DE1132320B

DE1132320B - Verfahren und Vorrichtung zum Vakuumverformen von Folien in Blatt- oder Bahnform aus thermoplastischem Kunststoff unter Anwendung eines Vorstreckvorganges

Info

Publication number: DE1132320B
Application number: DET17146A
Authority: DE
Inventors: Alfons Thiel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1957-11-08
Filing date: 1959-08-31
Publication date: 1962-06-28
Also published as: NL129992C; US3283045A; NL255403A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Vakuumverformen von Folien in Blatt-oder Bahnform aus thermoplastischem Kunststoff unter Anwendung eines Vorstreckvorganges Zusatz zur Patentanmeldung T 14354 X 139 a2 (Auslegeschrift 1 126 590) Gegenstand der Hauptpatentanmeldung T 14384 X/ 59a2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vakuumverformung von Folien in Blatt- oder Bahnform aus thermoplastischem Kunststoff mittels eines oberhalb des Blattes bzw. der Bahn angeordneten, evakuierbaren Formwerkzeuges unter Anwendung eines Vorstreckvorganges, bei welchem die erhitzte zu verformende Folie in zufolge des Eigengewichtes durchhängendem Zustand unter das Formwerkzeug gebracht und unter Bildung eines Luftstaues ringsum mit einem Abstand vom Rand der nutzbaren Form gegenüber dem Formhohlraum abgedichtet wird und bei welchem an sich bekannte, mechanisch wirkende Streckhelfer entgegen dem Durchhang der Folie in den Luftstau und in den Formhohlraum lediglich so weit eingestoßen werden, daß die Folie überall vön der nutzbaren Oberfläche des Formwerkzeuges berührungslos bleibt.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Hauptpatentanmeldung bieten eine günstige, schnelle und gleichmäßige Verformung des thermoplastischen Folienmaterials unter Bildung einer gleichmäßigen Wandstärke des Formlings. Zur Verformung steht jedoch nur der atmosphärische Luftdruck zur Verfügung, der bei dickeren Folien nicht mehr voll ausreicht, um scharfe Ecken zu formen, die bei manchen Artikeln erforderlich sind. die alleinige Vakuumverformung garantiert wohl eine Gleichmäßigkeit in der Wandstärke, doch können bei dickeren Materialien scharfe Ecken nicht voll ausgezogen werden.
Es sind bereits Verfahren bekannt, die allein mit Preßluft die Verformung ausführen, indem zunächst ein Prägestempel so weit die Folie in den Formhohlraum unter Vorstrecken eindrückt, daß er jeden einzelnen Formling durch einen Spannrahmen oder seine Trägerplatte in sich abdichtet. Anschließend wird durch diesen Prägestempel Preßluft eingeführt, um die vorgestreckte Folie unter Preßluftwirkung gegen die Formwandung zu drücken. Diese bekannten Verfahren haben aber den Nachteil, daß die zur Verformung benutzte Preßluft eine Luftströmung erzeugt und dadurch die bereits durch die weitgehende Prägeverformung in ihrer Wandstärke ungleichmäßig gewordene Folie noch stellenweise abkühlt, so daß bei dieser Druckluftverformung noch weitere Ungleichmäßigkeiten und Unregelmäßigkeiten in der Wandstärke des Formlings hinzukommen. Auch treten bei diesen bekannten Verfahren Kaltreckungen auf, die Sprödigkeit in den Wandungen des Formlings zur Folge haben.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Nachverformung zu schaffen, die wirk- sam wird, nachdem sich die Folie an das kalte Werkzeug angelegt hat, mit Ausnahme der Teile in Ecken, wo die atmosphärische Luft nicht ausreicht, genügend zu verformen. Hierdurch soll der sich bei bloßer Vakuumverformung in einer Ecke bildende Radius beseitigt werden, um die Folie auch in scharfen Ecken völlig in Anlage an das Werkzeug zu bringen.
Dabei soll die Erfindung zugleich sicherstellen, daß durch den nachfolgenden Druckluftstoß auch in den Ecken ein wirksames Abkühlen der Folienteile in Anlage an die Form erfolgt. Diese Aufgaben werden durch die Erfindung dadurch gelöst, daß unmittelbar nach erfolgter Verformung im Formwerkzeug von unten her Druckluft stoßartig und kurzzeitig auf die zu verformende Folie zur Einwirkung gebracht wird, während durch die erheblich länger aufrechterhaltene Saugwirkung die Folie bis zum Erkalten und Verfestigen in Berührung mit dem Formwerkzeug belassen wird.
Diese Nachformung nach der Erfindung überwindet den Verformungswiderstand der noch plastischen Folienteile innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde, wogegen das Vakuum länger wirkt und eine Rückverformung verhindert. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung ist die zusätzliche Kühlwirkung innerhalb der Druckkammer. Diese besondere Kühlwirkung kann noch dadurch erhöht werden, daß der kurzzeitige, stoßartige Druckluftstrom verwirbelt wird.
Während bei den bekannten Verfahren die einströmende Druckluft ihre Kühlwirkung bereits auf die noch nicht verformte Folie ausübt, ist bei dem Verfahren nach der Erfindung die Folie bereits beim Eintreten der Druckluft mit ihren wesentlichen Flächen in Anlage mit dem Formwerkzeug und bereits so weit vorgeformt, daß eine Beeinflussung der Gleichmäßigkeit in der Wandstärke nicht mehr erfolgt. Vielmehr bietet im Verfahren nach der Erfindung die eintretende Druckluft den Vorteil einer Kühlwirkung auf die innere Fläche des Formlings, so daß dieser unmittelbar nach dem Formvorgang bereits auf beiden Seiten harte Oberflächen aufweist.
Es ergibt sich dadurch die Möglichkeit einer schnellen Entformung und anschließenden Nachkühlung der Formlinge.
Darüber hinaus ist durch die Erfindung die Möglichkeit gegeben, der in die Druckkammer einzuführenden Verformungspreßluft Nebel von antistatischen Lösungen beizugeben und damit oft notwendige Nacharbeiten, beispielsweise Entstatisierungsbäder, bereits in das Formverfahren mit einzubeziehen.
Für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung eignet sich insbesondere eine Vorrichtung mit einem von unten an die zu verformende Folie andrückbaren, diese ringsum abdichtenden, von unten an dem Rand des Formwerkzeuges anpressenden Spannrahmen. Bei einer solchen Vorrichtung ist nach der Erfindung der Streckhelferträger als luftdichte Platte ausgebildet, die beim Vorschub der Streckhelfer in den Hohlraum des Spannrahmens einwandert, wobei dieser Streckhelferträger eine gegenüber der Innenseite des Spannrahmens abdichtende Liderung trägt. Beim Vorschieben der Streckhelfer bildet sich dadurch unterhalb der zu verformenden Folie eine Überdruckkammer, in der durch den weiteren Vorschub der Streckhelferträgerplatte oder durch Einführen von Druckluft der erforderlichen Nachverformungsdruck erzeugt wird. Nach der Erfindung kann weiterhin diese Druckluftkammer über einen an der Unterseite des Streckhelferträgers angebrachten hohlen Führungszapfen an einen Drucklutterzeuger angeschlossen sein.
Um den Streckhelferträger während der Anwendung des Druckluftstoßes nach hinten hin zu verriegeln, kann eine besondere Verriegelungseinrichtung vorgesehen sein.
Für eine modifizierte Druckluftentspannung während der Rücklaufbewegung der Streckhelfer kann in den Spannrahmen mindestens eine seitlich nach außen führende Ablaßöffnung für die Druckluft angebracht sein, die in vorderster Stellung der Streckhelfer vom Streckhelferträger verdeckt ist. Diese Ablaßöffnung erzeugt bei der Rückwärtsbewegung der Streckhelfer eine wirbelartige Strömung in der abströmenden Druckluft.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt.
In dem dargestellten Beispiel ist ein Formwerkzeug 1 vorgesehen, das mit den Formhohlräumen 2 als oberhalb der verformenden Folie 3 angeordnete Negativform ausgebildet ist. Das Formwerkzeug 1 ist im Innern eines Gehäuses 4 angeordnet, das über den StutzenS an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist.
Unterhalb des Gehäuses 4 und des Formwerkzeuges 1 ist ein ringsum laufendes Dichtungselement 6 vorgesehen, das sich auf das zu verformende Materialband 3 luftdicht aufsetzt, um in dem Gehäuse 4 und dem Band 3 einen geschlossenen evakuierbaren Raum zu bilden.
Oberhalb des Formwerkzeuges 1 ist in dem Gehäute 4 ein evakuierbarer Raum 7 vorgesehen, der über Kanäle 8 mit den Formhohlräumen 2 in Verbindung steht.
Diese gesamte Formwerkzeugeinheit ist in senkrechter Richtung auf und ab bewegbar und für diese Bewegung beispielsweise mit einer pneumatischen oder hydraulischen Einrichtung verbunden, deren Kolbenstangen 9 andeutungsweise gezeigt sind.
Unterhalb der Formwerkzeugeinheit 1 bis 9 ist ein üblicher Spannrahmen10 angeordnet. Der Spannrahmenl0 kann in üblicher beliebiger Weise im wesentlichen vertikal beweglich angeordnet sein, um von unten her gegen die zu verformende Folie 3 geführt und gedrückt zu werden, um den vakuumdichten Verschluß der Folie 3 mit der Dichtung 6 sicherzustellen.
Im dargestellten Beispiel ist der Spannrahmen 10 um eine waagerechte Achse 11 schwenkbar gelagert, die beispielsweise auf der Ausgangsseite der geformten Werkstücke angeordnet sein kann, wie dies der Pfeil 12, der die Wanderrichtung der Folie angibt, zeigt.
Für die Betätigung des Spannrahmens 10 kann ebenfalls eine pneumatische oder hydraulische Einrichtung vorgesehen sein, von der der Einfachheit halber nur die Kolbenstange 13 angedeutet ist. Diese Kolbenstangel3 greift an einen Hebelarml4 an, der mit dem Spannrahmen 10 fest verbunden ist.
Innerhalb des Spannrahmens 10 sind bekannte Streckhelfer 15 vorgesehen, die auf einem Streckhelferträger 16 angeordnet sind und mit diesem Träger 16 gemeinsam mittels pneumatischer oder hydraulischer Betätigungseinrichtungen angehoben und abgesenkt werden. Im dargestellten Beispiel sind pneumatische Zylinder 17 mit Kolben 18 vorgesehen, die auf ihren Kolbenstangen 19 den Streckhelferträger 16 tragen. Für die Betätigung sind die Zylinder 17 über die Anschlüsse 20 mit einer Drucklufteinrichtung verbunden.
Nach der Erfindung ist der Streckhelferträger 16 als luftdichte Platte ausgebildet, die von unten her in den Innenraum des Spannrahmens 10 einwandert.
An ihrem Außenrand ist diese Platte 16 mit einer ringsum laufenden Liderung 21 versehen, die luftdicht an der Innenfläche des Spannrahmens 10 gleitet.
Beim Aufwärtsschieben der Streckhelfer 15 bildet sich daher unterhalb der zu verformenden Folie ein geschlossener Raum, dessen Oberseite durch die Folie3, die Unterseite durch den plattenförmigen Streckhelferträger 16 und die Seitenwände durch den Spannrahmen 10 gebildet sind. Dieser abgeschlossene Raum 22 ist auf Grund der naturgemäß schmalen Ausbildung des Spannrahmens 10 verhältnismäßig niedrig und hat deshalb nur geringen Rauminhalt.
Dies ist für die Erfindung deshalb von Bedeutung, weil sich nur in einem solchen Hohlraum mit ge ringem Volumen ein kurzzeitiger Druckluftstoß erzeugen läßt, wie er nach der Erfindung vorgesehen ist. Dieser Druckluftstoß kann durch die Aufwärtsbewegung des Streckhelfdrträgers 16 bereits allein erzeugt werden.
Im dargestellten Beispiel ist darüber hinaus der Raum 22 noch an einen Drucklufterzeuger oder einen Druckluftbehälter 23 angeschlossen. Hierzu besitzt der Streckhelferträger 16 einen hohlen Führungszapfen 24, der zugleich dazu dient, zusammen mit der Gieitführung25 ein Verkanten des Streckhelferträgers 16 aus der horizontalen Ebene zu verhindern, so daß die Liderung 21 sicher in den Innenraum des Spannrahmens 10 eingeführt wird. An den hohlen Zapfen 24 schließt sich ein flexibles Druckluftleitungsstück 26 an, das über ein automatisch gesteuertes Ventil 27 an den Druckluftbehälter 23 angeschlossen ist. Außerdem ist an die Leitung 26 ein ebenfalls automatisch gesteuertes Auslaßventil 28 angeschlossen.
Um den luftdichten Streckhelferträger 16 in seiner obersten Stellung zu verriegeln und um zu verhindern, daß der Druckluftstoß von den pneumatischen Zylindern 17 aufgenommen werden muß und dadurch abgemildert wird, sind Verriegelungseinrichtungen vorgesehen. Hierzu weist der Zapfen 24 einen Absatz29 auf, der pneumatisch betätigte Riegel 30 überläuft. Die pneumatischen Zylinder 31 dieser Riegel können selbständig automatisch betätigt werden. Es ist jedoch auch möglich, wie im dargestellten Beispiel angedeutet, die Druckluftzylinder 31 der Riegel 30 an die Druckluftzylinder 17 der pneumatischen Hebeeinrichtung für die Streckhelfer 15 unmittelbar anzuschließen und den im oberen Teil der Zylinder 17 bei der Aufwärtsbewegung der Streckhelfer 15 entstehenden Staudruck dazu auszunutzen, die Riegel 30 gegen den Führungszapfen 24 zu drücken und unter den Absatz29 zu schieben.
Zum Auslösen der Riegel 30 muß dann allerdings der obere Teil des Zylinders 17 einem kurzzeitigen Sog unterworfen werden, was ebenfalls automatisch im Arbeitsablauf der Maschine gesteuert werden müßte.
Die Arbeitsweise der Maschine nach der Erfindung ist wie folgt: Die zu verformende Folie 3 wird vor dem Erreichen der Vakuumformmaschine beispielsweise in dem Bereich, wo in der Zeichnung der Pfeil 12 angebracht ist, so weit erwärmt, daß das Band 3 sackartig durchhängt, wie dies unterhalb des Pfeiles 12 gezeigt ist. Die seitlichen Randbereiche des Bandes 3 sind dabei so weit von der Erwärmung ausgeschlossen, daß sie einen festen Rahmen bilden. Die sich quer zu der Folie 3 erstreckenden festen Rahmenteile werden dadurch gebildet, daß sich im rechten Ende der Zeichnung an den vorgeheizten Teil des Bandes 3 ein nicht vorgeheizter, also fester Teil des Bandes 3 anschließt, während an dem linken Ende des Durchhanges durch die in der Zeichnung rechts dargestellte Dichtung 6 ein Quersteg geschaffen wird, der zwischen dem geformten Stück des Bandes 3 und dem nachschiebenden Stück liegt.
Zum Nachschieben des Bandes 3 befindet sich die Verformungseinheit 1 bis 9 in ihrer oberen Stellung, während die Streckhelfer 15 nach unten zurückgezogen sind und der Spannrahmen 10 nach unten geschwenkt ist.
Sobald der zu verformende, sackartig durchhängende Abschnitt des Bandes 3 unterhalb des Formwerkzeuges gebracht ist, wird gleichzeitig die Formwerkzeugeinheit 1 bis 9 abgesenkt und der Spannrahmen 10 nach oben geschwenkt. Hierdurch wird das Band zwischen der Oberkante des Spannrahmens 10 und der Dichtung 6 eingespannt und eine sichere Abdichtung des Vakuumformwerkzeuges hergestellt.
Sobald dies geschehen ist, werden die Streckhelferl5 angehoben, wie dies auch in der Hauptpatentanmeldung beschrieben ist. Bei der Aufwärtsbewegung der Streckhelfer läuft die luftdichte, die Streckhelfer 15 tragende Platte 16 mit ihrer Randliderung 21 in den Innenraum des Spannrahmens 10 ein. Es wird hierdurch jedoch zunächst noch keine Erhöhung des Luftdruckes in der so gebildeten Kammer 22 hervorgerufen, weil durch mindestens eine seitlich am Spannrahmen 10 angebrachte Auslaßöffnung 32 die Luft ausströmen kann. Sobald die Liderung 21 diese Auslaßöffnung 32 überläuft, kann sich im Inneren der Kammer 22 stoßartig eine Luftdruckerhöhung einstellen. Im dargestellten Beispiel wird dies jedoch auch dadurch verhindert, daß das Auslaßventil 28 geöffnet ist. Die Streckhelfer werden daher bis zu ihrer oberen Stellung ohne jegliche zusätzliche Druckluftbeaufschlagung von unten her geführt. Die Riegel 30 greifen dann in der oben beschriebenen Weise in der obersten Stellung der Streckhelfer 15 unter den Absatz 29 des Führungszapfens 24. In diesem Augenblick wird die Kammer 7 durch den Stutzen 5 evakuiert und damit begonnen, das Band 3 in die Formhohlräume 2 einzusaugen.
Um der zu verformenden Folie 3 auch während dieses eigentlichen Vakuum-Verfonuungsvorganges die durch die Streckhelfer begonnene Walk- und Streckbearbeitung zu geben, die durch die Streckhelfer nicht mehr möglich ist, wird kurzzeitig nach Beginn der Saugwirkung das Ventil 28 geschlossen und das Ventil 27 kurzzeitig geöffnet. Die Bezeichnung kurzzeitig ist hierbei so zu verstehen, daß der Druckluftstoß sich unmittelbar, nachdem sich die Folie an die Formoberfläche gelegt hat, entfaltet.
Sofort nach erfolgtem Verformungsvorgang wird durch eine kurzzeitige Saugwirkung am oberen Teil der Druckluftzylinder 17 der Führungszapfen 24 entriegelt und die Abwärtsbewegung der Streckhelfer 15 eingeleitet. Gleichzeitig wird das Ventil 28 geöffnet, um die Druckluft entweichen zu lassen. In der Zwischenzeit hat aber die Liderung 21 die Öffnung 32 des Spannrahmens 10 freigegeben, so daß auch dort ein Teil der Druckluft entweicht und dadurch im Inneren der Kammer 22 Wirbelströmungen hervorruft, die an der Unterseite der an dem Formwerkzeug anliegenden Folie vorbeistreicht und diese kühlt.
Um die Aufwärtsbewegung der Streckhelferplatte 16 zu begrenzen, können Anschlagteile 33 auf deren Oberseite angebracht sein, die sich gegen eine Ringwulst 34 im Inneren des Spannrahmens 10 anlegen.
Falls die Streckhelfer 15 mit blasender Oberfläche ausgebildet sind, können die zu den Streckhelfern führenden Luftleitungen unterhalb der Platte 16 angeordnet und im Bereich der Streckhelferstiele 35 durch die Platte 16 in diese Stiele geführt sein.
Die genau zeitliche Einstellung des Beginns und der Beendigung des Druckluftstoßes läßt sich im Rahmen der Erfindung ohne weiteres in der Praxis von Fall zu Fall entsprechend jeweils empirisch festzustellenden Werten einrichten. Im dargestellten Beispiel kann hierzu beispielsweise die zeitliche Steuerung der Ventile 27 und 28 herangezogen werden.
Durch gegenseitige Bemessung der Breite des Spannrahmens 10 und der Höhe der Streckhelferstiele 35 kann für die Erfindung einerseits der Zeitpunkt für das Einsetzen der Druckluftwirkung und andererseits auch die Härte des Druckluftstoßes eingestellt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Vakuumverformen von Folien in Blatt- oder Bahnform aus thermoplastischem Kunststoff mittels eines oberhalb des Blattes bzw. der Bahn angeordneten evakuierbaren Formwerkzeuges unter Anwendung eines Vorstreckvorganges, bei welchem die erhitzte zu verformende Folie in zufolge des Eigengewichtes durchhängendem Zustand unter das Formwerkzeug gebracht und unter Bildung eines Luftstaues ringsum mit einem Abstand vom Rand der nutzbaren Form gegenüber dem Formenhohiraum abgedichtet wird und bei welchem an sich bekannte mechanisch wirkende Streckhelfer entgegen dem Durchhang der Folie in den Luftstau und den Formhohlraum lediglich so weit eingestoßen werden, daß die Folie überall von der nutzbaren Oberfläche des Formwerkzeuges berührungslos bleibt, nach Patentanmeldung T 14384 X/39a, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach erfolgter Verformung im Formwerkzeug von unten her Druckluft stoßartig und kurzzeitig auf die zu verformende Folie zur Einwirkung gebracht wird, während durch die erheblich länger aufrechterhaltene Saugwirkung die Folie bis zum Erkalten und Verfestigen in Berührung mit dem Formwerkzeug belassen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kurzzeitige, stoßartige Druckluftstrom verwirbelt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 mit einem von unten an die zu verformende Folie andrückbaren, diese ringsum abdichtenden und von unten an den Rand des Formwerkzeuges anpressenden Spannrahmen, dadurch gekennzeichnet, daß der Streckhelferträger als luftdichte Klappe (16) aus- gebildet ist, die beim Vorschub der Streckhelfer (15) in den Hohlraum des Spannrahmens (10) einwandert, und daß der Streckhelferträger (16) eine gegenüber der Innenseite des Spannrahmens (10) abdichtende Liderung (21) trägt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Spannrahmen (10) und den Streckhelferträger (16) gebildete Druckluftkammer (22) über einen an der Unterseite des Streckhelferträgers (16) angebrachten hohlen Führungszapfen (24) an einen Drucklufterzeuger (23) angeschlossen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Streckhelferträger (16) mit einer ihn in seiner vorgeschobenen Stellung verriegelnden Halteeinrichtung (29, 30, 31) versehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungszapfen (24) des Streckhelferträgers (16) mit einer Absetzung (29) versehen ist, hinter die Verriegelungsnasen greifen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsnasen (30) durch an die pneumatische oder hydraulische Betätigungseinrichtung (17) der Streckhelfer (16) angeschlossene Kolben (31) gegen Federwirkung in die Absetzung (29) des Führungszapfens (24) vorschiebbar sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Spannrahmens (10) und gegebenenfalls an dem Streckhelferträger (16) den Streckhelfervorschub begrenzende Anschlagteile (33, 34) angebracht sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spannrahmen mindestens eine seitlich nach außen führende Ablaßöffnung (32) für die Druckluft angebracht ist, die in vorderster Stellung der Streckhelfer (15) vom Streckhelferträger (16) verdeckt ist.