DE102011014782A1

DE102011014782A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil

Info

Publication number: DE102011014782A1
Application number: DE201110014782
Authority: DE
Inventors: Peter Schwarzmann
Original assignee: Illig Maschinenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Illig Maschinenbau GmbH and Co KG
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2012-09-27

Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil sollen so ausgebildet werden, dass sowohl der apparative Aufwand für Druck- und Vakuumerzeugung reduziert werden als auch der Energieverbrauch beim Verfahren vermindert wird. Erreicht wird dies dadurch, dass die Vorrichtung zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil Druckseite aufweist, wobei die Druckseite mit dem Formtisch und dem Blaskasten und die Saugseite mit dem Formtisch verbunden sind. Ebenfalls weisen die Verbindungen Ventile auf, die durch Schaltstellungen entweder eine Ansaugung aus einer Produktionshalle zum Formtisch oder eine Entlüftung des Formtisches und des Blaskastens in die Produktionshalle ermöglichen. Beim Verfahren zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil, werden Ventile in Verbindungen, die eine Vakuumpumpe druckseitig mit dem Formtisch und dem Blaskasten und saugseitig mit dem Formtisch verbinden, so geschaltet, dass entweder ein Druck im Formtisch dadurch reduziert wird, dass auf der Druckseite ein Belüften in eine Produktionshalle und auf der Saugseite eine Verbindung zwischen Formtisch und Vakuumpumpe hergestellt wird oder dass der Druck im Formtisch und Blaskasten dadurch erhöht wird, dass auf der Saugseite ein Ansaugen von Luft aus der Produktionshalle erfolgt und auf der Druckseite eine Verbindung zwischen Formtisch und Blaskasten mit der Vakuumpumpe hergestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 4.
Stand der Technik
Vorrichtungen zum Verformen von erwärmten Platten oder Folienabschnitten aus erwärmtem Kunststoff zu Formteilen nach dem Stand der Technik weisen für die Teilvorgänge pneumatisches Vorformen mit erhöhtem Druck und Formen mit reduziertem Druck verschiedene Vorrichtungen auf.
Zur Erhöhung des Drucks für das pneumatische Vorformen, auch Vorblasen genannt, zum Erzeugen einer so genannten Blase, werden Vorrichtungen zur Erzeugung von Druckluft wie Kompressoren oder Verdichter eingesetzt. Zur Reduzierung des Drucks beim Formen wird ein Vakuum an der erwärmten Platte oder dem Folienabschnitt benötigt um diese in Richtung einer Tiefziehform zu bewegen und so eine Abbildung der Tiefziehform im Kunststoff zu erreichen. Hierzu werden nach dem Stand der Technik Vakuumpumpen eingesetzt, die im Dauerbetrieb mit Netzfrequenz betrieben werden.
Das Verfahren nach dem Stand der Technik erfolgt so, dass nach dem Einspannen der erwärmten Platte oder des Folienabschnitts mittels Spannrahmen in einen Formtisch, der wie die Tiefziehform Bohrungen aufweist, und den Blaskasten Druckluft eingeleitet wird, damit sich die Blase ausbildet und der thermoplastische Kunststoff vorgeformt, also verstreckt wird. Anschließend wird die Druckluft abgeschaltet und an den Formtisch und die darauf befestigte Tiefziehform ein Vakuum angelegt, das den verstreckten Kunststoff in Richtung der Tiefziehform bewegt und so abformt und kühlt. Der nächste Schritt ist das Entformen, bei dem wiederum ein Überdruck zwischen Tiefziehform und Formteil, das inzwischen abgekühlt und damit formstabil ist, mittels Kompressor oder Verdichter eingebracht wird, der dazu dient, das Formteil von der Tiefziehform zu trennen. Die Tiefziehform wird danach vertikal abgesenkt, damit der Transport das Formteil aus der Maschine entfernt oder das Formteil manuell entnommen werden kann.
Die Schaltungen in den getrennten Über- und Unterdruckkreisen übernehmen Ventile, die durch die Maschinensteuerung betätigt werden.
Ebenfalls wurden nach dem Stand der Technik Druckbehälter mit erhitzter Druckluft bereitgestellt, um beim Vorblasen den erwärmten Kunststoff durch die kalte Luft nicht wieder abzukühlen.
Nachteilig an Vorrichtung und Verfahren nach dem Stand der Technik ist zum einen der hohe apparative Aufbau durch das Vorhalten einer Druckvorrichtung und einer Saugvorrichtung. Zum anderen ist der hohe Energieaufwand nachteilig, der dadurch entsteht, dass die Saugvorrichtung in Form einer Vakuumpumpe und die Druckvorrichtung in Form von Kompressor oder Verdichter während der Produktion nicht taktweise abgeschaltet werden. Sie arbeiten meistens im Dauerbetrieb bei konstanter Drehzahl und sind sowohl in der Zeit in Betrieb, in der die jeweils andere Vorrichtung ihre Aufgabe durchführt, als auch in der Zeit, in der der Kunststoff aufgeheizt wird und in denen beide Vorrichtungen nicht benötigt werden.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil so auszubilden, dass sowohl der apparative Aufwand für Druck- und Vakuumerzeugung reduziert werden als auch der Energieverbrauch beim Verfahren vermindert wird.
Gelöst ist diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 sowie im nebengeordneten Anspruch 4 angegebenen Maßnahmen. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus übrigen, in den jeweiligen Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Vorrichtung zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil umfasst eine Vakuumpumpe, die eine Saug- und eine Druckseite aufweist, wobei die Druckseite mit dem Formtisch und dem Blaskasten und die Saugseite mit dem Formtisch verbunden sind. Ebenfalls weisen die Verbindungen Ventile auf, die durch Schaltstellungen entweder eine Ansaugung aus einer Produktionshalle zum Formtisch oder eine Entlüftung des Formtisches und des Blaskastens in die Produktionshalle ermöglichen.
Die Vakuumpumpe ist vorteilhafterweise als ölfreie Klauenvakuumpumpe oder als Vakuumpumpe nach einem anderen Verfahren ausgebildet.
Beim Verfahren zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil, werden Ventile in Verbindungen, die eine Vakuumpumpe druckseitig mit dem Formtisch und dem Blaskasten und saugseitig mit dem Formtisch verbinden, so geschaltet, dass entweder ein Druck im Formtisch dadurch reduziert wird, dass auf der Druckseite ein Belüften in eine Produktionshalle und auf der Saugseite eine Verbindung zwischen Formtisch und Vakuumpumpe hergestellt wird oder dass der Druck im Formtisch und Blaskasten dadurch erhöht wird, dass auf der Saugseite ein Ansaugen von Luft aus der Produktionshalle erfolgt und auf der Druckseite eine Verbindung zwischen Formtisch und Blaskasten mit der Vakuumpumpe hergestellt wird.
Vorteilhafterweise wird beim Verfahren zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil die Druckerhöhung im Formtisch dazu eingesetzt, dass die erwärmte Platte oder der Folienbahnabschnitt beim Beginn des Verformvorganges pneumatisch vorgeformt wird.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die durch den Dauerbetrieb der Vakuumpumpe erwärmte Luft, die durch die druckseitige Verbindung von der Vakuumpumpe zum Formtisch oder zum Blaskasten oder zu beiden zum Zwecke der Vorformung geführt wird, ein Abschrecken der erwärmten Platte oder des erwärmten Folienbahnabschnittes unterbindet oder vermindert.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Druckreduzierung im Formtisch zum Ansaugen der pneumatisch vorgeformten Platte oder des pneumatisch vorgeformten Folienbahnabschnitts an die Tiefziehform erfolgt und so die Platte oder der Folienbahnabschnitt im Kontakt mit der Tiefziehform von diesem gekühlt wird. Es ist ebenfalls von Vorteil, wenn nach dem Verformvorgang die Ventile so geschaltet werden, dass der Druck im Formtisch wieder erhöht wird um das Formteil von der Tiefziehform abzulösen.
Das Verfahren sieht ebenfalls vor, dass die Vakuumpumpe über einen Frequenzumrichter gesteuert wird.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, durch Anwählen verschiedener Frequenzen des Frequenzumrichters die Drehzahl der Vakuumpumpe zu variieren, um verschiedene Druckstufen oder Druckgradienten zu erreichen.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn durch Absenken der Frequenz des Frequenzumrichters während der Heizzeit, in der die Funktion der Vakuumpumpe nicht benötigt wird, Energie eingespart wird.
Ausführungsbeispiel
Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 Eine Vorrichtung zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil nach dem Stand der Technik
2 Das Vorblasen nach dem Stand der Technik
3 Das Ansaugen des vorgeformten Kunststoffs in Richtung der Tiefziehform nach dem Stand der Technik
4 Das Vorblasen nach der Erfindung
5 Das Ansaugen des vorgeformten Kunststoffs in Richtung der Tiefziehform nach der Erfindung
Die Vorrichtung gemäß 1 umfasst nach dem Stand der Technik eine Formstation 1 mit einem Spannrahmen, bestehend aus oberem Spannrahmen 2 und unterem Spannrahmen 3, wobei der obere Spannrahmen 2 höhenverschiebbar ist und die beide im Zusammenwirken eine Platte 4 oder einen Folienbahnabschnitt aus thermoplastischem Kunststoff einspannen. Über eine Heizeinrichtung 5, angeordnet in der Formstation 1 und/oder in einer vorgeschalteten Beschickungsstation 6, erfolgt die Erwärmung der Platte 4 oder des Folienbahnabschnittes auf Verformungstemperatur. Im Blaskasten 15 angeordnet ist ein höhenbeweglichen Formtisch 7. Auf dem Formtisch 7 ist die Tiefziehform 8 befestigt und durch Vorblasen mit Druckluft durch einen Kompressor 11 und anschließendem Anlegen von Vakuum wird die Platte 4 oder der Folienbahnabschnitt zu einem Formteil 9 tiefgezogen. Unterstützt wird das Tiefziehen ggf. durch einen Vorstrecker 12.
Seitlich der Formstation 1 ist wahlweise eine Beschickungsstation 6 angeordnet, in die Platten 4 als Stapel 13 eingelegt werden. Über eine Saugerplatte 14 mit Saugern wird jeweils die oberste Platte 4 des Stapels 13 abgehoben und an die Transporteinrichtung 19 übergeben, die beide Stationen 6 und 1 verbindet.
Wenn die Vorrichtung nicht vom Plattenstapel 13 arbeitet, sondern Folienbahnabschnitte verformt, wird eine Folienbahn 18 von einer nicht dargestellten Folienrolle mittels der Transporteinrichtung 19 abgezogen, eine Querschneideeinrichtung trennt diese Folienbahnabschnitte ab und die Transporteinrichtung 19 bringt sie in die einzelnen Stationen 6 und 1. Die Vorrichtung kann in Abwandlung auch die Folienbahn zuerst verformen und nach der Formstation 1 das Abtrennen der Formteile 9 mit geeigneten Einrichtungen vornehmen. Das Einlegen von Platten 4 von Hand direkt in die Formstation 1 ist prinzipiell immer möglich. Das Kühlen eines tiefgezogenen Formteils 9 erfolgt über eine nicht dargestellte Kühleinrichtung.
2. zeigt den Verfahrensschritt des Vorblasens nach dem Stand der Technik. Die Vorrichtung zur Druckerhöhung in Form eines Kompressors 11 ist mit einer ersten Verbindung 21 mit dem Formtisch 7 und dem Blaskasten 15 verbunden und streckt die Platte 4 in Form einer Blase vor. Der Blaskasten 15 ist mittels Dichtungen 17 an Formtisch 7 und unterem Spannrahmen 3 abgedichtet. Die Vakuumpumpe arbeitet ebenfalls, obwohl sie keine Funktion erfüllt. Sie ist über nicht dargestellte Ventile so geschaltet, dass kein Vakuum im Blaskasten 15 oder Formtisch 7 erzeugt wird, sondern ein Kurzschluss mit der Luft in der Produktionshalle erfolgt oder sie gegen ein geschlossenes Ventil saugt.
3 zeigt den Verfahrensschritt des Ansaugens der vorgestreckten Platte 4 in Richtung auf die Tiefziehform 8. Die Vorrichtung zur Reduzierung des Drucks in Form einer Vakuumpumpe 16 ist mit einer zweiten Verbindung 22 mit dem Formtisch 7 verbunden. Sie zieht die vorgestreckte Platte 4 in Richtung der Tiefziehform 8, so dass sie durch die Tiefziehform 8 zum Formteil 9 geformt und gekühlt wird. Kompressor 11 oder Verdichter arbeiten ebenfalls, obwohl sie keine Funktion erfüllen. Sie sind über nicht dargestellte Ventile so geschaltet, dass kein Überdruck im Formtisch 7 erzeugt wird. Während der Heizzeit werden beide Geräte in den 2 und 3 nach dem Stand der Technik im Dauerbetrieb betrieben. Das nicht dargestellte Entformen wird ebenfalls über Kompressor 11 oder einen Verdichter geschaltet, wobei ein Druckluftstoß in den Formtisch 7 geleitet wird, der das Formteil 9 vom Formtisch 7 trennt und so zum manuellen Entnehmen oder zum automatischen Transportieren bereitstellt.
Die 4 und 5 zeigen die Vorrichtung nach der Erfindung. Nur die Vakuumpumpe 16 ist als einzige Vorrichtung erforderlich um die erforderlichen Erhöhungen oder Reduzierungen des Drucks im Formtisch 7 oder Blaskasten 15 zu realisieren. 4 zeigt das Vorblasen nach der Erfindung. Das Ventil Saugseite 20 ist so geschaltet, dass Luft aus der Produktionshalle angesaugt wird und von der Vakuumpumpe durch das Ventil Druckseite 10 und die nachfolgende druckseitige Verbindung 23 zum Formtisch 7 und zum Blaskasten 15 geführt. Hier durchströmt die Luft Bohrungen im Formtisch 7 und in der Tiefziehform 8 so, dass eine Druckerhöhung erreicht wird, die ausreicht, um die erwärmte Platte 4 vorzustrecken.
5 zeigt das Vakuumformen nach der Erfindung. Das Ventil Saugseite 20 ist so geschaltet, dass eine saugseitige Verbindung 24 mit der Vakuumpumpe 16 verbunden ist. Das Ventil Druckseite 10 dagegen ist so geschaltet, dass es eine Verbindung zur Produktionshalle aufweist. Die Luft zwischen Platte 4 und Tiefziehform 8 wird abgesaugt, so dass sich das Formteil 9 an der Tiefziehform 8 abbildet und dort abkühlt. Nicht dargestellt ist das Entformen, bei dem die Schaltung aus 4 benutzt wird, um Luft zwischen das abgekühlte Formteil 9 und die Tiefziehform 8 einzubringen, damit das Formteil 9, das durch thermische Schwindung auf der Tiefziehform 8 fixiert ist, von der Tiefziehform 8 gelöst wird.
Bezugszeichenliste

1: Formstation
2: Oberer Spannrahmen
3: Unterer Spannrahmen
4: Platte oder Folienabschnitt
5: Heizeinrichtung
6: Beschickungsstation
7: Formtisch
8: Tiefziehform
9: Formteil
10: Ventil Druckseite
11: Kompressor
12: Vorstrecker
13: Stapel
14: Saugerplatte
15: Blaskasten
16: Vakuumpumpe
17: Dichtung
18: Folienbahn
19: Transporteinrichtung
20: Ventil Saugseite
21: Erste Verbindung
22: Zweite Verbindung
23: Druckseitige Verbindung
24: Saugseitige Verbindung

Claims

Vorrichtung zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil, aufweisend eine Formstation mit einer Heizeinrichtung zur Erwärmung einer Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff, einem Spannrahmen zum Klemmen der erwärmten Platte oder des Folienbahnabschnittes, einen höhenbeweglichen Formtisch zur Aufnahme einer Tiefziehform, einen Blaskasten, der im Zusammenwirken mit der eingespannten erwärmten Platte oder des Folienbahnabschnittes einen druckdichten Raum bildet und eine Vakuumpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (16) eine Saug- und eine Druckseite aufweist, und die Druckseite mit dem Formtisch (7) und dem Blaskasten (15) und die Saugseite mit dem Formtisch (7) verbunden sind und dass die Verbindungen Ventile (10, 20) aufweisen, die durch Schaltstellungen entweder eine Ansaugung aus einer Produktionshalle zum Formtisch (7) oder eine Entlüftung des Formtisches (7) und des Blaskastens (15) in die Produktionshalle ermöglichen.
Vorrichtung zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (16) als ölfreie Klauenvakuumpumpe ausgebildet ist.
Vorrichtung zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (16) als Vakuumpumpe ausgebildet ist, die auch Druckluft erzeugen kann.
Verfahren zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil, wobei in einer Formstation ein höhenbeweglicher Formtisch eine Tiefziehform aufnimmt und ein Spannrahmen die erwärmten Platte oder den Folienbahnabschnitt klemmt und ein Blaskasten im Zusammenwirken mit der geklemmten Platte oder dem Folienabschnitt einen druckdichten Raum bildet dadurch gekennzeichnet, dass Ventile (10, 20) in Verbindungen, die eine Vakuumpumpe (16) druckseitig mit dem Formtisch (7) und dem Blaskasten (15) und saugseitig mit dem Formtisch (15) verbinden, so geschaltet werden, dass entweder ein Druck im Formtisch (7) dadurch reduziert wird, dass auf der Druckseite ein Belüften in eine Produktionshalle und auf der Saugseite eine Verbindung zwischen Formtisch (7) und Vakuumpumpe (16) hergestellt wird oder dass der Druck in Formtisch (7) und Blaskasten (15) dadurch erhöht wird, dass auf der Saugseite ein Ansaugen von Luft aus der Produktionshalle erfolgt und auf der Druckseite eine Verbindung zwischen Formtisch (7) und Blaskasten (15) mit der Vakuumpumpe (16) hergestellt wird.
Verfahren zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerhöhung im Formtisch (7) und Blaskasten (15) die erwärmte Platte oder der Folienbahnabschnitt (4) beim Beginn des Verformvorganges pneumatisch vorformt.
Verfahren zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Dauerbetrieb der Vakuumpumpe (16) erwärmte Luft, die durch die druckseitige Verbindung von der Vakuumpumpe (16) zum Formtisch (7) und Blaskasten (15) zum Zwecke der Vorformung geführt wird, ein Abschrecken der erwärmten Platte oder des erwärmten Folienbahnabschnittes (4) unterbindet oder vermindert.
Verfahren zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckreduzierung im Formtisch (7) zum Ansaugen der pneumatisch vorgeformten Platte oder des pneumatisch vorgeformten Folienbahnabschnitts (4) an die Tiefziehform (8) erfolgt und so die Platte oder der Folienbahnabschnitt (4) im Kontakt mit der Tiefziehform (8) von dieser gekühlt wird.
Verfahren zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verformvorgang die Ventile (10, 20) so geschaltet werden, dass der Druck im Formtisch (7) wieder erhöht wird, um das Formteil (9) von der Tiefziehform (8) abzulösen.
Verfahren zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (16) über einen Frequenzumrichter gesteuert wird.
Verfahren zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Anwählen verschiedener Frequenzen des Frequenzumrichters die Drehzahl der Vakuumpumpe (16) variiert wird, um verschiedene Druckstufen oder Druckgradienten zu erreichen.
Verfahren zum Verformen einer erwärmten Platte oder eines Folienbahnabschnittes aus thermoplastischem Kunststoff zu einem Formteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Absenken der Frequenz des Frequenzumrichters während der Heizzeit, in der die Funktion der Vakuumpumpe (16) nicht benötigt wird, Energie eingespart wird.