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Maschine zum Verformen von Platten und Folien aus thermoplastischem
Kunststoff zu einseitig offenen Hohlkörpern nach Art einer Schale, eines Topfes
od. dgl. mittels eines als Modell ausgebildeten Stempels Die Erfindung bezieht sich
auf eine Maschine zum Verformen von Platten oder Folien aus einem thermoplastischen
Kunststoff.
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Es sind Maschinen bekannt, die Folien und Platten aus thermoplastischem
Kunststoff, nachdem diese aufgeheizt und verformbar gemacht worden sind mittels
Vakuum verformen. Dies geschieht meist in der Weise, daß die Folien oder Platten
auf eine Konkavform gespannt werden und die unter dem Material befindliche Luft
abgesaugt wird. Hierbei drückt die atmosphärische Luft die Folie in die Form zur
satten Anlage.
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Die kalt gehaltene Form kühlt die Folie in kurzer Zeit ab, wodurch
die normale Festigkeit des Materials wiederhergestellt wird und das Stück entformt
werden kann.
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Diese Art der Verformung hat ihre Grenzen in der progressiven Verdünnung
des, Materials. Diese liegen, z. B. bei einem topfähnlichen Modell, bei einem Verhältnis
des Durchmessers zur Tiefe von etwa 1 : 0,4.
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Außer bei dem bekannten Positivverfahren tritt eine verhältnlismäßig
große Ungleichmäßigkeit in den Wanddicken auf, vornehmlich bei kastenförmigen Stücken
(Boden dick, Seitenwände dünn). Hierbei wird ein Konvexmodell in die in einem Rahmen
aufgeheizte Folie hineingedrückt und durch Vakuum bzw. atmosphärische Luft zur Formanlage
gebracht. Diese Maschinen arbeiten mit einem hydraulisch betätigten Kolben, der
zumeist auf einen Fixhub eingestellt ist.
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Die Folie wird in einem frei gehaltenen Rahmen aufgenommen. Hierbei
ist es erforderlich, daß zur Verhütung von Unfällen die gesamte Anordnung mit einem
Gitter versehen wird, welches den Raum an der Maschine sehr beengt. Es ist ferner
eine Maschine bekanutgeworden, mit der einzelne Becher hergestellt werden sollen.
Hierbei tritt jedoch nur eine geringfügige Durchwölbung der Folie nach oben auf,
so daß das Problem einer ungleichmäßigen Materialstärke bei der Verarbeitung praktisch
nicht auftritt. Schließlich ist eine Maschine zur Verformung von thermoplastischen
Platten oder Folien bekanntgeworden, bei welcher der den zur Verformung dienende
Formstempel tragende Kolben in einem luftdicht abgeschlossenen Raum ein- und ausfahrbar
ist, der auf einer Seite durch das zu verformende Material begrenzt ist und mit
einer Druckquelle in Verbindung steht. Mit dieser Maschine wird jedoch kein Vakuumverfahren,
sondern ein Schrumpfungsverfahren durchgeführt, für das sich nur ganz bestimmte
Kunststoffarten, und zwar praktisch nur Polymethacrylsäuremethylester, eignen.
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Andere Materialien, wie Polyamide u.,dgl., weisen unmöglich Schrumpfungseigenschaften
wie Polymethacrylsäuremethylester auf, so daß diese auf einer solchen Maschine nicht
verarbeitet werden können.
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Bei der älteren Maschine wird nach dem Einpressen
der Druckluft und
dem Anheben des Stempels diese durch einen besonderen Hahn wieder abgelassen, und
die aufgeblasene Folie schrumpft auf Grund der besonderen Materialeigenschaften
so zusammen, daß sie sich an den Stempel anschmiegt.
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Bei der neuen Maschine trägt der Formstempel an seiner Unterseite
eine ringförmige Auflagefläche, mit der er, wenn er die Bewegung gegen die zu verformelde
Folie ausgeführt -hat und am Ende seines Arbeitshubes ist, sich gegen eine vorspringende
Kante des als Kasten ausgebildeten, luftdicht abgeschlossenen Raumes dichtend anlegt.
Ferner ist der Formstempel an eine busftabsaugeeinrichtung angeschlossen, und die
Zu- bzw. Ableitung der Druckquelle der Maschine ist mit der der Absaugeeinrichtung
vereinigt. Das auf dieser Maschine durchzuführende Verfahren verläuft demnach im
Gegensatz zu der vorher erwähnten bekannten Maschine als Vakuumverfahren.
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Zunächst ist nämlich nur ein Raum vorhanden, der durch einen Kasten
gebildet wird, in dem sich der Stempel befindet und der durch die zu verformende
Folie abgeschlossen ist. Dieser Raum wird nun Druckluft gefüllt und die Folie aufgeblasen,
um die Oberfläche der zu formenden Folie zu vergrößern, d. h. der Oberflächengröße
des Stempels anzugleichen, und bei der damit gleichzeitig erreichten Dehnung der
Folie eine möglichst gleichmäßige Wandstärkendicke zu erhalten. Danach wird der
Stempel hochgefahren und ein zweiter luftdicht abgeschlossener Raum zwischen Stempeloberfläche
und Folie gebildet. Dieser zweite Raum wird nun durch Umschalten der Zuleitung von
der Druckquelle auf eine Unterdruckquelle ausgepumpt, es wird also in diesem Raum
ein Vakuum
gebildet, so daß sich die Folie an den Stempel anschmiegt,
wobei selbstverständlich der Stempel auch konkave Flächen aufweisen kann. Auf diese
Weise kann man mit der neuartigen Maschine Folienmaterial verarbeiten, das praktisch
keine Schrumpfungseigenschaften aufweist. Beim Herstellen beispielsweise eines Behälters
wird dessen Boden bei der Vorverarbeitung in solchem Maße verdünnt, daß mit der
restlichen Verdünnung eine tragbare Gleichmäßigkeit des gesamten Kunststoffteiles
erreicht wird.
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Durch die Anwendung der neuartigen Maschine ist es nicht mebr wie
bisher erforderlich, daß wesentlich größere Zuschnitte an Platten- oder Folienmaterial
benutzt werden müssen, um eine tragbare Gleichwandigkeit zu erhalten.
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Das Besondere des Gegenstandes der Erfindung liegt, wie oben erwähnt.
in dem luftdicht abgeschlossenen Raum, der durch einen Kasten gebildet ist. Dieser
Kasten ist auf der einen Seite lösbar mit einer Tischplatte und auf der anderen
Seite mit einem Spannrahmen zur Aufnahme des zu verformenden AIaterials verbunden,
wobei der den Stempel tragende Kolben luftdicht durch die Tischplatte geführt ist.
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Durch diese Anordnung ist eine Verletzung des Bedienungspersonals
durch Unachtsamkeit von vorher ein völlig ausgeschlossen. Außerdem ist der Formstempel
durch den Kasten vor jeder Beschädigung geschützt.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Kolben mit einer Schraubenspindel
gekuppelt, die mit einem Antrieb in Verbindung steht. Gegenüber den ölhydraul i
sch betriebenen Maschinen bietet dieses neue Alerkmal die im folgenden umrissenen
Vorteile: Während des Vakunmziehens ist es unvermeidbar, daß auch durch Dichtungen
hindurch die Luft aus dem Kastenraum abgesaugt wird. Dabei wird die äußere Atmosphäre
insofern wirksam. als der Kolben von oben eine hohe Zusatzlast erhält. Bei hydraulisch
arbeitenden Anlagen muß der Zylinder so dimensioniert sein, daß er diesen maximalen
Drücken standhält, während zur Verformung der Folie nur ein Bruchteil der Kraft
benötigt wird. Bei Verwendung einer Schraubenspindel kann jedoch der Motor einschließlich
aller Übertragungselemente auf die Kraft, die zur Verformung der Folie erforderlich
ist, abgestimmt sein, während nur die Spindel so stark ausgelegt wird, um im Stillstand
den Erfordernissen dieser Zusatzlast standzuhalten. Hierbei ist die Spindel so ausgebildet.
daß sie reibungstechnisch an der Grenze der Selbsthemmung liegt und durch zusätzljche
Drücke keine rückläufige Bewegung ausfährt.
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Es können mithin Motorkraft, Motorausstattung und Übertragungselement
sehr sparsam dimensioniert sein, und sie werden dennoch allen Erfordernissen beim
Betrieb Rechnung tragen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Teil einer
Maschine gemäß der Erfindung, in welchem die Verformung stattfindet, Fig. 2 bis
5 vier Stadien des Verformungsverfahrens mit der Maschine gemäß Fig. 1, Fig. 6 das
Unterteil der Maschine gemäß Fig. 1, den Antrieb veranschaulichend.
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Auf der Tischplatte 1 einer Maschine zur Verformung von thermoplastischen
Platten oder Folien ist ein Kasten 2 unter Zwischenschaltung von Dichtungen 3 durch
Schienen 4 od. dgl. Iösbar aufgespannt.
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Die Oberseite des Kastens ist durch einen Rahmen 5
unter Zwischenschaltung
einer Dichtung 6 abgedeckt, der zur Aufnahme des zu verformenden Materials, beispielsweise
der thermoplastischen Platte 7, dient.
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Im Innern des Kastens befindet sich der Forinstemperl 8, der nach
oben durch die Öffnung9 des Rahmens 5 zur Durchführung der Verformungsarbeit ausfahrbar
ist. Der Stempel 8 sitzt auf dem Kolben 10, der luftdicht durch die Tischplatte
1 in dem Innenraum des Kastens 2 ein- und ausfahrbar ist. Zwischen dem Stempel 8
und dem Oberteil des Kolbens 10, der einen axial verlaufenden Kanal 11 zur Luftzuführung
enthält, ist eine Distanzscheibe 12 od. dgl. zwischengeschaltet, die eine Verbindung
vom Kanal 11 zu dem Innenraum des Kastens 2 und umgekehrt bildet. Ferner befindet
sich im Bereich der Verbindung des Stempels mit dem Kolben eine ringförmige Auflagefläche
13, die bei nah, oben ausgefahrenem Stempel mit einer Dichtung 14 an dem Rahmen
5 zusammenwirkt. Um zu verhindern, daß in dieser Stellung des Stempels Luft von
dem Innenraum des Kastens 2 zu dem Kanal 11 des Kolbens gelangt, ist zwischen der
die Anlagefläche 13 bildenden Scheibe 15 und dem Kolbenflansch 16 eine weitere Dichtung
17 eingeschaltet.
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Die Verformungsarbeit mit der beschriebenen Einrichtung verläuft
schrittweise, wie es in den Fig. 2 bis 5 veranschaulicht ist.
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Fig. 2 veranschaulicht die Ausgangsstellung, in welcher sich der
Stempel 8 im Innern des Kastens 2 in seiner untersten Stellung befindet. Die in
dem Rahmen 5 eingespannte, zu verformende Platte 7 ist noch unverformt. Nunmehr
wird gemäß Fig. 3 Druckluft in Pfeilrichtung 18 durch den Kanal 11 des Kolbens 10
über die Distanzscheibe 12 in den Innenraum des Kastens 2 geleitet, der eine Vorstreckung
der Platte 7, wie in der Zeichnung angedeutet, bewirkt. Nunmehr wird gemäß Fig.
4 der Kolben nach oben bewegt, und der Stempel 8 gelangt unter weiterer Verformung
der Platte 7 durch die (Sffnung 9 des Rahmens 5 in seine obere Endstellung. Die
Druckluft wird nunmehr abgelassen und anschließend das Vakuum eingestellt, so daß
die sich noch innerhalb der Platte 7 befindliche Luft gemäß Fig. 5 über die Distanzscheibe
12 und den Kanal 11 in den Kolben 10 in Pfeilrichtung 19 abgesaugt wird und die
Plätte 7 ihre endgültige Form annimmt.
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Wie aus der Fig. 6 zu erkennen ist, arbeitet der Kolhen 10 innerhalb
eines luftdichten Zylinders 20 und wird durch eine Schraubenspindel 21 zur Auf-
und Abbewegung angetrieben. Die Schraubenspindel 21 steht über ein Getriebe 22 mit
dem Antriebsmotor 23 in Verbindung. Der Zylinder 20 besitzt einen Anschluß 24 für
eine Luftleitung, die über ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Dreiwegeventíl
mit einer Unter- oder Überdruckwelle in Verbindung steht.
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Der Antriebsmotor ist zweckmäßig als Bremsmotor ausgebildet, der
in dem Augenblick, wenn die Auflagefläche 13 die Dichtung an dem Rahmen 5 berührt,
einen Widerstand findet und über ein Uberstromrelais den Motorschütz abschaltet
und kurzzeitig abbremst.
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Man ist bei dieser Anordnung nicht an einen festen Stempelhub gebunden,
sondern er stellt sich selbsttätig je nach verwendeter Kastenhöhe ein.
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Ferner ist es zweckmäßig, zwischen dem Motor und der Spindel eine
verstellbare Rutschkupplung 25 vorzusehen, die den Bremsweg des Motors in Anpassung
an die Größe des Dichtdruckes kompensiert.
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Wenn der Stempel 8 bzw. der Kolben 10 in seine Tiefststellung gebracht
und durch den elektrischen Antrieb
in dieser Stellung gehalten
ist, entspricht die Arbeitsfläche einem normalen Arbeitstisch bei abgenommenem Stempel;
der Tisch weist ein Luftabsaugloch auf und bietet so die Möglichkeit, beliebige
Formen zur Negativverformung aufzubauen, ohne daß durch die vorher beschriebenen
Einrichtungen zur Positivverformung die Arbeitsfläche im geringsten eingeschränkt
wird.
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PbTENTANSPROCHE: 1. Maschine zum Verformen von Platten und Folien
aus organischem thermoplastischem Kunststoff zu einseitig offenen Hohlkörpern nach
Art einer Schale, eines Topfes od. dgl., bei der ein als Modell des herzustellenden
Hohlkörpers ausgebildeter Stempel von einem Kolben angetrieben, in einem Kasten
verschiebbar angeordnet ist und die zu verformende Platte bzw. Folie über die Offnung
des Kastens wie eine luftdichte Abdeckung gespannt wird, woraufhin dieser Raum mittels
einer an ihn anschließbaren Druckquelle unter Überdruck gesetzt und die vorher erwärmte
Platte bzw.
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Folie hierdurch vorgeformt und dann gegen den Stempel zur Anlage
gebracht wird, nachdem er der vorgeformten Platte bzw. Folie genähert worden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Formstempel an seiner Unterseite eine umlau,fende
Auflagefläche trägt, mit welcher er sich am Ende seines Arbeitshubes gegen eine
vorspringende Kante des Kastens dichtend anlegt, und der Stempel in an sich bekannter
Weise an eine Luftabsaugeeinrichtung angeschlossen ist, wobei vorzugsweise die Zu-
bzw. Ableitung der Druckquelle und die der Absaugeeinrichtung vereinigt sind.