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Verfahren und Vorrichtung zum Formen eines doppelwandigen Behälters
aus einer thermoplastischen Kunststoffolie Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Formen eines doppelwandigen Behälters, z. B. eines Kühlschrankgehäuses, mit
einem die Innenwandung auf der einen Seite abschließenden Boden und auf der anderen
Seite mit der Außenwandung verbindenden ebenen Rahmen aus einer ebenen erwärmten
Folie aus thermoplastischem Kunststoff mit Hilfe einer einen erhabenen Kern enthaltenden
Hohlform und eines relativ zu dieser beweglichen, zwischen die Formwandung und den
Kern einführbaren Hohlstempels.
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Die Eigenschaften thermoplastischer Kunststoffe machen diese zur
Formung von Folien mit verhältnismäßig komplizierter Form geeignet, indem die erwärmte
Folie einem Überdruck auf der einen Seite ausgesetzt wird oder dadurch, daß sie
auf mechanischem Weg ausgedehnt wird oder daß beide diese Verfahren kombiniert angewendet
werden, um die Folie in die gewollte Form zu bringen und dann durch Abkühlen erstarren
zu lassen. Wenn beispielsweise als Behälter ein Kühlschrankgehäuse aus einem Stück
hergestellt werden soll, dann ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten, da die Form
recht kompliziert ist und eine Fläche hat, die fünf- bis sechsmal größer ist als
die Fläche der ebenen Folie, die das Ausgangsmaterial bildet. Dazu kommt, daß die
Außen- und Innenwände durch Ausdehnung der Folie in entgegengesetzten Richtungen
geformt werden müssen.
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Zum Herstellen von doppelwandigen Behältern mit mehrfach unterteiltem
Inneren durch ein geformte Zwischenwände ist bereits vorgeschlagen worden, die zu
verformende Kunststoffolie in einen unbeweglichen ebenen Rahmen einzuspannen, gegenüber
welchem sowohl eine Hohlform als auch ein Hohlstempel beweglich angeordnet sind.
Die Herstellung des Behälters erfolgt dabei in der Weise, daß die Form zunächst
mit ihren Außenwandungskanten in Anlage an die erwärmte ebene Folie gebracht wird
und dann die Folie unter Weiterbewegung der Form und gleichzeitiger Einleitung von
Druckluft in das Forminnere nach der dem Stempel zugewandten Seite durchgewölbt
wird, woraufhin der Stempel bis knapp zur Ebene des Spannrahmens in die sich weiter
vorwärts bewegende Form eingefahren wird und schließlich in deren Endstellung durch
Anwendung von Unterdruck im Forminneren die Folie überall gegen die Formwandung
zur Anlage gebracht wird. Da die Folie von der äußeren Formkante noch im ebenen
Zustand erfaßt wird, steht für die Bildung der außerhalb der Form liegenden Behälterwandung
nur der
von vornherein außerhalb der Projektion der Formkanten liegende Folienbereich
zur Verfügung, was zur Folge hat, daß bei Behältern ohne eingeformte Zwischenwand
die Außenwandungen des fertigen Behälters zwangläufig dünner ausfallen als dessen
Innenwandungen.
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Um dies zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das eingangs
genannte Verfahren so durchzuführen, daß die Folie im Verhältnis zur Hohlform fest
über diese Form aufgespannt wird, daß die Folie daraufhin durch Druckunterschied
zu beiden Seiten der Hohlform in sie hinein vorgereckt wird, daß daraufhin der Hohlstempel
in die Hohlform eingeschoben wird, wobei er die Folie längs eines in sich geschlossenen
Linienzuges trifft, der innerhalb der Projektion der die Folie erfassenden Hohlstempelkante
auf der ebenen Folie liegt, und daß schließlich die Folie in an sich bekannter Weise
innerhalb der Hohlform durch Unterdruck fertiggeformt wird.
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Hierbei ist es besonders vorteilhaft, unmittelbar nach der Berührung
des Hohlstempels mit der Folie einen Druckausgleich in der Hohlform herbeizuführen.
Ein weiterer besonderer Vorteil ergibt sich, wenn mit oder nach dem Druckausgleich
in der Hohlform der vom Hohlstempel umschlossene mittlere Folienbereich in entgegengesetzter
Richtung pneumatisch vorgewölbt wird.
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Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung besteht eine Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens aus einer die
äußere Wandung des Behälters bildenden Hohlform mit einem die innere Wandung des
Behälters bildenden Kern und aus einem mit weitem Spiel zwischen Kern und Hohlform
in diese eingreifenden Hohlstempel sowie aus Ventilen im Kern und im Hohlstempel,
mit deren Hilfe der Innenraum der Hohlform und der Innenraum des Hohlstempels unter
ein schwächeres Vakuum, Atmosphärendruck, ein höheres Vakuum und gegebenenfalls
unter Überdruck gesetzt werden können. In zweckmäßiger Ausgestaltung dieser Vorrichtung
ist nach einem weiteren Erfindungsmerkmal der Kern mit Löchern versehen. Hierbei
kann der Innenraum des Hohlstempels wenigstens so tief sein wie der Kern der Form.
Auch kann der Kern in der Hohlform in der Höhe verschiebbar angeordnet sein.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand zweier in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbares
Kühlschrankgehäuse in perspektivischer Ansicht schräg von seiner Vorderseite, F
i g. 2 einen horizontalen Schnitt durch das Kühlschrankgehäuse entlang der Ebene
II-II, Fig. 3 eine Vorrichtung zum Herstellen des Kühlschrankgehäuses mit einer
ebenen, eingespannten Folie aus wärmehärtendem Kunststoff, F i g. 4 bis 8 die Vorrichtung
nach F i g. 3 mit der Folie während verschiedener Arbeitsstufen und F i g. 9 eine
Abänderung der Vorrichtung nach Fig. 3.
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Das Bild der F i g. 1 zeigt ein Kühlschrankgehäuse in einem Stück.
Ein Schnitt durch dieses Gehäuse in der Ebene II-II wird in F i g. 2 gezeigt. Das
Gehäuse besteht aus vier Außenwänden, wovon die obere, 10, und die linke, 11, in
F i g. 1 sichtbar und die linke, 11, und die rechte, 12, in Fig.2 geschnitten sind,
während der Bodenteil 12 nur in Fig. 2 erkennbar ist. Ferner umfaßt das Gehäuse
einen Vorderteil 14 mit einem im wesentlichen ebenen Rahmen 15 und einem innerhalb
des Gehäuses gelegenen Rahmen 16, dessen Innenkante innerhalb der Ebene des Vorderteiles
15 liegt. Das Innere des Behälters wird von vier Innenwänden 17, 18 (F i g. 1),
19 (F i g. 2), wovon die obere in F i g. 1 und 2 nicht sichtbar ist, sowie von einer
Hinterwand 20 begrenzt.
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Wird das Kühlschrankgehäuse mehr als ein Behälter betrachtet, so
kann dieser als mit einem Boden (der Hinterwand 20) ausgestattet und doppelwandig
auf allen vier Seiten angesehen werden.
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Als Ausgangsmaterial für die Herstellung des Behälters dient eine
ebene Folie aus thermoplastischem Kunststoff in der Form eines Quadrats oder eines
rechteckigen Vierecks, je nach der Form des Behälters. Es kann dann mit einer ausdehnbaren
Fläche der Folie von etwa der gleichen Größe wie die Fläche, die von der hinteren
Kante des Behälters begrenzt wird, gerechnet werden. Die Fläche des Behälters kann
berechnet werden, und es läßt sich dann feststellen, daß die Fläche der Folie etwa
fünfbis sechsmal vergrößert werden muß, um die Behälterfläche zu decken. Bei der
Flächenvergrößerung tritt eine Verdünnung der Folie ein, und es ist wünschenswert,
daß diese Verdünnung überall die gleiche ist, so daß man eine gewisse Wanddicke
für den Behälter wählen und danach von einer Dicke
der Folie ausgehen kann, die so
viel größer ist, wie die Gesamtfläche des fertigen Produktes im Verhältnis zu der
Fläche ist, die von der Hinterkante begrenzt wird. Die Erfindung ermöglicht es,
diesem idealen Zustand sehr nahe zu kommen und so geringe Dickenunterschiede zu
erreichen, daß die hergestellten Behälter den praktischen Anforderungen entsprechen.
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Gemäß der Darstellung der Vorrichtung in F i g. 3 ist eine ebene
Folie 21 von bestimmter Dicke durch einen Rahmen 22 gegen die Oberkante 23 einer
äußeren Hohlform 24 festgespannt. Das Innere der Hohlform 24 entspricht der Form
eines fertigen Behälters bis auf die Kante 25, die abgerundet ist und von welcher
aus die Form sich nach oben etwas erweitert. Es sei angenommen, daß die Fläche des
fertigen Gefäßes das Sechsfache der Fläche des Quadrates oder des Rechtecks ist,
das von der Kante 25 begrenzt wird. Die Folie soll also unter der Kante 25 eine
Dicke aufweisen, die nur ein Sechstel der Dicke der ursprünglichen Folie hat. Bei
der Formung tritt eine Verdünnung bis auf diese Dicke ein, aber da eine plötzliche
Verdünnung von 6 mm auf 1 mm nicht erfolgen kann, bezweckt der Abstand zwischen
der Oberkante 23 und der Kante 25 einen weichen Übergang zwischen diesen beiden
äußersten Werten der Foliendicke.
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Unter der Hohlform 24 liegt eine Platte 27, und zwischen dieser und
der Form ist eine abdichtende Packung 26 angeordnet. An die Platte 27 ist eine Rohrleistung28
angeschlossen, die zu einem Dreiwegeventil 29 führt. Das Ventil ist durch Leitungen
30, 31 und 32 an ein schwaches Vakuum bzw.
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Atmosphärendruck und ein kräftigeres Vakuum angeschlossen. Der Kern
ist an geeigneten Stellen, beispielsweise dort, wo die Vorderkante 14 der Folie
und der Boden des fertigen Gefäßes 20 liegen werden, mit einer Anzahl von Löchern
33 versehen, so daß das Innere 34 der Form den gleichen Druck erhält wie der zwischen
dem dem Bodenteil des Behälters entsprechenden Teil 35 des Kerns und der Platte
27 eingeschlossene Raum 36. Dieser Druck wird durch das Ventil 29 geregelt.
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Über der Hohlform 24 befindet sich, gleichfalls im Schnitt gezeichnet,
ein kastenförmiger, in die Hohlform einschiebbarer Hohlstempel 37, der solche Abmessungen
hat, daß er mit verhältnismäßig großem Spielraum zwischen dem Hohlstempel 37 und
der Hohlform 24 auf allen Flächen in die Hohlform innerhalb des Rahmens 22 eingeschoben
werden kann, während gleichzeitig der Hohlstempel 37 solche Abmessungen hat, daß
seine Kante 39 ein Quadrat oder ein Rechteck ausmacht, das mit dem Quadrat oder
dem Rechteck kongruent ist, das in der Hauptsache die Begrenzungslinie zwischen
den äußeren und den inneren Teilen des fertiggeformten Behälters bildet. Das Innere
38 des Hohlstempels 37 bildet einen Hohlraum, der nur auf der unteren Seite offen
ist, die von der Vorderkante 39 begrenzt wird, und er ist durch eine Rohrleitung41
an ein Zweiwegeventil 40 angeschlossen. Das Ventil ist durch Leitungen 44 und 45
an ein schwächeres Vakuum bzw. die Atmosphäre angeschlossen.
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Würde nun nach der Erwärmung der eingespannten Folie 21 der Hohlstempel
37 sofort gegen die ebene Folie und in die Hohlform 24 abgesenkt, so würde die quadratische
oder rechteckige Kante 39 des Hohlstempels die Folie 21 verhältnismäßig nahe
an
der Einspannstelle treffen, und dies würde dazu führen, daß zuwenig Folienmaterial
außerhalb der Stempelkante 39 zwischen dieser und der Einspannstelle liegt. Die
Außenwände des Behälters würden dann eine zu geringe Dicke erhalten. Anders ausgedrückt
läge dann eine Linie, die der Begrenzungslinie zwischen den Außenwänden und den
Innenwänden des mit im wesentlichen gleichförmiger Materialverteilung fertiggeformten
Produktes entspricht, auf der ebenen Folie innerhalb der Kante 39 des Hohlstempels
37. Es muß also angestrebt werden, daß die Stempelkante 39 die Folie längs der auf
der inneren Folie befindlichen theoretischen Begrenzungslinie trifft, dort festhält
und in die Hohlform 24 hineinführt.
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Dies kann nun dadurch erreicht werden, daß, wie Fig.4 zeigt, das
Ventil 29 derart umgestellt wird, daß das schwächere Vakuum durch die Leitung 30
mit dem Inneren 34 der Form 24 verbunden ist. Die erwärmte Folie 21 wird dann in
die Hohlform 24 in Gestalt einer Glocke von solcher Größe hineingesaugt, daß die
theoretische Begrenzungslinie auf der ebenen Folie die Horizontalprojektion ausmacht
oder nahe an der Horizontalprojektion der Kante 39 im Hohlstempel 37 liegt. Wenn
nun der Hohlstempel 37 in die Hohlform 24 abgesenkt wird, werden zuerst nur die
Ecken der ebenen Stempelkante 39 die Folienglocke treffen, und zwar in den höchstgelegenen
Punkten der obengenannten Horizontalprojektion der Stempelkante 39, die mit den
höchstgelegenen Punkten der theoretischen Begrenzungslinie auf der Folie zusammenfallen.
Die Materialdicke an den höchstgelegenen Punkten der Begrenzungslinie, d. h. in
den Ecken, ist bedeutend größer als die Materialdicke an den niedrigstgelegenen
Abschnitten der Begrenzungslinie, d. h. in der Mitte der Längsseiten.
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Wenn die Kante 39 mit den höchsten Punkten der Begrenzungslinie in
Berührung gekommen ist, wird das Vakuum dadurch ausgeschaltet, daß mittels des Ventils
29 die Form mit der Außenluft verbunden wird, wie dies in F i g. 5 gezeigt ist.
Die Folie nimmt dann verhältnismäßig langsam die ebene Form wieder an, aber der
Hohlstempel 37 setzt die ganze Zeit über seine Abwärtsbewegung fort, wobei die Kante
39 mehr und mehr mit der Teilungslinie in Anlage kommt, bis sie schließlich ringsum
in Berührung mit der Folie längs der ganzen Begrenzungslinie ist. In diesem Augenblick
hat der innere Bereich der Folie seine ebene Form wieder angenommen, so daß die
ganze Öffnung des Hohlstempels 37 von einem ebenen oder beinahe ebenen Folienabschnitt
gemäß der Darstellung in F i g. 5 abgedeckt ist.
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Nun wird das Ventil40 derart umgestellt, daß das Innere 38 des Hohlstempels
mit dem schwächeren Vakuum verbunden ist (Fig. 6), wobei von der Folie eine Glocke
43 innerhalb des Hohlstempels 37 gebildet wird. Hierdurch wird die Folie gegen die
Stempelkante 39 fixiert. Dies geschieht in solcher Weise, daß die Materialverteilung
außerhalb der Stempelkante derjenigen Materialmenge entspricht, die auf die Außenwände
zu verteilen ist, während die Glocke 43 im Hohlstempel 37 die Materialmenge enthält,
die den Innenseiten und dem Boden des fertigen Behälters entspricht. Diese beiden
Materialmengen werden selbstverständlich zur Bildung des Vorderrahmens 14 des Behälters
beitragen.
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Wenn die Folie gegen die Stempelkante 39 fixiert ist, wie dies F
i g. 6 zeigt, wird das Vakuum im Hohl-
stempel 37 durch Umstellung des Ventils 40
auf Entlüftung behoben, wie dies F i g. 7 zeigt, und die Bewegung des Hohlstempels
in die Form wird bis etwa in die in F i g. 7 gezeigte Stellung fortgesetzt. Jetzt
ist das Folienmaterial so in der Hohlform 24 verteilt, daß durch Umstellung des
Ventils 29 auf die Stellung nach F i g. 8, in der das volle Vakuum zum Inneren 34
der Hohlform durchgeschaltet wird, die Folie sich ganz an die Innenseiten der Form
24 anlegt.
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Danach wird der Hohlstempel 37 aus der Hohlform herausgezogen, und
der geformte Behälter wird abgekühlt, ehe er aus der Hohlform genommen wird.
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Es können Fälle eintreten, wo die Behältertiefe so groß ist, daß
der Kern 35 beim Einsaugen der Folie in die Hohlform nach Fig.4 im Wege liegt. Dies
geschieht, wenn die Behältertiefe groß ist und der Boden 20 des Behälters nahe an
der Kantenebene der Außenwände bei der hinteren Öffnung liegt. Um diese Schwierigkeit
zu beseitigen, kann der Kern 35 innerhalb der Hohlform 24 verschiebbar angeordnet
werden, wie dies F i g. 9 zeigt. Der Kern 35 ist wie ein Kolben mit einer Stange
46 ausgeführt, und die Platte 27' ist mit einer entsprechenden Packung47 versehen.
Vor dem Einsaugen der Folie in dem der F i g. 4 entsprechenden Zeitpunkt wird der
Kern 35 näher an die Platte 27' gezogen. Wenn der Druck ausgeglichen oder Vakuum
zum Hohlstempel 37 geschaltet wird, wird der Kern 35 in die Endstellung geführt,
wo er während der endgültigen Formgebung der Folie bleibt.
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Das Verfahren ist für die Erzielung einer solchen Materialverteilung
gedacht, daß die Wanddicke des fertigen Behälters praktisch überall dieselbe wird.
Es ist jedoch auch möglich, dasselbe Verfahren anzuwenden, wenn ein Behälter mit
verschiedener Dicke in der Innenwand und der Außenwand hergestellt werden soll.
So kann beispielsweise eine dickere Außenwand als die Innenwand erhalten werden,
während jede einzelne dieser beiden Wände die gleiche Dicke aufweist. Zu diesem
Zweck wird die Lage der theoretischen Begrenzungslinie zwischen den Außenwänden
und den Innenwänden auf der ebenen Folie bestimmt, und es werden Einrichtungen getroffen,
damit der Hohlstempel 37 mit dieser neuen Linie anstatt mit der oben beschriebenen
in Anlage kommt.