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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewegen einer Bahn von thermoplastischer Kunststofffolie durch eine Vorheizung zum Erwärmen einer Bahn von thermoplastischer Kunststofffolie.
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Stand der Technik
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Um den Einsatzbereich von Thermoformmaschinen auf Kunststofffolie mit schlechterem Wärmeübergang und höherer Wärmekapazität auszudehnen, wurden schon früh sogenannte Vorheizungen eingesetzt, die vor der Thermoformmaschine angeordnet sind. Die Vorheizungen übertragen eine erste Wärmemenge auf die Kunststofffolie, wobei diese Wärmemenge aber nicht ausreicht, um die Kunststofffolie zu verformen. Die Übertragung einer weiteren Wärmemenge bis zum Erreichen der Umformtemperatur der Kunststofffolie bleibt der Heizung in der Thermoformmaschine vorbehalten. Aus der Druckschrift
DE 93 16 266 U1 ist eine Vorheizung bekannt, bei der elektrisch beheizte Heizwalzen zum Einsatz kommen. Eine Kunststofffolie wird dabei so um die Heizwalze gelegt, dass sie an einem möglichst großen Teil des Umfangs der Heizwalze anliegt. Die Bewegung der Kunststofffolie erfolgt durch eine angetriebene Transportwalze, die achsparallel zur Heizwalze angeordnet ist, und die radial gegen die Heizwalze gedrückt wird und so durch eine Linienberührung zwischen Heiz- und Transportwalze die Kunststofffolie kraftschlüssig bewegt.
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Aus der Druckschrift
DE 25 44 042 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung dünnwandiger Gegenstände aus Kunststoff bekannt, bei dem die Kunststofffolie über drei beheizte Rollen in einem geschlossenen Maschinengehäuse geführt wird. Dabei sind Verfahren und Vorrichtung so ausgerichtet, dass nicht näher beschriebene Antriebe die Walzen bewegen. Bei Start- und Stoppvorgängen kommt es hierbei natürlich zu ungleichmäßiger Erwärmung, weil keine definierte Stelle mit einem ziehenden Walzenpaar vorgesehen ist. In einer besonderen Ausprägung mit drei Walzen ist es vorgesehen, dass jeweils die erste und die letzte Walze einen Quetschspalt mit der mittleren Walze bilden. Die Folie kann dadurch infolge der Ausdehnung durch die weitere Erwärmung von der mittleren Walze abheben und ihren Kontakt verlieren, wenn die Antriebe mit gleicher Geschwindigkeit angetrieben sind.
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Aus der Druckschrift
DE 33 11 988 C1 ist eine Vorheizeinrichtung zum Erwärmen einer Folienbahn aus thermoplastischem Kunststoff bekannt, bei der Kunststofffolie von einer Vorratswalze abgezogen wird durch eine Transportwalze in der Vorheizeinrichtung, welche durch drei Lichtschranken gesteuert wird. Durch eine Umlenkwalze wird sichergestellt, dass im Automatikbetrieb immer der gleiche Umschlingungswinkel der ersten Walze eingehalten wird. Um im Stillstand dem Abheben der Folie durch Ausdehnung der Folie vorzubeugen, ist eine Nachlaufeinrichtung vorgesehen, die im Stillstand durch eine kleine Bewegung der Transportwalze die Folie spannen soll. Durch den fehlenden Ausgleich des variierenden Beschleunigungsmomentes der Folienrolle kommt es zu variierenden Anpresskräften auf die Heizwalzen und damit zu ungleicher Aufheizung der Folie.
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Aus der Druckschrift
JP 2001 088 211 A ist eine Vorheizung und ein Verfahren zur Vorheizung von Kunststofffolien bekannt, wobei die Aufheizung durch eine beheizte Walze ergänzt wird durch ein Umwälzgebläse, das für eine gleichmäßige Verteilung der Temperatur in der Vorheizung sorgt. Die Folie wird durch einen Schlitz geführt und um eine erste Führungsrolle gelegt, bevor sie auf eine Heizwalze aufläuft. Die Bewegung der Kunststofffolie erfolgt durch das Anstellen einer Antriebsrolle gegen eine Gegendruckrolle, indem die Kunststofffolie zwischen den Rollen gefördert wird. Hinter dem Antrieb ist eine Vorratsschlaufe vorgesehen, bevor die Kunststofffolie über eine Umlenkrolle die Vorheizung verlässt.
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Aus der Druckschrift
GB 2 137 554 A ist eine Vorheizeinrichtung zum Erwärmen einer Folienbahn aus thermoplastischem Kunststoff vor einer Thermoformmaschine bekannt, bei der eine Materialbahnschlaufe in Stromrichtung der Materialbahn hinter der Vorheizeinrichtung vorgesehen ist. Diese Materialbahnschlaufe gewährleistet den Übergang von der kontinuierlichen Arbeitsweise der Vorheizeinrichtung zur diskontinuierlichen Arbeitsweise der Thermoformmaschine. Um die Förderleistung der Vorheizeinrichtung an die Abnahmeleistung der Thermoformmaschine anzupassen, schlägt die Druckschrift den Einsatz eines einstellbaren Regelgetriebes vor, mit der der konstant drehende Antriebsmotor des Vorschubs der Vorheizeinrichtung an den Bedarf der Thermoformmaschine an Material angepasst wird. Die Anpassung erfolgt über eine Messung der Tiefe der Schlaufe. Wird mittels Lichtschranken erkannt, dass die Tiefe der Schlaufe einen Grenzwert überschreitet, so wird der Antrieb kurzzeitig gestoppt und dann wieder in Betrieb gesetzt. In einer Weiterbildung wird ein Stellmotor vorgeschlagen, der das einstellbare Regelgetriebe mittels der Aussage der Lichtschranken an den jeweiligen Bedarf der Thermoformmaschine anpasst.
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Aus dem Stand der Technik ist die Kombination solcher Vorheizungen mit einer vorgeschalteten Abwickeleinrichtung bekannt, wobei eine Folienschlaufe zwischen der Abwickeleinrichtung und Vorheizung geschaltet ist, die eine kontinuierliche Bewegung der Kunststofffolie in der Vorheizung ermöglicht. Eine weitere Folienschlaufe in der Vorheizung ermöglicht den Übergang auf die diskontinuierliche Arbeitsweise einer nachgeschalteten Thermoformmaschine. Die gleichförmige Wärmeleitung von der Heizwalze auf die Kunststofffolie ist abhängig von einer ausreichenden Spannung in der Kunststofffolie, die um die mindestens eine Heizwalze gelegt ist. Die Spannung ergibt sich aus den Widerständen in den Lagerungen der mindestens einen Heizwalze und dem Gewicht in der Folienschlaufe. Insbesondere bei Start- und Stoppsituationen sowie bei der ständig variierenden Größe der Folienschlaufe ergibt sich eine variierende Spannung in der Kunststofffolie, die zu einer ungleichmäßigen Wärmeübertragung und damit zur ungleichmäßigen Erwärmung der Kunststofffolie führt. In der Vergangenheit wurden Anstrengungen unternommen um die Spannung in der Kunststofffolie zu erhöhen und zu vergleichmäßigen. Dazu zählen Maßnahmen wie gebremste Umlenkwalzen und ähnliches, die mit fest eingestellten Momenten arbeiten und so nicht auf die stark schwankenden Arbeitspunkte der Vorheizung reagieren können.
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Aufgabenstellung
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zum Bewegen einer Bahn von thermoplastischer Kunststofffolie durch eine Vorheizung zum Erwärmen einer Bahn von thermoplastischer Kunststofffolie so zu verbessern, dass die Wärmeübertragung von den Heizwalzen auf die Kunststofffolie gleichmäßiger erfolgt. Gelöst ist diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 4-angegebenen Maßnahmen. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus übrigen, im Unteranspruch genannten Merkmalen.
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Ausführungsbeispiel
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Vorgeschlagen wird, die Spannung, die in der Kunststofffolie herrscht, wenn die Kunststofffolie in der Vorheizung um die mindestens eine Heizwalze bewegt wird, konstant zu halten. Erreicht wird dies dadurch, dass die Bewegung der Kunststofffolie nicht allein durch eine Transportwalze, die nach der mindestens einen Heizwalze erfolgt, so wie es im Stand der Technik bekannt ist, sondern eine weitere Transportwalze, die vor der mindestens einen Heizwalze angeordnet ist. Die weitere Transportwalze sorgt zusammen mit der ersten Transportwalze für die Bewegung der Kunststofffolie mit konstanter Geschwindigkeit. Die Antriebe der Transportwalzen sind mit Möglichkeiten zur Regelung ausgerüstet und sorgen dafür, dass die Spannung in der Kunststofffolie konstant bleibt.
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Der Vorteil der Anordnung von zwei geregelten Transportwalzen liegt darin, dass eine Transportwalze die Kunststofffolie von der Folienrolle abzieht. Hierbei kann auf eine Folienschlaufe verzichtet werden, wenn die Folienrolle mit einer ausreichend dimensionierten Bremse ausgerüstet ist. Die Folienrolle kann in einer einfachen Abwickelvorrichtung gelagert werden, die näher an die Vorheizung platziert werden kann als eine Abwickelvorrichtung, die eine Folienschlaufe benötigt. Die andere Transportwalze weist eine Regelung auf, die es erlaubt, die Spannung in der Kunststofffolie konstant zu halten. In Abhängigkeit von der Steifigkeit und anderen Parametern der Kunststofffolie kann die Spannung an die Bedürfnisse der Kunststofffolie angepasst werden. Die Anpassung der Bewegungsgeschwindigkeit der Vorheizung an den Durchsatz der Thermoformmaschine erfolgt in bekannter Weise durch eine Folienschlaufe, deren Größe von Sensoren überwacht wird und wobei die Sensoren mit den Antriebsreglern der Transportwalzen kommuniziert, damit durch kleine Anpassungen der Bewegungsgeschwindigkeit der Kunststofffolie die Größe der Folienschlaufe annähernd konstant bleibt.
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Bei einem erforderlichen Stopp der Produktion wird die Bewegungsgeschwindigkeit der Kunststofffolie geregelt auf Geschwindigkeit Null gefahren, wobei die gewünschte Spannung in der Kunststofffolie konstant gehalten werden kann.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 Eine Vorheizung nach dem Stand der Technik
- 2 Eine Vorheizung nach der erfinderischen Idee
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1 zeigt eine Vorheizung nach dem Stand der Technik, wobei von einer Folienrolle 6 über einen Abwickelantrieb eine Kunststofffolie 2 abgewickelt wird. Die Kunststofffolie 2 bildet eine Folienschlaufe 8, deren Größe von nicht dargestellten Sensoren überwacht wird. Über Umlenkrollen gelangt die Kunststofffolie 2 in das Innere der Vorheizung 1 und wird um Heizwalzen 3 gelegt und von der Transportwalze 4, die gegen die Heizwalze 3 gedrückt wird, im Inneren der Vorheizung 1 so bewegt, dass sich zwischen der Transportwalze 4 und einer Umlenkrolle am Folienaustritt der Vorheizung 1 wiederum eine Folienschlaufe 8 bildet, die den Übergang zur diskontinuierlich arbeitenden Thermoformmaschine 5 bildet. In der Praxis werden Vorheizungen mit verschiedenen Anzahlen von Heizwalzen gebaut, in der Regel liegen die Anzahlen zwischen einer und vier Heizwalzen.
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2 zeigt eine Vorheizung nach der erfinderischen Idee, wobei von einer Folienrolle 6 eine Kunststofffolie 2 abgewickelt wird. Hierbei benötigt die Folienrolle 6 keinen eigenen Abwickelantrieb. Über eine Umlenkrolle wird die Kunststofffolie 2 einer Transportwalze 4 zugeführt, die im Zusammenwirken mit der achsparallelen Gegendruckwalze 7 die Kunststofffolie bewegt. Im Inneren der Vorheizung 1 wird die Kunststofffolie 2 um Heizwalzen 3 gelegt und von der zweiten Transportwalze 4, die gegen die Heizwalze 3 gedrückt wird, im Inneren der Vorheizung 1 so bewegt, dass sich zwischen der Transportwalze 4 und einer Umlenkrolle am Folienaustritt der Vorheizung 1 eine Folienschlaufe 8 bildet, die den Übergang zur diskontinuierlich arbeitenden Thermoformmaschine 5 bildet.
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Im Folgenden ist die Rede von verschiedenen Anordnungspositionen der Transportwalzen 4. Die Transportwalzen 4 können sowohl vor als auch nach der mindestens einen Heizwalze 3 angeordnet sein. Mit den Ortspräpositionen vor und nach ist gemeint, dass die Transportwalzen 4 im Sinne der Bewegungsrichtung der Kunststofffolie 2 vor der Umschlingung der mindestens einen Heizwalze 3 durch die Kunststofffolie 2 und nach der Umschlingung der mindestens einen Heizwalze 3 durch die Kunststofffolie 2 angeordnet sind.
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Die erfinderische Idee, die Kunststofffolie 2 durch zwei geregelte Transportwalzen 4 zu bewegen, ist äußerst flexibel gestaltbar. Die Bewegungsaufgabe kann in verschiedenen Ausprägungen durchgeführt werden, sodass entweder der Antrieb der außenliegenden Transportwalze 4 geschwindigkeitsgeregelt arbeitet und der Antrieb der innenliegenden Transportwalze 4 momentengeregelt oder umgekehrt. Weiterhin können auch die Antriebe von beiden Transportwalzen 4 geschwindigkeitsgeregelt ausgebildet sein, wobei dann die Geschwindigkeit der innenliegenden Transportwalze 4 eine geringfügig höhere Geschwindigkeit aufweist. Zum Anderen sind die Antriebe der Transportwalzen 4 sogar so auszuprägen, dass die Bewegungen gegenläufig sind, wenn mindestens ein Antrieb als Fluidantrieb wie ein Pneumatikmotor ausgebildet ist, der einen dauernden Schlupf verkraftet.
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Es ist erfinderisch vorgesehen, das Verfahren zum Bewegen einer Bahn von thermoplastischer Kunststofffolie 2 durch eine Vorheizung mit mindestens einer Heizwalze 3 und einer Transportwalze 4 zum Erwärmen einer Bahn von thermoplastischer Kunststofffolie 2 so zu gestalten, dass eine Transportwalze 4 vor der mindestens einen Heizwalze 3 und eine Transportwalze 4 nach der mindestens einen Heizwalze 3 die Bahn von thermoplastischer Kunststofffolie 2 gemeinsam so bewegen, dass die Bahn von thermoplastischer Kunststofffolie 2 eine konstante Folienspannung aufweist. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Antrieb der Transportwalze 4 drehzahlgeregelt ist. Ebenso ist es als Weiterbildung vorgesehen, dass der Antrieb der Transportwalze 4 momentengeregelt ist. Vorteilhaft ist auch, wenn der Antrieb der Transportwalze 4, die vor der mindestens einen Heizwalze 3 angeordnet ist, drehzahlgeregelt ist. Eine andere Weiterbildung sieht vor, dass der Antrieb der Transportwalze 4, die nach der mindestens einen Heizwalze 3 angeordnet ist, drehzahlgeregelt ist.
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Ebenso ist es erfinderisch vorgesehen, dass der Antrieb der Transportwalze 4, die vor der mindestens einen Heizwalze 3 angeordnet ist, momentengeregelt ist.
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Weiterhin ist es sinnvoll, wenn der Antrieb der Transportwalze 4, die nach der mindestens einen Heizwalze 3 angeordnet ist, momentengeregelt ist. Eine erfinderische Variante sieht vor, dass der Antrieb der Transportwalze 4, die vor der mindestens einen Heizwalze 3 angeordnet ist, drehzahlgeregelt ist und der Antrieb der Transportwalze 4, die nach der mindestens einen Heizwalze 3 angeordnet ist, momentengeregelt ist. Eine weitere Alternative sieht vor, dass der Antrieb der Transportwalze 4, die vor der mindestens einen Heizwalze 3 angeordnet ist, momentengeregelt ist und der Antrieb der Transportwalze 4, die nach der mindestens einen Heizwalze 3 angeordnet ist, drehzahlgeregelt ist. Ebenfalls ist es vorteilhaft, wenn der Antrieb der Transportwalze 4, die vor der mindestens einen Heizwalze 3 angeordnet ist, drehzahlgeregelt ist und der Antrieb der Transportwalze 4, die nach der mindestens einen Heizwalze 3 angeordnet ist, ebenfalls drehzahlgeregelt ist, wobei die Drehzahl der Transportwalze 4, die vor der mindestens einen Heizwalze 3 angeordnet ist, geringer ist als die Drehzahl der Transportwalze 4, die nach der mindestens einen Heizwalze 3 angeordnet ist. Es ist auch vorgesehen, dass die Transportwalze 4 vor der mindestens einen Heizwalze 3 die Bahn von thermoplastischer Kunststofffolie von der Folienrolle 6 abwickelt. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine zur Transportwalze 4 achsparallele Gegendruckwalze 7 radial so gegen die Transportwalze 4 vor der Vorheizung 1 drückt, dass die Transportwalze 4 vor der Vorheizung 1 im Zusammenwirken mit der Gegendruckwalze 7 die Bahn von thermoplastischer Kunststofffolie 2 kraftschlüssig bewegt.
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Die Vorheizung ist mit mindestens einer Heizwalze 3 und einer Transportwalze 4, ausgerüstet, die nach der Heizwalze 3 montiert ist zum Erwärmen einer Bahn von thermoplastischer Kunststofffolie 2 und umfasst ebenso eine weitere Transportwalze 4, der eine Gegendruckwalze 7 zugeordnet ist, die vor der mindestens einen Heizwalze 3 montiert ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Antrieb mindestens einer Transportwalze 4 als regelbarer Elektromotor ausgebildet ist. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn der Antrieb mindestens einer Transportwalze 4 als regelbarer Fluidmotor ausgebildet ist. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Antriebe der Transportwalzen 4 durch einen zentralen regelbaren Antrieb dargestellt sind, wobei der Antrieb zwei Abtriebe aufweist, die in ihrer Abtriebsdrehzahl unterschiedlich sind. Wobei es vorteilhaft ist, wenn die Drehzahl der Transportwalze 4, die vor der mindestens einen Heizwalze 3 angeordnet ist, geringer ist als die Drehzahl der Transportwalze 4, die nach der mindestens einen Heizwalze 3 angeordnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorheizung
- 2
- Kunststofffolie
- 3
- Heizwalze
- 4
- Transportwalze
- 5
- Thermoformmaschine
- 6
- Folienrolle
- 7
- Gegendruckwalze
- 8
- Folienschlaufe
