Verfahren und Einrichtung zum Warmverformen einer Folie aus thermoplastischem Werkstoff
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Warmverformen einer Folie aus thermoplastischem Werkstoff, zum Beispiel Zelluloseazetat oder Akryl-, Vinyl- oder Poly styrol-Kunstharz, in einer oben offenen Hohlform, bei dem man die Folie in ebenem Zustande derart auf die Form auflegt, dass sie deren Hohlraum luftdicht abschliesst, sie durch die Wärmestrahlung einer über der Form befindlichen Heizplatte bis zum Erwei- chen erwärmt und den Druck im Fbrmhohl- raum unter den Atmosphärendruck senkt, so dass dieser die Folie in die Form driiekt.
Nach den bisher bekannten Verfahren die- ser Art lässt sieh beim Erwärmen der Folie eine genaue Parallelität der Plattenoberfläche und der Folie nicht aufrechterhalten, da die Folie nur am Rande der Form gestützt wird und nur so lange eben bleibt, als sie steif ist.
Diese Stützung ist an jenen Stellen der Folie nicht mehr wirksam, die weich geworden sind, so dass die Folie sich an diesen Stellen senkt und Wellen bekommt.'Sobald aber solehe Wel 1en auftreten, Ïndert sich der Abstand der betreffenden, Stellen der Folie von der Platte, wodurch die Folie ungleichmässig erwärmt wird. Es ist somit bei diesem Verfahren kaum möglieh, die Folie so zu erwärmen, dass sie überall gleich weich wird, wie das für eine einwandfreie Verformung nötig wäre.
Diese Nachteile werden gemäss der Erfindung dadurch vermieden, dass man wÏhrend der Bestrahlung der Folie im. Formhohlraum einen Überdruck zur Wirkung bringt, der gerade ausreicht, um die erweichte Folie entgegen ihrem Eigengewicht parallel zur Heizplatte zu halten. Dank der Parallelität der Folie zur Heizplatte ist also viel leichter als bei den bekannten Verfahren zu erreichen, dass die Folie nach ihrer Erwärmung gleichmässig weich und spannungsfrei ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur Durchf hrung des erfindungsgemässen Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch eine oben offene Hohlform, eine diese Form umgebende rahmenförmige ebene AuflageflÏche für die zu verformende Folie, einen Pressrahmen zum luftdichten Aufpressen der Folie auf diese Auflagefläche, eine mit einer Heizvorrichtung versehene Platte mit ebener Strahlungsfläche, Mittel zum Festhalten dieser Platte in solcher Lage, dass sich ihre Strahlungsfläehe parallel zur genannten Auflagefläehe im Abstand über der Form befindet, und Mittel zur Erzeugung von tSber- druck und Unterdruck im Formhohlraum.
In der Zeiehnung ist ein Ausführungsbei- spiel der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt. An Hand der Zeichnung wird nachstehend auch das erfindungsgemässe Ver- fahren erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch, eine Einrichtung zumWarmverformen thermoplastischer Folien mit zwei Arbeitsstellen im Aufriss.
Fig. 2 zeigt in grösserem Massstab die Teile einer Arbeitsstelle der Einrichtung im Längs- schnitt, und
Fig. 3 zeigt die gleichen Teile im Grundriss.
In einem in der Zeichnung nicht ausführ- licher dargestellten Gestell sind zwei horizontale, rechteekige Tragplatten 1 mit ebener Oberseite auf je einer in der Hoche verstell baren Stütze 2 angeordnet. Jede dieser Platten trägt einen Formkorper 3 von rechteeki- gem Grundriss, dessen Unterseite eine flache Vertiefung 4 aufweist und längs ihres Randes mit einer in eine Nut eingelassenen, nach unten vorstehenden Gummidichtung 5 versehen ist. Die Oberseite des Formkorpers 3 weist eine Vertiefung 6 auf, die als Matrize für die zu verformende Folie 7 gestaltet ist.
Um diese obere Vertiefung 6 läuft eine rah menförmige ebene Fläche 8, auf welche die ursprünglich ebene Folie 7 mit ihren die zu verformende Partie umgebenden Teile zu liegen kommt und mittels eines Metallrahmens 9 luftdieht aufgepresst wird. Eine grosse Zahl feiner Bohrungen 10 im Formkorper 3 verbindet dessen obere Vertiefung 6 mit der von der Dichtung 4 umsehlossenen untern Vertiefung 4 zwischen Tragplatte 1 und Formkörper 3.
Der Rahmen 9 ist mit zwei gleichachsigen Zapfen 11 versehen, deren gemeinsame Achse durch den Schwerpunkt des Rahmens geht und die in je einem von zwei Hebeln 12 gelagert sind. Diese beiden Hebel 12 sind um eine gemeinsame Achse sehwenkbar an einer Schiene 13 gelagert, die auf der Tragplatte l befestigt ist, und zwar sitzen die Zapfen 14, auf denen je einer der Hebel 12 gelagert ist, an Klotzchen 15, die mittels je eines'Gewinde- bolzens 16 und einer Mutter 17 an der Schiene 13 angeschraubt sind.
Die Gewindebolzen 16 gehen durch Längsschlitze der Schiene 13, so dass die Klotzchen 1'5 und mit ihnen die Hebel 12 nach Loden der Muttern 17 in Längsrich- tung der Schiene 13 verstellt werden können.
Dies erlaubt, den Abstand zwischen den Hebeln 12 zu verändern, um an Stelle des Rahmens 9 einen solchen von grösserer oder geringerer Breite einzubauen. An seinem freien Ende trägt der eine Hebel 12 eine als Handgriff dienende Querstange 18, die durch ein am andern Hebel 12 sitzendes Rohrstück 19 geht, so dass beide Hebel 12 ohne Beein trächtigung ihrer gegenseitigen Querverschieb- barkeit parallel zueinander gehalten sind.
Die Querstange lE trägt eine nach unten gerichtete, mit einer Öffnung 20 versehene federnde Lasche 2.1.Wenn die Hebel 12 so weit nach unten geschwenkt sind, dass der Rahmen 9 die Folie 7 fest auf die rahmen formage Fläche 8 presst, schnappt eine an der Tragplatte 1 sitzende Nase 22 in die Öffnung 20 der Lasche 21 ein und hält die Hebel 12 2 mit dem Rahmen 9 in dieser'Stellung fest.
Zur Erleichterung des Hochschwenkens der Hebel 12 und des Rahmens 9 ist auf jeden der beiden Zapfen 14 eine als Torsionsfeder dienende Schraubenfeder 23 aufgeschoben, die mit ihrem einen Ende am betreffenden Zapfen 14 verankert ist und mit ihrem entgegengesetzten Ende am betreffenden Hebel 12 angreift und so vorgespannt ist, dass sie diesen nach oben zu schwenken sucht.
tuber den beiden Tragplatten 1 ist ein Schienenpaar 24 angeordnet, an dem ein mit Rollen 25 versehener rechteckiger Heizkörper 26 mit eingebauten Heizwiderständen derart horizontal versehiebbar aufgehängt ist, dass er von Hand wahlweise über die eine oder andere Tragplatte 1 sowie in eine Mittelstellung 36a geschoben werden kann, in der er sich weder über der einen noch über der andern Tragplatte befindet. Dieser Heizkörper 26 hat eine ebene, glatte und gleichmässig gesehwärzte metallisehe Unterseite. Die Heizwiderstände, die er enthält, sind so ausgebildet und verteilt, dass sie alle Partien der Unterseite des Heizkörpers auf möglichst gleiche Temperatur zu bringen erlauben.
Insbesondere sind über den Rand-un Eckpartien der Heizkörper-Unterseite mehr und stär- kere Widerstände angeordnet als über den mittleren Partien, um die Wärmeverluste durch seitliche Ausstrahlung zu kompensie- ren.
In geringem Abstand von der Heizkörper- Unterseite ist parallel zu dieser eine Platte 27 aus gut wärmeleitendem Metall, zum Beispiel Kupfer oder Aluminium, angeschraubt ; an den Befestigungsstellen 28 ist sie durch wärmeisolierendes Material vom Heizkörper getrennt, damit möglichst wenig WÏrme durch Leitung an die Platte 27 übergeht und diese an den Befestigungsstellen nicht stär- ker erwärmt wird als auf dem Rest ihrer FlÏche, wo die Wärme nur durch Strahlung vom Heizkörper 26 auf die Platte 27 über- tragen wird. In dieser Platte findet durch Wärmeleitung ein weitgehender Ausgleich der Temperaturen statt, der infolge der geringen seitlichen Strahlungsfläche der Platte bis nahe an deren Ränder wirksam ist.
Die vom Heizkörper übergestrahlte Wärme wird somit von der Platte 2, 7 in sehr gleichmässiger Verteilung nach unten gegen die Folie ausgestrahlt.
Die Einrichtung umfasst ferner eine Luftpumpe 30, die von einem Motor 31 angetrieben wird. Die Saugseite dieser Luftpumpe kann mittels eines Dreiweghahns 32 wahlweise durch einen Einlassstutzen 33 mit der Atmosphäre oder mit einem Unterdruckbehäl- ter 34 verbunden werden. Von diesem geht eine Leitung 35 aus, die über je eine Zweigleitung 36, ein Absperrventil 37 und eine biegsame, die Verschiebung der Platte 1 beim Verstellen der einstellbaren Stütze 2 nicht behindernde Leitung 3S an eine Offnung 39 in jeder der beiden Tragplatten 1 angeschlos- sen ist und somit erlaubt, die Vertiefung 4 in der Unterseite des Formkörpers 3 mit dem Unterdruckbehälter 34 zu verbinden.
Die Druckseite der Luftpumpe 30 kann mittels eines zweiten Dreiweghahns 40 wahlweise mit einem Druckbehälter 4'1 oder durch einen Austrittsstutzen 42 mit der Atmosphäre verbunden werden. Vom Druckbehälter 41 führt eine Leitung 43 nach einem Druckreduzierventil 44. Dessen Austrittsseite ist über je eine Zweigleitung 45, die ein Absperrventil 46 enthält, und eine biegsame Leitung 47 mit einer zweiten Öffnung 48 in jeder der beiden Tragplatten verbunden.
An jede der Zweigleitungen 45 ist ferner hinter dem Absperrventil 46 über ein R ckschlagventil 49 ein Druckregler'50 angeschlossen, der erlaubt, den Druck im entsprechenden Teil der Zweigleitung 45 und somit in den durch die Íffnung 48 und die biegsame Leitung 47 mit ihr kom munizierenden Vertiefungen 4 und 6 des Formkorpers in einem Bereich von beispielsweise 0, 5 bis 10 mm Wassersäule genau einzustellen.
Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt :
Zuerst werden der Heizkörper 26, der sich in seiner Mittelstellung 26a befindet, und der Motor 31 eingeschaltet. Nach Bedarf werden die Dreiweghähne 32 und 40 bald so gestellt, dass die Pumpe 30 Luft aus dem Un terdruckbehälter 34 ansaugt und durch den Auslassstutzen 42 ins Freie fördert, wodurch im BehÏlter 34 ein Unterdruek erzeugt wird, bald so, dass sie Luft von aussen durch den Stutzen 33 ansaugt und in den Druckbehälter 41 fördert, also einen Uberdruclc in diesem erzeugt.
Die zu verformende Folie 8 wird auf den einen Fbrmkorper 3 gelegt und durch Niederdrücken der Handhebel 12 mittels des Rahmens 9 luftdicht auf die ebene Flache 8 des Formkörpers 3 gepresst. Sobald der Heizkör- per 26 die erforderliche Temperatur von beispielsweise 150 C erreicht hat und im Unterdruckbehälter 34 der nötige Unterdruck, im Druckbehälter 41 der nötige Überdruck vorhanden ist, wird der Heizkörper 26 über den betreffendenFormkorpergeschoben und sofort das entsprechende Absperrventil 46 ge öffnet. Es str¯mt dann Druckluft aus dem BehÏlter 41 über die Leitung 43, das Druckreduzierventil 44, die entsprechende.
Zweig leitung 45, die biegsame Leitung 47 und die Öffnung 48 in die Vertiefung 4 der Formk¯rper-Unterseite und von dort durch die Bohrungen 10 des Formkörpers 3 in dessen obere Vertiefung'6 unter der Folie 7. Der Druck der Luft in der Leitung 45 öffnet ferner das Rückschlagventil 49 und gelangt in. den Druckregler 50. Dieser lässt so viel Luft aus der Leitung 45 nach aussen entwei clien, dass der Druck in dieser Leitung den am Druckregler 50 eingestellten Wert nicht übersteigt. Dieser soll so bemessen sein, dass er, in mm Wassersäule ausgedr ckt, ungefÏhr dem Produkt der Dieke der Folie in mm und des spezifischen Gewichtes des Fo lienmaterials gleich ist, also beispielsweise f r eine Folie von 2. mm.
Dicke mit einem spezifi schen Gewicht von 1, 25 et-via 2, 5 mm WassersÏule beträgt. Dieser von unten auf die Folie 7 wirkende Druck hÏlt letztere auch dann, wenn sie weich geworden ist, entgegen ihrem Eigengewicht eben und parallel zur Platte 27 und verhindert sie, sich nach unten durchzubiegen.
Sobald sich der gewünschte Druck eingestellt hat, wird das Absperrventil 46 wieder geschlossen. Die Platte 27 wird vom Heizkörper 2i6 auf ihrer ganzen FlÏche auf einer sehr gleichmässigen Temperatur gehalten, da die Wärmeleitung in der Platte im Verhält- nis zur Wärmeübertragung durch die Strah lung vom Heizkörper auf die Platte gtlt ist und sich daher örtliehe Untersehiede dieser Wärmestrahlung kaum auf die Temperatur der Plattenunterseite auswirken. Da die Folie durch den Luftdruck parallel zur Platte 27 gehalten wird, ist auch der Wärmeübergang von der Platte an die Folie praktiseh überall gleich. Diese wird somit gleichmϯig erwärmt und erweicht.
Während der Erwärmung der Folie kann diese Gase oder DÏmpfe abgeben ; ausserdem dehnt sich die Luft im Formkorper 3 infolge der Zunahme ihrer Temperatur aus. Ein Druckanstieg dieser Luft wird indessen dadurch verhindert, dass ein Teil von ihr in der schon beschriebenen Weise über das Riiekschlagventil 49 und den Druckregler 50 ins Freie entweichen kann. Da das Absperrventil 46 geschlossen ist, ist die Beeinflus- sung des Druckes vom Druckbehälter 41 her und ein Übertreten von Dämpfen, die sich in unerwünschter Weise kondensieren k¯nnten, in die Leitungen 58 und 60 und in den Druekbehälter 41 ausgeschlossen.
Nach Ablauf der für das Erweichen der Folie erforderlichen Heizdauer wird das Absperrventil 37 geöffnet, so dass Luft aus den Vertiefungen 4 und 6 des Formkorpers durch die Íffnung 39 in der Tragplatte 1 und die Leitungen 38, 36 und 35 in den UnterdruckbehÏlter 34 entweichen kann. Damit sinkt der Druck unter der Folie 7 bis unter den Atmo- sphärendruek, der auf ihre Oberseite wirkt.
Das R ckschlagventil 49 schliesst und verhindert das Einströmen von Aussenluft über den Druckregler 50 in die Hohlräume der Form. Der Überschuss des Atmosphärendruckes über den sinkenden Druck in der Form drückt nun die weiche Folie 7 in die als Matrize dienende Vertiefung 6 des Formkörpers, so dass sie deren Form annimmt. Der Bedienende schiebt nun den Heizkörper 26 in seine Mittellage 26a zurück. Die verformte Folie 7, die von da an nicht mehr der ErwÏrmung ausgesetzt ist, kühlt sich ab und erstarrt.
Nach Schliessen des Absperrventils 37 und Abheben des Rahmens 9 durch Aufklappen der Hebel 12. kann die verformte und erstarrte Folie 7 vom Formkorper 3 abgehoben werden. Wenn erforderlich, kann dieser mittels einer an den Druekbehälter 41 angeschlossenen, in der Zeichnung nicht dargestellten Blasdüse sauber geblasen werden.
Zweckmϯig wird die Einrichtung so betrieben, dass jeweils das Schliessen des Ab- sperrventils 37, das Abkühlen und Herausnehmen einer verformten Folie und das Auflegen und Einspannen einer noch unverformten Folie beim einen der beiden Formkör- per 3 in der Zeitspanne erfolgt, wÏhrend welcher die auf dem andern Formkorper aufgespannte Folie vom Heizkörper erwärmt und hierauf der durch Íffnen des Absperrventils 37 ausgelosten Verformung unterworfen wird.
Dieses Ventil 3fi7 kann beispielsweise selbsttätig auf elektromagnetisehem Wege eine bestimmte Zeit nach dem Eintreffen der Heiz vorriehtung 26 ber der Folie geöffnet werden. So ist die Bedienungsperson jeweils mit denjenigen Operationen beschäftigt, die ihre Aufmerksamkeit erfordern, während gleichzeitig am andern Formkörper die übrigen Operationen automatisch ablaufen.
Bei dieser Betriebsweise mu¯ die Strahlungsplatte 27 stÏndig die gleiche Temperatur haben können, und es ist für ein ratio nelles tlrbeiten auch erwiinseht, die Heizdauer f r die auf den beiden Formkörpern zu verarbeitenden Folien ungefähr gleieh zu bemessen, obgleich auf dem einen Formkorper Folien zur Verarbeitung kommen k¯nnen, deren Dicke, Werkstof und Erweichungs- temperatur von denen der auf dem andern Formkorper zur Verarbeitung kommenden Folien ganz verschieden sind.
Die Einstell- barkeit der Hohenlage der Tragplatten l er laubt nun, den Abstand der beiden Formkorper 3 von der Strahlungsplatte 2, 7 und damit die Intensität der Bestrahlung der beiden Folien versehieden zu wÏhlen, und zwar so, dass der f r die Verformung günstigste Grad der Erweichung der Folien auf beiden Formkörpern mit ungefähr der gleichen Heizdauer und mit der gleichen Temperatur der Strahlungsplatte 27 erreicht wird. Der wÏhrend der Erwärmung der Folien unter diesen im Formkörper aufrechtzuerhaltende Druck kann mittels der beiden Druckregler 50 ebenfalls fiir beide Arbeitsstellen versehieden eingestellt werden.