<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von schalenförmigen Hohlkörpern durch Tiefziehen von Platten aus thermoplastischem
Kunststoff
Bei den bekannten Verfahren zum Herstellen von Formkörpern, insbesondere von Hohlkörpern, aus thermoplastischen Kunststoffen, durch Giessen, Pressen, Vakuumtiefziehen oder Drücken werden Formen benutzt, deren Oberflächen, sei es als Vollform mit Patrize und Matrize, oder sei es als Halbform mit Patrize (Formkern) oder Matrize (Vakuumziehform) als Positiv- oder Negativform, die Gestalt des herzustellenden Körpers in allen Einzelheiten vorausbestimmen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von schalenförmigen Hohlkörpern durch Tiefziehen von Platten aus thermoplastischem Kunststoff, wie z. B. aus Polyvinylchlorid, Polystyrol und andern Polymerisaten bzw. Mischpolymerisaten, in plastifiziertem Zustand mittels einer Matrize und Patrize.
In der brit. Patentschrift Nr. 626, 863 ist ein Tiefziehverfahren für Platten aus thermoplastischem Kunststoff beschrieben, bei welchem die Patrize aus einem Stempel mit darin federnd gelagertem Boden besteht. Die zu verformende Platte liegt zunächst lose auf der Matrize auf und wird beim Einfahren der Patrize zunächst mit Hilfe des ausgefahrenen Bodenteiles in die Matrize hineingezogen. Später folgt der Mantelkörper der Patrize, bis der Bodenteil mit dem unteren Rand des Mantelkörpers fluchtet. Die Platte ist somit zwischen den Wandungen der Matrize und Patrize überall gehalten und kühlt in diesem Zustand
EMI1.1
Bei einem weiteren, aus der USA-Patentschrift Nr. 2, 783, 500 bekanntgewordenen Ziehverfahren für eine plastifizierte Kunststoffplatte, wird diese von der Patrize auf die gesamte Oberfläche der Matrize fest aufgepresst. Dazu ist die Patrize im Inneren mit einer Gummihülle versehen, die beim Einfahren auf die Matrize eine gewisse Luftmenge speichert, die unter der Einwirkung der Strahlungswärme der plastifizierten Kunststoffplatte sich erwärmt und somit einen recht erheblichen, überall gleichmässigen Druck auf die plastifizierte Kunststoffplatte ausübt, so dass diese überall fest auf der Oberfläche der Matrize aufliegt.
Von diesen bekannten Verfahren unterscheidet sich das erfindunsgemässe Verfahren grundsätzlich, denn es macht sich von der seither üblichen Anschauung einer Verformung mittels Formen, d. h. von der Vorstellung des Anliegens der zu verformenden Platte an den Flächen der Ziehwerkzeuge vollkommen frei.
Das Verfahren nach der Erfindung, im folgenden auch Gleitspannverfahren genannt, ist eine Abart des üblichen Tiefziehens mit Matrize und Patrize und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffplatte unter freiem Nachgleiten in einen zwischen den die Abbiegungen erzeugenden Kanten von Patrize und Matrize gebildeten Zwischenraum gespannt und am Ende des Ziehvorganges an den Rändern durch Klemmung festgehalten wird.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche eine Patrize
<Desc/Clms Page number 2>
und eine über diese schiebbare, rahmenförmige Matrize besitzt. Diese erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass nur die Ziehkanten der Patrize und der Matrize mit der Form des herzustel- lendenHohlkörpersübereinstimmen, während die einander zugekehrten Seitenflächen der Patrize und Matrize von der Körperform in diesem Bereich abweichend verlaufen und einen Zwischenraum begrenzen und dass die Ziehkante der Matrize von einem an der Stirnfläche derselben in Ziehrichtung vorspringenden, rahmenartigen Fortsatz gebildet ist, der in die Öffnung eines auf der Patrize angeordneten Auflage- bzw.
Klemmrahmens fürdas Plattenmaterial eingreift.
Als Vorrichtung gemäss der Erfindung werden lediglich ineinanderschiebbare offene Rahmen angewendet, welche in- und nebeneinander angeordnet sind und gleichzeitig oder nacheinander zur Wirkung kommen. Die Verformung der Platte aus Kunststoff erfolgt durch Ineinanderschieben dieser Rahmen. Beim Verformungsvorgang fliesst der plastifizierte Kunststoff aus den Zonen mit Materialüberschuss nach.
Während der Verformung der ursprünglich ebenen, durch Erhitzen plastifizierten Platte hat der Kunststoff volle Bewegungsfreiheit zwischen den Rahmen und kann sich dort in verschiedenen Richtungen unbehindert, auch mit Faltenwurf, bewegen, bis die plastifizierte Platte schliesslich über die Randkonturen der Rahmen wie ein Schirm gespannt wird.
Umgekehrt können die Kanten der Rahmen mit geringem Reibungswiderstand über die Platte hinweggleiten, wobei nach dem Prinzip des kleinsten Zwanges vorweg Material aus Überschusszonen bei gleichbleibender Materialstärke aufgebracht wird, ehe überhaupt eine Abnahme der Plattendicke, selbst in Ecken, infolge des einheitlich gleichmässigen Gleitspannzuges eintreten kann, zumal bei niedrigeren Temperaturen gearbeitet werden kann, als sie sonst beim Tiefziehen erforderlich sind.
Auch ein plötzliches Abkühlen des plastifizierten Kunststoffes an Wänden von Ziehwerkzeugen oder sonstigen Formen, welche verfahrensbedingt eine niedrigere Temperatur als der zu bearbeitende Werkstoff besitzen, kann während des Tiefziehens gemäss der Erfindung nicht mehr eintreten.
Die geringe Wärmekapazität der Rahmen - insbesondere bei der vorgeschlagenen Verwendung von die Wärme schlecht leitendem, nichtmetallischem Material - ergibt ein gleichmässiges Erkalten und Erstarren der praktisch im freien Raum gespannten thermoplastischen Kunststoffplatte bei überall gleichmässigem Spannzug. Daher ist das Auftreten von inneren Spannungen im gezogenen Werkstück nahezu ausgeschlossen.
EMI2.1
Bruchstellen selbst an unbenutzten Formteilen auftreten.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens sind mindestens zwei Rahmen erforderlich, die ineinanderschiebbar sind. In den meisten Fällen werden aber drei Rahmen nötig sein, nämlich zwei zueinander unverrückbare, ineinanderliegende Rahmen, die die Boden- und Randpartien eines z. B. schalenförmigen Hohlkörpers bestimmen, und ein weiterer Rahmen, der, zwischen die beiden andern Rahmen hineinschiebbar, das Spannen der Kunststoffplatte von Kante zu Kante der Rahmen bewirkt.
Die beim Erkalten des plastifizierten Kunststoffes eintretende Schrumpfung, welche sonst meist störend empfunden wird, erhöht die gewollte straffe Spannung zwischen den Randkonturen der Rahmen.
Um ein Werfen oder eine Faltenbildung der äusseren Randzonen der zuvor gleichmässig erhitzten Kunststoffplatte beim Nachgleiten zu vermeiden, welches je nach Formgebung an verschiedenen Stellen auch unterschiedlich stark erfolgt, kann der horizontal abstehende Rand der Kunststoffplatte auf den jeweils aussenliegenden Rahmen leicht aufgedrückt werden, damit von Anbeginn des Einfahrens der Rahmen auf das plastifizierte Material ein leichter Spannzug über die jeweilige Oberkante des unverrückbaren Rahmens ausgeübt wird, ohne jedoch ein gleichmässiges Nachgleiten zu behindern.
Durch verschiedene Kombinationen mehrerer solcher Rahmen in- und nebeneinander und die vorgeschlagene gegenseitige, insbesondere vertikale Verschiebbarkeit zur beliebigen Endstellung und die Austauschbarkeitder Rahmen lassen sich mit einfachsten Mitteln beliebig geformte Körper herstellen, so z. B. mit den gleichen Rahmenelementen Hohlkörper unterschiedlicher Tiefe.
Selbst Plattenmaterial mit Faser- oder Gewebeeinlagen lässt sich mit Erfolg verformen.
An den Rändern der aussenliegenden Rahmen können besondere Schneide- bzw. Abquetschkanten angeordnet sein, welche die überstehenden Materialränder des hergestellten Hohlkörpers vor, beim oder nach dem Erstarren beseitigen, so dass die fertigen Hohlkörper ohne Nachbearbeitung entnommen werden können.
Ausserhalb der Rahmen können Hilfsauflagen und Hilfsführungen für die zu verformenden Kunststoffplatten angeordnet sein, welche vor dem Einfahren der Rahmen entfernt werden können.
In den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen wird das Herstellen einer Wanne mit Bördelrand nach dem erfindungsgemässen Verfahren erläutert. Es zeigen : Fig. 1 den Matrizenrahmen im
<Desc/Clms Page number 3>
Schnitt und Fig. 2 inDraufsicht, Fig. 3 die Patrize mit Auflage- bzw. Klemmrahmen im Schnitt und Fig. 4 inDraufsicht, Fig. 5 Patrize und Matrize in zwei unterschiedlich tief eingefahrenen Stellungen im Schnitt, Fig. 6 einen Matrizenrahmen, ähnlich dem der Fig. l und 2 in verkleinertem Massstab in perspektivischer Ansicht, Fig. 7 die zu verformende Kunststoffplatte im planebenen Zustand, Fig. 8 die Patrize mit Auflage- bzw. Klemmrahmen in verkleinertem Massstab in perspektivischer Ansicht, Fig. 9 die hergestellte Wanne mit abgeschnittenem überstehende Rand.
Bei den Ausführungsbeispielen bestehen die Vorrichtungen aus Holz als einem schlechten Wärmeleiter, sie können auch aus andern schlecht wärmeleitenden oder auch wärmeisolierenden Werkstoffen hergestellt sein.
Die in den Fig. l, 2,3, 4,5, 6 und 8 mit den Ziffern 11 und 12 bezeichneten Formteile stellen lediglich ein einfaches Ausführungsbeispiel für die gegenseitige Führung von Patrize und Matrize dar.
Der Matrizenrahmen 3 besitzt an der Stirnfläche einen in Ziehrichtung vorspringenden, rahmenartigen Fortsatz 6 zur Ausbildung des Bördelrandes (Fig. l, 5,6).
Die Patrize besteht aus einem Bodenkern 2, welcher die Gegenkanten für den Boden des Formstückes (Fig. 9) zu den Bördelwülsten 6 bildet, über welche das plastifizierte Plattenmaterial 5 unter freiem Nachgleiten aus Aussenzonen ohne Behinderung durch Formwände in dem zwischen den die Abbiegungen erzeugenden Kanten von Patrize und Matrize gebildeten Zwischenraum gespannt und am Ende des Ziehvorganges durch Klemmung festgehalten wird.
Zu diesem Zweck ist ausserhalb der Patrize 2 ein als Auflage- bzw. Klemmrahmen bezeichneter Rahmen 1 angeordnet, so dass der rahmenartige Fortsatz 6 (Bördelwulst) in den Raum zwischen diesem Rahmen und den Kanten der Patrize eingreifen kann.
Diese Werkzeuge können auch umgekehrt betätigt werden.
ZurDurchführung des Tiefziehvorganges wird die ebene Kunststoffplatte auf den jeweils untenliegendenwerkzeugteil aufgelegt und sinkt im plastifizierten Zustand unter ihrem Eigengewicht bereits unter Nachgleiten von Aussenrändern in der Ziehrichtung über die Oberkanten in die freien Räume ein.
Fig. 5 zeigt links, wie beim Einfahren des Matrizenrahmens 3 zunächst der zum Herstellen des Bördelrandes am zu erzeugenden Hohlkörper (Fig. 9) dienende, nach unten vorstehende Randwulst 6 an dem plastifizierten Werkstoff 5 entlanggleitet und dabei unbehindert durch Formteile im freien Raum das Material einerseits bereits über die Randkontur des Bodenkernes 2 vorspannt und anderseits praktisch ohne Querschnittsverringerung von der freien Randpartie nachzieht.
Fig. 5, rechter Teil, zeigt das Ende des Ziehvorganges. Erst jetzt liegt die Unterseite des Aussenrandes des Matrizenrahmens 3 auf der Platte und diese auf der Oberseite des Klemmrahmens 1 auf, so dass nun alle Kanten gegenseitig fixiert sind, zwischen denen sich die Kunststoffplatte spannt und dadurch die Raumform des zu erzeugenden Hohlkörpers bildet.
Die Randkontur 9 und damit die Grösse der Ausgangsplatte 5 muss jeweils so gewählt werden, dass am fertigen Hohlkörper (Fig. 9) ein genügend grosser Rand mit der in Fig. 9 in gestrichelter Linie eingezeichneten Kontur 10 verbleibt, mit dessen Hilfe die Arretierung des Aussenrandes der Platte 5 am Ende des Ziehvorganges erfolgt. Dieser Rand kann entweder schon beim Ziehen abgetrennt werden oder später durch eine Nachbearbeitung.
DerBodenkern 2 der Patrize nachFig. 8 unterscheidet sich von den Ausführungen nach denFig. 2, 3 und 4 dadurch, dass er ebenfalls ohne Bodenfläche als Rahmenkörper ausgebildet ist.
Diese Ausführung ist besonders dann zweckmässig, wenn der Matrizenrahmen unten liegt und die Grö- sse der Bodenfläche eine Rahmenausbildung zulässt.
Die in den Zeichnungen dargestellten Werkzeuge lassen lediglich das Prinzip erkennen.
Selbstverständlich kann sowohl die Patrize als auch die Matrize aus mehreren Rahmen zusammengesetzt sein, welche gleichzeitig oder nacheinander gegenseitig verschiebbar sind, um mehrteilige oder unterschnittene Formstücke herzustellen. Auch können bei entsprechender Grösse der Platte - was nicht dargestellt ist - Hilfseinrichtungen vorgesehen sein, die verhindern, dass die plastifizierte Platte in die freien Hohlräume der jeweils unten liegenden Werkzeugteile mehr als erwünscht einsinken. Zu diesem Zweck können Hilfsrahmen und Hilfsführungen an den Aussenrändern der Patrize und/oder Matrize vorgesehen sein, mit deren Hilfe z.
B. unterschiedliche Höhen zwischen den einzelnen Rahmenteilen des jeweils unten liegenden Teiles des Ziehwerkzeuges ausgeglichen werden können und/oder eine gewisse Bremswirkung an den Rändern der plastifizierten Kunststoffplatte erreicht wird, um ein zu schnelles Nachgleiten des Kunststoffes beim Ziehvorgang auszuschliessen.