DE102008005625A1 - Thermovorrichtung und Verfahren dafür - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Thermoformvorrichtung und ein Verfahren zum Thermoformen eines Produkts.
- Eine Thermoformvorrichtung umfasst eine Obermatrize und eine Untermatrize. Die Untermatrize ist mit einer Formkavität versehen, deren Wand die Form des zu formenden Produkts hat. Zwischen Obermatrize und Untermatrize wird ein Kunststoffmaterial wie ein thermoplastischer Kunststoff, wie Plastik, insbesondere PP, PS und PET, eingebracht. Die Thermoformvorrichtung kann mit Sensoren zum Messen von Eigenschaften geformter Produkte oder von Umgebungsfaktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit und Druck versehen sein.
- Solche Umgebungsfaktoren wirken sich auf den Formprozess des Endprodukts aus. Es ist bekannt, mit einer Thermoformvorrichtung ein Produkt aus einer Kunststoffschicht zu formen. Das Verfahren des Formens eines solchen Produkts umfasst die zwischen einer Ober- und einer Untermatrize in einer Thermoformvorrichtung erfolgende Anbringung einer Kunststoffschicht, wobei die Produkte geformt werden, indem die Schicht in die Formkavität der Untermatrize eingebracht wird, zum Beispiel mit dem Vordehner oder Plunger. Die Obermatrize umfasst vorzugsweise einen Druckflansch zum halten der Folie. In dem Druckflansch ist vorzugsweise ein beweglicher Plunger angebracht. Das Produkt wird in einem Hohlraum geformt, der ein zusammenwirkendes Ganzes der Unter- und Obermatrize darstellt.
- Beim Formen der Produkte mit solchen Vorrichtungen wird die erwärmte Kunststoffschicht (Folie) zwischen Untermatrize und Obermatrize eingebracht. Diese werden aufeinander zu bewegt, wodurch die dazwischen befindliche Schicht dazwischengeklemmt wird. In der Untermatrize sind Formkavitäten angebracht, in denen die Produkte an den Wänden dieser Formkavitäten geformt werden. In der Obermatrize, die zu der Formkavität der Untermatrize gehört, befindet sich ein beweglicher Plunger. Mittels dieses Plungers oder Vordehners wird die erwärmte Folie bis in die Formkavitäten der Untermatrize bewegt. Ein Gas wie Luft wird anschliessend zugeführt und um den Vordehner herum geblasen, wodurch die von dem Vordehner geformte Folie bis an die Wand der Formkavität geblasen wird. Die Wände der Formkavitäten werden gekühlt, wodurch die erwärmte Kunststoffschicht abkühlt und ihre letztendliche Form annimmt.
- Es ist bekannt, dass der Thermoformprozess unterschiedliche Prozessvariablen hat, die Einfluss auf die letztendlich geformten Produkte haben. Die Materialverteilung hat Einfluss auf die gesamte Form und die Abmessungen des zu formenden Produkts. Die Materialverteilung des zu formenden Produkts ist vorwiegend abhängig von der Temperatur der Folie, von der Geometrie des Plungers und von der Tiefe des Plungers, mit der der Plunger das Material in die Formkavität bringt, und von dem Luftdruck, mit dem die Folie an die Wand der Formkavität geblasen wird. Der Thermoformprozess ist ein kritischer Prozess, bei dem kleine Änderungen der Prozessvariablen großen Einfluss auf die Bildung und somit auf die letztendliche Qualität des zu formenden Produkts haben.
- Die Prozessvariablen sind zum Beispiel die Temperatur, der Luftdruck und die Tiefe des Plungers. Diese Variablen lassen sich mit der Thermoformmaschine einstellen. Durch die Einstellung dieser Werte kann die Materialverteilung der zu formenden Produkte nachjustiert werden.
- Die eingestellten Werte geben nicht die tatsächlichen Werte in dem Hohlraum während des Thermoformprozesses wieder. Diese Werte werden mit zum Beispiel einer Messung nach dem Stand der Technik außerhalb der Matrize ermittelt. Dadurch kann nicht unmittelbar bestimmt werden, welchen Einfluss die Änderung der Einstellungen auf die Materialverteilung des zu formenden Produkts hat. Ein zweiter Nachteil beim Stand der Technik ist der, dass da die Prozessvariablen nicht unmittelbar bestimmt werden, die richtigen Einstellungen für die Realisierung eines guten Produkts, während des Thermoformverfahrens oft nachjustiert werden müssen. Externe Einflüsse, wie zum Beispiel Temperaturunterschiede, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit der Umgebung haben ebenfalls Einfluss auf das Thermoformverfahren und spielen eine Rolle. Die unterschiedlichen Stärken an verschiedenen Stellen (Materialverteilung) des Produkts können erst gemessen werden, wenn das Produkt aus der Formkavität entfernt worden ist.
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfahren der Thermoformung eines Produkts zu beschleunigen. Es ist eine weitere Aufgabe, die Eigenschaften, die Einfluss auf die Materialverteilung im Endprodukt haben, besser zu kontrollieren.
- Aus
WO 2006/042960 - Nach einem Aspekt der Erfindung wird wenigstens eine Aufgabe der Erfindung gelöst durch die Beschleunigung der Überwachung von Eigenschaften des geformten Produkts. Die Einstellungen, die die Materialverteilung des zu formenden Produkts beeinflussen, werden in der Maschine gemessen sowie ebenfalls die Ergebnisse dieser Einstellungen. Dadurch wird ebenfalls eine kontinuierliche Prozessüberwachung ermöglicht.
- Zu dem Zweck wird die bekannte Thermoformvorrichtung angepasst, damit bessere Möglichkeiten zum Messen von Prozessvariablen erlaubt werden. Die erfindungsgemäße Thermoformvorrichtung umfasst zu diesem Zwecke eine Untermatrize mit einer Formkavität und eine Obermatrize, die mit einem Vordehner oder Plunger versehen ist. Der Vordehner ist in der Formkavität beweglich. Vorzugsweise ist ein Sensor in der Thermoformvorrichtung angebracht, um wenigstens einen Umgebungsparameter oder eine Eigenschaft des geformten Produkts zu messen. Nach der Erfindung ist der Sensor vorzugsweise an dem Vordehner angebracht und ist vorzugsweise in dem Vordehner enthalten. Dadurch kann der Sensor während des Formens des Produkts in die Formkavität gebracht werden und kann eine Eigenschaft des geformten Produkts gemessen werden, während sich das geformte Produkt noch in der Formkavität befindet. Auch kann eine Eigenschaft des Vordehners gemessen werden, zum Beispiel die Verstellung des Vordehners. Indem der Sensor in dem Vordehner angebracht wird, hat der Sensor keinen unmittelbar Kontakt mit dem zu formenden Gegenstand und kann eine Messung einer Variablen oder einer Eigenschaft des Produkts kontaktlos ausgeführt werden.
- Ein Sensor oder Messinstrument nach der vorliegenden Patentanmeldung ist jedes Element, das in der Lage ist, eine Eigenschaft oder einen Parameter von Material oder Umgebung zu messen.
- Durch die Anbringung des Sensors an dem Vordehner wird ebenfalls eine Einsparung von Zwischenabfall von Folie im Vergleich zu
WO 2006/042960 - Es wird dabei bevorzugt, dass ein Teil des Sensors die Außenoberfläche des Vordehner bildet. Der Sensor befindet sich somit in direkter Umgebung des geformten Endprodukts. Die mit dem Sensor durchgeführten Messungen entsprechen den örtlichen Bedingungen der Stelle, an der gemessen wird. Das ergibt genaue Messwerte zum Beispiel für die Materialverteilung und zum Beispiel für die Bildung des Produkts. Dadurch ist es ebenfalls möglich, den Einfluß der veränderten Einstellungen vor Ort zu messen.
- In einer anderen Ausführungsform ist der Sensor in dem Vordehner im Abstand zur Außenoberfläche des Vordehners aufgenommen.
- Eine Thermoformvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst weiter vorzugsweise eine Anzahl von Sensoren für eine Anzahl von Eigenschaften, wobei die Sensoren in dem Vordehner aufgenommen sind. Dadurch kann eine Reihe von Eigenschaften, wie Temperatur, Feuchtigkeit, Druck und solche, gemessen werden. Vorzugsweise ist wenigstens ein Sensor eingerichtet, um einen Abstand zu messen. Dies kann ein Messmittel sein, das mit Ultraschall-Techniken funktioniert. Damit wird insbesondere der Abstand des Vordehners zu dem geformten Material berechnet. Weil der Abstand zwischen dem Vordehner in seiner Endposition und der Wand der Formkavität bekannt ist, kann die Dicke des Produkts an der Stelle berechnet werden. Diese Dicke entspricht im wesentlichen der Differenz zwischen dem gemessenen Abstand zwischen Sensor und Produkt und dem Abstand zwischen Sensor und der kahlen Wand der Formkavität. Dadurch kann die Dicke des Produkts in genauer Weise berechnet werden. Dadurch kann auch in genauer Weise der Einfluss veränderter Einstellungen während des Thermoformverfahrens bestimmt werden und ist die Durchführung einer gesonderten Messung des geformten Produkts nachdem es aus der Formkavität herausgenommen worden ist, überflüssig, wodurch die Geschwindigkeit des gesamten Prozesses erhöht werden kann. Darüber hinaus kann mit der Erfin dung der Abfall verringert werden, insbesondere der Abfall wegen Ausschussprodukten. Mit der Erfindung kann schneller ein gewünschtes Ergebnis erzielt werden.
- In einer anderen Ausführungsform oder ergänzend zu der oben genannten Ausführung können Sensoren verwendet werden, um die Dicke der Folie unmittelbar zu messen. Mit einem solchen Sensor, zum Beispiel einem Ultraschallsensor, kann unabhängig von der Position des Vordehners, und somit des daran angeordneten Sensors, gegenüber der Wand des Hohlraums eine Messung der Dicke der geformten Folie ausgeführt werden. Für die Dickenmessung wird der Sensortyp auf die Materialeigenschaften der Folie abgestimmt, wie die Transparenz oder die Farbe.
- Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Thermoformen eines Produkts. Das Verfahren umfasst vorzugsweise die Herstellung einer Kunststoffschicht, und die zwischen eine Untermatrize und eine Obermatrize erfolgende Aufnahme dieser Kunststoffschicht. Gemäß der Erfindung wird vorzugsweise ein Vordehner der Obermatrize in eine Formkavität der Untermatrize hineingeführt, wobei das Produkt an einer Wand dieser Formkavität ausgebildet wird. Die geformten Produkte werden aus der Formkavität herausgenommen. Gemäß der Erfindung umfasst das Verfahren weiter die Anordnung eines Messinstruments an dem Vordehner und die Messung mit dem Messinstrument von wenigstens einer Eigenschaft in der Formkavität bevor das geformte Produkt entfernt wird. Dadurch wird ein Verfahren verschafft, wobei während des Formens und/oder nach dem Formen, jedoch vor dem Entfernen eine Eigenschaft des Thermoformverfahrens gemessen wird und wodurch diese Eigenschaften schneller verfügbar sein werden. Eine gesonderte Messung an den Eigenschaften des Produkts nach dem Entfernen des Produkts aus der Formkavität, ist nicht mehr erforderlich, kann jedoch wohl noch stattfinden. Die Dicke des Produkts kann zum Beispiel gemessen werden. Eine andere Eigenschaft, die gemessen werden kann, ist die Temperatur an einer Stelle in der Formkavität.
- Es wird weiter bevorzugt, dass das Verfahren weiter die Einbringung der Kunststoffschicht in die Formkavität mit dem Vordehner umfasst. Dadurch wird mit dem Vordehner ein gewisses Maß an Dehnung in dem Produkt bewirkt, bevor das Produkt an der Wand der Formkavität ausgeformt wird.
- Die Erfindung wird weiter an Hand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
1 einen ersten Zustand einer Thermoformvorrichtung, -
2 einen zweiten Zustand der Thermoformvorrichtung gemäß1 zeigt, -
3 eine zweite Ausführungsform der Formvorrichtung zeigt. - Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Thermoformvorrichtungen bekannt. Nachstehend wird auf einige allgemeine Grundlagen des Thermoformens Bezug genommen, dem Fachmann werden die Einzelheiten bekannt sein, die beim Thermoformen eine Rolle spielen.
-
1 zeigt eine Thermoformvorrichtung1 , die eine Obermatrize2 und eine Untermatrize3 umfasst. Die Obermatrize2 ist mit einem Vordehner4 versehen. Zwischen der Untermatrize3 und der Obermatrize2 ist eine Kunststoffschicht5 angebracht, mit der eine Formkavität6 in der Untermatrize3 abgedeckt werden kann. Die Formkavität6 hat die Form des zu formenden Produkts, in dem gezeigten Fall ist das Produkt ein Becher. Der Vordehner4 ist über Stangen7 beweglich gemäß Pfeil8 . Der Vordehner4 ist in derartiger Weise beweglich, dass dieser in die Formkavität6 aufgenommen werden kann, wie in2 gezeigt. - Die Obermatrize
2 kann auf der Untermatrize3 angebracht werden, oder sie können in anderer Weise aufeinander hin geführt werden, wobei die Kunststoffschicht5 zwischen Ober- und Untermatrize eingeklemmt wird, wie gezeigt in2 . Mit Bezugszeichen10 ist die Klemmung in2 angedeutet. Der gesamte Umfangsrand um die Formkavität6 herum bildet einen Rand, wobei der Kunststoff zwischen Unter- und Obermatrize eingeklemmt wird. - Nach dem Klemmen der Kunststoffschicht zwischen Unter- und Obermatrize
2 ,3 wird der Vordehner4 gemäß Pfeil8 in die Formkavität6 eingeführt. Ebenfalls wird der Druck erhöht, zum Beispiel durch Einführung eines Gases gemäß Pfeil11 in die Obermatrize. Bedingt durch den erhöhten Druck wird das Produkt geformt, indem die Kunststoffschicht5 die Form der Wand12 der Formkavität6 übernimmt und dabei wird die Kunststoffschicht ein Vlies13 an dieser Wand12 bilden. Die Wand12 kann in bekannter Weise gekühlt werden, wodurch der Kunststoff aushärtet. - Der Vordehner
4 ist in der gezeigten Ausführungsform mit acht Sensoren14 –21 versehen. Die Sensoren können zum Messen unterschiedlicher Eigenschaften eingerichtet sein, wie einer Abstandsmessung, einer Temperaturmessung, einer Druckmessung, einer (direkten oder indirekten) Dickenmessung oder anderer zu messender Eigenschaften. - In der gezeigten Ausführungsform sind vorzugsweise die gezeigten Sensoren
14 ,15 ,18 ,16 und21 als Messsensoren für die Dicke des Materials ausgeführt. Ein Beispiel dafür sind Messsensoren, die einen Abstand messen. Eine Ausführung eines Dickenmesssensors ist ein Sensor, der zum Beispiel mit Ultraschall Techniken oder anderen Techniken die Dicke des Kunststoffmaterials unmittelbar messen können. - Die Sensoren
14 ,15 ,18 und16 messen den Abstand ab einer Außenwand23 des Vordehners bis zum ersten Hindernis. In2 ist gezeigt, dass das erste Hindernis, das gemessen werden kann, das Vlies13 des geformten Produkts ist. Damit ist der Abstand zwischen Sensor und Vlies messbar. Mit dem Sensor21 kann der Abstand bis zu einer Wand24 der Obermatrize2 , insbesondere des Druckflansches, gemessen werden, welcher Abstand mit dem Bezugszeichen25 angedeutet ist. Dadurch ist genau messbar, in welcher Position der Vordehner gebracht worden ist, nach der Bewegung der Stangen7 gemäß Pfeil8 . - Eine erste Kalibrierungsmessung kann ausgeführt werden, ohne eine Produktschicht
5 zwischen Unter- und Obermatrize2 und3 anzubringen, oder jedenfalls nur ein Produkt auf den Klemmrand10 anzubringen. Anschließend ist es möglich, bei unterschiedlichen Abständen25 eine Messung vorzunehmen, bei der der Abstand zwischen den jeweiligen Sensoren14 ,15 ,18 ,16 und der Wand12 der Formkavität6 bestimmt wird. Mit dieser Kalibrierungsmessung, kann eine Tabelle von Messwerten einer „leeren Formkavität" erstellt werden. Diese Werte können mit den gemessenen Werten der jeweiligen Sensoren in dem Zustand vergleichen werden, wie in2 gezeigt. Der Unterschied zwischen den zwei Werten entspricht der Dicke des Vlieses13 des geformten Produkts. - In einer besonderen Ausführung können mehrere solcher solche Kalibrierungsmessungen bei jeweils unterschiedlichen Abständen
25 vorgenommen werden. Dadurch wird ein Vergleich möglich, unabhängig von der Dicke der Kunststoffschicht. Die gemessenen Werte können jeweils mit den gemessen Kalibrierungswerten bei gleichem Abstand verglichen werden. - Mit einem Sensor
17 wird vorzugsweise eine Temperatur gemessen. Dadurch wird die Temperatur nahe dem in den1 und2 unteren Ende der Formkavität6 messbar. Auch Sensor19 ist vorzugsweise ein Temperatursensor, während Sensor20 vorzugsweise ein Drucksensor ist. - Neben den Sensoren, die in dem Vordehner angebracht sind, und die einen Wandteil des Vordehners bilden, ist ein externer Sensor
26 angeordnet. Mit diesem Sensor ist der Abstand messbar, um den der Druckflansch von der Obermatrize beim Klemmen der Produktschicht5 zwischen Ober- und Untermatrize bewegt worden ist. In einer Vorzugsausführungsform ist die Untermatrize3 fest mit einem Gestell verbunden und ist die Obermatrize2 beweglich gemäß Pfeil8 . In einer anderen Ausführung kann die Untermatrize3 zur Obermatrize hin bewegen. - Mit dem Sensor
26 , der ebenfalls der Abstandsmesser ist, der kontaktlos funktioniert, ist es möglich, die Dicke der Produktschicht5 zwischen dem Druckflansch und der Untermatrize zu messen. Denn während einer Kalibrierungsmessung kann der Abstand zwischen Sensor26 und der Oberseite der Obermatrize2 gemessen werden, wenn kein Produkt zwischen Druckflansch und Obermatrize geklemmt ist, und dieser Abstand kann mit dem gemessenen Abstand verglichen werden, wenn wohl eine Produktschicht vorliegt, wie gemäß2 . -
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Thermoformvorrichtung40 , die einen vergleichbaren Aufbau aufweist, wobei ein Vordehner42 mit acht Sensoren43 –50 versehen ist, die dazu eingerichtet sind, Eigenschaften in der Formkavität51 der Untermatrize52 zu erfassen, wenn der Vordehner42 in die Formkavität51 hineinbewegt ist. - Gemäß der Erfindung können die Sensoren an dem Vordehner sowohl Eigenschaften in der Formkavität messen, als auch eine Eigenschaft außerhalb der Formkavität, wie den Abstand
25 , gezeigt in2 , mit Sensor21 . - Obwohl die Erfindung beschrieben ist an Hand von zwei Ausführungsbeispielen, wird es dem Fachmann klar sein, dass unterschiedliche Ausführungsform mit den erfindungsgemäßen Sensoren möglich sind, die an dem Vordehner angebracht sind
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2006/042960 [0009, 0013]
Claims (11)
- Thermoformvorrichtung zum Thermoformen einer Kunststoffschicht zu einem Produkt oder einer Anzahl von Produkten, umfassend eine Untermatrize mit einer Formkavität und einer Obermatrize, versehen mit einem Vordehner, der in die Formkavität hineingebracht werden kann, wobei wenigstens ein Sensor in der Thermoformvorrichtung angebracht ist, um wenigstens einen Umgebungsparameter oder eine Eigenschaft des geformten Produkts zu messen, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor um Vordehner aufgenommen ist.
- Thermoformvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein Teil der Außenoberfläche des Vordehners bildet.
- Thermoformvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Anzahl Sensoren für eine Anzahl von Eigenschaften in dem Vordehner aufgenommen ist
- Thermoformvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, wobei wenigstens ein Sensor zum Messen eines Abstands eingerichtet ist.
- Thermoformvorrichtung nach Anspruch 4, wobei wenigstens ein Sensor zum Messen eines Abstands zwischen dem Vordehner und der Obermatrize oder einem Druckflansch eingerichtet ist.
- Thermoformvorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Sensoren in dem Vordehner ein Sensor für eine Dickenmessung ist.
- Thermoformvorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Sensoren in dem Vordehner ein Temperatursensor ist.
- Thermoformvorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der Sensoren in dem Vordehner ein Drucksensor ist.
- Verfahren zum Thermoformen eines Produkts, umfassend die Schaffung einer Kunststoffschicht, die Aufnahme der Kunststoffschicht zwischen einer Untermatrize und Obermatrize, das Bewegen eines Vordehners von der Obermatrize in eine Formkavität der Untermatrize, das Formen des Produkts, indem die Kunststoffschicht an einer Wand einer Formkavität gebracht wird, und die Entfernung des geformten Produkts aus der Formkavität, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter umfasst, dass an dem Vordehner ein Messinstrument angeordnet wird und die Messung mit dem Messinstrument von wenigstens einer Eigenschaft in der Formkavität erfolgt, bevor das geformte Produkt entfernt wird.
- Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren weiter die mit einem Vordehner in eine Formkavität der Untermatrize erfolgende Einbringung der Kunststoffschicht umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei ein Abstand zwischen Vordehner und Obermatrize oder Druckflansch vor dem Entfernen des geformten Produkts gemessen wird.
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