereich die unterschiedlichen Kopftypen ausgerüstet zu werden, und zwar auch, wenn nachträglich die Extrusionsmethode geändert werden sollte.

3-Platten-Schließeinheiten mit 2 Holmen (Abb. 8) stellen ein Weiterentwicklung in eine andere Richtung der traditionellen Schließeinheiten-Typen dar, da - wie leicht erkennbar ist, - durch die nunmehr diagonal angeordneten Holme einseitig ohne Hindernis im unteren Bereich der Schließeinheit der Zugang und Abgang von Schlauch und geblasenem Artikel möglich wird.

Abb. 8, Prinzipskizze 3 Platten 2 Holm Schließeinheit

Die Flexibilität einer Schließeinheit, die im dynamischen Betrieb zwischen Formwechsel und Produktentnahme allen Anforderungen erfüllen sollte, muss zudem die Möglichkeiten aufweisen, durch entsprechende Auswahl entweder eines Speicherkopfs für den Betrieb bzw. der Einsatz einer kontinuierlichen Schlauchextrusion ohne großen technischen Aufwand im maschinentechnisch Bereich zu ermöglichen. Diese unterschiedlichen Kopftypen stellen einige Anforderungen an das Exrudergestell und die grundsätzlichen Auswahl der Schließeinheit-Type. Nur so können die heute üblichsten Extrusionsmethode gefahren werden.

Die Exrudertechnologie für Blasmaschinen zur Herstellung von großvolumigen Transportbehältern, wie es Deckel- und Spundfässer ab 120 l sind, erfordert in Hinblick auf den zu verarbeitenden Rohstoff, ein Polyäthylen hoher Molekulardichte (HDPE), eine geeignete Geometrie, zumal die Rohstoffe sehr zäh sein sollen, was sich mit dem fast idealen Schmelzindex von 1,9 bis 2,8*erreichen lässt.

Abgesehen von der Geometrie der Schnecke eines Extruders zeigt sich, dass dessen Länge, die in einem Verhältnis zum Durchmesser gekennzeichnet ist und bekannter weise mit 20/D, 25/D oder 30/D ( Abb. 9 ) ausgewählt wird, für die zu erreichende Homogenität der Masse nach dem Austritt aus dem Extruder und Eintritt in den Speicherkopf von hoher Bedeutung ist.

Förderleistungen von 400 kg/h eines Extruders sind heutzutage Mindestmengen die erwartet werden, denn sie bedeuten, was die Fertigungsleistung betrifft, für beispielsweise 220 l Spundfässer eine Stundenleistung von 22 Stück und ein Gewicht von 10 kg netto pro Einheit.

Wasser gekühlte und genutete Einzugszonen am Extruder sind Stand der Technik, gefolgt von Plastifizier- und Scherzone, die elektronisch gesteuerte Heizelemente außen am Extruderrohr oder auch Extruderzylinder genannt, aufweisen. Für die optimale Kontrolle sind zusätzlich Kühlgebläse am Extruder angebracht, die ein ideales Temperaturniveau der Schmelze im Extruder sicher stellen.

Mischringe an der Schneckenspitze sichern den Transfer des zu homogenisierenden Rohstoffs vom Extruder zum Kopf, wobei die Umdrehungszahl der Schnecke mittels elektronischer Regelung stufenlos erfolgt und somit der gewünschte Durchsatz an PE gesteuert werden kann.

Extruderumdrehungszahlen werden von verschiedene Parametern der Schmelze abhängig gemacht und sind deshalb im allg. stufenlos regelbar, sei es automatisch oder halb automatisch. Handbetrieb ist für das Einstellen der Maschinenparameter erforderlich.

Ein ständige Temperaturkontrolle und ausreichende Energiezufuhr über einen geeigneten Antrieb, elektromotorisch, ist stets zu beachten. Als Antriebe, werden in den letzten Jahren bevorzugt, Wechselstrommotoren eingesetzt, da man im Bereich Wartung, Vorteile mit dieser Antriebsart verglichen mit Gleichstrommotoren, erkennen kann.

Eine Absicherung gegen einen evtl. eintretenden zerstörenden Überdruck im Extruder, sollte durch das Vorhandensein von Berstscheiben am Extruderrohr gewährleistet sein.

Abb. 9 Extrudermerkmale

Ein Übergangsstück - Extruder/Kopf - gewährleistet Platz für Kontroll- und Messeinrichtungen.

Die sogenannten Speicherköpfe deren Größe, was die äußeren Abmessungen und ihr Gewicht betrifft, erheblich sind, haben ein inneres Volumen von mind. 20 l. In ihnen wird der Rohstoff kurzfristig gesammelt. Diese bedeutet, dass ca. 15,4 kg Rohstoff, der mit ca. 205 ° C über kompliziert angelegte Kanäle und Hohlräume aufgefüllt werden müssen. Die Rohstoffmenge wird durch einen oder mehreren angeschlossenen Extrudern geliefert.

Zu den verschiedensten Techniken der einsetzbare Köpfe, die bei hoher nachweisbaren Effizient, patentrechtlich gesichert sind, machen einen Lieferanten von bestimmten Merkmalen eines Kopfes abhängig. Heute sind hauptsächlich die Wendel-Geometrie und Herzkurven-Technik ( Abb. 10 ) im Einsatz und gebräuchlich. Hinter dem Wortkürzel "FIFO" **, steht für eine sinnvolle Technik zum Schutz vor Verbrennung des Materials im Inneren eines Kopfes und sichert somit den Ausstoß des gespeicherten Rohstoffs in der Eintritts- und Austrittsfolge.

Die unterschiedlichen Methoden einen Schlauch zu erzeugen, dessen Eigenart es seine muss durch überlappungen gekennzeichnet zu sein, wird aus Beanspruchungsgründen gefordert. Ein aufgeblasener Schlauche, der dann das Produkt in sich darstellt, z.B. ein Faß, und nur eine einfache Querschnittsgeometrie aufweist, wird nicht die Qualität der Endprodukte erfüllen, weshalb heutzutage Akkuköpfe mit einer doppelten Herzkurve ( Abb. 11) zum Standard gehören.

Abb. 10 Schlauchgeometrien im Querschnitt (skizziert)

Große Austrittsgeschwindigkeiten des Rohstoffs PE an der Düse der Kopfes werden durch einen im Kopf eingebauten Ausstoßkolben erreicht, der durch einen festzulegenden Hub das gewünschte Schlauchgewicht ausstoßen kann. Es sind lediglich 7 bis 16 sec. erforderlich, um die im Schnitt 13 kg Rohstoff aus einem Akku-Kopf auszustoßen, dessen Düsendurchmesser zwischen 200 und 230 mm bei der Herstellung eines 220 Liter-Fassschlauch liegt.

Mit technisch präzise geführten und elektronisch gesteuerten Wanddickensteuerungseinrichtungen ist der zu extrudierende Schlauch in seiner Wanddicke abschnittsweise beeinflussbar, um Unterschiede der Wandstärke am Produkt nach dem Aufblasen und Formgebung auszugleichen bzw. so zu beeinflussen wie es der Artikel fordert.

Wanddickensteuerungen in axialer und radialer Richtung beeinflussen den Fasszylinder bzw. den jeweiligen Boden derart, dass die geforderten Mindestwandstärken eingehalten werden können, ohne dass extreme Dicken an bestimmten Abschnitten der Fasskörpers auftreten, die neben unnötigem Materialverlust auch Qualitätseinbussen bedeuten würden.

MOOG***-Wanddickensteuerungen sind elektronisch gesteuerte Einheiten mit mechanischen Bauelementen gekoppelt, die als eine Art Tuning-Einheit gelten. Sie ermöglichen im Fertigungsbetrieb, genaues Ansteuern und ein profilieren des Schlauches mit dem je nach Artikel und die ihm eigenen Merkmale, eine gewünschte Wandstärke gefertigt werden kann.

Die bekanntesten Maschinenanbieter für einen derartigen Fertigungsprozess, haben unterschiedliche Ausführungen in der Wanddickensteuerung. Man nennt sie ganz allgemein WDS- **** und PWDS-System *****. Sie sind für eine optimale Qualität heutzutage unbedingt erforderlich.

Abb. 11 ****** Schematische Darstellung zur Wanddickensteuerung