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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Formen und Verschweißen von zwei erwärmten Platten oder zwei erwärmten Folienbahnabschnitten aus thermoplastischem Kunststoff.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, zwei erwärmte Platten oder zwei erwärmte Folienbahnabschnitte aus thermoplastischem Kunststoff zu verformen und anschließend zu verschweißen. Das Verfahren ist als Twinsheet-Verfahren im Markt eingeführt. Als Folgeschritt in der Thermoformmaschine ist ebenfalls ein Heraustrennen der Formteile aus den Platten oder Folienbahnabschnitten bekannt, wobei entlang der Außenkonturen der Längsseiten Messer im Formwerkzeug integriert sind, die die Formteile aus den Platten oder Folienbahnabschnitten heraustrennen.
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Sind die Formteile als Kanäle oder Behälter ausgebildet, dann erfolgen noch weitere Schnitte außerhalb der Thermoformmaschine. Die erforderlichen Öffnungen des Kanals oder des Behälters werden in der Thermoformmaschine als blasenförmige Abschnitte geformt. Diese blasenförmigen Abschnitte lassen sich mit den bekannten Messern nicht ohne eine unzulässige Verformung, die die Formteile für die Weiterverarbeitung unbrauchbar machen, abtrennen. Deshalb werden die Formteile nach dem Stand der Technik in konturgleiche Vorrichtungen eingelegt, durch Vakuum in diesen Vorrichtungen fixiert und die blasenförmigen Abschnitte von kurvengesteuerten Einheiten wie Knickarmrobotern reaktionskräftearm mit angetriebenen Messern so abgetrennt, dass der Kanal oder der Behälter seine erforderlichen Öffnungen ohne wesentliche Verformungen bekommt.
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Das Dokument
WO 99/37465 A1 zeigt eine Vorrichtung und Verfahren für das Twin-Sheet Thermoformen. Das Twin-Sheet-Werkzeug weist eine zurückziehbare Einrichtung auf, die sich um die Formfläche herumzieht. Zunächst beginnt der Formvorgang in bekannter Weise, indem zwei erwärmte thermoplastische Halbzeuge dem Formwerkzeug zugeführt werden. Die Halbzeuge werden durch Unterdruck in den Werkzeughälften oder durch Überdruck, der zwischen die Halbzeuge eingebracht wird, verformt und liegen an den Werkzeughälften an, während sich das Werkzeug schließt. Während des Schließens findet einerseits der bekannte Verschweißvorgang statt. Andererseits kommen die beiden Halbzeuge beim Schließen der beiden Werkzeughälften mit ihren Randbereichen auch in den Bereich der zurückziehbaren umlaufenden Einrichtung, die ein Besäumen und Abscheren der verschweißten Halbzeuge bewirkt. Dabei wird durch eine Gestaltung der Randbereiche der Werkzeughälften beim Verschweißen auch Material verdrängt, was zu einer lokalen Verdickung des Formteils an der Übergangsstelle zur Schweißnaht führt. Nähern sich die Hälften des Werkzeugs weiter an, so wird die rückziehbare Einrichtung so verschoben, dass dadurch eine Scherkante entsteht, die das verschweißte Formteil von den beiden Halbzeugbereichen trennt, die nicht zum Formteil gehören. Durch die Einrichtung und das Verfahren wird also in einem einzigen Prozess ein Twin-Sheet Formteil geformt und besäumt, bzw. ausgestanzt.
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Die Schrift
FR 2 994 122 A1 schlägt ein Verfahren und eine Vorrichtung vor zur Herstellung eines hohlen Kunststoffteils aus zwei Halbzeugen. Die Vorrichtung weist Messersysteme auf, die innerhalb und/oder außerhalb des Formwerkzeugs angeordnet sind und die Ebene, in der die Verschweißung der beiden Formteilhälften vollzogen wird, durchsticht. Nach dem Form- und Schweißvorgang durchstoßen die innen- bzw. außenliegenden Messersysteme die Verschweißebene und trennen so formteilnah oder an einem vom Formteil entfernten Punkt das Formteil von den Halbzeugen. So können in einem geschlossenen Prozess die Halbzeuge verformt, verschweißt und zu einem von den Halbzeugen abgetrennten Formteil verarbeitet werden.
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Im Dokument
DE 698 32 300 T2 werden ein Schrank und ein Wandteil vorgeschlagen für die Verwendung in Haushaltskühlschränken. Dabei werden die drei vertikalen Wandteile des Kühlschranks aus einem Stück gefertigt und anschließend so geklappt, dass sie die beiden Seitenwände und die Rückwand bilden. Anschließend wird dieses dreifache Wandstück mit einem Sockel und mit einem Kopfteil verbunden und bildet so den Kühlschrank, der durch die Tür komplettiert wird. Nach dem Thermoformen und Schäumen liegt das dreiteilige Wandteil im planen Zustand vor. Um nun ein Aufrichten zu einem Kühlschrankteil zu ermöglichen, wird ein schlankes Heizelement vorgeschlagen, das drei exponierte Leisten aufweist, die mindestens so lang sind wie die Höhe des Wandteils. Mit einer der drei Leisten wird das Scharnier, das die Rückwand mit einer Seitenwand verbindet, so weit erwärmt, dass sich die beiden Teile zueinander um einen Winkel von 90° klappen lassen. Die anderen beiden erwärmten Leisten dienen dazu, gleichzeitig Verdickungen an der Rückwand und an der Seitenwand so zu erwärmen, dass sie miteinander verschweißt werden können. Wird nun die Heizleiste mit den erwähnten drei Punkten für eine ausreichende Zeit in Kontakt gebracht, so lassen sich zunächst die Wände im erwärmten Scharnier klappen und danach dienen die beiden Verdickungen als erwärmte Materialanhäufungen, die dicht verschweißt werden.
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Aufgabenstellung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung und das Verfahren zum Formen und Verschweißen von zwei erwärmten Platten oder zwei erwärmten Folienbahnabschnitten aus thermoplastischem Kunststoff so auszubilden, dass das Einarbeiten der Öffnungen der Formteile vorteilhafter durchgeführt werden kann.
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Gelöst ist diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch sowie die im nebengeordneten Anspruch 2 angegebenen Maßnahmen.
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Ausführungsbeispiel
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Nach dem Stand der Technik werden die Formteile aus der Thermoformmaschine entnommen und in Schneidvorrichtungen eingelegt. In den Vorrichtungen werden sie mit Unterdruck fixiert und die blasenförmigen Abschnitte beispielsweise mit kurvengesteuerten angetriebenen Messern so abgetrennt, dass sich die Öffnungen der Formteile ergeben. Bei komplizierten Schnitten werden angetriebene Messer als Werkzeuge von Robotern eingesetzt, die die komplexe Bewegung zum Schneiden der dreidimensionalen Formteile durchführen.
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Das Problem bei der Durchführung der Schnitte an den blasenförmigen Abschnitten der Formteile besteht darin, dass das in der Regel nachgiebige Formteil keinen ausreichenden Widerstand bietet beim Schneiden der blasenförmigen Abschnitte. Deshalb werden auch statt kostengünstiger Schlagmesser angetriebene Messer eingesetzt, deren Bewegung kurvengesteuert ist. Beim Einsatz von Schlagmessern würden die Formteile so verformt, dass die Öffnungen des Formteils nicht mehr plan sind und die Weiterverarbeitung beispielsweise als Klimakanal in Fahrzeugen nicht mehr gewährleistet wäre. Die angetriebenen Messer mit Bahnsteuerungen oder beim Einsatz an Robotern üben nur geringe Kräfte auf das Formteil aus während des Schnittvorgangs und die Öffnungen des Formteils bleiben plan und können in Folgeprozessen verwendet werden.
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Diese erforderlichen Vorrichtungen für die Durchführung der oben geschilderten Nachfolgeschritte sind kostenintensiv und die Verfahren sind zeitintensiv, weil die Bearbeitung oft mittels Drehtischen erfolgt, bei denen mindestens drei Teilschritte erforderlich sind: Einlegen, Schneiden, Abnehmen des Formteils. Außerdem kann in der Regel immer nur ein Formteil bearbeitet werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren schlagen vor, die oben geschilderten Nachbearbeitungen in der Thermoformmaschine durchzuführen. Dabei sind die Formteile schon in der erforderlichen Arbeitsposition und es können in einem Arbeitstakt bei mehreren Formteilen die Nachbearbeitungen durchgeführt werden. Hierbei ergeben sich verschiedene Vorteile: Verzicht auf aufwändige Nachbearbeitungsmaschinen mit erheblichem Platzverbrauch. Entfall der aufwändigen Programmierung der Nachbearbeitungsmaschinen. Einsatz von günstigen Schneidwerkzeugen für den Schnittvorgang.
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Vorgeschlagen wird der Einsatz von weiteren angetriebenen Messern im Formwerkzeug in Kombination mit Niederhaltern, die die weichen Formteile während des Schnittvorgangs stützen.
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Die Anmeldung überwindet das Vorurteil, dass dreidimensionale Schnitte im Formwerkzeug ohne die Inkaufnahme von unzulässigen Verformungen nicht möglich sind. Weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 Eine vereinfachte Darstellung der Vorrichtung zur Durchführung des Twinsheet-Verfahrens.
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2 Die Darstellung der Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Formen, Verschweißen und Schneiden der Öffnungen für die oben beschriebenen Formteile.
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3 bis 5 das erfindungsgemäße Verfahren zum Formen, Verschweißen und Schneiden der Öffnungen für die oben beschriebenen Formteile.
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Beim Twinsheet-Verfahren nach 1 werden zwei Platten 3 aus thermoplastischem Kunststoff oder zwei Abschnitte von Kunststofffolie 2 durch das Zusammenwirken des oberen Spannrahmens 4, des Zwischenrahmens 7 und des unteren Spannrahmens 6 gespannt und durch Heizungen 5 so erwärmt, dass sie durch das Zusammenwirken des oberen und unteren Formwerkzeugs 10, 8 zu einem Formteil 9 verformt werden. Dabei werden die beiden Platten 3 oder die beiden Abschnitte von Kunststofffolie 2 so zusammengepresst, dass sie hohle Formteile 9 bilden mit Schweißnähten, wie sie beispielsweise Behälter oder Kanäle aufweisen. Als Weiterbearbeitungsmöglichkeit in der Formstation werden durch das Einwirken von ersten Messern 11 die Umfangskonturen, die im Wesentlichen ungeformt sind, aus den Platten 3 oder den Abschnitten von Kunststofffolie 2 herausgetrennt.
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Nach dem Stand der Technik werden die Umfangskonturen vollständig von den ersten Messern 11 erfasst und durchtrennt, so dass das gesamte Formteil 9 vollständig ausgetrennt ist. Damit die Austrennung mit dieser Einrichtung durchgeführt werden kann, sind die Öffnungen der Formteile 9 als blasenförmige Abschnitte ausgebildet, die in einem oben beschriebenen Nachfolgeschritt abgetrennt werden.
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In 2 werden die Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Formen, Verschweißen und Schneiden der Öffnungen für die oben beschriebenen Formteile dargestellt. Auf die schematische Darstellung der Formstation und der Versorgung mit Folienabschnitten oder Platten wurde hier verzichtet.
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Im mittleren Teil der 2 sind die Platten 3 dargestellt, die von den einzelnen Teilen des Spannrahmensystems gespannt werden. Die obere Platte 3 wird zwischen dem oberen Spannrahmen 4 und dem Zwischenrahmen 7 gespannt, die untere Platte 3 wird zwischen dem Zwischenrahmen 7 und dem unteren Spannrahmen 6 so gespannt, dass die hier nicht dargestellte Heizung 5 in einem ersten Schritt die Platten 3 ausreichend erwärmt, damit sie verformbar sind. Nachdem die Heizung 5 in ihre Ruheposition im hinteren Teil der Formstation gefahren ist, bewegen sich das obere Formwerkzeug 10 und das untere Formwerkzeug 8 vertikal in Richtung des Spannrahmensystems. Das obere Formwerkzeug 10 lagert beispielsweise das erste Messer 11. Dieses erste Messer 11 kann ebenso im unteren Formwerkzeug 8 eingebaut sein. Das erste Messer 11 ist vertikal verschiebbar gestaltet und mit einem eigenen Antrieb ausgerüstet. Es kann mehrfach in einem Formwerkzeug eingebaut sein in Abhängigkeit von der Anzahl der Formteile 9, die einem Arbeitstakt der Formmaschine verarbeitet werden. Das untere Formwerkzeug 8 trägt die zweiten Messer 12, die den Schnitt ausführen zur Öffnung des Behälters oder des Kanals. Die Messer 12 können ebenfalls im oberen Formwerkzeug 10 eingebaut sein. Sie können ebenfalls mehrfach vorgesehen sein in Abhängigkeit der Anzahl der Formteile und deren Öffnungen. Beispielsweise kann ein Klimakanal für ein Fahrzeug mehrere Öffnungen aufweisen, die auch durchaus in verschiedenen Ebenen liegen können.
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In 3 wird der erfindungsgemäße Form-, Schweiß- und Schnittprozess schematisch dargestellt. 3 zeigt zwei in den Spannrahmenteilen 4, 6, 7 gespannte Platten 3. Das obere und das untere Formwerkzeug 10, 8 ist zusammengefahren, die Platten 3 sind zu Formteilen 9 verformt und an den Konturen verschweißt.
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In 4 wird der nächste Prozessschritt gezeigt. Das Formteil 9 wird aus dem Kunststoffmaterial durch einen Schnitt des ersten Messers 11 herausgetrennt. Dazu wird das Messer 11 durch seinen nicht dargestellten Antrieb vertikal in den Kunststoff hineinbewegt, um ihn zu durchtrennen. Dabei können die Messer 11 sowohl mehrfach verbaut sein, als auch der Kontur folgend, gebogen ausgestaltet sein. In der Regel sind die Messer so gestaltet, dass sie die Formteile 9 nicht vollständig aus dem umgebenden Kunststoffmaterial trennen, sondern kleine Verbindungspunkte belassen, damit das Formteil 9 nicht schon in der Formstation aus dem Kunststoff herausfällt.
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5 zeigt den letzten Verarbeitungsschritt: Das Durchtrennen des dreidimensionalen Formteils 9 an den Abschnitten, an denen die Öffnungen des Formteils 9 vorgesehen sind. Dazu werden die zweiten Messer 12 bewegt. Die Bewegung erfolgt in einer Richtung, die der Ebene entspricht, in der eine Öffnung vorgesehen ist. Die Bewegungsrichtung der zweiten Messer 12 schräg nach oben ist hier lediglich beispielhaft dargestellt. Die Bewegungsrichtung kann ebenso vertikal oder in anderen Winkeln zur Senkrechten ausgeführt werden, je nach Lage der vorgesehenen Öffnungen. Erfinderisch ist die Integration eines Niederhalters 13 vorgesehen, der das Formteil 9 abstützt und der selbst beim Formprozess zum Teil vom Kunststoff umformt wird. Dringen nun die zweiten Messer 12 in den Kunststoff ein und schneiden durch das dreidimensionale Formteil 9 hindurch, so stützt der direkt angrenzende Niederhalter 13 das Formteil 9 und verhindert so eine unzulässige Verformung des Formteils 9 während des Schnittvorgangs. Vorteilhafterweise ist der Niederhalter 13 so gebaut, dass er eine Fläche aufweist, die parallel ist zur Fläche und zur Schnittbewegung der zweiten Messer 12, so dass die Abstützung des Formteils 9 optimal ist. Der teilweise umformte Niederhalter 13 ist vorteilhafterweise schwenkbar ausgeführt, damit der verbleibende Kunststoffabschnitt nach dem Schnittvorgang abgestreift werden kann.
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Es ist erfinderisch vorgesehen, die Vorrichtung zum Verformen und Verschweißen von zwei erwärmten Platten 3 oder zwei erwärmten Abschnitten aus thermoplastischem Kunststoff zu mindestens einem Formteil 9, aufweisend eine Formstation mit einer Heizung 5 zur Erwärmung von zwei Platten 3 aus thermoplastischem Kunststoff oder zwei erwärmten Abschnitten von Kunststofffolie 2, einem oberen Formwerkzeug 10 und einem unteren Formwerkzeug 8, einem oberen Spannrahmen 4, einem Zwischenrahmen 7 und einem unteren Spannrahmen 6 zum Klemmen der erwärmten Platten 3 aus thermoplastischem Kunststoff oder der erwärmten Abschnitten von Kunststofffolie 2, erste Messer 11 zum Austrennen des mindestens einen Formteils 9 aus den Platten 3 oder der Kunststofffolie 2 entlang der Außenkontur der Längsseiten des mindestens einen Formteils 9, so auszubilden, das obere Formwerkzeug 11 oder das untere Formwerkzeug 8 zweite Messer 12 zum Einbringen von Schnitten durch das Formteil 9, die im wesentlichen quer zur Außenkontur des Formteils 9 verlaufen und der Zwischenrahmen 7 mindestens einen Niederhalter 13 zur Abstützung mindestens einen Abschnitts des mindestens einen Formteils 9 während des Schnittvorgangs aufweist.
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Weiterhin ist es erfinderisch vorgesehen, das Verfahren zum Verformen und Verschweißen von zwei erwärmten Platten oder zwei Folienbahnabschnitten aus thermoplastischem Kunststoff zu mindestens einem Formteil, wobei die Platten oder Folienbahnabschnitte durch eine Heizeinrichtung erwärmt werden, durch das obere Formwerkzeug und untere Formwerkzeug verformt und an Abschnitten zu mindestens einem Formteil verschweißt werden und von ersten Messern entlang der Außenkontur der Längsseiten des mindestens einen Formteils aus den Platten oder Folienbahnabschnitten ausgetrennt werden, so auszubilden, dass mindestens ein zweites Messer 12 mindestens einen Schnitt in das mindestens eine Formteil 9 im Wesentlichen quer zur Außenkontur des Formteils 9 einbringt, wobei mindestens ein Niederhalter 13 mindestens einen Abschnitt des mindestens einen Formteil 9 beim Schnittvorgang abstützt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kunststofffolienrolle
- 2
- Kunststofffolie
- 3
- Platte
- 4
- Oberer Spannrahmen
- 5
- Heizung
- 6
- Unterer Spannrahmen
- 7
- Zwischenrahmen
- 8
- Unteres Formwerkzeug
- 9
- Formteil
- 10
- Oberes Formwerkzeug
- 11
- Erstes Messer
- 12
- Zweites Messer
- 13
- Niederhalter
