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Vorrichtung zum Verformen einer Folie
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verformen einer Folie, bei welcher die längs ihres Um- fangsrandes fest eingespannte Folie erwärmt und anschliessend teils pneumatisch und dann mechanisch von einer Folienseite her durch Ausbuchten verformt wird, mit einer eine Öffnung aufweisenden Wand und einer mindestens einen Vorsprung aufweisenden Patrize, die gegen die Wand und durch die Öffnung der- selben vorschiebbar ist, mit Mitteln zum dichten Festhalten des Randes der zu verformenden Folie am
Umfang der Wandöffnung, einem mit der Wand verbundenen Druckkasten und einem die Patrize tragen- den und im Druckkasten verschiebbaren Kolben und gegebenenfalls mit einer Vorrichtung zum Absaugen von Druckmedium, an welche Vorrichtung Absaugkanäle absperrbar angeschlossen sind, die in einem Teil der Oberfläche der Patrize ausmünden.
Es ist bekannt, eine Folie zwischen einer eine Öffnung aufweisenden Wand und einer mindestens einen Vorsprung aufweisenden Patrize anzuordnen und zuerst an der der Patrize zugewendeten Seite der Folie einen Überdruck zur Wirkung zu bringen, indem durch Öffnen eines Hahnes ein von dieser Seite der Folie begrenzter Raum mit einer Druckluftleitung oder ein von der entgegengesetzten Seite der Folie begrenzter Raum mit einer Unterdruckleitung in Verbindung gebracht wird. Durch diesen Überdruck wird die Folie von der Patrize weggewölbt.
Hierauf wird die Patrize derart gegen die die Öffnung aufweisende Wand be- wegt, dass ihr Vorsprung hinter der Folie in diese Öffnung eindringt, und schliesslich wird der auf die Folie wirkende Überdruck aufgehoben, indem der erwähnte Hahn geschlossen und auf beiden Seiten der Folie wieder Atmosphärendruck hergestellt wird ; die Folie soll dann infolge ihrer Elastizität auf die Patrize schrumpfen und die Gestalt von deren Oberfläche annehmen.
Die Arbeitsweise gemäss diesem Vorschlag eignet sich nicht für die Herstellung von Gegenständen aus verformten Folien in grossen Stückzahlen. Es ist nämlich nicht möglich, mit Hilfe des erwähnten Hahnes den auf die Folie wirkenden Überdruck und das Mass des Wegwölbens der Folie von der Patrize von vornherein genau zu beherrschen ; wird aber der Hahn beim Formen jedes Stückes nur allmählich unter Beobachtung der Folie geöffnet, bis die Folie jeweils im gleichen Masse von der Patrize weggewölbt ist, so erfordert dieses Wölben der Folie erstens eine verhältnismässig lange und zweitens eine nicht im voraus bestimmbare Zeit, so dass die Temperatur und die Plastizität der vorher erwärmten und sich nun abküh- lenden Folie im Augenblick, in dem sie auf die Patrize aufgeschrumpft werden kann, von Stück zu Stück schwanken.
Das Arbeitstempo und die Gleichförmigkeit der Erzeugnisse sind dadurch beeinträchtigt.
Wenn die zum Wegwölben der Folie von der Patrize dienende Druckluft einer Druckluftleitung entnommen wird, so erfährt sie, unmittelbar bevor sie mit der Folie in Berühnmg kommt, eine Entspannung und Abkühlung, die dann in unerwünschter Weise die Abkühlung der erwärmten Folie fördert. Das gleiche tritt auf der entgegengesetzten Seite der Folie ein, wenn dort ein Unterdruck zur Wirkung gebracht, also die mit der Folie in Berührung stehende Luft entspannt wird.
Überdies ist bei diesen bekannten Verfahren vorausgesetzt, dass die Folie bei einer bestimmten Temperatur gleichzeitig genügend elastisch, um mit genügendem Druck auf die Patrize zu schrumpfen, und genügend plastisch ist, damit sich ihr Feinheiten der Oberflächenstruktur der Patrize aufprägen, und dass sich diese Temperatur auch trotz der oben erwähnten Unbestimmtheiten genügend genau einhalten lässt.
Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs angegebenen Art, die zur Durchführung der erwähnten bekannten Arbeitsweise dient, hat der erwähnte Kolben nur einen kleinen Wirkungsquerschnitt, da er
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keine andere Aufgabe hat, als die im Druckraum angeordnete Patrize zu tragen und von aussen zu ver- schieben. Bei jeder Verschiebung dieser Patrize gegen die eine Öffnung aufweisende Wand verdrängt dieser Kolben im Druckraum ein kleines Volumen Druckmedium. Gleichzeitig verdrängt der in die Öff- nung der Matrize eingedrungene Teil des Vorsprunges der Patrize bei dieser bekannten Vorrichtung ein wesentlich grösseres Volumen als der Kolben und gibt gleichzeitig im vor dieser Öffnung gelegenen Teil des Druckraumes ein gleich grosses Volumen- frei.
Dieses freigegebene Volumen wird von der Verdrän- gungswirkung des Kolbens nicht wettgemacht, so dass bei diesem Vorgang Druckmedium durch die Öffnung in den vor dieser Öffnung befindlichen Teil des Druckraumes strömt. Mit dieser bekannten Vorrichtung könnte somit zwar durch Gegeneinanderbewegen von Patrize und Wand ein gewisser auf die Folie wirken- der Überdruck erzeugt und somit eine Auswölbung der Folie in die Wandöffnung bewirkt werden. Durch diese Auswölbung der Folie würde jedoch der hinter der Öffnung liegende Teil des Druckraumes nicht um so viel vergrössert, wie er durch die Bewegung des in die Öffnung eingedrungenen Teiles des Vorsprunges der Patrize verkleinert wird ; die Folie würde daher gegen diesen vorspringenden Teil gezogen, statt, wie angestrebt, von ihm weggewölbt.
Bei dieser bekannten Vorrichtung wird darum die Folie mit Hilfe eines nicht durch die Verschiebung der Patrize gegen die Wand erzeugten Überdruckes in genügendem Masse gewölbt, bevor die eine Öffnung aufweisende Wand und die Patrize gegeneinander bewegt werden.
DieErfindung bezweckt, die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten zu überwinden und eine Vorrich- tung zu schaffen, die sich auch für die teilweise oder gänzlich automatische Fertigung von Gegenständen durch plastisches Verformen von Folienstücken eignet und rasch und zu gleichförmigen Ergebnissen führt.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung ist dadurch charakterisiert, dass die Mantelfläche des Kolbens dichtend an der Innenwand des Druckkastens anliegt, dass die wirksame Fläche des Kolbens grösser ist als die Öffnung in der Wand und dass die Umrissform des umlaufenden Randvorsprunges der Patrize der Form der Wandöffnung angepasst ist.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung hat somit der Kolben einen ausreichenden Wirkungsquer- schnitt, um mindestens über einen Teil des Verschiebungsbereiches der Patrize bei jeder Verschiebung derselben gegen die'eine Öffnung aufweisende Wand im Druckraum ein grösseres Volumen zu verdrängen, als der in die Öffnung der Wand eingedrungene Teil der Patrize bei dieser Verschiebung im hinter der Öffnung liegenden Teil des Druckraumes verdrängt. Die Menge Druckmedium, die durch den Kolben gegen die eine Seite der Folie verdrängr wird, ist genau bestimmt, so dass sich das Mass, in welchem die Folie von der Patrize weggewölbt wird, und der auf die Folie wirkende Überdruck im voraus festlegen lassen.
Da die Bewegung von der Patrize gegen die eine Öffnung aufweisende Wand gleichzeitig mit dem Erzeugen des Überdruckes erfolgt, wird nicht nur der Zeitaufwand für die Verformung der Folie vermindert, sondern auch der Zeitpunkt festgelegt, in welchem das Wegwölben der Folie von der Patrize beendet ist ; Temperatur und Plastizität der Folie im Augenblick, in dem diese ihre endgültige Form erhält, sind damit ebenfalls vorausbestimmt.
Ein weiterer Vorteil bei der Anwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass bei Verwendung von Luft als Druckmedium zum Wegwölben der Folie von der Patrize diese Luft verdichtet und dadurch auf eine etwas höhere Temperatur als die der Umgebungsluft gebracht wird, unmittelbar bevor sie mit der Folie in Berührung kommt, so dass sie dann die unerwünschte Abkühlung der Folie hintanhält.
Zweckmässig wird das Anlegen der Folie an die Oberfläche der Patrize, nach welcher sie verformt werden soll, nicht der Elastizität der Folie überlassen, sondern es wird in an sich bekannter Weise nach Beendigung der Verschiebung des Kolbens in einem einerseits von der Folie, anderseits von der Oberfläche der Patrize begrenzten Absaugraum ein Unterdruck erzeugt, so dass die Folie gegen die Oberfläche der Patrize gesogen wird. Dies erlaubt, die endgültige Formung der Folie bei einer Temperatur derselben zu bewirken, bei der sie gute Plastizität aufweist und bei der sich ihr alle Einzelheiten der Gestalt dieser Oberfläche einprägen.
Der erwähnte Überdruck kann so niedrig bemessen werden, dass die Folie noch teilweise mit dem vorspringenden Teil der Patrize in Berührung kommt, wobei lediglich ein Gleiten der Folie über die Oberfläche der Patrize und damit eine günstige Verteilung des Folienmaterials über diese Oberfläche ermöglicht wird. Es hängt indessen von der Gestalt des durch Verformen der Folie herzustellenden Stückes ab, ob ein stärkeres oder weniger starkes Wegwölben der Folie von der Patrize und somit ein grösserer oder geringerer Überdruck die vorteilhafteste Materialverteilung ergibt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung schematisch darge- stellt. Fig. l ist ein Schnitt durch die Vorrichtung nach dem Einspannen einer zu einer Wanne zu verformenden Folie ; Fig. 2 zeigt einen entsprechenden Schnitt während. des Vorschiebens der Patrize ; Fig. 3
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zeigt einen entsprechenden Schnitt nach beendetem Vorschieben der Patrize und Fig. 4 einen entspre- chenden Schnitt nach beendetem Verformen der Folie.
Das Gehäuse der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung besitzt eine rahmenartige waagrechte
Wand l, die eine Öffnung 2 aufweist und als Auflage für eine zu verformende Folie 3 aus thermoplasti- schem Kunstharz dient. Zum Festhalten dieser Folie auf der Wand 1 ist ein Rahmen 4 mittels Scharnieren 5 am Gehäuse aufklappbar gelagert. Schrauben 6 mit Flügelmuttern 7 erlauben, den Rahmen 4 gegen die
Wand 1 zu ziehen, um die Folie 3 längs des Umfanges der Öffnung 2 dicht an die Wand 1 anzupressen.
Das Gehäuse der Vorrichtung weist ferner vier senkrechte Wände 8 auf, die zusammen einen oben durch die Wand 1 begrenzten Schacht von rechteckigem Querschnitt umgeben. In diesem Schacht ist eine rechteckige Tragplatte 9 für eine Verformungspatrize 10 angeordnet.
Die Ränder dieser Tragplatte 9 schliessen annähernd luftdicht an die Wände 8 des Schachtes an, so dass die Tragplatte zusammen mit der von ihr getragenen Patrize 10 im genannten Schacht einen Arbeitsraum 11 begrenzt. Die Tragplatte 9 sitzt auf einer mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung, z. B. eines in einem Druckzylinder pneumatisch verschiebbaren Kolbens, senkrecht verschiebbaren Säule 12, die einen in der Oberseite der Platte 9 ausmündenden Längskanal 13 aufweist. Dieser Kanal 13 ist unten in nicht dargestellter Weise über Leitungen und Ventile an einen Unterdruckbehälter, an eine Evakuationspumpe und an einen Druckluftbehälter angeschlossen, so dass er wahlweise mit jedem dieser Behälter und mit der Saugseite der Evakuationspumpe verbunden werden kann.
Die Patrize 10 hat oben einen vorspringenden Teil 14, dessen Form derjenigen der Hohlseite eines wannenförmigen Gebildes entspricht, zu dem die Folie 3 verformt werden soll. Rings um diesen vorspringenden Teil läuft eine ebene Sitzfläche 15. In der Unterseite der Patrize 10 ist eine Höhlung 16 gebildet, die mit dem Kanal 13 in Verbindung steht. Von dieser Höhlung 16 führen zahlreiche kleine Kanäle 17 nach dem von der Sitzfläche 15 umschlossenen Teil der Oberfläche der Patrize.
In einer der Wände 8 ist unterhalb der waagrechten Wand 1 eine Öffnung 18 vorhanden, deren Querschnitt mittels eines in Führungen 19 verschiebbaren Schiebers 20 verstellbar ist.
Oberhalb des Rahmens 4 ist in Fig. 1 schematisch eine mit Heizwiderständen versehene Heizplatte 21 eingezeichnet, die auf waagrechten Schienen 22 läuft.
Zum Verformen eines Folienstückes 3 zu einem wannenförmigen Gebilde, dessen Gestalt durch die der Patrize 10 gegeben ist, geht man wie folgt vor : Zuerst legt man das zu verformende Folienstück 3 bei hochgeklapptem Rahmen 4 derart auf die Wand 1, dass es sich quer über deren Öffnung 2 erstreckt, klappt den Rahmen 4 auf das Folienstück3 nieder und befestigt dieses luftdicht längs des Umfanges der Öffnung 2 an der Wand 1, indem man den Rahmen 4 mittels der Flügelmuttern 7 auf den Schrauben 6 nach unten presst (Fig. 1).
Dann fährt man die Heizplatte 21 auf den Schienen 22 über den sich über die Öffnung 2 erstreckenden Teil der Folie 3 und bewirkt mittels dieser Heizplatte dessen Erwärmung auf eine Temperatur, die höher ist als die Erweichungstemperatur des thermoplastischen Kunstharzes, aus dem die Folie besteht. Dann wird der Heizstrom der Heizplatte 21 ausgeschaltet und diese wieder zur Seite geschoben.
Hierauf verschiebt man die Tragplatte 9 mit der Patrize 10 mittels der erwähnten nicht dargestellten Vorrichtung nach oben ; die unten vom Kanal 13 ausgehende Leitung bleibt abgesperrt. Die Platte 9 und die Patrize 10 bilden dann zusammen einen Verdrängungskörper, der in den Arbeitsraum 11 eindringt und Luft aus diesem durch die Öffnung 18 verdrängt. Der Querschnitt der letzteren wird mittels des Schiebers 20 so eingestellt, dass der Luftdruck im Arbeitsraum 11 bei der gegebenen Verschiebungsgeschwindigkeit der Platte 9 in gewünschtem Masse über den Druck der Aussenluft steigt. Durch diesen Überdruck im Arbeitsraum 11 wird die plastisch gewordene Folie 3, wie dies Fig. 2 zeigt, über der Öffnung 2 der Wand 1 durch die Öffnung des Rahmens 4 hindurch nach oben ausgewölbt.
Wenn der vorspringende Teil 14 der Patrize durch die Öffnung 2 hindurchtritt, trifft er somit erst später auf die Folie 3 als wenn diese, wie in Fig. 1 gezeigt, im Bereich der Öffnung 2 eben wäre. Ausserdem berührt er dann die Folie 3 nicht mit seiner ganzen ebenen Stirnfläche 14a, sondern nur mit seinen gerundeten Kanten 14b ; der von der Spannung der Folie herrührende Berührungsdruck zwischen der Folie 3 und der Patrize 10 an diesen Kanten 14b ist überdies infolge der Wirkung des im Arbeitsraum 11 erzeugten Überdruckes wesentlich geringer, als wenn dieser Überdruck nicht vorhanden wäre. Die Folie 3 kann somit über die Kanten 14b gleiten und behält in ihrem vor der Stirnfläche 14a befindlichen Teil 3a (Fig. 3) annähernd die gleiche Dicke wie in ihrem seitlich des vorspringenden Patrizenteils 14 befindlichen Teil 3b.
Die Aufwärtsbewegung der Platte wird fortgesetzt, bis die Sitzfläche 15 der Patrize 10 in der Öffnung 2 auf die Folie 3 trifft und sich luftdicht an diese anlegt (Fig. 3). Dadurch wird ein als Absaugraum zu bezeichnender Raum 23 längs der in Umfangsrichtung geschlossenen Sitzfläche 15 vom Arbeitsraum 11 abgetrennt. Die Platte 9 mit der Patrize 10 kommt dann zum Stillstand. Der Druck im Absaugraum 23
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bleibt zunächst erhalten, während derjenige im Rest des Arbeitsraumes 11 durch weiteres Abströmen von Luft durch die Öffnung 18 auf den Druck der Aussenluft sinkt.
Unmittelbar nach diesem Augenblick wird der Kanal 13 und somit die Höhlung 16 durch Öffnen eines Ventils mit dem oben erwähnten Unterdruckbehälter verbunden. Der Druck in der Höhlung 16 sinkt dann plötzlich bis unter den Druck der Aussenluft. Diese Drucksenkung teilt sich durch die vielen Kanäle 17 auch dem Absaugraum 23 mit. Die auf die von der Patrize 10 abgewendete Seite der immer nochplastischen, über der Öffnung 2 nach oben gewölbten Folie 3 wirkende Aussenluft drückt dann die Folie gegen die Oberfläche der Patrize 10, so dass die Folie die Gestalt dieser Oberfläche annimmt (Fig. 4).
Sobald der Druck im Absaugraum 23 gleich demjenigen im Unterdruckbehälter geworden ist, sperrt man diesen zweckmässig vom Kanal 13 ab und verbindet diesen mit der Saugseite der Evakuationspumpe.
Dadurch lässt sich der Luftdruck im Absaugraum 23 zwischen Folie und Patrizenoberfläche noch wesentlich senken, da dieser Absaugraum durch das Anliegen der Folie an der Patrize sehr klein geworden ist.
Die Folie wird dadurch von der Aussenluft noch stärker gegen die Patrize gedrückt, was erlaubt, der Folie alle Feinheiten der Form der Patrizenoberfläche mitzuteilen.
Hierauf lässt man die Folie bis zum Erstarren abkühlen, sperrt den Kanal 13 von der Evakuationspumpe ab und verbindet ihn schliesslich vorübergehend mit dem Druckbehälter. Dadurch wird der in letzterem herrschende Luftdruck durch die Höhlung 16 und die Kanäle 17 auf die Unterseite der verformten Folie zur Wirkung gebracht, so dass diese von der Patrizenoberfläche weggedrückt wird. Während die Platte 9 mit der Patrize 10 in ihre Ausgangsstellung gesenkt wird, wird das durch die Verformung der Folie aus dieser entstandene wannenförmige Gebilde nach Lösen der Flügelmuttern 7 und Hochklappen des Rahmens 4 weggenommen.
Gegenüber bekannten Vorrichtungen hat die hier beschriebene nicht nur den Vorteil, dass sich die Verteilung des Materials über die Patrizenfläche beeinflussen lässt, sondern auch den, dass die Aussenluft durch die Seitenwände 8 des erwähnten Schachtes daran gehindert ist, an die Unterseite der Folie zu gelangen, wodurch eine unerwünschte Kühlung der letzteren vermieden wird.
Schon im Zeitpunkt, in dem die Folie 3 mittels der Heizplatte 21 erwärmt wird, ist nämlich eine gewisse Luftmenge im Druckkasten 8 zwischen der Tragplatte 9 und der Wand 1 praktisch eingeschlossen, da sie nur durch die Öffnung 18 mit der Aussenluft in Verbindung steht. Ein Teil dieser Luftmenge wird infolge Berührung mit der Folie mit dieser erwärmt, und da sich die wärmste Luft im obersten Teil des Arbeitsraumes 11 ansammelt, bleibt die Folie mit verhältnismässig warmer Luft in Kontakt. Diese Luft wird bei ihrer Verdichtung durch die sich aufwärts bewegende Tragplatte 9 noch zusätzlich etwas erwärmt.