-
Die
Erfindung betrifft eine Thermoformmaschine mit einem Werkzeug, das
mit einem Entform- und/oder Auswerferelement für gefertigte Artikel aus dem
Werkzeug versehen ist, wobei das Entform- und/oder Auswerferelement
einen sich in eine translatorische Richtung bewegenden Endbereich
aufweist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum
Betreiben einer Thermoformmaschine.
-
Eine
Thermoformmaschine der gattungsgemäßen Art ist beispielsweise
aus der
DE 198 48
628 C2 bekannt. Dort werden zwischen den relativ zueinander
beweglichen Teilen eines Werkzeugs Kunststoffartikel (beispielsweise
Margarineschalen, Trinkbecher, Behälterdeckel) aus thermoplastischen Kunststofffolien
und Verbundfolien hergestellt. Dabei werden in der geschlossenen
Stellung des aus Oberund Unter-Werkzeug bestehenden Werkzeugs die
Artikel geformt, dann gestanzt und schließlich bei geöffneter
Stellung des Werkzeugs aus diesem heraus in eine nachgeschaltete
Stapel- und Zählvorrichtung
gefördert.
Das Oberteil des Werkzeugs der Maschine ist an einer starren Querbrücke montiert;
das Unterteil des Werkzeugs ist höhenbeweglich sowie schwenkbar
ausgestaltet. Zur Schwenkbarkeit des unteren Werkzeugteils besitzt
dieses einen Lagerzapfen, dessen Lager in einem vertikal geführten Führungsstück angeordnet
ist.
-
Damit
die Artikel beim Abstapeln nicht gegen Störkanten des Werkzeugs geraten
(beispielsweise im Bereich des Folientransportes), ist für das ausschwenkbare
Unterteil des Werkzeugs ein großer Schwenkwinkel
von üblich
80° erforderlich.
-
Die
in der ausgeschwenkten Werkzeugendlage aus der Maschine mittels
eines Entform- und/oder Auswerferelements ausgestoßenen, gefertigten
Artikel können
von einer dem gekippten Unterteil des Werkzeugs entgegenfahrenden
bzw. von einer dem Unterteil des Werkzeugs zugestellten Fangplatte
aufgenommen werden, um ein reproduzierbares Einstapeln zu ermöglichen.
-
Während des
Einstapelns gefertigter Artikel von der Thermoformmaschine in die
Stapel- und Zählvorrichtung
steht das untere Teil des Werkzeugs, d. h. es wird kein Hub und
keine Schwenkbewegung ausgeführt.
Nach dem Einstapelvorgang wird das Werkzeugunterteil wieder in die
vertikale Position zurückgeschwenkt
und vertikal in die Position zurückverfahren,
in der es mit dem Oberteil des Werkzeugs zusammenwirkt.
-
Einen
wesentlichen Einfluss auf einen reproduzierbaren und stabilen Produktionsprozess
hat dabei die Entformung der fertigen Artikel aus dem Werkzeug.
Bekannt ist es, das Entform- und/oder Auswerferelement mit einem
Pneumatikantrieb, d. h. mit einem pneumatischen Kolben-Zylinder-System, zu
versehen, was kostengünstig
zu realisieren ist. Allerdings hat diese Lösung Nachteile:
Zunächst ist
festzustellen, dass der pneumatische Antrieb für das Entformund/oder Auswerferelement eine
relativ schlechte Reproduzierbarkeit aufweist, was dann zu Schwierigkeiten
führt,
wenn eine präzise
Stapelung gefertigter Artikel angestrebt wird. Weiterhin muss die
zum Betrieb des Entform- und/oder Auswerferelements benötigte Druckluft
bereitgestellt werden, was gewisse Kosten und Störanfälligkeit zur Folge hat.
-
Das
Bewegungsverhalten des pneumatischen Antriebs ist schwer zu kontrollieren.
Wenn man von einer sehr aufwendigen und damit teuren Proportionalventiltechnik
absieht, ist eine Verstellung des Hubes des Elements nur über zusätzliche
Stelle lemente möglich.
Beim Einsatz der Proportionalventiltechnik sind indes Einschränkungen
hinsichtlich der Ausschiebegeschwindigkeit gegeben.
-
Ferner
ist für
eine hohe Ausstoßleistung
an gefertigten Artikeln generell eine hohe Ausschiebegeschwindigkeit
wünschenswert.
Bei der Verwendung eines Pneumatikzylinders muss erst der Zylinderraum
mit Druckluft befüllt
werden, was eine gewisse Zeit benötigt und so zu Zeitverlusten
bei der Produktion führt.
Wenn sich hinreichend Druck im Zylinderraum aufgebaut hat, so dass
der Entformvorgang erfolgen kann, hat das Pneumatiksystem meist
eine derart hohe Kraft aufgebaut, dass in der Endlage eine hohe
Geschwindigkeit erreicht wird, die wieder abgebaut werden muss.
Geschieht dies nicht aufwendig durch Stoßdämpfer oder ähnliche Elemente, erfährt der
gefertigte Artikel einen großen
Impuls, der ihn beschädigen
kann oder der das Ineinanderstapeln der Artikel jedenfalls erschwert.
Wenn die Entformung bzw. Stapelung von gefertigten Artikeln das Überwinden
eines Hinterschnitts erforderlich macht, was bei einigen Artikelgeometrien
erforderlich und teilweise auch gewünscht ist, verstärkt sich
die Problematik der Beherrschung der Kräfte während des Entformens.
-
Die
gefertigten Artikel werden nach dem Ausschieben bzw. Entformen aus
dem Werkzeug in mechanischen Rückhalteelementen
(Scharniere, Bürsten,
o. ä.)
gehalten. Die jeweils folgenden Artikel schieben sich über die
bereits abgestapelten Artikel in den Rückhalteelementen. Dabei ist
es für
ein schonendes Ineinanderstapeln vorteilhaft, wenn die Einstapelgeschwindigkeit
im Moment des Aufprallens der Artikel aufeinander möglichst
klein gehalten wird. Ist dies nicht der Fall, besteht die Gefahr,
dass der folgende Artikel die schon eingestapelten Artikel zu stark
beschleunigt und eine Trennung des sich bereits gebildeten Stapels
erfolgt. Eine problematische weitere Handhabung ist die Folge.
-
Weiterhin
ist anzustreben, dass die Endlage der Ausschiebebewegung aus dem
Werkzeug möglichst
reproduzierbar erfolgt. Ist dies nämlich nicht der Fall, besteht
die Gefahr, dass die Rückhalteelemente nicht
voll wirksam werden können.
-
Beim
Einsatz der vorbekannten pneumatischen Entform- und/oder Aufwerterelemente
ist es sehr schwierig, diese Anforderungen zu erfüllen.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Thermoformmaschine
und ein Verfahren zu deren Betreiben zu schaffen, mit der bzw. mit dem
es möglich
ist, die vorstehenden Nachteile zu überwinden und so eine besonders
präzise,
einfache und reproduzierbare Entformung der gefertigten Artikel
aus der Maschine zu bewerkstelligen.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das Entform- und/oder Auswerferelement einen elektrisch betriebenen
Linearantrieb zum Bewegen, d. h. zum translatorischen Verschieben
des Endbereichs des Entform- und/oder Auswerferelements aufweist.
-
Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Linearantrieb um einen Linearmotor. Bei
diesem ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Läufer des Linearmotors mit dem
Endbereich des Entform- und/oder Auswerferelements verbunden ist.
-
Alternativ
hierzu kann auch vorgesehen werden, dass der Linearantrieb ein Spindel-Mutter-System
aufweist. Hier hat es sich bewährt,
wenn die Spindel des Spindel-Mutter-Systems mit dem Endbereich des
Entform- und/oder Auswerferelements verbunden ist.
-
Eine
besonders präzise
Entformung und Stapelung gefertigter Artikel kann erreicht werden,
wenn weiterbildungsgemäß der Endbereich
des Entform- und/oder Auswerterelements mit einem Mess-System in
Verbindung steht, mit dem seine translatorische Verschiebung gemessen
werden kann. Dabei kann sowohl ein inkrementaler Weggeber als auch ein
absoluter Weggeber im Mess-System zum Einsatz kommen.
-
Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Teil des Werkzeugs,
insbesondere ein Unterwerkzeugteil, um einen vorgegebenen Winkel schwenkbar
angeordnet.
-
Das
Verfahren zum Betreiben der Thermoformmaschine, die ein Werkzeug
aufweist, das mit einem Entform- und/oder Auswerferelement für gefertigte
Artikel aus dem Werkzeug versehen ist, und bei der das Entform-
und/oder Auswerferelement zum Entformen bzw. Auswerfen gefertigter
Artikel in eine translatorische Richtung bewegt wird, sieht erfindungsgemäß vor, dass
die Bewegung des Entformund/oder Auswerferelements gemäß einem
vorgegebenen Weg-Zeit-Profil und/oder Weg-Geschwindigkeits-Profil
und/oder Geschwindigkeits-Zeit-Profil erfolgt.
-
Damit
kann in weiteren Bereichen dem Entform- und/oder Auswerferelement
ein gewünschtes Bewegungsverhalten
aufgegeben werden, um das Entformen und das Stapeln für den konkreten
Einzelfall optimal einzustellen.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Vorschlag
wird die zugrundeliegende Aufgabenstellung vollumfänglich gelöst. Die
Entformung und Stapelung gefertigter Artikel kann in optimaler Weise
und an den Einzelfall angepasst erfolgen. Die Reproduzierbarkeit
des Verfahrens und seine Effizienz werden erheblich verbessert.
-
In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
-
1 schematisch
in der Seitenansicht eine Thermoformmaschine, bei der das Werkzeugunterteil
zur Entformung gefertigter Artikel aus der Vertikale geschwenkt
ist,
-
2 eine
vergrößerte Darstellung
des unteren Werkzeugteils mit der Darstellung des Entform- und/oder
Auswerferelements in nichtgeschwenkter Stellung,
-
3 eine
zu 2 alternative Ausgestaltung,
-
4 eine
schematische Darstellung des Entform- und/oder Auswerferelements
beim Einsatz eines Linearmotors und
-
5 eine
schematische Darstellung des Entform- und/oder Auswerferelements
beim Einsatz eines Spindel-Mutter-Systems.
-
In 1 ist – nur sehr
schematisch – eine Thermoformmaschine 1 dargestellt,
in der aus einem (nicht dargestellten) Kunststoff-Folienband Artikel 5 in
Form eines Bechers hergestellt werden. Nur sehr schematisch ist
eine Abführbahn 13 dargestellt,
entlang derer die Artikel 5 abtransportiert werden. Die Thermoformmaschine 1 weist
ein Werkzeug 2, 3 auf, das zweiteilig ausgebildet
ist und aus einem ortsfest angeordneten oberen Werkzeugteil 2 sowie
einem relativ zu diesem beweglichen unteren Werkzeugteil 3 besteht.
Das bewegliche Werkzeugteil 3 ist translatorisch relativ
zum ortsfesten Werkzeugteil 2 beweglich und im übrigen in
geöffneter
Werkzeugposition verschwenkbar angeordnet, um die Entformung der Artikel 5 zu
ermöglichen
und diese in eine nicht dargestellte, nachgeschaltete Stapel- und
Zählvorrichtung
zu fördern.
In 1 ist das geöffnete
Werkzeug 2, 3 mit dem verschwenkten beweglichen
Werkzeugkeil 3 mit ausgezogenen Linien skizziert; mit gestrichelten
Linien ist die Position des Werkzeugteils 3 in geschlossenem
Zustand des Werkzeugs 2, 3 gezeigt.
-
Zum
Entformen und Abtransportieren gefertigter Artikel 5 ist
ein Entform- und/oder Auswerferelement 4 vorhanden. Dieses
hat einen Endbereich 6, an dem geeignete Elemente angeordnet
sind, z. B. Ausstoßfinger
oder Greifer für
den Artikel 5. Das Entformen bzw. Auswerfen des fertigen
Artikels 5 erfolgt durch eine translatorische Bewegung
des Endbereichs 6 in Richtung A.
-
Die
Bewegung des Endbereichs 6 des Entform- und/oder Auswerferelements 4 erfolgt
mittels eines Linearantriebs 7. Dessen linearer Verschiebebetrag
wird von einem Mess-System 12 ermittelt.
-
In
den 2 und 3 sind hierzu einige Details
dargestellt. Mit 14 ist ein Schwenktisch bezeichnet, auf
dem das untere Werkzeugteil 3 angeordnet ist. Die gesamte
Einheit ist auf einem Formtisch 15 angeordnet, in dem der
Schwenktisch 14 drehbar gelagert und der ansonsten vertikal
bewegbar ist. Der Endbereich 6 des Entform- und/oder Auswerferelements 4 ist
als Kupplung ausgebildet, die mit einer Auswerferleiste 16 verbunden
ist. Diese ist in Richtung A mittels des Linearantriebs 7 in
Form eines Linearmotors 8 beweglich. Der Läufer 9 des
Linearmotors 8 bewegt sich relativ zu dem ortsfesten Stator 17 des
Linearmotors 8. Zur präzisen
Führung
des Läufers 9 im
Stator 17 ist eine Buchse 18 vorgesehen.
-
Eine ähnliche
Ausführungsform
ist in 3 skizziert. Die einzelnen Bauelemente sind entsprechend
zu 2 bezeichnet.
-
Der
Läufer 9 des
Linearmotors 8 kann als Permanentmagnet ausgebildet sein,
während
der Stator 17 elektrische Spulen aufweist, um den Läufer 9 in
bekannter Weise zu bewegen. Denkbar wäre auch der entsprechend umgekehrte
Einsatz, d. h. Permanentmagnete im Stator und Spulen im Läufer, was
allerdings aufgrund der elektrischen Zuführleitungen schwieriger auszuführen ist.
-
In 4 ist
nochmals schematisch der Aufbau des Entform- und/oder Auswerferelements 4 als Linearmotor 8 dargestellt.
Bei der Verschiebung des Läufers 9 in
Richtung A relativ zum Stator 17 wird der Endbereich 6 mitbewegt,
an dem drei Auswerffinger angedeutet sind. Die genaue Lage des Läufers 9 wird mittels
eines Mess-Systems 12 ermittelt. Die Bewegung des Läufers 9 relativ
zum Stator 17 erfolgt ohne Zwischenschaltung eines (mechanischen)
Getriebes.
-
Analog
hierzu zeigt 5 die Ausgestaltung des Entform-
und/oder Auswerferelements 4, wobei ein Spindel-Mutter-System 10 als
Linearantrieb 7 zum Einsatz kommt. Eine in Richtung A unbewegliche
Mutter 19, die jedoch mit einem nicht dargestellten Elektromotor
gedreht werden kann, treibt eine Spindel 11 bei ihrer Rotation
in Richtung A. Das Mess-System 12 erfasst, in welcher axialen
Position sich die Spindel 11 und mit ihr der Endbereich 6 des Entform-
und/oder Auswerferelements 4 befindet. Dargestellt ist,
dass die Mutter 19 axial ortsfest angeordnet ist und die
Spindel 11 bei ihrer Rotation in Richtung A verschiebt.
Genauso kann jedoch auch die Spindel 11 axial fest angeordnet
sein, so dass die Mutter 19 eine axiale Verschiebebewegung
ausübt.
-
Über eine
nicht dargestellte Steuerung kann durch entsprechendes Ansteuern
des Linearmotors 8 bzw. des Antriebs des Spindel-Mutter-Systems 10 vorgegeben
werden, wie der Bewegungsablauf des Endbereichs 6 des Entform-
und/oder Auswerferelements 4 aussehen soll. Hierbei können vorgegebene Verläufe für das Weg-Zeit-Profil,
für das
Weg-Geschwindigkeits-Profil bzw. für das Geschwindigkeits-Zeit-Profil
gefahren werden, so dass das Entformen bzw. Auswerfen in optimaler
Weise erfolgt.
-
Durch
das Mess-System 12 kann die Bewegung des Entform- und/oder
Auswerferelements 4 im geschlossenen Regelkreis erfolgen.
-
Beim
Ineinanderstapeln der gefertigten Artikel 5 kann die Geschwindigkeit
auf ein unkritisches Maß herabgesetzt
werden. Die Endlage des Endbereichs 6 kann auf 1/10 mm
genau angefahren werden, so dass ein reproduzierbares Einstapeln
in die Formling-Rückhalteelemente
möglich
ist. Externe verschleißbehaftete
Dämpfungselemente
können entfallen.
Selbst artikelspezifische Bewegungsmuster sind mit der dargestellten
Vorrichtung leicht realisierbar. Die kritischen Phasen des Entform-
und Einstapelprozesses (z. B. Ausbrechen aus einem Hinterschnitt,
Verschieben und Einstapeln) können
hinsichtlich der Geschwindigkeit und Beschleunigung des Endbereichs 6 an
optimale Verhältnisse
angepasst werden.
-
Weiterhin
ist der Hub des Entform- und/oder Auswerferelements 4 frei
wählbar.
Hierfür
sind keine separaten Begrenzungselemente erforderlich.
-
Durch
diese Vorrichtung und das Verfahren kann der Produktionsprozess
beim Thermoformen stabil und effizient erfolgen.
-
- 1
- Thermoformmaschine
- 2,
3
- Werkzeug
- 2
- oberes
Werkzeugteil
- 3
- unteres
Werkzeugteil
- 4
- Entform-
und/oder Auswerferelement
- 5
- gefertigter
Artikel
- 6
- Endbereich
- 7
- Linearantrieb
- 8
- Linearmotor
- 9
- Läufer des
Linearmotors
- 10
- Spindel-Mutter-System
- 11
- Spindel
- 12
- Mess-System
- 13
- Abführbahn
- 14
- Schwenktisch
- 15
- Formtisch
- 16
- Auswerferleiste
- 17
- Stator
- 18
- Buchse
- 19
- Mutter
- A
- translatorische
Richtung