DE112016006715T5

DE112016006715T5 - Vorrichtung, Formaufbau und Verfahren zum Thermoformen eines Produkts aus einem Kunststofffilm

Info

Publication number: DE112016006715T5
Application number: DE112016006715.1T
Authority: DE
Inventors: Antoni Bosch
Original assignee: Bosch Sprang BV
Current assignee: Kiefel GmbH
Priority date: 2016-04-05
Filing date: 2016-04-05
Publication date: 2018-12-20
Also published as: US20190016038A1; EP3439851A1; WO2017176110A1; US11155022B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Thermoformen eines Produkts aus einem Kunststofffilm. Die Erfindung betrifft weiter einen Gießformaufbau der in einer solchen Vorrichtung verwendet wird.Gemäß der Erfindung wird der Film zwischen den Teilen der Form auf primäre und sekundäre Art geklemmt. Das Formverfahren kann hierdurch in mehr oder weniger unabhängige Zonen unterteilt werden. Verschiedene Formtechniken, wie positive oder negative Formtechniken, können in den verschiedenen Zonen angewandt werden. Dies ermöglicht es, die Vorteile der beiden Techniken in einem Formverfahren zu verbinden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Thermoformen eines Produkts aus einem Kunststofffilm. Die Erfindung betrifft weiter einen Gießformaufbau der in einer solchen Vorrichtung verwendet wird.
Thermoformen ist ein bekanntes Verfahren. Es nutzt die Tatsache, dass bei ausreichender Erhitzung die Form thermoplastischer Materialien, wie zum Beispiel Polypropylen (PP), Polystyrol (PS) oder Polyethylen (PET) verändert werden kann.
Eine typische Thermoformvorrichtung zum Formen des erhitzten Materials umfasst zwei Gießformteile, eine obere und eine untere Form, wobei das erhitzte Kunststoffmaterial vorzugsweise in Form eines Films zwischen beiden Gießformen eingebracht wird.
Wenn die Formteile zueinander bewegt wurden, wird das Kunststoffmaterial in die Formhohlräume der Gießform eingebracht, wahlweise durch eine Vorstreckvorrichtung. Eine Vorstreckvorrichtung wird in Produkten mit vorgegebener Höhe verwendet, um eine gute Materialverteilung zu erzielen. Dann wird ein erhöhter Druck ausgeübt, um den Kunststoff gegen die Wand und die Basis des Formhohlraums zu pressen. Der Boden und die Wand des Formhohlraums werden als Formteile bezeichnet. Da die Wand und der Boden des Hohlraums bei relativ niedriger Temperatur gehalten werden, nimmt der Kunststoff eine feste Form an. Die Kombination aus oberer und unterer Form umfasst normalerweise eine Vielzahl von Formhohlräumen.
Mit dem betreffenden Thermoformverfahren werden verschiedene Produkte geformt, wie zum Beispiel Kunststoffbecher, Deckel, Blumentöpfe und Verpackungsbehälter.
Im Stand der Technik wird ein Formaufbau mit Formteilen in nur einem Teil der Form konstruiert. Dieses Formteil kann entweder die untere oder die obere Form sein.
Nach dem Stand der Technik kann ein Produkt negativ oder positiv geformt werden. Beim Negativformen, das in 1 gezeigt ist, wird ein Film zwischen einer oberen Form 2 und einer unteren Form 3 eingebracht. In der oberen Form 2 ist eine Vorstreckvorrichtung 4 untergebracht, die den Film 1 durch eine Abwärtsbewegung in ein Formteil 5 in der unteren Form 3 hineinpresst. Über eine Leitung 6 wird außerdem Druckluft eingebracht, um den Film 1 gegen die Wand des Formteils 5 zu pressen. Die Luft, die zwischen dem Formteil 5 und dem Film 1 eingeschlossen ist, kann über die Ablassleitung 7 abgelassen werden.
Beim Positivformen, dass in 2 gezeigt ist, wird ein Film 1 zwischen einer oberen Form 2 und einer unteren Form 3 eingebracht. Der Film 1 wird hier über einem Formteil 5 angeordnet. Auch hier kann Druckluft über eine Leitung 6 zugeführt werden und eingeschlossene Luft kann den Raum über eine Ablassleitung 7 verlassen.
Beim Positivformen ist die Innenseite des Produkts von der Form des Formteils abhängig. Beim Abkühlen des Films zieht er sich leicht zusammen, wodurch der Film sehr eng am Formteil anliegt. Folglich kann die Innenseite des Produkts auf präzise Art und Weise geformt werden.
Beim Negativformen ist die Außenseite des Produkts von der Form des Formteils abhängig. Das Produkt kann auch von einer Komponente in der Form, wie zum Beispiel einem Niederhalterelement, der sich in einem anderen Teil der Form befindet, als das Formteil gepresst oder kalibriert werden. Druckluft kann auch verwendet werden, um den Film gegen das Formteil zu bewegen. Mit dieser Technik ist es möglich, die Außenseite des Produkts genauer zu formen.
Ein Vorteil des Negativformens besteht darin, dass mit diesen Verfahren eine wohl definierte Materialverteilung im geformten Produkt erzielt werden kann. Dieses Verfahren kann zum Beispiel angewandt werden, um relativ hohe Deckel mit relativ kostanter Wanddicke zu formen.
Ein Deckel wird häufig verwendet, um einen Becher zu verschließen, so dass ein geschlossener Behälter besteht, zum Beispiel um heiße Getränke darin zu halten. Die Innenseite des Deckelrandes bestimmt hier die Passform auf dem Becher. Abweichungen in der Filmdicke haben daher eine Wirkung auf den Sitz des Deckels auf dem Becher. Da häufig ein genauer Sitz erforderlich ist, besonders im Fall eines Bechers mit heißer Flüssigkeit sind Abweichungen beim Sitz des Deckels unerwünscht.
Bei einem Deckel mit vordefinierter Höhe ist Negativformen in Kombination mit einer Vorstreckvorrichtung empfehlenswert, um so eine gute Materialverteilung zu erzielen. Eine gute Materialverteilung ist wünschenswert, um ein Produkt mit guter Qualität zu formen, wobei das Produkt mit der geringstmöglichen Menge an Film geformt werden kann.
Ein Nachteil des Negativformens besteht darin, dass der Film dazu neigt, sich während des Abkühlens nach innen fort vom Formteil zusammenzuziehen, wodurch der Film sich schwächer abkühlt und eine bestimmte Restwärme im Film verbleibt. Aufgrund dieser Restwärme zieht sich das Produkt noch weiter zusammen, das das Formen des Randes beeinflusst. Dies hat dann eine negative Auswirkung auf die endgültige Größe des Deckelrandes und auf seinen Sitz.
Es kann daher empfehlenswert sein, einen Deckel positiv zu formen, um so den Deckelrand wirksamer zu formen als beim Negativformen, da der Film sich eng um das Formteil zusammenzieht und sich dabei abkühlt. Beim Positivformen hat der Unterschied in der Filmdicke keine Auswirkung auf die Innenseite des Deckels und auf den Sitz des Deckels auf dem Becher.
Ein Nachteil des Positivformens besteht jedoch darin, dass beim Platzieren des Films um oder über das Formteil der Film bereits in Kontakt mit diesem Formteil kommt. Das heißt, dass der Film sich während der Positionierung abkühlt, wodurch es schwieriger wird, eine gute Materialverteilung zu erzielen. Der Teil des Films, der zuerst in Kontakt mit dem Formteil kommt, ist normalerweise der dickste. Um dieses Problem zu umgehen, wird normalerweise eine relativ große Menge an Filmmaterial verwendet, um eine bestimmte Minimaldicke des Deckels zu gewährleisten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Lösung bereitzustellen, die es ermöglicht, die positiven Eigenschaften von Negativ- und Positivformen zu kombinieren. Genauer gesagt, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mit der ein Produkt, wie zum Beispiel ein Deckel, mit einem zumindest lokal präzise definierten Innenmaß hergestellt werden kann, wobei ein Minimum an Filmmaterial benötigt wird.
Eine Vorrichtung zum Thermoformen eines Produkts gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus WO 2014/112876 A2 bekannt.
Nach einem ersten Aspekt wird dieses Ziel erreicht mit Hilfe einer Thermoformvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ein erstes Teil einer Gießform, ausgestattet mit einem ersten Formteil, umfasst, wobei dieses erste Formteil ausgebildet ist, um einen ersten Teil des Produkts zu bilden. Die Vorrichtung umfasst weiter ein zweites Teil der Gießform, das mit einem zweiten Formteil ausgestattet ist, wobei das zweite Formteil ausgebildet ist, um einen zweiten Teil des Produkts zu bilden, der integral mit dem ersten Teil verbunden ist, wobei das erste Formteil und das zweite Formteil zusammenwirken können, um eine sekundäre Klemmung des Films zu ermöglichen. Das erste und das zweite Teil der Form sind relativ zueinander beweglich, um eine primäre Klemmung von Kunststofffilm zu ermöglichen, der zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der Form in einem Abstand vom ersten und vom zweiten Formteil angeordnet ist. Die Vorrichtung umfasst weiter ein Drucksystem, das ausgebildet ist, um einen ersten Druckunterschied auf den Kunststofffilm auszuüben, der sich zwischen der primären und sekundären Klemmung befindet, um den Kunststofffilm zum zweiten Formteil zu bewegen, und um einen zweiten Druckunterschied auf den Kunststofffilm auszuüben, der in der zweiten Klemmung positioniert ist, um den Kunststofffilm zum ersten Formteil zu bewegen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird während des Formens eine primäre und sekundäre Klemmung genutzt. Der Formprozess kann hierbei in mehr oder weniger unabhängige Zonen unterteilt werden, nämlich eine erste Zone innerhalb der sekundären Klemmung und eine zweite Zone zwischen der primären und der sekundären Klemmung. In diesen Zonen kann eine andere Art des Formens, negativ oder positiv, angewandt werden. Dadurch wird es möglich, die positiven Eigenschaften der verschiedenen Formverfahren in einem einzigen Arbeitszyklus zu kombinieren. Die Erfindung schließt das Formen weiterer Zonen nicht aus. So könnte eine dritte Zone durch eine tertiäre Klemmung gebildet werden.
Gemäß der Erfindung umfasst der erste Teil der Form einen ersten Hohlraum, in den das erste Formteil platziert wird, und der zweite Teil der Form umfasst einen zweiten Hohlraum, in den das zweite Formteil platziert wird.
Gemäß der Erfindung werden das erste Formteil und/oder das zweite Formteil beweglich im ersten bzw. zweiten Hohlraum aufgenommen. Das erste Formteil und das zweite Formteil sind hier relativ zueinander beweglich, um die sekundäre Klemmung des Films durchzuführen. Die Vorrichtung umfasst weiter eine Steuereinheit zum Steuern der Relativbewegung des ersten und des zweiten Teils der Form und/oder der Relativbewegung des ersten und des zweiten Formteils. Die Steuereinheit ist hier konfiguriert, um zunächst die primäre Klemmung und dann die sekundäre Klemmung durchzuführen.
Die vorliegende Erfindung macht es möglich ein Produkt zu formen, wobei ein Teil des Produkts im ersten Teil der Form und ein anderer Teil des Produkts im zweiten Teil der Form geformt wird. Hier ist es möglich, einen Deckelrand positiv zu formen, so dass Schwankungen der Filmdicke den Sitz des Deckels nicht beeinflussen und eine bessere Klemmwirkung erzielt wird, und den Rest des Deckels negativ zu formen, um eine gute Materialverteilung zu erzielen, wodurch weniger Film benötigt wird.
Die oben erwähnte bekannte Vorrichtung hat nur ein gleichzeitiges Klemmen des Films. Dies steht im Gegensatz zu der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die eine primäre und eine sekundäre Klemmung aufweist. Die Formoberfläche kann hierdurch besser bestimmt werden, wodurch der Formprozess zuverlässiger wird. Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird es möglich, den Film zuerst zu klemmen und erst dann vorzudehnen. Diese Reihenfolge verhindert, dass Film, der eigentlich nicht verwendet werden sollte, in den Formhohlraum transportiert wird. Das Produkt, das mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung hergestellt wird, hat daher ein konstanteres Gewicht und konstantere Maße.
Ein weiterer Vorteil des primären und sekundären Klemmens gemäß der Erfindung betrifft die Verformung des Produkts. Bei der oben erwähnten Vorrichtung öffnet sich die Form, und das sekundäre Formteil wird daher gleichzeitig zur Klemmung nach oben geschoben. Ein Nachteil besteht darin, dass das Produkt am sekundären Formteil kleben bleibt. Das liegt daran, dass das Produkt sich um das positive sekundäre Formteil herum zusammengezogen hat. Das Produkt muss „verformt“ werden, oder es muss von dem sekundären Formteil gelöst werden. Gemäß der Erfindung wird dieses Verformungsproblem gelöst durch Bereitstellung eine primäre und eine sekundäre Klemmung, die separat voneinander aktiviert werden können. Gemäß der Erfindung, kann das sekundäre Formteil, über dem das Produkt positiv geformt wird, zuerst abgezogen werden. Dies ist möglich, da das Produkt noch durch die primäre Klemmung gehalten wird. Nachdem das sekundäre Formteil verformt wurde, kann auch die primäre Klemmung geöffnet werden, zum Beispiel indem es der Form ermöglicht wird, sich zu öffnen, und das Produkt kann ausgestoßen werden.
Thermoformungsfilm hat eine bestimmte Dickenschwankung. Indem das Klemmen des Films in einem Schritt durchgeführt wird, wie bei der bekannten Vorrichtung, erhöht sich die Gefahr, dass die Klemmung in Folge der Dickenschwankung des Films unzuverlässig wird. Dies kann zu einem Entweichen von Formluft führen. Indem das primäre und das sekundäre Klemmen separat angetrieben werden, kann das Klemmen zuverlässiger werden, was mehr Kontrolle über den Prozess verleiht, und wodurch das Produkt besser definiert ist.
Es ist möglich, dass das erste Formteil und das erste Teil der Form ein integrales Ganzes bilden. Es ist auch möglich, dass der zweite Teil der Form und das zweite Formteil ein integrales Ganzes bilden.
Nach dem sekundären Klemmen kann eine erste Kammer zumindest teilweise von dem zweiten Formteil und dem Kunststofffilm, der sich innerhalb der sekundären Klemmung befindet, begrenzt werden. Zusätzlich oder stattdessen kann nach dem primären und dem sekundären Klemmen eine zweite Kammer zumindest teilweise von dem ersten Formteil und/oder einer Wand des ersten Hohlraums und dem Kunststofffilm begrenzt werden, der sich zwischen der primären und der sekundären Klemmung befindet. Das Drucksystem kann konfiguriert sein, um einen Druckunterschied zwischen einem Druck in der ersten und in der zweiten Kammer und einem Druck auf einer anderen Seite des Films in der Position der ersten bzw. der zweiten Kammer auszuüben.
Der erste und der zweite Formhohlraum und genauer die Wände davon und das erste und das zweite Formteil selbst sind so ausgeführt, dass die erste und die zweite Kammer geformt werden können. Die erforderliche Kraft, mit welcher der Film zum betreffenden Formteil transportiert wird, kann in diesen Kammern vom Drucksystem geliefert werden.
Das Drucksystem kann die Kraft, die erforderlich ist, um den Film zu den Formteilen zu bewegen, mit Hilfe eines Systems zur Unterbringung eines gasförmigen Mediums unter Druck bereitstellen, wie zum Beispiel Druckluft in der ersten und/oder der zweiten Kammer. Eine im Wesentlichen druckdichte Form wird hier für die erste und/oder zweite Kammer empfohlen. Das Drucksystem kann für diesen Zweck einen oder mehrere Kanäle zur Beförderung des gasförmigen Mediums unter Druck an die erste und/oder zweite Kammer umfassen. Der eine oder die mehreren Kanäle zum Zuführen von gasförmigem Medium unter Druck an die erste Kammer können im zweiten Formteil und/oder einer Wand des zweiten Hohlraums angebracht sein. Weiter können der eine oder die mehreren Kanäle zum Zuführen von gasförmigem Medium unter Druck an die zweite Kammer im ersten Formteil und/oder einer Wand des ersten Hohlraums angebracht sein. Das Drucksystem kann auch einen oder mehrere Kanäle zum Ablassen von gasförmigem Medium, wie zum Beispiel Luft umfassen, die auf der anderen Seite des Films in der Position der ersten bzw. der zweiten Kammer eingeschlossen sind.
Der erste und der zweite Teil der Form können in einer ersten Richtung relativ zueinander beweglich sein. Das Produkt kann weiter eine Längsachse umfassen, die zumindest während des Formens des Produkts parallel zur ersten Richtung ist. In diesem Fall kann das Produkt einen inneren Teil mit Bezug auf die Längsachse und einen äußeren Teil umfassen, der integral mit dem inneren Teil verbunden ist. Der innere Teil kann hier dem ersten Teil und der äußere Teil dem zweiten Teil entsprechen. Der erste Teil kann zum Beispiel einen zentralen Teil des Produkts umfassen und der zweite Teil einen Randabschnitt, der integral damit verbunden ist. Der Randabschnitt kann hier den zentralen Teil vollständig umgeben.
In einer Ausführungsform ist das erste Formteil ausgebildet, um den ersten Teil des Produkts negativ zu formen, und das zweite Formteil ist ausgebildet, um den zweiten Teil des Produkts positiv zu formen. Das erste Formteil kann hier einen Formhohlraum zum Negativformen des ersten Teils des Produkts bestimmen.
Das zweite Formteil kann eine im Wesentlichen hohle Form haben. Dies ermöglicht es einer Wand des zweiten Formteils während der sekundären Klemmung über den Kunststofffilm in einen Anschlag einzugreifen, der in einer Wand des ersten Hohlraums geformt ist oder in einen Anschlag der im ersten Formteil geformt ist einzugreifen. Zusätzlich oder stattdessen kann das zweite Formteil auch eine hülsenartige Form haben. Die Wände des hülsenartigen zweiten Formteils können zumindest teilweise hier die Wände der ersten Kammer bilden.
Das erste Formteil kann ausgebildet sein, um das erste Teil negativ zu formen. Die Vorrichtung kann zudem eine Vordehnvorrichtung umfassen, die im zweiten Formteil beweglich aufgenommen ist. Diese Vordehnvorrichtung kann ausgebildet sein, um den Kunststofffilm während des Arbeitsvorgangs und vorzugsweise nach der primären und der zweiten Klemmung zum ersten Formteil hin zu bewegen. Die Vordehnvorrichtung und das zweite Formteil können sich hier unabhängig voneinander bewegen, wobei die Vordehnvorrichtung und das zweite Formteil vorzugsweise koaxial angeordnet sind.
Im Gegensatz zu der oben bekannten Vorrichtung umfasst eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Vordehnvorrichtung. Mit dieser Vordehnvorrichtung kann eine bessere Materialverteilung im Formhohlraum erzielt werden.
Das Drucksystem kann einen oder mehrere Kanäle zum Ablassen von gasförmigem Medium umfassen, das in der sekundären Klemmung zwischen dem Film und dem ersten Formteil und/oder zwischen der primären und der sekundären Klemmung und zwischen dem zweiten Formteil und dem Film eingeschlossen ist. Der eine oder die mehreren Kanäle zum Ablassen von gasförmigem Medium zwischen dem Film und dem ersten Formteil können in einer Wand des ersten Hohlraums und/oder im ersten Formteil untergebracht sein. Zusätzlich oder stattdessen können die einen oder mehreren Kanäle zum Ablassen von gasförmigem Medium zwischen dem Film und dem zweiten Formteil in einer Wand des zweiten Hohlraums und/oder im zweiten Formteil untergebracht sein. Diese Kanäle können mit einem Vakuumsystem verbunden sein. So ermöglicht es die Erfindung, dass der Film zu einem Formteil hin gesaugt und gepresst wird. Diese Techniken können ansonsten in Kombination angewandt werden.
Das erste Formteil und/oder das zweite Formteil können stationär sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung einen Formaufbau zum Thermoformen eines Produkts aus einem Kunststofffilm bereit, wobei der Formaufbau den ersten und den zweiten Teil, wie oben beschrieben, umfasst.
Gemäß einem dritten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Thermoformen eines Produkts aus einem Kunststofffilm bereit, das folgende Schritte umfasst:

Bereitstellen eines ersten Teils der Form, der ein erstes Formteil umfasst, wobei dieses erste Formteil ausgebildet ist, um einen ersten Teil des Produkts zu bilden;
Bereitstellen eines zweiten Teils der Form, der ein zweites Formteil umfasst, wobei dieses zweite Formteil ausgebildet ist, um einen zweiten Teil des Produkts zu bilden der integral mit dem ersten Teil verbunden ist;
Bewegen des ersten und des zweiten Teils der Form relativ zueinander, um eine primäre Klemmung eines Kunststofffilms durchzuführen, der zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der Form in einem Abstand von dem ersten und dem zweiten Formteil angeordnet ist;
Durchführen einer sekundären Klemmung des Films mit dem ersten Formteil und dem zweiten Formteil;
Ausüben eines ersten Druckunterschieds über den Kunststofffilm, der sich zwischen der primären und der sekundären Klemmung befindet, um den Kunststofffilm zum zweiten Formteil zu bewegen; und
Ausüben eines zweiten Druckunterschieds über den Kunststofffilm, der sich in der sekundären Klemmung befindet, um den Kunststofffilm zum ersten Formteil zu bewegen.

Der erste Teil der Form kann einen ersten Hohlraum umfassen, in den das erste Formteil platziert wird, und der zweite Teil der Form kann einen zweiten Hohlraum umfassen, in den das zweite Formteil platziert wird. Nach der zweiten Klemmung ist eine erste Kammer hier zumindest teilweise von dem zweiten Formteil und dem Kunststofffilm, der sich in der sekundären Klemmung befindet, begrenzt, und/oder nach der primären und der sekundären Klemmung ist eine zweite Kammer zumindest teilweise von dem ersten Formteil und/oder einer Wand des ersten Hohlraums und dem Kunststofffilm begrenzt, der sich zwischen der primären und der sekundären Klemmung befindet. Das Verfahren kann weiter das Ausüben eines Druckunterschieds zwischen einem Druck in der ersten und der zweiten Kammer und einem Druck umfassen, der auf einer anderen Seite des Films in der Position der ersten bzw. zweiten Kammer herrscht.
Das erste Formteil und/oder das zweite Formteil ist beweglich im ersten bzw. zweiten Hohlraum aufgenommen, und die erwähnte Durchführung des sekundären Klemmvorgangs umfasst das Bewegen des ersten und des zweiten Formteils relativ zueinander und das anschließende Klemmen des Films zwischen dem ersten und dem zweiten Formteil. Die Relativbewegung des ersten und des zweiten. Formteils wird hier nach Durchführung des primären Klemmvorgangs durchgeführt.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden detaillierter mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:

1 ein Beispiel für Negativformen zeigt;
2 ein Beispiel für Positivformen zeigt;
die 3A-3F eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen; und
4 ein Beispiel für ein Stanzverfahren ist, das in der Ausführungsform angewandt werden kann, die in den 3A-3F dargestellt ist.
3A zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform umfasst einen ersten Teil der Form, hier ausgeführt als untere Form 13 und einen zweiten Teil 12 der Form, hier ausgeführt als obere Form 12. Die untere und die obere Form 13, 12 sind relativ zueinander beweglich. Dies ermöglicht es, den Film 1 zu klemmen, wie in 3B dargestellt. Diese Klemmung wird als primäre Klemmung bezeichnet.

Die untere Form 13 umfasst einen ersten Hohlraum, in dem ein erstes Formteil 15 fest angeordnet ist. Die obere Form 12 umfasst einen zweiten Hohlraum, in dem ein zweites Formteil 20 beweglich angeordnet ist. Das zweite Formteil 20 hat hier die Form eines hohlen hülsenartigen Elements, welches an seiner Oberseite eine Öffnung bestimmt, in der eine Vordehnvorrichtung 14 beweglich aufgenommen ist.
Die Ablasskanäle 21 und die Druckluftzuführleitungen 16 befinden sich im Körper der oberen Form 12 genauer in einer Wand des zweiten Hohlraums. Die Druckluftzuführleitungen 22 befinden sich im Körper der unteren Form 13 genauer in einer Wand des ersten Hohlraums. Weiter sind Ablassleitungen 17 im ersten Formteil 15 selbst untergebracht.
Nachdem der erste Teil 13 der Form und der zweite Teil 12 der Form zueinander bewegt wurden, wie in 3B gezeigt, bewegen sich der zweite Teil 20 der Form und die Vordehnvorrichtung 14 zu dem ersten Formteil 15 (siehe 3C). Ein Endteil 30 des zweiten Formteils 20 wird hier an einem Anschlag 31 anliegen, der im ersten Formteil geformt ist, und an der Wand des ersten Hohlraums, wodurch der Film 1 erneut geklemmt wird (siehe 3D). Diese Klemmung wird als sekundäre Klemmung bezeichnet. Die Vordehnvorrichtung 14 transportiert den Film 1 in das erste Formteil 15.
Die primäre Klemmung resultiert in der Bildung einer ersten Kammer 23, die durch den Film 1 und das zweite Formteil 20 begrenzt ist (siehe 3C). Die sekundäre Klemmung resultiert in der Bildung einer zweiten Kammer 24 durch das erste Formteil 15, die Wand des ersten Hohlraums und den Film 1, der sich zwischen der primären und der sekundären Klemmung befindet (siehe 3D).
Im nächsten Schritt wird Druckluft über die Leitungen 16, 22 zugeführt. Hierdurch wird ein Überdruck in der ersten Kammer 23 und der zweiten Kammer 24 erzeugt. Der Film 1 wird hierdurch weiter in das erste Formteil 15 gepresst und wird auch an dem zweiten Formteil 20 anliegen (siehe die 3E und 3F). Das Formen nahe der ersten Kammer 23 basiert hier auf Negativformen, und das Formen nahe der zweiten Kammer 24 basiert auf Positivformen.
Da der Film 1 gegen das erste Formteil 15 und das zweite Formteil 20 gepresst wird, muss die Luft in dieser Position abgelassen werden. Dies kann mit Hilfe der Ablassleitungen 21, 23 durchgeführt werden. In einer anderen Ausführungsform sind diese Leitungen mit einer Vakuumpumpe verbunden. Auf die Druckluft kann wahlweise verzichtet werden, da die Vakuumpumpe genügend Überdruck in der ersten und zweiten Kammer erzeugt, indem sie den Raum auf der anderen Seite des Films evakuiert, um das Produkt zu formen.
Nach dem Formen und Abkühlen des Produkts werden das zweite Formteil 20 und die Vordehnvorrichtung 14 zurückbewegt, und die untere Form 13 und die obere Form 12 werden auseinanderbewegt. Der aufgebaute Überdruck in der ersten Kammer 23 und der zweiten Kammer 24 kann hier durch Belüftung wahlweise mit Hilfe der Leitungen 16, 22 reduziert werden.
Das Produkt wird im Allgemeinen nach dem Formen ausgestoßen. Dies kann zum Beispiel erreicht werden durch Versehen des ersten Formteils 15 mit einer beweglichen Formbasis an der Unterseite. In dem diese Formbasis nach oben bewegt wird, wird das Produkt ausgestoßen und kann weiterverarbeitet werden. Die Verwendung beweglicher Formbasen ist aus dem Stand der Technik bekannt.
Um die Produkte voneinander zu trennen, kann der Film 1 mit den darin geformten Produkten einem Stanz- oder Schneidvorgang unterzogen werden. Dieser Vorgang findet vorzugsweise direkt nach dem Formen statt, während das geformte Produkt sich noch im ersten Formteil 15 befindet. Zu diesem Zweck können bekannte Techniken angewandt werden, wie in 4 gezeigt. Zur besseren Verständlichkeit zeigt diese Figur nur das Stanzprinzip, und weitere Details des ersten Hohlraums 50 und des zweiten Hohlraums 51 sind weggelassen. Für den Fachmann wird offensichtlich sein, dass diese Technik mit den Ausführungsformen kombiniert werden kann, die in den 3A-3F dargestellt sind.
4 zeigt, dass die obere Form 12 Stanzmesser 40 umfasst. Weiter ist ein elastisch angeordneter Klemmrahmen 41 gezeigt, der sich zwischen der oberen Form 12 und der unteren Form 13 befindet. Das primäre Klemmen wird in diesem Fall vorgenommen, indem der Film 1 vom Klemmrahmen 41 in Folge der Relativbewegung zwischen der unteren Form 13 und der oberen Form 12 geklemmt wird. Dieser Klemmrahmen wird von der oberen Form 12 gepresst. Der Klemmrahmen 41 ist mit einer Feder 42 elastisch montiert. Wenn die obere Form 12 und die untere Form 13 zueinander bewegt werden, wird die Feder 42 zusammengepresst und übt eine Federkraft auf dem Klemmrahmen 41 aus, wodurch der Film 1 geklemmt wird. Ebenfalls bereitgestellt ist eine Dichtung 43, die gewährleistet, dass ein Überdruck oder Unterdruck in dem Raum hergestellt werden können, der durch den Klemmrahmen 41 begrenzt ist, um das Produkt aus dem Film 1 zu formen.
Nach dem Formen des Produkts führen die obere Form 12 und die untere Form 13 eine kleinen Schneidhub durch, indem sie sich zueinander bewegen. Hierdurch wird die Feder 42 noch weiter zusammengedrückt, und Stanzmesser 40 durchschneiden den Film 1. Dadurch werden die Produkte voneinander getrennt. Es ist anzumerken, dass die untere Form 13 mit einer Stanzplatte ausgestattet sein kann, die als Anschlag für die Stanzmesser 40 dient.
In einer anderen Ausführungsform (nicht dargestellt) werden ein Schneidnippel in der unteren Form und eine Schneidplatte in der oberen Form verwendet oder umgekehrt. Hier wird das erste oder das zweite Formteil in den Schneidnippel platziert. Die Produkte können dadurch getrennt werden, dass die obere Form und die untere Form nach dem Formen einen Schneidhub durchführen. Während dieser Bewegung bewegt sich die Schneideplatte entlang dem Schneidnippel, wodurch der Film zwischen diesen Elementen durchgeschnitten wird. Dieses Verfahren ist aus dem Stand der Technik bekannt und kann auch mit den Ausführungsformen in den 3A-3F kombiniert werden.
Oben werden die Ausdrücke „untere Form“ und „obere Form“ verwendet. Für den Fachmann wird offensichtlich sein, dass diese Ausdrücke nur zur Verdeutlichung dienen. Dies gilt auch für die Bewegungen, die von diesen Teilen der Form durchgeführt werden. Die Rollen der unteren Form und der oberen Form können vertausch werden. Es ist auch möglich eines dieser Teile der Form stationär auszuführen oder beide beweglich zu machen. Weitere Modifikationen sind für den Fachmann möglich ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der in den folgenden Ansprüchen definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2014/112876 A2 [0018]

Claims

Vorrichtung zum Thermoformen eines Produkts aus einem Kunststofffilm, die Folgendes umfasst: ein erstes Teil einer Gießform, das ein erstes Formteil umfasst, wobei dieses erste Formteil ausgebildet ist, um einen ersten Teil des Produkts zu bilden; ein zweites Teil der Gießform, das ein zweites Formteil umfasst, wobei dieses zweite Formteil ausgebildet ist, um einen zweiten Teil des Produkts zu bilden, welches integral mit dem ersten Teil verbunden ist, wobei das erste Formteil und das zweite Formteil zusammenwirken können, um ein sekundäres Klemmen des Films bilden; wobei das erste und das zweite Teil der Form relativ zueinander beweglich sind, um eine primäre Klemmung des Kunststofffilms zu leisten, die zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der Form in einem Abstand vom ersten und zweiten Formteil angeordnet ist; wobei die Vorrichtung weiter ein Drucksystem umfasst, das ausgebildet ist, um Folgendes auszuüben: einen ersten Druckunterschied über den Kunststofffilm, der zwischen der primären und der sekundären Klemmung angeordnet ist, um den Kunststofffilm zum zweiten Formteil zu bewegen; und einen zweiten Druckunterschied über den Kunststofffilm, der sich in der sekundären Klemmung befindet, um den Kunststofffilm zum ersten Formteil zu bewegen; wobei das erste Teil der Form einen ersten Hohlraum umfasst, in dem das erste Formteil platziert ist, und wobei das zweite Teil der Form einen zweiten Hohlraum umfasst, in dem das zweite Formteil platziert ist; dadurch gekennzeichnet, dass das erste Formteil und/oder das zweite Formteil beweglich im ersten bzw. zweiten Hohlraum aufgenommen ist/sind, wobei das erste Formteil und das zweite Formteil relativ zueinander beweglich sind, um die sekundäre Klemmung des Films zu leisten, wobei die Vorrichtung weiter eine Steuereinheit umfasst, um die Relativbewegung des ersten und des zweiten Teils der Form und die Relativbewegung des ersten und des zweiten Formteils zu steuern, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, um zuerst die primäre Klemmung und dann die sekundäre Klemmung durchzuführen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: nachdem die zweite Klemmung durchgeführt wurde, eine erste Kammer zumindest teilweise vom zweiten Formteil und vom Kunststofffilm, der sich in der sekundären Klemmung befindet, begrenzt ist; und/oder nachdem die primäre und die sekundäre Klemmung durchgeführt wurden, eine zweite Kammer zumindest teilweise vom ersten Formteil und/oder einer Wand des ersten Hohlraums und dem Kunststofffilm begrenzt ist, der sich zwischen der primären und der sekundären Klemmung befindet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Drucksystem ausgebildet ist, um einen Druckunterschied zwischen einem Druck in der ersten und zweiten Kammer und einem Druck auszuüben, der auf einer anderen Seite des Films in der Position der ersten bzw. zweiten Kammer vorherrscht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei das Drucksystem ein System zum Unterbringen eines gasförmigen Mediums unter Druck umfasst, wie zum Beispiel Druckluft in der ersten und/oder der zweiten Kammer.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei das Drucksystem einen oder mehrere Kanäle zum Zuführen des gasförmigen Mediums unter Druck an die erste und/oder zweite Kammer umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei der eine oder die mehreren Kanäle zum Zuführen von gasförmigem Medium unter Druck an die erste Kammer in dem zweiten Formteil und/oder in einer Wand des zweiten Hohlraums angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei der eine oder die mehreren Kanäle zum Zuführen von gasförmigem Medium unter Druck an die zweite Kammer im ersten Formteil und/oder in einer Wand des ersten Hohlraums angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß einem beliebigen der Ansprüche 3-7, wobei das Drucksystem einen oder mehrere Kanäle zum Ablassen von gasförmigem Medium umfasst, das auf der anderen Seite des Films in der Position der ersten bzw. zweiten Kammer eingeschlossen ist.
Vorrichtung gemäß einem beliebigen der obigen Ansprüche, wobei das erste Teil einen zentralen Teil des Produkts umfasst und wobei das zweite Teil einen Randabschnitt umfasst, welcher integral mit dem zentralen Teil verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei der Randabschnitt den zentralen Teil vollständig umgibt.
Vorrichtung gemäß einem beliebigen der obigen Ansprüche, wobei das erste Formteil ausgebildet ist, um den ersten Teil des Produkts negativ zu formen, und wobei das zweite Formteil ausgebildet ist, um den zweiten Teil des Produkts positiv zu formen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei das erste Formteil einen Formhohlraum zum Negativformen des ersten Teils des Produkts bestimmt.
Vorrichtung gemäß einem beliebigen der obigen Ansprüche, wobei das zweite Formteil eine im Wesentlichen hohle Form hat.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei eine Wand des zweiten Formteils während der sekundären Klemmung über den Kunststofffilm in einen Anschlag eingreift, der in einer Wand des ersten Hohlraums geformt ist oder in einen Anschlag eingreift, der im ersten Formteil geformt ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei das zweite Formteil eine hülsenartige Form hat.
Vorrichtung gemäß einem beliebigen der Ansprüche 13-15, wobei das erste Formteil ausgebildet ist, um den inneren Teil negativ zu formen, wobei die Vorrichtung weiter eine Vordehnvorrichtung umfasst, die beweglich im zweiten Formteil aufgenommen ist, wobei die Vordehnvorrichtung ausgebildet ist, um den Kunststofffilm während des Arbeitsvorgangs und nach dem primären und sekundären Klemmvorgang zu dem ersten Formteil hin zu bewegen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei die Vordehnvorrichtung und das zweite Formteil sich unabhängig voneinander bewegen können, wobei die Vordehnvorrichtung und das zweite Formteil vorzugsweise koaxial angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß einem beliebigen der obigen Ansprüche, wobei das Drucksystem einen oder mehrere Kanäle zum Ablassen von gasförmigem Medium umfasst, welches innerhalb der sekundären Klemmung zwischen dem Film und dem ersten Formteil eingeschlossen ist und/oder welches zwischen der primären und der sekundären Klemmung und zwischen dem zweiten Formteil und dem Film eingeschlossen ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei der eine oder die mehreren Kanäle zum Ablassen von Luft zwischen dem Film und dem ersten Formteil in einer Wand des ersten Hohlraums und/oder im ersten Formteil aufgenommen sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 18 oder Anspruch 19, wobei der eine oder die mehreren Kanäle zum Ablassen von Luft zwischen dem Film und dem zweiten Formteil in einer Wand des zweiten Hohlraums und/oder im zweiten Formteil aufgenommen sind.
Vorrichtung gemäß einem beliebigen der Ansprüche 18-20, wobei der eine oder die mehreren Kanäle zum Ablassen von Luft an ein Vakuumsystem angeschlossen sind.
Vorrichtung gemäß einem beliebigen der obigen Ansprüche, wobei das erste Teil der Form und/oder das zweite Teil der Form eine stationäre Form haben.
Formaufbau zum Thermoformen eines Produkts aus einem Kunststofffilm, die das erste Teil der Form und das zweite Teil der Form gemäß einem beliebigen der obigen Ansprüche umfasst.
Verfahren zum Thermoformen eines Produkts aus einem Kunststofffilm das Folgendes umfasst: Bereitstellen eines ersten Teils der Form, der ein erstes Formteil umfasst, wobei dieses erste Formteil ausgebildet ist, um einen ersten Teil des Produkts zu bilden; Bereitstellen eines zweiten Teils der Form, der ein zweites Formteil umfasst, wobei dieses zweite Formteil ausgebildet ist, um einen zweiten Teil des Produkts zu bilden, welches integral mit dem ersten Teil verbunden ist; Bewegen des ersten und des zweiten Teils der Form relativ zueinander, um eine primäre Klemmung eines Kunststofffilms, angeordnet zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der Form, in einem Abstand vom ersten und zweiten Formteil, zu bilden; Erzeugen einer sekundären Klemmung des Films durch das erste Formteil und das zweite Formteil; Anlegen eines ersten Druckunterschieds über den Kunststofffilm, der zwischen der primären und der sekundären Klemmung angeordnet ist, um den Kunststofffilm zum zweiten Formteil zu bewegen; und Anlegen eines zweiten Druckunterschieds über den Kunststofffilm innerhalb der sekundären Klemmung, um den Kunststofffilm zum ersten Formteil zu bewegen; dadurch gekennzeichnet, dass das erste Formteil und/oder das zweite Formteil beweglich im ersten bzw. zweiten Hohlraum aufgenommen sind, wobei das erwähnte Durchführen der sekundären Klemmung Folgendes umfasst: Bewegen des ersten und des zweiten Formteils relativ zueinander und anschließendes Klemmen des Films zwischen dem ersten und dem zweiten Formteil, wobei die Relativbewegung des ersten und des zweiten Formteils durchgeführt wird, nachdem die primäre Klemmung durchgeführt wurde.
Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei das erste Teil der Form einen ersten Hohlraum umfasst, in den das erste Formteil platziert wird, und wobei das zweite Teil der Form einen zweiten Hohlraum umfasst, in den das zweite Formteil platziert wird, wobei nach Durchführen der sekundären Klemmung eine erste Kammer zumindest teilweise vom zweiten Formteil und vom Kunststofffilm, der sich in der sekundären Klemmung befindet, begrenzt ist, und/oder wobei nach Durchführen des primären und der sekundären Klemmung eine zweite Kammer zumindest teilweise durch das erste Formteil und/oder eine Wand des ersten Hohlraums und den Kunststofffilm begrenzt ist, der sich zwischen der primären und der sekundären Klemmung befindet, wobei das Verfahren weiter das Anlegen eines Druckunterschieds zwischen einem Druck in der ersten und der zweiten Kammer und einem Druck auf einer anderen Seite des Films in der Position der ersten bzw. zweiten Kammer umfasst.