-
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkörpern aus einer
Kunststoffolie Die Erfindung richtet sich zunächst auf ein Verfahren zum Herstellen
von Hohlkörpern, wie Bechern od. dgl., aus einer vorgewärmten Kunststoffolie im
Tiefziehen unter Verwendung eines in eine Hohlform eingreifenden Stempels.
-
Zum Verformen von Kunststoffolien zu Hohlkörpern der verschiedensten
Formgebung hat sich das Vakuumziehverfahren weitgehend eingeführt. Hierzu wird die
Folie mit ihrem Rand in einen Rahmen eingespannt, dann beispielsweise durch Wärmestrahlung
bis zur Erzielung eines genügenden Weichheitsgrades erwärmt und unter Unterdruck
in die vorbestimmte Form gesaugt. Bei diesem Vorgang wird die Folie allerdings weitgehend
verstreckt. Das hat zur Folge, daß die Wandstärke des erzielten Hohlkörpers in unkontrollierbarer
Weise schwankt. Besonders nachteilig ist, daß vielfach der Boden sehr dünn ausgezogen
wird. Die mechanische Festigkeit solcher Hohlkörper wird aber von der Stelle mit
der geringsten Wandstärke bestimmt. Sie ist dementsprechend gering.
-
Es ist andererseits bekannt, die Verformung der Kunststoffolie durch
Blasen vorzunehmen, was aber zu der gleichen Erscheinung der völlig ungleichmäßigen
Wandstärke führt. Für bestimmte Anwendungszwecke ist dieser Umstand sicherlich ohne
Belang. Überall dort aber, wo an die Haltbarkeit der Verpackung größere Anforderungen
gestellt werden, beispielsweise bei der Verpackung technischer Artikel, führt die
Verwendung von im Streckverfahren hergestellten Hohlkörpern zu erheblichen Schwierigkeiten.
Die Wahl eines stärkeren Ausgangsmaterials ist in diesem Zusammenhang nur ein sehr
unvollkommenes Mittel zur Abhilfe gegenüber den aufgezeigten Mängeln, denn hierdurch
wird die Herstellung wesentlich verteuert, und andererseits werden aber die besagten
Fehlerquellen nicht ausgeschaltet.
-
Das Tiefziehen von Kunststoffolien ist an sich bekannt. Es ist allerdings
bisher nicht gelungen, hieraus in wirtschaftlicher Weise relativ tiefe Hohlkörper
von einwandfreier Beschaffenheit herzustellen.
-
Ein bekanntes Verfahren zum Herstellen von Schachtelteilen aus Kunststoffolien
geht von einer vorgefertigten Platine aus, d. h., es setzt einen vorbereitenden
Arbeitsgang voraus. Darüber hinaus eignet es sich nur zum Herstellen relativ flacher
Schachteln ohne jegliche Randverformung. Maßgeblich hierfür ist vor allem die Säulenführung
des beheizten Ziehrings, die nicht nur der Randbearbeitung, sondern auch der Verarbeitung
einer endlosen Folienbahn im Wege steht.
-
Auch ein weiteres vorbekanntes Verfahren zur Erzielung von einen
Rollrand aufweisenden Bechem geht von einer vorgefertigten Platine aus, die außerdem
in gewissem Umfang verstreckt wird. Die Randverformung läßt sich bei diesem Verfahren
nur durch eine dem Ziehvorgang entgegengerichtete Werkzeugbewegung erzielen, was
eine komplizierte Steuerung verlangt.
-
Eine andere bekannte Vorrichtung, die ebenfalls von einer vorgefertigten
und an ihrem Rand eingespannten Platine ausgeht, arbeitet mit einem Ziehstempel,
der ein Schneidwerkzeug trägt, welches am Ende des Ziehvorgangs den Folienrand beschneidet,
ohne daß damit allerdings eine Randverformung einhergeht.
-
Alle diese bekannten Vorrichtungen arbeiten vergleichsweise unwirtschaftlich
und eignen sich daher nicht für ein modernes, rationelles Fertigungsverfahren.
-
Diese Mängel zu beheben, ist das Ziel der Erfindung, die insbesondere
berücksichtigt, daß es sich hier um die Herstellung von Massengütern handelt, wobei
es von maßgeblicher Bedeutung ist, möglichst viele Arbeitsvorgänge in einem einzigen
Arbeitsablauf und dementsprechend auch vorrichtungsmäßig zusammenzufassen.
-
Diese Vorzüge werden gemäß der Erfindung durch eine Verfahrensweise
erzielt, durch die beim Absinken des Tiefziehstempels nacheinander eine Platine
aus der Folie ausgestanzt, die Platine zum Hohlkörper tiefgezogen, der Rand umgebördelt
und der Hohlkörper zum Auswerfen gekühlt wird.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren geht somit von der vorgefertigten
und in einer endlosen Bahn vorliegenden Kunststoffolie aus und führt in einem einzigen
Arbeitsgang
zum fertigen Endprodukt, welches vorzugsweise zu Verpackungszwecken für Güter der
verschiedensten Art Verwendung findet. In der Praxis hat sich gezeigt, daß diese
tiefgezogenen Hohlkörper den durch mehr oder weniger starkes Strecken hergestellten
weit überlegen sind. Von besonderer Bedeutung ist, daß dieser Arbeitsvorgang beliebig
vervielfachbar ist, so daß bei einer Werkzeugbewegung gleichzeitig eine Vielzahl
von Hohlkörpern geformt wird. Hieraus ergeben sich ganz bestimmte Anforderungen
hinsichtlich der Ausbildung der zur Durchführung des Verfahrens Verwendung findenden
Vorrichtung, und es ist das weitere Ziel der Erfindung, auch dieses Problem einer
technisch einwandfreien und in wirtschaftlicher Hinsicht überaus vorteilhafte Lösung
zuzuführen.
-
Die Erfindung sieht demgemäß nach einem weiteren Merkmal vor, daß
der Stempel und die Hohlform von voneinander unabhängigen, axial beweglichen Matrizenplatten
umgeben sind, deren einander zugekehrte Flächen je einen Teil eines Stanzwerkzeugs
tragen, von denen das eine die Hohlform außen übergreift und einen den Stempel umgebenden
Haltering umfaßt.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird schließlich vorgesehen,
daß die obere Matrizenplatte und der Stempel hängend sowie die untere Matrizenplatte
und die Hohlform stehend im Maschinenrahmen gelagert sind. Dabei kann, wie die Erfindung
weiter vorsieht, die die Hohlform umgebende Matrizenplatte auf einem axial beweglichen
Tragkreuz angeordnet sein.
-
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
sowie an Hand der schematischen Zeichnungen. Dabei zeigt Fig. 1 die Vorrichtung
in Seitenansicht, Fig. 2 in Pfeilrichtung II in Fig. 1, Fig. 3 die Arbeitsweise
der Maschine in sechs verschiedenen Stadien und F i g. 4 verschiedene Ausführungsformen
von gemäß der Erfindung hergestellten Formkörpern.
-
An dem bei 1 lediglich angedeuteten Maschinenrahmen sind zwei Matrizenplatten
vorgesehen, deren obere mit 2 bezeichnet und an den Tragsäulen 3 gelagert ist, die
ihrerseits wiederum an einer Führungsplatte 4 sitzen und in am Maschinenrahmen 1
ortsfest angebrachten Büchsen 5 vertikal beweglich geführt sind. Die Führungsplatte
4 wird von den in den Zylindern 6 gleitenden Kolben 7 getragen, mit denen sie über
die Kolbenstange 8 verbunden ist. Die Zylinder 6 weisen Druckmittelanschlüsse 9
auf, so daß sie als doppelt wirkender Stellmotor ausgebildet sind.
-
Mit dem Hub der Kolben 7 wird mithin die obere Matrizenplatte 2 in
vertikaler Richtung bewegt.
-
Die Matrizenplatte 2 trägt ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Schneidwerkzeug,
dessen Schneidkante am Umfang liegt, wie bei 11 angedeutet ist. Dieses Stanzwerkzeug
10 umgibt einen Haltering 12, der sich an den Federn 13 abstützt, die in der Federhülse
14 untergebracht sind. Innerhalb des Halterings 12 und relativ zu diesem beweglich
gelagert ist der mit 15 bezeichnete Ziehstempel, der vorzugsweise eine dünne Wandstärke
aufweist und von innen her kühlbar ist. Dieser Ziehstempel 15 ist an dem Führungskolben
16 befestigt, der innerhalb des ortsfesten Mantels 17 gleitet. Das obere Ende des
Füh-
rungskolbens 16 läuft in eine Kolbenstange 18 aus, die einen Kolben 19 trägt,
der innerhalb des Zylinders 20 hin und her beweglich ist. Die Druckmittelanschlüsse
dieses Zylinders 20 sind mit 21 bezeichnet.
-
Die Grundplatte 22 dient der Führung der unteren Matrizenplatte 23,
die auf den Tragsäulen 24 aufruht, die ihrerseits in dem durch den Stellmotor 25
axial beweglichen Tragkreuz 26 ruhen. Die untere Matrize 23 trägt einen Stanzring
27, der mit dem Stanzwerkzeug 10 zusammenwirkt und dessen Innenrand 28 die Gegenschneide
zu der Schneide 11 des Stanzwerkzeugs 10 bildet.
-
Weiter umgibt die untere Matrizenplatte 23 konzentrisch die Hohlform
29, in der ein Auswerferkolheu 30 mit Hilfe einer Schubstange 31 axial verschiebbar
gelagert ist, wobei am entgegengesetzten Schubstangenende wiederum ein Kolben 32
angeordnet ist, der in dem mit den Druckmittelanschlüssen 33 versehenen Zylinder34
axial verstellbar ist.
-
Der freie Rand 35 der Hohlform 29 ist, wie bei 36 angedeutet. außen
abgesetzt.
-
Seitlich des Arbeitsspalts 37 zwischen den beiden Matrizen 2 und
23 sind die einen Führungskanal 38 bildenden Vorwärmplatten 39 angeordnet, zwischen
denen die Folienbahn 40 von der Rolle 41 abgezogen wird. Zum Transport dienen die
Walzenpaare 42 und 43 sowie der Schnur- oder Riementrieb 44 od. dgl., der gegebenenfalls
mittels einer Zahnstange45 betrieben wird, deren eines Ende in eine Kolbenstange
46 mit dem Kolben 47 des Stellmotors 48 übergeht.
-
Oberhalb der Vorwärmplatten 39 ist eine Breitschlitzdüse 49 angeordnet,
die im gleichen Bereich wie die Vorwärmplatte 39 am Arbeitsspalt 37 endet.
-
Die Düse 49 ist an das Gebläse 50 angeschlossen.
-
An der oberen Matrizenplatte 2 sind Mikrometerschrauben 51 angebracht,
die in der entsprechenden Stellung auf die Aufschlagfiächen 52 der unteren Matrizenplatte
23 auftreffen.
-
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich insbesondere
aus den Einzeldarstellungen 31 bis 36 der Fig. 3. Mit Hilfe der Transportwalzenpaare
42 und 43 wird die Folienbahn 40 von der Vorratsrolle 41 in den Arbeitsspalt 37
zwischen den Matrizenplatten 2 und 23 eingeführt. Auf diesem Weg erfährt die Folienbahn
eine entsprechende Erwärmung durch die Vorwärmplatten 39 innerhalb des Kanals 38.
Die dabei einzuhaltende Temperatur bestimmt sich nach der Art und der Stärke der
Folienbahn 40. Die Temperaturregelung erfolgt mittels an sich bekannter Thcrmostate.
Diese Stellung entspricht der Darstellung 31, wobei die in den Arbeitsspalt 37 eingeführte
Folienbahn mit 53 bezeichnet ist.
-
In diesem Zeitpunkt wird die Betätigung der Stellmotoren 26 ausgelöst,
und der Ziehstempel 15 sowie die das Stanzwerkzeug 10 tragende Matrizenplatte 2
bewegen sich zweckmäßig im Schnellgang abwärts.
-
Dabei wird aus der Folienbahn 53 durch Zusammenwirken der Stanzwerkzeuge
10 und 27 eine Platine 54 ausgestanzt. Der Abstand zwischen den beiden Matrizenplatten
2 und 23 wird durch die Mikro meterschrauben 51 gewährleistet. In dieser Stellung
drückt der Haltering 12 unter der Wirkung der Federn 13 in dem dem Hohlformrand
35 gegenüberliegenden Bereich auf die Platine 54, so daß diese noch beweglich ist,
wenn die Platine 54 hei der Abwärtsbewegung des Ziehstempels 15 (vgl. Darstellung
33 in Fig. 3) in die Hohlform 29 hineingezogen wird.
-
Der Schlupf zwischen dem Haltering 12 und dem
Hohlformrand
35 kann entsprechend eingestellt werden.
-
Der eigentliche Ziehvorgang geht je nach Folienart, Werkstoff und
Stärke der Folie mehr oder weniger langsam vor sich. Unter der Abwärtsbewegung des
Ziehstempels 15 wird der Auswerfer 30 innerhalb der Hohlform 29 nach unten gedrückt,
bis der Ziehstempel 15 die vorbestimmte tiefste Stellung erreicht hat. Durch entsprechende
Betätigung der Stellmotoren 6 wird nun die obere Matrize 2 über den Hohlformrand
35, 36 hinweg abwärts bewegt, wie Darstellung 34 in Fig. 3 zeigt. Dabei legen sich
dieRänder der Platine 54 in die Ausnehmung 36 der Hohlform 29 ein. Dieser Bewegung
weicht die untere Matrizenplatte 23 entsprechend aus.
-
Ist damit die Randverformung beendet, wird die obere Matrizenplatte
2 mit ihrem Haltering 12 im Schnellgang nach oben geführt. Unmittelbar anschließend
oder gleichzeitig erfolgt eine Aufwärtsbewegung des Ziehstempels 15. In diesem Zeitpunkt
tritt die vom Gebläse 50 ausgehende Kühlluft aus der Breitschlitzdüse 49 aus, wozu
ein entsprechender Steuerschieber betätigt wird. Die Luft gelangt unmittelbar auf
die untere Matrizenplatte 23. Gleichzeitig wird der Ziehstempel 15 gekühlt, der
nach unten gerichtete Luftaustrittslöcher besitzt, so daß der Boden entsprechend
schnell abgekühlt wird. Während dieses Kühlvorgangs legt der Ziehstempel 15 einen
Weg zurück, der der Tiefe des gezogenen Hohlkörpers 55 entspricht. Dann erst tritt
der Auswerfer 30 in Tätigkeit. Er wird aufwärts bewegt (vgl. Darstellung 36 in F
i g. 3) und stößt den gezogenen Hohlkörper 55 aus der Hohlform 29 aus. Dieser wird
dabei von dem aus der Düse 49 austretenden Luftstrom erfaßt und seitlich abgeführt,
worauf der Steuerschieber des Gebläses 50 wieder geschlossen wird.
-
Dieser Vorgang geht gleichzeitig auf einer mehr oder weniger großen
Anzahl gleicher Anordnungen derselben Maschine vor sich, so daß im gleichen Takt
eine Vielzahl von Hohlkörpern 35 aus einer endlosen Folienbahn 40 ausgebildet werden
und aus der Maschine ausgestoßen werden können.
-
Die verschiedenen Stellmotoren können sowohl pneumatisch als auch
hydraulisch arbeiten. Ihre Steuerung erfolgt zweckmäßig auf elektrischem, gegebenenfalls
elektromagnetischem Wege. Die hierzu Verwendung findende Steuerung einschließlich
der
zugehörigen Steuerlemente, wie Relais od. dgl., ist jedoch im einzelnen nicht
wiedergegeben.