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Vorrichtung zum Formen eines einseitig offenen Behälters aus einer
ebenen erwärmten Folie aus thermoplastischem Kunststoff Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zum Formen eines einseitig offenen Behälters mit an die Öffnungsseite
anschließenden doppelten Seitenwandungen, welche an der öffnungsseite durch einen
ebenen Rahmen miteinander verbunden sind und an der der Öffnung entgegengesetzten
Seite einen an die Innenwandung anschließenden Boden aufweisen, aus einer ebenen,
erwärmten Folie aus thermoplastischem Kunststoff, bestehend aus einem Rahmen zum
Einspannen der erwärmten Folie und zwei gegeneinander offenen, senkrecht zu der
Folie innerhalb der Projektion des Rahmens mit Querabstand ineinander verschieblichen,
mit Einrichtungen zum Vakuumziehen versehenen kastenförmigen Werkzeugen, von denen
das äußere einen mit allseitigem Abstand in das innere Werkzeug einführbaren kastenförmigen
Kern aufweist.
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Es ist bekannt, einen doppelwandigen Behälter mit einem Boden, beispielsweise
ein kombiniertes Außen-und Innengehäuse für einen Kühlschrank, aus einer ebenen,
erwärmten Folie aus einem thermoplastischen Kunststoff in einem Stück durch Ziehen
zwischen ineinander verschiebbaren Werkzeugen herzustellen, durch welche die Folie
bis in die Nähe der endgültigen Form des Behälters vorgeformt und daraufhin durch
einseitige Anwendung von Vakuum in einem Werkzeug, welches der Form des endgültigen
Behälters entspricht, in die endgültige Form gebracht wird. Während des Formvorganges
wird die Folie beispielsweise durch Warmluft oder durch im Werkzeug vorgesehene
Erwärmungseinrichtungen auf oder in der Nähe der günstigsten Arbeitstemperatur ge
halten. Nach Erreichen der endgültigen Form wird die Folie vor dem Herausnehmen
aus dem Werkzeug abgekühlt, wobei sie am Anfang der Abkühlung durch Vakuum in ihrer
Endlage gehalten wird, damit sie die Form des Behälters beibehält. Ein leichtes
Schrumpfen ist jedoch unvermeidlich, was mit sich bringt, daß sich die Außenwände
des Behälters von den Wänden des äußeren Werkzeuges abheben, während die Innenwände
das innere Werkzeug um so fester umspannen. Um das Herausnehmen des Behälters aus
der Ziehform, das zweckmäßigerweise mit Druckluft ausgeführt wird, zu erleichtern,
muß das entsprechende innere Werkzeug mit einer Aushebeschräge versehen sein.
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Die Erfindung bezweckt, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen
und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Herstellung
eines Behälters mit parallelen Wänden ohne Aushebeschräge ermöglicht wird. Gemäß
der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die beiden
kastenförtmgen Werkzeuge
solche Abmessungen besitzen, daß sich die Stirnkante des inneren Werkzeuges im zusammengeschobenen
Zustand über die dazwischenliegende Folie ringsum dichtend gegen den Boden des äußeren
Werkzeuges abstützt und daß an den vom Boden unter den Seitenwandungen gebildeten
Innenkanten der kastenförmigen Werkzeuge Kanäle münden, die über Absperrorgane an
einen Drucklufterzeuger anschließbar sind.
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Eine vorteilhafte Ausführung der Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich innerhalb der Dichtfläche zwischen dem
Boden des äußeren kastenförmigen Werkzeuges und der von der Stirnkante des inneren
kastenförmigen Werkzeuges gegen diesen gedrückten Folie an der Oberfläche des kastenförmigen
Kernes und/oder der Bodenfläche des äußeren kastenförmigen Werkzeugs Kanäle münden,
die unabhhängig von den an einen Drucklufterzeuger anschließbaren Kanälen über Absperrorgane
entlüftbar sind.
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Weitere Merkmale zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ergeben
sich aus einem in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel.
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In den Fig. 1 bis 4 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in verschiedenen
Stadien während des Arbeitsprozesses dargestellt.
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Eine ebene Folie aus einem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise
Polystyrol, wird in einem zweiteiligen Rahmen 10, 11 fest eingespannt und in einem
Ofen bis zum Erweichen erhitzt. Dabei ist es zweckmäßig, in dem Ofen so viel Platz
vorzusehen, daß sich die weiche Folie etwas unter die Grundebene des Rahmens 10,
11 durchwölben kann. Danach wird der Rahmen 10, 11 mit der darin befindlichen warmen
Folie auf das Gestell 12 einer Vorrichtung zum Ziehen aufgesetzt. Über der Folie
ist an der Vorrichtung ein durch eine Stange 13 aufwärts und abwärts verschiebbares
oberes Werkzeug 14 angeordnet, daß die Form eines nach unten offenen Kastens besitzt.
Unter der Folie 15 ist die Vorrichtung mit einem zweiten, ebenfalls durch eine Stange
16 auf- und abwärts verschiebbaren unteren Werkzeug 18, 19, 20 versehen.
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Die Folie 15, das untere Werkzeug 18, 19, 20 und das Vorrichtungsgestell
12 umschließen einen Raum 17. Das untere Werkzeug kann, wie in den Figuren dargestellt,
in einen Außenteil 18 und einen zentralen Teil, der aus einem Innenteil 19 und einem
Bodenteil 20 besteht, aufgeteilt sein. Durch verschiedene gegenseitige Einstellungen
zwischen den beiden Teilen 18 bzw. 19, 20 des unteren Werkzeuges ist es möglich,
Behälter verschiedener Tiefe mit denselben Werkzeugen herzustellen.
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Nach Aufsetzen des Rahmens 10, 11 auf das Gestell 12 wird das obere
Werkzeug 14, wie in F i g. 1 gezeigt, so weit gesenkt, daß seine Unterkante 21 die
erwärmte Folie 15 an einer dafür zweckmäßigen Stelle berührt. Hierfür ist eine im
voraus bestimmte Durchsenkung der ebenen Folie erforderlich, die z. B. dadurch erhalten
werden kann, daß in dem Raum 17 unter der Folie 15 ein Unterdruck erzeugt wird.
Zu diesem Zwcck sind in dem Bodenteil 20 des unteren Werkzeuges eine Anzahl von
an der äußeren Kante in den Raum 17 einmündenden Kanälen 22 vorgesehen, die mit
einem Ringraum 23 in dem unteren Teil der Form in Verbindung stehen, an welchen
eine Leitung 24 mit einem Umstellhahn 25 angeschlossen ist. An den Umstellhahn 25
kann über eine Leitung 26 eine Vakuumpumpe angeschlossen werden (Fig. 1). In einer
anderen Stellung des Umstellhahn es wird der Raum 17 über eine Leitung 27 entlüftet.
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In das Innere des oberen Werkzeuges 14 münden an dessen Innenkanten
eine Anzahl Kanäle 28 ein, welche durch Leitungen 29 mit einem Umstellhahn 30 verbunden
sind, welcher derart umschaltbar ist, daß der vom oberen Werkzeug 14 umfaßte Raum
durch die Leitung 32 an eine Vakuumpumpe angeschlossen oder über eine Leitung 33
entlüftet oder ganz abgeschlossen werden kann. Der erhabene Innenteil 19 des unteren
Werkzeuges ist mit einem Kanal 34 versehen, welcher in der Mitte an der höchstgelegenen
Stelle des Innenteils 19 in den Raum 17 einmündet und über eine Leitung 35 an einen
Umstellhahn36 angeschlossen ist. Am Übergang von den Seitenflächen des Innenteils
19 zum Bodenteil 20 münden eine Anzahl Kanäle 37 in den Raum 17 ein, die von einem
im Inneren des Werkzeuges gelegenen Raum 38 ausgehen, welcher über eine Leitung
39 mit dem Umstellhahn 36 in Verbindung steht. Dieser Umstellhahn 36 ist mit einem
Küken 41 versehen, dessen Durchlauf 42 so ausgebildet ist, daß wahlweise die Leitung
35 allein oder beide Leitungen 35 und 39 gleichzeitig an eine Entlüftungsleitung
40 an-
geschlossen oder beide Leitungen 35 und 39 voneinander getrennt verschlossen
werden können.
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Wenn das obere Werkzeug 14 mit der Folie 15 in Berührung gebracht
worden ist und der Umstellhahn 30 am oberen Werkzeug sowie der Umstellhahn 36 am
unteren Werkzeug geschlossen sind, während der Raum 17 unterhalb der Folie über
dem Umstellhahn 25 an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist, werden die Umstellhähne
in die Stellungen nach F i g. 2 umgestellt, d. h. Hahn 30 verbindet den Raum 31
über die Leitung 33 mit Außenluft, Hahn 25 ist ganz geschlossen und Hahn 36 ist
in einer solchen Stellung, daß die Luft aus dem Raum 17 unter der Folie 15 durch
den Kanal 34 und die Leitung 35 ins Freie entweichen kann. Daraufhin wird das Absenken
des oberen Werkzeuges 14 fortgesetzt, wobei der außerhalb der Unterkante 21 des
Werkzeuges 14 gelegene Teil der Folie ausgedehnt wird, während der innerhalb der
Unterkante 21 gelegene Teil der Folie auf Grund des zunehmenden Luftdruckes in dem
Raum 31 im Werkzeug eingepreßt wird. Die Absenkung des bberen Werkzeuges 14 wird
so lange fortgesetzt, bis die äußeren Teile der Werkzeugunterkante 21 ihre Endlage
erreicht haben.
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Danach wird das untere Werkzeug 18, 19, 20 nach oben geschoben, bis,
wie in F i g. 3 gezeigt, die obere Kante 44 des äußeren Teiles 18 ihre endgültige
Lage erreicht hat, wobei sich gleichzeitig der Bodenteil 20 mit der dazwischenliegenden
Folie 15 gegen die Kante21 des oberen Werkzeuges 14 abstützt. Die Umstellhähne 30
und 25 stehen dabei in derselben Stellung wie in F i g. 2, d. h. der Raum 31 im
oberen Werkzeug 14 steht durch die Leitung 33 mit der Außenluft in Verbindung, und
der von dem Außenteil 18 des unteren Werkzeuges umschlossene Ringraum 45 auf der
unteren Seite der Folie ist sowohl gegenüber der Vakuumpumpe als auch gegenüber
der Außenluft abgesperrt. Auch der Hahn 36 steht während der Bewegung des Werkzeuges
in derselben Stellung, wie in F i g. 2 dargestellt, d. h., die unter der Folie im
Inneren des oberen Werkzeuges 14 eingeschlossene Luft kann durch den Kanal 34 und
den Umstellhahn 36 ins Freie entweichen, während die Kanäle37 an der inneren Bodenkante
geschlossen sind. Die in dem Raum 17 eingeschlossene Luft wird hierbei zwischen
der Kante 43 am inneren Teil 19 des unteren Werkzeuges und dem zunächst gelegenen
Teil der Folie zusammengepreßt und entweicht durch den Kanal 34. Dadurch erhält
man ein sogenanntes »air slip«.
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Die Plastikfolie ist, wenn das Werkzeug der Ziehvorrichtung bis in
die in Fig.3 gezeigte Lage gebracht ist, so weit durch mechanisches Ziehen gestreckt
und mit seinem Material auf die Außenwände und Innenwände des Behälters verteilt,
daß es möglich ist, die Folie durch Vakuum in die endgültige Form des Behälters
zu bringen. Beim Vakuumziehen werden die Umstellhähne in die Stellungen nach F i
g. 4 gebracht, d. h., der obere Hahn 30 verbindet den Raum 31 im oberen Werkzeug
14 über die Leitung 32 mit einem Vakuumerzeuger, und der Hahn 25 ist so eingestellt,
daß der Raum 45 (F i g. 3) außerhalb der Außenwände des Behälters durch die Leitung
26 an einen Vakuumerzeuger angeschaltet ist.
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Gleichzeitig ist der Hahn 36 so eingestellt, daß sowohl der Kanal
34 als auch die Kanäle 37 im unteren Werkzeug mit der Entlüftungsleitung 40 in Verbindung
stehen. Beim Vakuumziehen ist es möglich, die
Folie allseitig in
im wesentlichen parallel zur ursprünglichen Folienebene gelegene Richtungen nach
außen zu ziehen. Dies bedeutet, daß das Volumen, das von den inneren Seitenwänden,
dem Boden und einer gedachten Ebene über die Öffnung des Behälters eingeschlossen
ist, durch das Vakuumziehen vergrößert wird. Gleichfalls tritt durch das Vakuumziehen
eine Vergrößerung des von den Außenwänden und zwei gedachten Ebenen durch die Öffnungs
kanten der Außenwände eingeschlossenen Volumens ein. Das Verfahren, das die letztgenannte
Vergrößerung mit sich bringt, ist bekannt, das Verfahren zur Vergrößerung des Innenvolumens
des Behälters aber neu.
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Die Wandungen der Werkzeuge können zweckmäßigerweise beheizt sein,
damit die Folie so lange auf der passenden Arbeitstemperatur gehalten wird, bis
das Ziehen beendet ist. Danach darf die Folie erkalten oder sie wird abgekühlt,
wobei ein gewisses Schrumpfen eintritt. Dadurch löst sich die Folie von den Seitenwänden,
so daß das Herausziehen des fertigen Behälters aus den Werkzeugen keine Schwierigkeiten
bereitet. Die Werkzeugteile werden so weit auseinandergezogen, daß eine neue Thermoplastfolie
eingeführt werden kann, nachdem der geformte Behälter herausgenommen worden ist,
was beispielsweise durch Einblasen von Druckluft an bestimmten Stellen geschehen
kann.
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Das Ziehen mittels der erfindungsgemäß vorgesehenen Vorrichtung mit
nachfolgender Schrumpfung macht es überflüssig, eine Aushebeschräge in den Formwerkzeugen
vorzusehen, was sich vorteilhaft auf das Ergebnis auswirkt und die Arbeit beim Formen
erleichtert.
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Durch entsprechende Ausnutzung des äußeren Teiles 18 im unteren Werkzeug
in der angegebenen Weise kann der Übergang zwischen dem dicken, in den Rahmen 11
eingespannten Teil der Folie 15 und dem bedeutend dünneren gezogenen Teil zwischen
den Rahmen 10, 11 und den Kanten 44 verlegt werden. Die Breite der Ebene außerhalb
der Kanten 44 kann derart gewählt werden, daß schon von Anfang an eine zweckmäßige
Materialverteilung zur Ausdehnung der äußeren und der inneren Teile der Folie und
eine gleichmäßige Materialverteilung im Behälter erzielt wird.