DE102009051937B4

DE102009051937B4 - Verpackungsmaschine mit Vorrichtung zur Verbesserung des Wärmeübergangs bei Folien

Info

Publication number: DE102009051937B4
Application number: DE102009051937.8A
Authority: DE
Inventors: Luciano Capriotti
Original assignee: Multivac Sepp Haggenmueller GmbH and Co KG
Current assignee: Multivac Sepp Haggenmueller GmbH and Co KG
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2029-11-05
Also published as: DE202008016989U1; DE102009051937A1

Abstract

Verpackungsmaschine in Form eines Folientiefziehautomaten, umfassend eine Vorrichtung zum Transport thermischer Energie auf thermoformbares Folienmaterial mittels Heizplatten, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum elektrostatischen Aufladen der Folie vor deren Verformung vorgesehen sind, und dass mindestens eine Heizplatte als Gegenelektrode ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur energieeffizenten Wärmeübertragung auf eine Folie durch Kontaktheizplatten und zur Wärmeabgabe von einer Folie auf Formplatten in handelsüblichen Folientiefziehmaschinen, insbesondere Verpackungsmaschinen, welche durch Verformung von thermoplastischen Kunststofffolien Mulden bzw. schalenförmige Behältnisse in gewünschten Formen und Größen erzeugen können.
Der Tiefziehvorgang ist im Wesentlichen aufgeteilt in zwei Takte, nachfolgend benannt in Heizen und Formen.
A) Heizen
Vorrichtungen der anfangs genannten Art sind im Stand der Technik als Kontaktheizung bekannt. Dies bedeutet, dass die Folie in direkten Kontakt mit der Heizplatte gebracht wird. Um eine gleichmäßige Wärmeübertragung von der Heizplatte auf die Folie und dadurch die erforderliche Verformungstemperatur zu gewährleisten, muss die Folie absolut plan/eben auf der Heizplatte anliegen.
Im Stand der Technik wird das Problem dadurch gelöst, dass die Folie mittels Druckdifferenz durch Druckluft und/oder Vakuum auf die Heizplatte gepresst wird.
Um Lufteinschlüsse zwischen Heizplatte und Folie, die sich wärmeisolierend auswirken, zu unterbinden, ist die Heizplatte üblicherweise strukturiert ausgeführt und/oder mit Entlüftungsbohrungen als Drainage versehen. Die gewollte Kontaktfläche der Heizplatte wird dadurch sehr effektiv ausgenutzt, und es wird ein optimales Heizergebnis erzielt. Die Heizplatten sind mit Teflon oder einer teflonähnlichen Substanz beschichtet, welches ein sauberes und restloses Ablösen der Folie nach dem Heizvorgang garantiert.
B) Formen
Durch Positionieren mittels einer Transporteinrichtung der auf Verformungstemperatur erwärmten Folie parallel zur Formkammer und das anschließende Evakuieren der Luft in der Formkammer wird die Folie durch den umgebenden Luftdruck in die als Negativform ausgebildete Formkammer gedrückt.
Durch das Abführen der Restwärme der Folie in der Formkammer erstarrt die Folie.
Um die Produktionsleistung eines solchen Formvorgangs zu erhöhen, werden sogenannte Vorstreckstempel zur Anwendung gebracht, welche die Folie nach dem Beheizen in die Formkammer drücken und die Folie entsprechend vordehnen.
Durch das form- und tiefenspezifische Vordehnen mit einem Stempel, im Gegensatz zu einem vergleichsweise einfachen Ausformen nur mit Luftdruck, wird der Temperaturverlust der Folie reduziert und einem vorzeitigen Erstarren noch vor Vollendung des Formvorgangs entgegengewirkt, was eine schnellere und gezieltere Ausformung zur Folge hat.
Eine weitere bekannte Vorrichtung verwendet anstelle des Umgebungsluftdrucks einen in Abhängigkeit des Formvolumens höheren Luftdruck. Durch schlagartiges expandieren der Luft oberhalb der Folienebene wird die Folie in die Formkammer gepresst, dadurch wird ein zeitsparendes, wirtschaftlicheres Ausformen ermöglicht.
Eine andere Art der Ausformung erfolgt mittels eines Stempels, welcher mit einer als Positivform ausgebildeten Formplatte ausgeführt wird. Nach Erreichen der Verformungstemperatur der Folie wird der Stempel in die Folie gedrückt. Durch die Beaufschlagung mit Druckluft unterhalb der Folienebene wird die Folie zusätzlich gegen den Stempel gedrückt.
Nicht aus dem Bereich von Verpackungsmaschinen, sondern für die Fertigung von Verkleidungs- oder Innenraumabdeckungsteilen und Konsolen für Fahrzeuge geht aus der DE 10 2006 002 833 A1 ein Verfahren hervor, bei dem eine Bespannkomponente entweder durch Anlegen eines Unterdrucks oder mittels elektrostatischer Anziehungskräfte gegen ein Formwerkzeug gehalten wird.
Die DE 100 18 526 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Beschichten von Holz- oder Faserwerkstoffen in der Möbel- und Bauelementeindustrie.
Die DE 10 2004 027 949 A1 hingegen offenbart eine Vorrichtung zum Herstellen eines Bandes von Behältern, bei denen Etiketten kurz vor ihrer Verbindung mit den Behältern durch elektrostatische Anziehungskräfte an einem Aufnahmedorn gehalten werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mit konstruktiv möglichst einfachen Mitteln den Wärmeübergang von Kontaktheizplatten auf Folien sowie die Wärmeabgabe von Folien auf Formplatten in Tiefziehautomaten in energiesparender Weise zu verbessern und eine Reduzierung von Betriebsmitteln wie Druckluft und Vakuum zu erzielen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Verpackungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die elektrostatisch wirkenden Haftkräfte zwischen Heizplatte und der Folie, sowie der Folie und dem formbildenden Werkzeug, vergrößern im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen die Kontaktfläche zur Wärmeübertragung. Durch die beispielsweise mittels Aufladeelektroden elektrostatisch aufgeladene Folie entsteht eine elektrische Feldstärke zwischen Folie und der umgekehrt geladenen Oberfläche der Heizplatte. Durch das statische Aufladen wird die Folie von der als Gegenelektrode ausgebildeten Heizplatte angezogen und fixiert. Die Aufladung und die dadurch erzeugte elektrostatische Haftkraft sollte den Eigenschaften der Folie entsprechend gewählt werden, um eine gleichmäßige Wärmeübertragung von der Heizplatte auf die Folie und dadurch die erforderliche Verformungstemperatur zu gewährleisten. Die elektrostatische Haftkraft der aufgeladenen Folie ist abhängig von der resultierenden Flächenladungsdichte der Oberfläche, der Foliendicke und der Dielektrizitätskonstante der Folie.
Nach Erreichen der Verformungstemperatur der Folie wird gegebenenfalls die Polung der Elektroden getauscht oder der Ladungsvorgang beendet, so dass sich die Folie leichter von der Heizplatte löst.
Durch Tauschen der Polarität der Elektroden und den daraus entstehenden gleichwertigen Ladungen an der Heizplatte sowie der Folie besteht die Möglichkeit, die Folie kurzfristig von der Heizplatte wegzudrücken in Richtung der Formkammer.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird die Formkammer ebenfalls als Gegenelektrode ausgebildet und die aufgeladene Folie, welche nach dem Heizvorgang positioniert wurde, in die Formkammer gezogen, was sich während des Formvorgangs unterstützend zur Formbildung auswirkt und eine benötigte Druckdifferenz, erzeugt durch Luftdruck und/oder Vakuum, reduziert. Bei geringen Ziehtiefen und schwachem Ausformen der Folie kann die Druckdifferenz dadurch völlig ersetzt werden beziehungsweise entfallen.
Die Ladung der Folie wird bevorzugt so lange aufrechterhalten, bis die Form ausgekühlt und stabil ist.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird nach dem Aufheizen der Folie ein Vorstreckstempel in die Folie gedrückt. Der Stempel ist zusätzlich als Aufladeelektrode ausgeführt.
Durch das statische Aufladen der Folie und der als Gegenelektrode ausgeführten Formkammer legt sich die Folie durch die elektrostatischen Haftkräfte an die kühlen Wandungen der Formkammer an. Die Verwendung von Druckluft und Vakuum zur Formbildung wird in energiesparender Weise reduziert.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird nach Erreichen der Verformungstemperatur der Folie ein Stempel, welcher als Positivform ausgebildet ist, in die Folie gedrückt. Durch die statische Aufladung der Folie und des als Gegenelektrode ausgeführten Stempels legt sich die Folie an der Positivform der Formplatte an. Ein Beaufschlagen mit Druckluft unterhalb der Foilienebene, um einen entsprechenden Gegendruck auf die Folie zu erzeugen, wird reduziert oder entfällt ganz.
Zur weiteren Optimierung können Heizplatte, Vorstreckstempel, Formplatte und Formkammer als Auflade- bzw. Gegenelektroden durch Tausch ihrer Polarität ausgeführt werden, um den zusätzlichen Aufwand zum Anbau separater Aufladeelektroden zu verringern.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden durch Einzelheiten anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die als Figuren in den Zeichnungen dargestellt sind. Darin zeigen:
1: eine geschnittene Seitenansicht der Heizplatte mit Folie.
2: eine geschnittene Seitenansicht der Heizplatte und Formkammer mit Folie.
3 eine geschnittene Seitenansicht eines Positivformstempel mit Folie.
Der Heizvorgang in 1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht der schematisch dargestellten Heizplatte 1, die im Wesentlichen die Position der Folie 2 und die Wirkungsrichtung 3 der statischen Anziehungskräfte verdeutlicht. Die Aufladeelektroden 4 können in verschiedenen günstigen Bereichen untergebracht werden.
In der Darstellung des Formvorgangs einer ersten bevorzugten Ausführungsform in 2 ist die Formkammer 5 unterhalb der Heizplatte 1 verbaut. Die Heizplatte 1 und die Formkammer 5 sind in diesem Aufbau gleichermaßen als Aufladeelektroden 4, sowie als Gegenelektroden 6 ausgebildet. Die Folie 2 wird gemäß ihrer Aufladung und der Ausrichtung der Elektroden zur Heizplatte 1 oder in die Formkammer 5 gezogen. Während des Formvorgangs dient die Heizplatte 1 als Aufladeelektrode 4 und die Formkammer 5 als Gegenelektrode 6.
In 3, einer besonders vorteilhaften Ausführungsform, zeigt sich ein zylinderbetriebener Positivformstempel 7, welcher in die auf Verformungstemperatur gebrachte Folie 2 einfährt. Durch Aufladen der Folie 2 und des als Gegenelektrode 6 ausgeführten Positivformstempels 7 wird das Anlegen der Folie 2 an die Kontur der Formplatte 8 erleichtert und dadurch die Formbildung verbessert.

Claims

Verpackungsmaschine in Form eines Folientiefziehautomaten, umfassend eine Vorrichtung zum Transport thermischer Energie auf thermoformbares Folienmaterial mittels Heizplatten, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum elektrostatischen Aufladen der Folie vor deren Verformung vorgesehen sind, und dass mindestens eine Heizplatte als Gegenelektrode ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die formbildenden Werkzeuge zur Formnegativausformung oder Formpositivausformung zur Verbesserung der Wärmeübertragung, insbesondere der Wärmeabgabe der Folie, als Gegenelektrode ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stempelwerkzeug zum Vordehnen der Folie zusätzlich als Aufladeelektrode ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Polaritätsänderung der Auflade- und Gegenelektroden diese gegenteilige Funktionen ausüben können.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladeelektroden als Mittel zum Aufladen der Folie vorgesehen und im Bereich des Folieneinlaufs platziert sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie nach dem Formvorgang eine Entladungsvorrichtung passiert, welche etwaige Restladungen beseitigt und neutralisiert, um Verletzungen des Bedienpersonals und Störungen der Maschine zu vermeiden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie von einer Rolle als Endlosbahnmaterial abgezogen oder als Stapelmaterial gestückelt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontrolleinrichtung den statischen Auflade- und Entladevorgang überwacht und entsprechende Einstellmöglichkeiten in Abhängigkeit der verwendeten Folie aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Abrollen einer Folienbahn selbständig entstandene statische Aufladungen vorhanden sind.