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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von doppelwandigen Behältern
aus Kunststoff Man ist heute in der Lage, doppelwandige Behälter aus Kunststoffplatten
mittels mechanischer Verstrekkung und Vakuumverformung herzustellen. Jedoch können
Behälter dieser Art größeren Ausmaßes durch die bekannten Verfahren nicht erfaßt
werden, so daß es bisher in einwandfreier Verarbeitung und Maß haltigkeit nicht
möglich war, unter anderem einteilige Kühlschrankgehäuse, Badewannen und sonstige
Großbehälter im Vakuumverfahren herzustellen.
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Man ging bisher so vor, daß man zunächst die vorgewärmte, in einem
Rahmen eingespannte Kunststoffplatte einer Positivstreckung unterwarf, an die sich
zur Bildung der Doppelwand ein Negativstreckvorgang anschloß. Hiernach erfolgte
der Absaugvorgang derart, daß die Außenwand des Behälters nach innen und die Innenwand
nach außen gerichtet an die Wände der zuerst benutzten zur Positivstreckung dienenden
Form angesaugt wurde. Der große Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß nicht
die Gebrauchsseiten, nämlich die Außen- und Innenflächen des Behälters, an die Formffächen
angesaugt werden, sondern jeweils die Rückseite der entsprechenden Behälterwand.
Selbst wenn die Form auf die zu verwendende Materialstärke abgestimmt ist, kann
eine genaue Maßhaltigkeit nicht erreicht werden, wo noch hinzu kommt, daß bei Verwendung
unterschiedlicher Materialstärken auf das Erzielen einer Maßhaltigkeit verzichtet
werden muß. Besonders für Behälter, die auf der Außenseite eingepaßt werden oder
im Innenraum Paßstücke aufnehmen müssen, können diese bekannten Verfahren nicht
angewendet werden.
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Häufig wird bei solchen Behältern der Hohlraum zur Temperaturisolierung
sowie zur Versteifung des gesamten Behälters mit einem Hartschaum ausgefüllt.
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Bei den bekannten Behältern kann die Ausschäumung des Zwischenraumes
jedoch erst dann erfolgen, wenn der geformte Gegenstand vollständig abgekühlt und
vom Formwerkzeug getrennt ist, da sich der Formoberteil in dem Raum befindet, der
ausgeschäumt werden soll.
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Nach der neuen Erfindung wird das Verfahren in mehrere Schritte aufgelöst.
Die vorgewärmte Kunststoffplatte wird einer mechanischen Negativstreckung, etwa
entsprechend den Behälteraußenmaßen, unterworfen. Ein zur Formung des Innenraumes
des Behälters dienender positiver Teil des Formwerkzeuges befindet sich unterhalb
der Form und wird erst nach beendeter Negativvorstreckung der Platte durch einen
rahmenförmigen Oberstempel von unten nach oben eingefahren. Erst bei diesem Vorgang
wird der vorgestreckte Kunststoff beim Durchfahren des Positivteiles durch den rahmenförmigen
Oberstempel erfaßt und in entgegengesetzter Richtung zur Formung des Innenraumes
des Behälters gestreckt Es erfolgt also zunächst eine Negatiworstreckung durch den
rahmenförmigen Oberschenkel zur Formung der Außenwand des Behälters und anschließend
eine Positivvorstreckung zur Formung der Innenwand. Die Negativvorstreckung wird
dadurch ermöglicht, daß der Positivteil zur Formung der Innenwand aus dem Formwerkzeug
heruntergefahren wird, so daß trotz beträchtlichen Tiefziehverhältnisses ein technisch
einwandfrei geformter Teil entsteht.
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Die Formung des Zwischenraumes der Doppelwand erfolgt in dem weiteren
Schritt als gewöhnliche Positivstreckformung. Selbstverständlich kann auch, wenn
es zweckmäßig ist, eine pneumatische Zwischenstreckung eingeschaltet werden, um
das Verfahren bzw. den herzustellenden Körper qualitativ zu verbessern.
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Durch dieses mehrstufige Verfahren zum Herstellen von Doppelwandkörpern
besteht die Möglichkeit, den rahmenförmigen Oberteil noch während der Abkühlzeit
aus dem gebildeten Zwischenraum herauszuführen und diesen auszuschäumen. Das bisherige
Erfordernis einer zusätzlichen Ausscltläumungsform zur Aufnahme des Formlings und
der hierzu erforderliche mechanische und zeitliche Aufwand entfällt.
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Außerdem wird durch das neue Verfahren erreicht, die Kontaktseiten
des Werkzeuges auf die Seite des herzustellenden Körpers zu verlegen, die die höchste
Maßhaltigkeit verlangen, nämlich auf den Innenraum des Hohlkörpers und die Sichtseiten.
Die Maßabweichungen innerhalb des auszuschäumenden Zwischenraumes sind bedeutungslos.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens
besteht aus einer mindestens dreiteiligen Form, die aus einem äußeren Negatirformteil
und einem in diesen einfahrbaren rahmenförmigen Stempel besteht, während in dem
letzteren noch ein innerer Positivformteil eingreift.
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Hierbei ist es zweckmäßig, daß der Stempel von oben und der Positivformteil
von unten gleichzeitig oder nacheinander in den Negativformteil einfahren.
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Zur Durchführung des neuen Verfahrens unter Verwendung dieser Vorrichtung
ist es vorteilhaft, die mechanische Negativ- und Positivverformung unter Verwendung
von Heißdruckluft zu bewerkstelligen.
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In der Zeichnung ist an Hand eines Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung
die Erfindung erläutert, und zwar zeigt F i g. 1 eine schematische Gesamtdarstellung
einer erfindungsgemäßen Anlage, F i g. 2 bis 4 einzelne Verfahrensschritte zum Herstellen
eines Doppelwandbehälters.
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Die aus wenigstens drei Hauptteilen bestehende Vorrichtung enthält
den äußeren Negativformteil 1, der feststehend auf der Gehäuseplatte 2 befestigt
ist.
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Die inneren Formflächen 3 dieses Formteiles bilden die äußere Begrenzung
des herzustellenden Formkörpers. Der Negativformteil 1 wirkt mit dem von oben einfahrbaren
rahmenförmigen Stempel 4 zusammen, der aus einem hochpolierten, als Ring oder Rahmen
gebogenen Rohr 5 besteht, das gleichzeitig zur Führung von Heißdruckluft dient.
Wie es durch strahlenartig eingezeichnete Striche angedeutet ist, tritt die Heißluft
durch Öffnungen (in der Zeichnung nicht dargestellt) an der Unterseite des Rohres
5 aus, und sie wird durch eine Leitung 6 zugeleitet, das ein elektrisch betriebenes
Regelventil 7 enthält. Der rahmenförmige Stempel 4, der aus dem an den Stützen 8
befestigten Rohr 5 besteht, ist durch ein an einer in der Zeichnung nicht dargestellten
Säule auf und ab fahrbares Haupt 9 getragen, das mit dem hydraulischen Betätigungsgeländer
10 gekuppelt ist, dessen Bewegung durch die elektrisch betätigten Ventile 11 und
12 gesteuert wird. Der von unten in den Formteil 1 einfahrbare innere Positivformteil
13 sitzt auf einer Trägersäule 14, die vermittels Schraubenspindel und Riementrieb
15 auf und ab bewegbar ist. An der Unterseite des Positivformteils 13 befindet sich
ein Flansch 16 mit einer Dichtungsscheibe 17, durch welche der Teil 13 in den Negativformteil
1 mit luftdichtem Abschluß eingeschoben werden kann. Auch der Positivformteil 13
ist durch eine Leitung 18 mit einer Druckquelle für Heißluft verbunden, und die
Zufuhr dieser Luft wird durch das elektrisch betätigte Ventil 19 geregelt. Während
der Positivstreckung tritt aus den Öffnungen 20 des Positivformteils zur Unterstützung
der Gleitbewegung der zu verformenden Platte, ähnlich wie bei dem Stempel 4, Heißdruckluft
aus. Die zu verformende Platte ist in dem Spannrahmen 21 eingespannt, der als Wagen
ausgebildet ist und in der Führung 22 hin- und herbewegt werden kann. Zur Anwärmung
der Platte vor der Verformung dient die Heizkammer 23, die auf einer Seite des Verformungsplatzes
angeordnet und als geschlossene Kammer ausgebildet ist. Sie dient zur Aufnahme der
beiden Spannrahmen 21 und 24, die horizontal innerhalb der Kammer auf den beiden
getrennten Führungen 25 und 26 horizontal verschiebbar sind. Die beiden Führungen
gehen am Kammeraustritt in die einzige Führung 22, die zu dem Verformungsplatz führt,
über. An der Übergangsstelle der beiden Führungen 25, 26, in die äußere Führung
22 ist eine umstellbare Weichenzunge 27 angebracht. Soll beispielsweise der in der
Darstellung außen befindliche Spannrahmen 21 in die Kammer eingefahren werden, so
läuft er auf der Zunge 27 in die Führung 25, und der
Wagen 24 kann nach außen geschoben
werden. Wenn dieser wieder in die Kammer gelangen soll, wird vorher die Weichenzunge
27 nach oben geschwenkt, so daß er in die ihm zugeordnete Führung 26 gelangt.
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Die Erzeugung der erforderlichen Temperatur innerhalb der Heizkammer
kann auf beliebige, auch an sich bekannte Art und Weise erfolgen. Im vorliegenden
Fall befindet sich am Ende der Kammer ein Gebläse 28, durch welches vermittels der
vorgesehenen Umlenkleitungen 29, Trenn- und Umlenkwände 30 und 31 eine Umwälzung
der Luft in der Kammer erzielt wird, die außerhalb der Trennwände 30 durch Infrarotstrahler
32 auf die gewünschte Temperatur gebracht wird. Die in den Führungen 25 oder 26
befindlichen zu verformenden Platten erfahren hierdurch eine völlig gleichmäßige
Erwärmung und Plastifizierung.
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Unter Berücksichtigung dieser Darstellungen in Verbindung mit den
Darstellungen der F i g. 2 bis 4 wird im folgenden ein Verformungsvorgang erläutert:
Der Spannrahmen 21 wird zunächst über den Verformungsplatz gebracht und die zu verformende
Platte eingespannt. Hierauf wird der Spannrahmen mit der Platte in die Heizkammer
über die Weichenzunge 27 in die Führung 25 geschoben und hier auf die vorgeschriebene
Temperatur gebracht. In der Zwischenzeit wird der Spannrahmen 24 ausgefahren und
gelangt in die Führung 22 über den Verformungsplatz.
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Es soll hier angenommen werden, daß sich in diesem Rahmen bereits
eine angewärmte und plastifizierte Kunststoffplatte befindet. Nun wird der hydraulische
Zylinder 10 vermittels der Ventile 11 und 12 in Tätigkeit gesetzt, und das Haupt
9 fährt mit dem Stempel 4 nach unten durch den Spann rahmen 24 hindurch und übt
auf die zu verformende Platte 33 eine mechanische Negativstreckung in den äußeren
Negativformteil 1 aus, so daß die Platte etwa die Außenmaße des herzustellenden
Behälters annimmt. Beim Einfahren wird durch Betätigen des Ventils 7 Heizluft aus
dem Rohr 5 ausgeblasen, wodurch der Gleitvorgang der Platte um den stempelförmigen
Rahmen begünstigt wird. Nach Beendigung des Einfahrvorgangs des Stempels (Fig. 2)
verbleibt dieser in dem Formteil 1, und durch Einschalten des Getriebes 15 bewegt
sich der innere Positivformteil 13 in den Formteil 1 bzw. in das Innere des Stempels
4, wobei die zu verformende Platte nunmehr eine Positivstreckung erfährt (F i g.
3) und diese im inneren Bereich etwa die Innenmaße des herzustellenden Behälters
annimmt. Auch hierbei wird durch Einschalten des Ventils 19 Heißluft zur Förderung
des Gleitvorganges der Platte aus dem Formteil 13 ausgeblasen.
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Wenn die zuletzt erwähnte Positivstreckung beendet ist und der Formteil
13 seine Endstellung erreicht hat, ist dieser Teil mit dem Negativformteil 1 durch
die Dichtung 17 luftdicht verbunden. Nunmehr wird die Vakuumquelle 34, die durch
die Leitungen 35 und die Bohrungen 36 und 37 in den Formteilen 1 und 13 mit dem
Zwischenraum in Verbindung steht, der durch diese beiden Formteile einerseits und
die gemäß F i g. 3 verformten Kunststoffplatte 33 gebildet ist, eingeschaltet und
die Vakuumverformung gemäß F i g. 4 durchgeführt, so daß sich nunmehr die Platte
33 zur endgültigen Bildung des gewünschten Doppelwandkörpers mit ihren Gebrauchsseiten
an die Innenflächen des Negativformteiles 1 und die Außenflächen des Positivformteiles
13 anlegt. Nunmehr wird der Stempel 4 ausgefahren, und es beginnt die Abkühlzeit
für
den hergestellten Formkörper. Diese Zeitspanne wird benutzt, um durch die Leitung
38, die das elektrisch betätigte Ventil 39 enthält (F i g. 1), aufschäumbare Masse
in den durch die Doppelwände gebildeten Zwischenraum einzuspritzen, die sich während
der Abkühlzeit des Körpers ebenfalls verfestigt und eine innige Verbindung mit den
Wänden des hergestellten Behälters eingeht. Hiernach kann der fertige Behälter aus
der Maschine entnommen werden.