Ротационные машины обладают преимуществом экономии производственных площадей благодаря своей компактности. Преформы могут загружаться с той же стороны, откуда выходят готовые бутылки, а три остальных стороны машины остаются свободными для доступа и осмотра. Существуют и машины, в которые преформы подаются непосредственно напротив того места, откуда выходят бутылки: такое оборудование предназначено для включения его в цепочку автоматических производственных линий. Возможность расположить ротационную секцию нагрева выше секции выдува и таким образом использовать ресурс высоты, сэкономив площадь, также говорит в пользу компактного внешнего дизайна такого рода оборудования.
Краткий обзор процесса
В обычной высокоскоростной ротационной SBM-машине преформы из основного загрузочного бункера с помощью подъемника поступают в распределитель, в котором они автоматически принимают положение, необходимое для их поступления в систему, а затем по спиральному подъемнику поднимаются наверх. Подающая спираль правильно располагает преформы и переправляет их в основное рабочее отделение машины, где они поступают на подающее зубчатое колесо. Каждая преформа захватывается за кольцо на горлышке специальными цапфами и в перевернутом положении подается на карусель нагрева, которая проносит их сквозь камеру нагрева. Там они приобретают температуру, которая делает их достаточно мягкими для дальнейшего выдува полноразмерной бутылки.
Внутри камеры нагрева преформы постоянно вращаются вокруг своей оси, для того, чтобы нагрев был равномерным. По выходе из камеры нагрева разогретые преформы в течение определенного времени оставляются для уравнивания температуры, а затем подаются в открытые формы для выдува бутылок. Формы эти располагаются рядом с камерой нагрева или под ней. Как только форма закрывается, преформа немедленно вытягивается и предварительно надувается. Растягивание выполняется механически с помощью специального растягивающего стержня, который вставляется в горлышко будущей бутылки и опускается вниз, в сторону ее дна. В результате этого размягченная преформа удлиняется. Глубина хода стержня регулируется механически и зависит от размера и формы будущей бутылки. Затем в течение секунды продолжается фаза выдува, проходящая при очень высоком давлении, в ходе которой бутылка приобретает свою окончательную форму. Растягивающий стержень вынимается, бутылка охлаждается, после чего форма открывается и выпускает готовую бутылку.
Нагрев
Перед тем, как преформы подаются в секцию нагрева, они еще на подающей спирали проходят проверку автоматической станции контроля качества. Проверяются горлышко, в дальнейшем предназначенное для укупорки крышкой, и поперечное сечение преформы. На этой стадии отбраковываются преформы с дефектным горлышком или продемонстрировавшие недостаточную овальность. В процессе нагрева в типичной SBM-машине преформы, надетые на специальные стержни, следуют через инфракрасную камеру нагрева, в которой приобретают температуру, необходимую для растягивания и выдува. Преформы последовательно проходят через ряд нагревательных блоков, состоящих из инфракрасных нагревателей с рефлекторными пластинами, предотвращающих нагрев определенных участков преформы.
Размер и форма выдуваемой бутылки являются факторами, определяющими так называемый температурный профиль, то есть температурный режим для отдельных участков преформы в процессе ее превращения в бутылку. Производители оборудования должны обеспечивать достаточную гибкость установок температурного режима с тем, чтобы на выходе обеспечивалось наилучшее качество бутылки. Для варьирования температурного профиля каждый нагревательный блок, входящий в состав нагревательной камеры, оснащен девятью отдельными расположенными вертикально друг над другом нагревательными элементами, которые нагревают различные участки преформы. Степень их нагрева регулируется независимо друг от друга с контрольной панели, что позволяет оператору не только задавать тот или иной температурный профиль, но и также постепенно, с прохождением преформы по зоне нагрева, повышать температуру. Участок преформы, прилегающий к горлышку, зачастую требует для нагревало требуемой температуры больше тепла, чем прочие участки. Уже полностью сформованное на стадии изготовления преформы горлышко защищается от нагрева экраном с водяным охлаждением. Число нагревательных блоков и скорость прохождения преформы через камеру нагрева зависит от количества выдувных форм в машине и от веса нагреваемых преформ.
Поскольку ПЭТ плохо проводит тепло, необходимо охлаждать внешнюю поверхность преформы, когда она находится между нагревательными блоками камеры нагрева. В противном случае поверхность перегрелась бы, что может привести к нежелательной кристаллизации. Это промежуточное охлаждение осуществляется с помощью воздушных насосов, расположенных между каждыми нагревательными блоками. Таким образом, с одной стороны, преформа постепенно подвергается нагреванию, а с другой, ее поверхность постоянно охлаждается.
Уравновешивание
После нагрева для коррекции температурного профиля преформы проходят особую стадию обработки, направленную на уравновешивание температуры (эквилибрацию). Эквилибрация, в сущности, означает распределение температуры ПЭТ в прямой зависимости от толщины стенок. Этот важный этап, который должен быть тщательно просчитан. Если период эквилибрации слишком короток, стенки бутылки получатся неравномерными по толщине. Если период слишком затянется, тщательно выверенный температурный профиль будет нарушен, и в таком случае слишком много тепла поступит в зону горлышка, вызывая деформацию последнего при последующей обработке. Выдув бутылки осуществляется при температуре около 110°С.
Выдув и вытягивание
Разогретые преформы затем поступают по наклонному подающему колесу в секцию выдува, которая в данном случае расположена непосредственно под секцией нагрева. Подающее устройство следит за тем, чтобы преформы были правильно расположены относительно форм, в которые они поступают с большой скоростью. Время, необходимое для разогрева преформы, значительно большее, чем то, что требуется для вытягивания и выдува. Это ведет к тому, что в нагревательной камере преформ всегда больше, чем в формах, поэтому колесный транспортировщик является необходимым приспособлением в высокоскоростной SBM-машине.
Компактная машина с использованием передовой технологии «растягивания – выдува»
"Классическая" форма для ПЭТ-бутылки
Состоит из трех частей: двух боковых стенок, открывающихся в вертикальной плоскости, и базы, двигающейся вверх и вниз. Как только преформа занимает соответствующее положение, форма закрывается. Подвижная база (дно) двигается вверх, а стенки замыкаются вокруг нее. Все это происходит одновременно: три составные части соединяются накрепко. В то же самое время растягивающий стержень начинает свое движение вниз. Поскольку он занимает положение, необходимое для начала растяжения преформы, в тот момент, когда форма захлопывается, рабочий цикл занимает меньше времени и потери тепла сокращаются. Преформа растягивается в вертикальной плоскости и предварительно выдувается под давлением в 25 бар. Бутылка на этой стадии выдувается до 80-90% своего полного размера. Поскольку очень важно не повредить горлышко, машины снабжены специальными насадками, через которые подается воздух. Они выполнены в форме колокола и предохраняют горлышко и прилегающую к нему часть от повреждений. Затем подается высокое (40 бар) давление, и на этой стадии бутылка приобретает свою окончательную форму. Прижимаясь к холодным стенкам формы, бутылка охлаждается, становится достаточно жесткой и, таким образом, уже готова немедленно покинуть форму, когда та откроется. Во избежание искривления стенок давление внутри бутылки стабилизируется до открытия формы.
"Отдых"
После охлаждения и во время хранения ПЭТ-бутылки немного сжимаются, поэтому машина контролирует степень охлаждения бутылки путем подогрева формы. Это делается для того, чтобы материал "отдыхал" и бутылки в дальнейшем сжимались менее интенсивно. Это позволяет свести к минимуму разницу в размерах между бутылками, выпущенными в разное время, что имеет значение при розливе: различие в размерах наполняемых бутылок может вызвать непредвиденные затруднения в работе разливочного оборудования. В машинах, где такая функция предусмотрена, транспортировщик форм изолируется для сохранения энергии. SBM-машины выпускаются в многочисленных разновидностях, в том числе и с ротационным механизмом, имеют от 6 до 24 форм для выдува бутылок и выпускают на каждую форму в среднем 1 200 бутылок в час. Максимальная производительность машины с 24 формами - 33 600 бутылок в час. Производительность, само собой, зависит от размера выдуваемой бутылки, поскольку на изготовление большей бутылки требуется больше времени. Обычная SBM-машина способна производить бутылки емкостью от 0,25 л до 2,5-3 л без дополнительного переоборудования.
Быстрая смена форм
В машине, которая выбрана в качестве примера, как и в большинстве SBM-машин, используются стандартные трехчастные формы, которые монтируются на транспортировщик форм и могут быть быстро заменены другими, предназначенные для выпуска других бутылок. Вытягивающий стержень контролируется с помощью шаблона, и глубина его хода легко изменяется в зависимости от глубины формы. По подсчетам, SBM-машина с 10 формами может быть переналажена на выпуск другой разновидности бутылки в течение 30 минут тремя техниками. В течение этого времени проводится смена всех необходимых настроек. Даже если предполагается выпускать совершенно иную бутылку с другой формой горлышка, переналадка не займет больше часа.
Контроль
Работа всех важнейших элементов как описанной выше ротационной машины, так и "линейной" машины, таких, как отделение выдува, нагревательное колесо, транспортер преформ и механизм, подающий нагретые преформы из нагревательной камеры в отделение для выдува бутылок, должна быть четко синхронизирована с помощью единой системы контроля. Необходимо также, чтобы каждый из этих элементов мог быть снят независимо от других для обслуживания и переналадки. Этот механизм особенно важен для ротационных машин. Управление машиной производится с помощью сенсорной панели. В современных машинах, как правило, установочные параметры для разных типов бутылки хранятся в памяти и могут быть немедленно активизированы простым нажатием кнопки. Естественно, в процессе эксплуатации оборудование немного разлаживается, но параметры нагрева и выдува автоматически приводятся в нормальный режим. Система контроля постоянно следит за работой машины, сигнализируя оператору о любых сбоях. Удаление бракованных преформ также осуществляется автоматически, причем проводится без остановки машины. Если вследствие удаления преформы форма остается пустой, давление в нее не подается, как и в том случае, когда форма закрылась неправильно. Сенсорная контрольная система может быть электронными средствами защищена от доступа посторонних.
Транспортировочные линии для бутылок
Итак, бутылка изготовлена и, таким образом, готова к дальнейшему использованию - розливу. ПЭТ-бутылки очень легки и поэтому, не будучи заполненными содержимым, неустойчивы. Это свойство было принято во внимание производителями оборудования при проектировке линий, подающих порожнюю тару на розлив. Легкий вес бутылок позволяет переносить их при розливе за кольцо на горлышке, что минимизирует необходимость корректировки оборудования, поскольку высота налива может быть просчитана от горлышка бутылки до хомута на горлышке, а это расстояние остается неизменным на всех бутылках данной партии. Кроме того, пустые бутылки можно перемещать не только с помощью обычных транспортировочных линий, но и с помощью воздуха. В последнем случае неустойчивость бутылки не создает проблем. Пустые бутылки перемещаются по рельсам с низким трением, будучи "поддерживаемыми" воздушным потоком за кольцо на горлышке. Рельсы имеют такую форму, что воздух может проходить вдоль них. Струя воздуха приподнимает кольцо на горлышке легкой ПЭТ-бутылки и задает транспортируемой таре необходимое направление. Преимуществом этого метода транспортировки является то, что бутылка не входит в контакт с боковинами транспортировочной ленты. Сегодня такой метод транспортировки применяется на большей части выпускаемого и эксплуатируемого оборудования.
