DE102007024779B4

DE102007024779B4 - Thermoformmaschine

Info

Publication number: DE102007024779B4
Application number: DE102007024779.8A
Authority: DE
Inventors: Frank-Michael Wölk
Original assignee: Gabler Thermoform GmbH and Co KG
Current assignee: Gabler Thermoform GmbH and Co KG
Priority date: 2007-05-26
Filing date: 2007-05-26
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2027-05-27
Also published as: ITMI20080955A1; DE102007024779A1; CH701392B1; AT507460B1; AT507460A1

Abstract

Thermoformmaschine (1) zum Formen von tiefgezogenen Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff, die ein Maschinengestell (2), einen relativ zum Maschinengestell (2) translatorisch (T) verschiebbaren Formtisch (3), einen relativ zum Formtisch (3) um eine Schwenkachse (S) schwenkbaren Schwenktisch (4) und ein mindestens zweiteiliges Werkzeug aufweist, wobei ein Werkzeugteil auf dem Schwenktisch (4) angeordnet ist und wobei zur Erzeugung der Schwenkbewegung zwischen dem Schwenktisch (4) und dem Formtisch (3) ein Elektromotor (5) vorhanden ist, der einen Stator (6) und einen Rotor (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (6) des Elektromotors (5) mit dem Formtisch (3) und der Rotor (7) des Elektromotors (5) mit dem Schwenktisch (4) drehfest verbunden ist, wobei der Elektromotor (5) direkt auf der Schwenkachse (S) befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Thermoformmaschine zum Formen von tiefgezogenen Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff, die ein Maschinengestell, einen relativ zum Maschinengestell translatorisch verschiebbaren Formtisch, einen relativ zum Formtisch um eine Schwenkachse schwenkbaren Schwenktisch und ein mindestens zweiteiliges Werkzeug aufweist, wobei ein Werkzeugteil auf dem Schwenktisch angeordnet ist und wobei zur Erzeugung der Schwenkbewegung zwischen dem Schwenktisch und dem Formtisch ein Elektromotor vorhanden ist, der einen Stator und einen Rotor aufweist.
Bei der genannten Art von Thermoformmaschinen handelt es sich um eine sog. „Kippmaschine“. In einer solchen Maschine wird eine thermoplastische Folie erwärmt und mit Druckluft und mechanischen Hilfsmitteln in eine untere Werkzeughälfte hinein geformt. Dort kühlt der Formling aus und wird durch eine Relativbewegung der Werkzeughälften aus der Kunststofffolie herausgeschnitten, d. h. ausgestanzt. Anschließend öffnen sich die Werkzeughälften, indem eines der beiden Werkzeugteile translatorisch bewegt wird; der untere Werkzeugteil mit dem fertigen Formling schwenkt um eine Horizontalachse und der Formling wird horizontal oder unter einem Winkel zur Horizontalen aus dem Unterwerkzeug herausgeschoben.
Zum Antrieb der Öffnungs- und Schwenkbewegung der unteren Werkzeughälfte können Servomotoren eingesetzt werden, die gegenüber herkömmlichen Drehstromantrieben eine höhere Dynamik und eine bessere Regelbarkeit aufweisen. Auch können die Achsen mit separaten Antrieben bedient werden, so dass die Bewegungen unabhängig voneinander geregelt werden können. Das bringt Vorteile bei der Anpassung der Bewegungen an unterschiedliche Werkzeuge, da dann nur die elektrischen Parameter zu ändern sind und nicht mechanische Komponenten.
In der DE 40 33 534 C2 ist eine gattungsgemäße Thermoformmaschine beschrieben. Es ist ein Formwerkzeug mit einer starren Querbrücke zur Aufnahme einer Hälfte des Formwerkzeugs und ein zur Querbrücke axial verschiebbarer und zur Mittelachse schwenkbarer Formtisch zur Aufnahme der anderen Hälfte des Formwerkzeugs vorgesehen, wobei der Antrieb für die Axialverschiebung über eine Kurvenscheibe erfolgt. Der Antrieb für die Schwenkbewegung des Form- und Stanztisches ist als am Maschinengestell ortsfest angeordneter Servomotor ausgebildet, der mit seinen Antriebseinrichtungen am Form- und Stanztisch, welcher insgesamt und einschließlich Werkzeug gleichzeitig den Schwenktisch darstellt, angreift.
Diese Lösung hat den Nachteil, dass die Steifigkeit des Antriebsstranges zwischen Motor und Schwenktisch limitiert ist, da eine Anzahl Maschinenelemente für die Übertragung der Schwenkbewegung erforderlich sind, die jeweiliges Spiel bzw. Toleranzen aufweisen. Aufgrund der hohen Wechsellasten, denen der Antriebsstrang ausgesetzt ist, wird auch die Lebensdauer des Systems herabgesetzt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Thermoformmaschine der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass diesbezüglich Verbesserungen erreicht werden. Dabei soll insbesondere die Steifigkeit des Schwenkantriebs des Schwenktisches erhöht werden und das System für eine präzisere Führung der zu schwenkenden Teile sowie für eine höhere Lebensdauer tauglich sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Stator des Elektromotors mit dem Formtisch und der Rotor des Elektromotors mit dem Schwenktisch drehfest verbunden ist, wobei der Motor direkt auf der Schwenkachse befestigt ist.
Eine bevorzugte Ausführung sieht als Antrieb einen Torquemotor vor, der als solcher bekannt und handelsüblich ist, der sich jedoch für den spezifischen Anwendungsfall als besonders vorteilhaft erwiesen hat.
Zwischen dem Stator und dem Rotor des Elektromotors kann ein kombiniertes Axial-Radial-Lager angeordnet sein.
Bevorzugt sind Mittel zur Übertragung eines Drehmoments von dem Rotor des Elektromotors auf eine Welle des separat im Formtisch gelagerten und mit der einen Werkzeughälfte versehenen Schwenktisches vorgesehen. Hierbei wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Mittel zur Übertragung eines Drehmoments einen Flansch umfassen, der mit dem Rotor drehfest verbunden ist, wobei an dem Flansch mindestens eine Kurvenrolle angeordnet ist, die in einer zumindest teilweise kongruent ausgebildeten Ausnehmung in einem Übertragungselement angeordnet ist, und wobei das Übertragungselement mit der Welle des Schwenktisches drehfest verbunden ist.
Dabei sind bevorzugt zwei Kurvenrollen vorhanden, die in zwei am Übertragungselement sich diametral gegenüberliegenden Ausnehmungen angeordnet sind. Das Übertragungselement ist bevorzugt auf der Welle des Schwenktisches mittels eines Spannsatzes drehfest gelegt. Die Oberfläche der mindestens einen Ausnehmung in dem aus Stahl bestehenden Übertragungselement ist mit Vorteil gehärtet, um verschleißresistent zu sein. Die mindestens eine Ausnehmung hat bevorzugt in Richtung der Schwenkachse betrachtet eine halbkreisförmige Gestalt. Weiterhin ist ein Ausgleich von Winkelfehlern besonders gut möglich, wenn weiterbildungsgemäß vorgesehen ist, dass die mindestens eine Kurvenrolle eine ballige Außenkontur aufweist. Die beiden Kurvenrollen sind dabei bevorzugt so angeordnet, dass sie bei der Ausführung eines Stanzvorganges im Werkzeug in Richtung der translatorischen Verschiebung des Formtisches fluchtend angeordnet sind.
Mit der vorgeschlagenen Lösung werden verschiedene Vorteile erzielt:
Es ist nicht erforderlich, über aufwändige Antriebselemente die Hubbewegung des Formtisches bei der Verschwenkung des Schwenktisches auszugleichen. Vielmehr ist der Antrieb in Form des Elektromotors direkt auf der Schwenkachse befestigt, der Elektromotor macht also die Hubbewegung (translatorische Verschiebung) des Formtisches mit und stützt sich an dem den Schwenktisch tragenden Formtisch ab.
Die Verwendung eines Torquemotors gestaltet das Erfindungskonzept besonders vorteilhaft.
Die Steifigkeit des Antriebsstranges wird damit deutlich höher als bei vorbekannten Lösungen, da weniger spielbehaftete Elemente beteiligt sind. Dies ist vor allem im Hinblick auf die häufig wechselnde Belastungsrichtung von Bedeutung. Bei jeder Verschwenkung des Schwenktisches - sowohl in den verschwenkten Zustand als auch wieder zurück in den Ausgangszustand - muss beschleunigt und wieder abgebremst werden. Die hierdurch bedingten Wechsellasten reduzieren in besonderem Maße die Lebensdauer etlicher Komponenten im Antriebsstrang, insbesondere im Getriebe. Dieser Effekt tritt mit der erfindungsgemäßen Lösung nicht auf.
Die höhere Steifigkeit des Antriebsstranges erhöht weiterhin die Regelgüte, d. h. Ausregelvorgänge beim Positionieren der Endlagen werden verkürzt. Hierdurch kann die Thermoformmaschine schneller und somit produktiver arbeiten.
Ferner ermöglicht eine geringere Massenträgheit der Komponenten des Antriebsstranges eine höhere Dynamik des Systems, d. h. kürzere Schwenkzeiten sind möglich, da auf ein Getriebe verzichtet werden kann.
Die Reduzierung verschleißbehafteter Bauteile reduziert im Übrigen die Wartungskosten der Maschine. Durch den Direktantrieb und langsam laufende Lager reduzieren sich ebenfalls die Aufwendungen für die Instandhaltung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1 eine Thermoformmaschine in der Vorderansicht, teilweise geschnitten dargestellt;
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 mit Darstellung eines als Torquemotor ausgebildeten Elektromotors;
3 den Schnitt A-B gemäß 1, wobei sich der Torquemotor in einer etwas anderen Winkellage befindet;
4 einen Teil der Ansicht C gemäß 1; und
5 ein Übertragungselement in der Ansicht C gemäß 1.

Von einer Thermoformmaschine 1 sind in 1 nur die Teile dargestellt, auf die es vorliegend ankommt. Zu sehen ist ein ortsfestes Maschinengestell 2, d. h. ein Maschinenrahmen, auf dem ein Formtisch 3 angeordnet ist, der in translatorische Verschieberichtung T relativ zum Maschinengestell 2 bewegt werden kann. Die hierfür erforderlichen translatorischen Bewegungsmittel 22 sind angedeutet. Im oberen Bereich des Maschinengestells 2 ist ein Oberjoch 21 angeordnet.
Der Formtisch 3 trägt einen separaten Schwenktisch 4, der eine Welle 10 aufweist, um die der Schwenktisch 4 um die Schwenkachse S geschwenkt werden kann. Nicht dargestellt ist, dass am Schwenktisch 4 ein Teil eines in üblicher Weise aufgebauten Thermoformwerkzeugs befestigt ist,.
Zur Verschwenkung des Schwenktisches 4 um die Schwenkachse S ist ein Elektromotor 5 vorgesehen, der als Torquemotor ausgebildet ist. Es handelt sich dabei um eine spezielle Form von handelsüblichen Induktionsmotoren, die bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel Vorteile gegenüber anderen Elektromotoren hat.
Der Elektromotor 5 hat einen Stator 6 mit Kühlmantel 24 (s. 2) und einen Rotor 7. Stator und Rotor sind relativ zueinander mittels eines Axial-Radial-Lagers 8 gelagert. Wie es am besten aus 2 hervorgeht, ist der Stator 6 über eine Drehmomentstütze 23 (dreh)fest mit dem Formtisch 3 verbunden (s. auch 4). Der Rotor 7 ist indes drehfest mit der Welle 10 des Schwenktisches 4 verbunden und somit direkt auf dessen Schwenkachse 5 angeordnet, wofür Mittel 9 zur Übertragung eines Drehmoments vorgesehen sind.
Die Mittel 9 zur Übertragung eines Drehmoments sind wie folgt aufgebaut: Der Rotor 7 ist mit einem Flansch 11 drehfest verbunden, an dem zwei Kurvenrollen 12 und 13 befestigt sind. Die Kurvenrollen 12, 13 haben einen zylindrisch ausgebildeten Außenmantel, der im Radialschnitt betrachtet ballig ausgeführt ist. Die ballige Außenkontur ist in 2 mit 20 beziffert.
Die beiden Kurvenrollen 12, 13 sind in Ausnehmungen 14 und 15 in einem Übertragungselement 16 angeordnet, das in 5 im Detail zu sehen ist. Das Übertragungselement 16 ist mittels eines Spannsatzes 17 fest mit der Welle 10 verbunden. Die Ausnehmungen 14, 15 sind dabei etwa halbkreisförmig ausgebildet und entsprechen damit kongruent der Form der Kurvenrollen 12, 13. Um eine hohe Verschleißfestigkeit zu erreichen, besteht das Übertragungselement 16 aus Stahl, und die Oberflächen 18, 19 der Ausnehmungen 14, 15 sind gehärtet.
Die Ausnehmungen 14, 15 sind so dimensioniert, dass die Kurvenrollen 12, 13 nur minimales Spiel in Umfangsrichtung des scheibenförmigen Übertragungselements 16 haben. In radiale Richtung ist aufgrund der halbkreisförmigen Gestaltung der Ausnehmungen 14, 15 jedoch ein Spiel um mehrere Millimeter möglich. Der Einsatz der genannten balligen Außenkontur der Kurvenrollen 12, 13 ermöglicht weiterhin, dass Winkelfehler der Welle 10 des Schwenktisches ausgeglichen werden können.
Die beiden Kurvenrollen 12, 13 sind so angeordnet, dass sie während des Stanzvorganges im Werkzeug übereinander stehen. Das erlaubt eine Durchbiegung der Welle 10 während des Stanzens, ohne dass diese Biegung Kräfte auf den Rotor 7 überträgt. So ist der Aufbau einer einfachen und preiswerten Kupplung möglich, die sehr drehsteif ist, jedoch Winkelfehler und Biegung der Welle beim Stanzvorgang erlaubt.
Bezugszeichenliste

1: Thermoformmaschine
2: Maschinengestell
3: Formtisch
4: Schwenktisch
5: Elektromotor (Torquemotor)
6: Stator
7: Rotor
8: Axial-Radial-Lager
9: Mittel zur Übertragung eines Drehmoments
10: Welle des Schwenktisches
11: Flansch
12: Kurvenrolle
13: Kurvenrolle
14: Ausnehmung
15: Ausnehmung
16: Übertragungselement
17: Spannsatz
18: Oberfläche
19: Oberfläche
20: ballige Außenkontur
21: Oberjoch
22: translatorisches Bewegungsmittel
23: Drehmomentstütze
24: Kühlmantel
T: translatorische Verschieberichtung (Hubbewegung)
S: Schwenkachse

Claims

Thermoformmaschine (1) zum Formen von tiefgezogenen Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff, die ein Maschinengestell (2), einen relativ zum Maschinengestell (2) translatorisch (T) verschiebbaren Formtisch (3), einen relativ zum Formtisch (3) um eine Schwenkachse (S) schwenkbaren Schwenktisch (4) und ein mindestens zweiteiliges Werkzeug aufweist, wobei ein Werkzeugteil auf dem Schwenktisch (4) angeordnet ist und wobei zur Erzeugung der Schwenkbewegung zwischen dem Schwenktisch (4) und dem Formtisch (3) ein Elektromotor (5) vorhanden ist, der einen Stator (6) und einen Rotor (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (6) des Elektromotors (5) mit dem Formtisch (3) und der Rotor (7) des Elektromotors (5) mit dem Schwenktisch (4) drehfest verbunden ist, wobei der Elektromotor (5) direkt auf der Schwenkachse (S) befestigt ist.
Thermoformmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) als Torquemotor ausgebildet ist.
Thermoformmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stator (6) und dem Rotor (7) des Elektromotors (5) ein kombiniertes Axial-Radial-Lager (8) angeordnet ist.
Thermoformmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Mittel (9) zur Übertragung eines Drehmoments von dem Rotor (7) des Elektromotors (5) auf eine Welle (10) des Schwenktisches (4).
Thermoformmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (9) zur Übertragung eines Drehmoments einen Flansch (11) umfassen, der mit dem Rotor (7) drehfest verbunden ist, wobei an dem Flansch (11) mindestens eine Kurvenrolle (12, 13) angeordnet ist, die in einer zumindest teilweise kongruent ausgebildeten Ausnehmung (14, 15) in einem Übertragungselement (16) angeordnet ist, und wobei das Übertragungselement (16) mit der Welle (10) des Schwenktisches (4) drehfest verbunden ist.
Thermoformmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kurvenrollen (12, 13) vorhanden sind, die in zwei am Übertragungselement (16) sich diametral gegenüberliegenden Ausnehmungen (14, 15) angeordnet sind.
Thermoformmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (16) auf der Welle (10) des Schwenktisches (4) mittels eines Spannsatzes (17) drehfest angeordnet ist.
Thermoformmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (18, 19) der mindestens einen Ausnehmung (14, 15) in dem aus Stahl bestehenden Übertragungselement (16) gehärtet ist.
Thermoformmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ausnehmung (14, 15) in Richtung der Schwenkachse (S) betrachtet eine halbkreisförmige Gestalt hat.
Thermoformmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kurvenrolle (12, 13) eine ballige Außenkontur (20) aufweist.
Thermoformmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kurvenrollen (12, 13) so angeordnet sind, dass sie bei der Ausführung eines Stanzvorganges im Werkzeug in Richtung der translatorischen Verschiebung (T) des Formtisches (3) fluchtend angeordnet sind.