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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines
offenen Hohlkörpers aus einer Kunststoff-Folie, bestehend aus einer Hohlform, über
deren Rand die unter Wärmeeinwirkung plastifizierte Folie festgehalten und unter
Anwendung von pneumatischen und gegebenenfalls mechanischen Mitteln zu einem Hohlkörper
umgeformt und durch Kühlung formstabilisiert wird.
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Bei der Herstellung von offenen Hohlkörpern, z. B. von becherartigen
Behältern, aus thermoplastischen Kunststoff-Folien unterscheidet man unter anderem
die Negativ-Streckformung, bei der die auf den Rand einer Hohlform aufgespannte
und durch Wärmeeinwirkung plastifizierte Folie vor dem Saugzug mittels eines Stempels
mechanisch vorgestreckt wird, oder die Positiv-Streckformung, bei der die über einen
Rahmen gespannte und plastifizierte Folie durch das Hineinfahren eines Formkerns
zu einem sich an diesen anschmiegenden Hohlkörper umgeformt wird. Daneben gibt es
noch eine negative und positive Verformung durch Vakuumzug ohne mechanische Streckung.
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Die Verformungstemperatur der Folie liegt im allgemeinen zwischen
+110 und +1800 C, wobei selbst noch das Formwerkzeug eine Temperatur von etwa +
750 C aufzuweisen hat. Die Abkühlung und die damit verbundene Stabilisierung der
Form des Hohlkörpers wird in der Regel dadurch bewirkt, daß der Hohlkörper von einem
Kühlluftstrom gegen die Formtemperatur abgekühlt wird. Der Hohlkörper erhält also
durch die Abkühlung auf die Temperatur des Formwerkzeuges erst seine bleibende Form.
Es ist leicht einzusehen, daß für jeden einzelnen Kühlvorgang ein erheblicher Aufwand
an Kühlzeit notwendig ist. Die Wirtschaftlichkeit derartiger bekannter Herstellungsanlagen
wird somit durch hohe Betriebskosten und eine unbefriedigende Ausstoßleistung beeinträchtigt.
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Bei einer bekannten Vorrichtung zur Herstellung von flaschenförmigen
Hohlkörpern werden zwei Formhälften geschlossen, worauf zunächst durch warme Blasluft
der plastifizierte Kunststoff durch Anlage an die Form zur Flasche umgeformt wird,
worauf das Formstabilisieren des Formlings in der Form mittels Kaltluft erfolgt.
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Ebenso wie der ständige Wechsel zwischen Warm-und Kaltluft einen
erheblichen Mehraufwand an Wärme- und Kälteenergie erfordert, als wenn die Form
nur mit Warm- oder Kaltluft beaufschlagt würde, beansprucht die Herstellung und
Kühlung des Formlings in einer Form auch einen entsprechenden Mehraufwand an Zeit.
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Wieder bei einer anderen Herstellungsmaschine für Kunststoffbecher
ist zwischen der Form- und Stanzstation ein Förderorgan in Gestalt einer am Umfang
mit Höckern versehenen Abnahmetrommel angeordnet, die für eine exakte Abnahme der
verformten Folienbahn aus den Formen und deren Übergabe an die Stanzmesser zu sorgen
hat. Da die Höcker der Abnahmetrommel auf die Folienbahn eine starke Zugkraft ausüben,
muß die Formstabilisierung derFolienbahn bereits abgeschlossen sein,wenn die vordersten
Becher des Bandes den ersten Höcker der Trommel erreicht haben. Dies kann, da keine
besonderen Vorkehrungen getroffen sind, nur durch eine entsprechend geringe Fördergeschwindigkeit
der Folienbahn erreicht werden, wobei diese nur durch eine normale Abkühlung an
der Luft stabilisiert wird.
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Diese den bekanten Vorrichtungen anhaftenden Nachteile zu beseitigen,
ist Aufgabe der Brfindung, gemäß der die Külileinrichtung der Hohlform als selbständige
Einheit zugeordnet und derart ausgebildet ist, daß sie den Hohlkörper in plastischem
Zustand aus der Hohlform unter Formschluß übernimmt. Dabei kann die aus einem Kühlstempel
bestehende Kühleinrichtung als Förderorgan für den Hohlkörper ausgebildet sein.
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Hierdurch, daß Form- und Kühleinrichtung zwei voneinander unabhängige
Werkzeuge sind, kann nicht nur der EnergiebedaR niedrig gehalten, sondern auch eine
hohe Ausstoßleistung erreicht werden. Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung an
mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert, und zwar zeigt F i g. 1 eine Kühleinrichtung
in Verbindung mit einer Formeinheit und einem Magazin, schematisch in Ansicht, Fig.
2 eine Kühleinheit in Verbindung mit einer Formeinheit und einer Füllanlage, schematisch
in Ansicht, und F i g. 3 ein die wichtigsten Wärme- und Kühldaten enthaltendes Diagramm.
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Nach F i g. 1 besteht die Formeinheit 1 aus einem absatzweise umlaufenden
Formzylinder 2 mit vier nach außen offenen Formwerkzeugen 3, deren Innenwände die
beispielsweise nach dem Negativ-Streckformverfahren hergestellten becherartigen
Hohlkörper 4 aufnehmen. Bei der Abgabe der Hohlkörper 4 an die Kühleinheit 5 beträgt
die mittlere Temperatur des Hohlkörpers 4 etwa + 1250 C, während die Temperatur
der Formwerkzeuge 3 bei +750 C liegt. In dieses mit dem noch nicht formbeständigen
Hohlkörper 4 ausgekleideten Formwerkzeug 3 fährt nun ein dem Werkzeug 3 genau angepaßtes
Kühlwerkzeug 7 so weit hinein, bis der Formschluß zum Hohlkörper 4 hergestellt ist.
Das Kühlwerkzeug7 bildet mit weiten, radial nach außen gerichteten und an einem
absatzweise umlaufenden Zylinder 6 angeordneten Kühlwerkzeugen 7 die eigentliche
Kühleinheit 5. Das in Form eines Stempels ausgebildete Kühiwerlezeug 7 ist mittels
einer Stange 8 am Zylinder 6 axial verschiebbar angeordnet. Vom Zylinder 6 aus werden
durch entsprechende Rohrleitungen sämtliche Stempel gleichzeitig mit einem Kühlmedium,
sei es Kühlwasser, Luft od. dgl., beschickt, wobei die Temperatur der Kühlwerkzeuge
zwischen +10 und +150Cliegt.
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Während bisher die Abkühlung des Hohlkörpers 4 gegen das Formwerkzeug
3 mit einer Temperatur von etwa 750 C erfolgte, führt nunmehr das Kühlwerkzeug 7
die Kühlung durch, wobei infolge der erheblich niedrigeren Kühltemperatur von +10
bis +15°C eine wesentliche Verkürzung der Kühlzeit zu verzeichnen ist.
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Inwieweit die Wärme- und Abkühlungstemperaturen sich gegenseitig
beeinflussen und damit die Kühlzeit bestimmen, mag das in F i g. 3 gezeigte Diagramm
veranschaulichen.
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Ausgehend davon, daß senkrecht die Temperaturskala und waagerecht
die Kühlzeit vermerkt ist, zeigt der obere strichpunktierte Kurvenverlauf die Abkühlzeit
eines nach dem bisherigen Verfahren behandelten Gegenstandes, wobei die Abkühlung
des erwärmten Hohlkörpers gegen das 750 C warme Formwerkzeug erfolgt.
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Für die Abkühlung ist der Erstarrungspunkt der Kunststoff-Folie maßgebend,
an dem die Formstabilität
des Hohlkörpers erreicht wird. Da die
Abkühlung stets nach einer Exponentialkurve verläuft, wobei sie sich der Endtemperatur
asymptotisch nähert, wird für einen im Formwerkzeug zur Abkühlung kommenden Formling
gemäß Diagramm eine Kühlzeit von der Größe T benötigt. Dabei liegt der von der Folieneigenschaft
abhängige Erstarrungspunkt beispielsweise bei + 750 C.
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Bei gleichen Bedingungen hat laut Diagramm die Kühlzeit eines durch
den kalten Stempel 7 abgekühlten Hohlkörpers 4 nur die Größe t, d. h., sie beträgt
nur 18eXo der bisher üblichen Kühlzeit bei einem im Formwerkzeug zur Abkühlung verbleibenden
Formling. Eine derartige Verminderung der Kühlzeit wirkt sich vor allem in einer
wesentlichen Leistungssteigerung der Herstellmaschine aus.
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Die zwischen +10 und +150 C liegende Kühltemperatur des Stapels 7
ist immerhin noch warm genug, damit durch den plötzlichen Kontakt der kalten und
heißen Werkzeuge3 und 7 einerseits und des heißen Hohlkörpers 4 andererseits eine
Beeinträchtigung der Eigenschaften des Hohlkörpers durch einen sogenannten Kältebruch
mit Sicherheit vermieden ist.
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Durch entsprechende Leitungen wird das Kühlwerkzeug nicht nur mit
Kühlmitteln, sondern auch mit Vakuum beaufschlagt. Die hierzu erforderlichen Saugöffnungen
sind über die gesamte Kühlfläche verteilt, wobei das Vakuum bei der Herstellung
des Formschlusses zum Hohlkörper 4 mit dem Erfolg wirksam wird, daß bei der nachfolgenden
Absetzbewegung des Kühlwerkzeuges 7 der Hohlkörper 4 unter Aufrechterhaltung des
Formschlusses am Kühlwerkzeug 7 verbleibt. Bei der absatzweisen Drehbewegung des
Zylinders 6 gelangt der völlig abgekühlte Hohlkörper 4 in den Bereich des Stapelschachtes
9, wo er während einer Schaltpause durch an sich bekannte Abstreifer vom Kühlwerkzeug
7 abgezogen und zwecks Magazinierung dem Stapelschacht 9 zugeführt wird. Bei der
Übergabe muß selbstverständlich das Vakuum von der Kühlfläche weggenommen sein.
Es besteht die Möglichkeit, entweder durch Umschaltung des Vakuums oder eine entsprechende
Leitung die Kühlfläche des Kühlwerkzuges 7 mit Druckluft zu beaufschlagen, die ein
sicheres Lösen und Überführen des Hohlkörpers 4 in den Stapelschacht ohne mechanische
Abstreifer gewährleistet.
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Ebenso wie gemäß F i g. 1 das Formwerkzeug 3 negativ und das Kühlwerkzeug
7 als Stempel positiv ausgebildet ist, kann auch das Formwerkzeug 3 als Stempel
und das Kühlwerkzeug 7 als Hohlform ausgebildet sein. Eine derartige Anordnung ist
dann gegeben, wenn, wie bei der Positiv-Streckformung, das als Stempel ausgebildete
Formwerkzeug 3 durch die über einen Rahmen gespannte und plastifizierte Folie hindurchfährt,
wobei letztere sich unter Bildung eines Hohlkörpers 4 hauteng gegen den Stempel
anlegt. Die hohlförmigen Kühlwerkzeuge 7 sind ebenfalls an ihren axial verschiebbaren
Stangen 8 am Umfang eines Zylinders 6 verteilt angeordnet. Auch werden ihre Kühlflächen
mit einem Kühlmedium und mit Vakuum zwecks Übernahme des Hohlkörpers 4 vom Formwerkzeug
3 beaufschlagt.
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Eine besonders einfache und vorteilhafte Versorgung des Kühlwerkzeuges
mit Kühl-, Saug- und Druckmitteln besteht darin, daß beispielsweise der Hohlkörper
4 mit Vakuum angesaugt und vom Formwerkzeug übernommen und gegebenenfalls mit Druck-
luft
dem Stapelschacht9 zugeführt wird. Dienordnung kann dabei so getroffen sein, daß
das Vakuum und die Druckluft einer gemeinsamen Quelle entstammen.
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Selbstverständlich kann die das letzte Glied einer Herstellungsanlage
bildende Kühleinheit 5 unmittelbar zur Versorgung einer die Hohlkörper 4 aufnehmenden
Weiterverarbeitungs- bzw. -behandlungsmaschine herangezogen werden. So kann die
Kühleinheit 5 mit einer Füll- und Verschließmaschine für Becherpackungen derart
gekoppelt sein, daß während einer Schaltpause des Zylinders 6 und einer Zellenkette
10 das Kühlwerkzeug 7 den Becher in eine der Zellen einsetzt, wobei das Vakuum weggenommen
und statt dessen Druckluft zwischen Werkzeug und Becher geblasen wird, so daß nach
dem Anheben des Werkzeuges 7 der in der Zelle verbleibende Becher mittels einer
Dosiereinrichtung 11 gefüllt und anschließend gedeckelt werden kann.
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Die Erfindung ist nicht nur auf die Herstellung von Verpackungsbehältern,
sondern allgemein auf die Herstellung von offenen Hohlkörpern gerichtet, und sie
kann überall dort zur Anwendung gelangen, wo die Voraussetzungen der Vakuumverformung
in Verbindung mit einem anschließenden Kühlvorgang gegeben sind.