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Die
Erfindung betrifft eine Thermoformmaschine mit einem Werkzeug, das
mit einem Entform- und/oder Auswerferelement für gefertigte
Artikel aus dem Werkzeug versehen ist, wobei das Entform- und/oder
Auswerferelement einen sich in eine translatorische Richtung bewegenden
Endbereich aufweist.
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Eine
Thermoformmaschine der gattungsgemäßen Art ist
beispielsweise aus der
DE
198 48 628 C2 bekannt. Dort werden zwischen den relativ
zueinander beweglichen Teilen eines Werkzeugs Kunststoffartikel
(beispielsweise Margarineschalen, Trinkbecher, Behälterdeckel)
aus thermoplastischen Kunststofffolien und Verbundfolien hergestellt.
Dabei werden in der geschlossenen Stellung des aus Ober- und Unter-Werkzeug
bestehenden Werkzeugs die Artikel geformt, dann gestanzt und schließlich
bei geöffneter Stellung des Werkzeugs aus diesem heraus in
eine nachgeschaltete Stapel- und Zählvorrichtung gefördert.
Das Oberteil des Werkzeugs der Maschine ist an einer starren Querbrücke
montiert; das Unterteil des Werkzeugs ist höhenbeweglich
sowie schwenkbar ausgestaltet. Zur Schwenkbarkeit des unteren Werkzeugteils
besitzt dieses einen Lagerzapfen, dessen Lager in einem vertikal
geführten Führungsstück angeordnet ist.
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Damit
die Artikel beim Abstapeln nicht gegen Störkanten des Werkzeugs
geraten (beispielsweise im Bereich des Folientransportes), ist für
das ausschwenkbare Unterteil des Werkzeugs ein großer Schwenkwinkel
von üblich 80° erforderlich.
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Die
in der ausgeschwenkten Werkzeugendlage aus der Maschine mittels
eines Entform- und/oder Auswerferelements ausgestoßenen,
gefertigten Artikel können von einer dem gekippten Unterteil
des Werkzeugs entgegenfahrenden bzw. von einer dem Unterteil des
Werkzeugs zugestellten Fangplatte aufgenommen werden, um ein reproduzierbares
Einstapeln zu ermöglichen.
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Während
des Einstapelns gefertigter Artikel von der Thermoformmaschine in
die Stapel- und Zählvorrichtung steht das untere Teil des
Werkzeugs, d. h. es wird kein Hub und keine Schwenkbewegung ausgeführt.
Nach dem Einstapelvorgang wird das Werkzeugunterteil wieder in die
vertikale Position zurückgeschwenkt und vertikal in die
Position zurückverfahren, in der es mit dem Oberteil des
Werkzeugs zusammenwirkt.
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Einen
wesentlichen Einfluss auf einen reproduzierbaren und stabilen Produktionsprozess
hat dabei die Entformung der fertigen Artikel aus dem Werkzeug.
Bekannt ist es, das Entform- und/oder Auswerferelement mit einem
Pneumatikantrieb, d. h. mit einem pneumatischen Kolben-Zylinder-System, zu
versehen, was kostengünstig zu realisieren ist. Allerdings
hat diese Lösung Nachteile:
Zunächst ist
festzustellen, dass der pneumatische Antrieb für das Entform-
und/oder Auswerferelement eine relativ schlechte Reproduzierbarkeit
aufweist, was dann zu Schwierigkeiten führt, wenn eine
präzise Stapelung gefertigter Artikel angestrebt wird.
Weiterhin muss die zum Betrieb des Entform- und/oder Auswerferelements
benötigte Druckluft bereitgestellt werden, was gewisse
Kosten und Störanfälligkeit zur Folge hat.
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Das
Bewegungsverhalten des pneumatischen Antriebs ist schwer zu kontrollieren.
Wenn man von einer sehr aufwendigen und damit teuren Proportionalventiltechnik
absieht, ist eine Verstellung des Hubes des Elements nur über
zusätzliche Stell elemente möglich. Beim Einsatz
der Proportionalventiltechnik sind indes Einschränkungen
hinsichtlich der Ausschiebegeschwindigkeit gegeben.
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Ferner
ist für eine hohe Ausstoßleistung an gefertigten
Artikeln generell eine hohe Ausschiebegeschwindigkeit wünschenswert.
Bei der Verwendung eines Pneumatikzylinders muss erst der Zylinderraum
mit Druckluft befüllt werden, was eine gewisse Zeit benötigt
und so zu Zeitverlusten bei der Produktion führt. Wenn
sich hinreichend Druck im Zylinderraum aufgebaut hat, so dass der
Entformvorgang erfolgen kann, hat das Pneumatiksystem meist eine derart
hohe Kraft aufgebaut, dass in der Endlage eine hohe Geschwindigkeit
erreicht wird, die wieder abgebaut werden muss. Geschieht dies nicht
aufwendig durch Stoßdämpfer oder ähnliche
Elemente, erfährt der gefertigte Artikel einen großen
Impuls, der ihn beschädigen kann oder der das Ineinanderstapeln
der Artikel jedenfalls erschwert. Wenn die Entformung bzw. Stapelung
von gefertigten Artikeln das Überwinden eines Hinterschnitts
erforderlich macht, was bei einigen Artikelgeometrien erforderlich
und teilweise auch gewünscht ist, verstärkt sich
die Problematik der Beherrschung der Kräfte während
des Entformens.
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Die
gefertigten Artikel werden nach dem Ausschieben bzw. Entformen aus
dem Werkzeug in mechanischen Rückhalteelementen (Scharniere, Bürsten,
o. ä.) gehalten. Die jeweils folgenden Artikel schieben
sich über die bereits abgestapelten Artikel in den Rückhalteelementen.
Dabei ist es für ein schonendes Ineinanderstapeln vorteilhaft,
wenn die Einstapelgeschwindigkeit im Moment des Aufprallens der
Artikel aufeinander möglichst klein gehalten wird. Ist
dies nicht der Fall, besteht die Gefahr, dass der folgende Artikel
die schon eingestapelten Artikel zu stark beschleunigt und eine
Trennung des sich bereits gebildeten Stapels erfolgt. Eine problematische weitere
Handhabung ist die Folge.
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Weiterhin
ist anzustreben, dass die Endlage der Ausschiebebewegung aus dem
Werkzeug möglichst reproduzierbar erfolgt. Ist dies nämlich
nicht der Fall, besteht die Gefahr, dass die Rückhalteelemente nicht
voll wirksam werden können.
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Beim
Einsatz der vorbekannten pneumatischen Entform- und/oder Auswerferelemente
ist es sehr schwierig, diese Anforderungen zu erfüllen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Thermoformmaschine
zu schaffen, mit der es möglich ist, die vorstehenden Nachteile
zu überwinden und so eine besonders präzise, einfache und
reproduzierbare Entformung der gefertigten Artikel aus der Maschine
zu bewerkstelligen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass das Entform- und/oder Auswerferelement einen elektrisch betriebenen
Linearantrieb zum Bewegen, d. h. zum translatorischen Verschieben
des Endbereichs des Entform- und/oder Auswerferelements aufweist.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Linearantrieb um einen Linearmotor. Bei
diesem ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Läufer des
Linearmotors mit dem Endbereich des Entform- und/oder Auswerferelements
verbunden ist.
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Alternativ
hierzu kann auch vorgesehen werden, dass der Linearantrieb ein Spindel-Mutter-System
aufweist. Hier hat es sich bewährt, wenn die Spindel des
Spindel-Mutter-Systems mit dem Endbereich des Entform- und/oder
Auswerferelements verbunden ist.
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Eine
besonders präzise Entformung und Stapelung gefertigter
Artikel kann erreicht werden, wenn weiterbildungsgemäß der
Endbereich des Entform- und/oder Auswerferelements mit einem Mess-System
in Verbindung steht, mit dem seine translatorische Verschiebung
gemessen werden kann. Dabei kann sowohl ein inkre mentaler Weggeber
als auch ein absoluter Weggeber im Mess-System zum Einsatz kommen.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Teil des Werkzeugs,
insbesondere ein Unterwerkzeugteil, um einen vorgegebenen Winkel schwenkbar
angeordnet.
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Beim
Betreiben der Thermoformmaschine, die ein Werkzeug aufweist, das
mit einem Entform- und/oder Auswerferelement für gefertigte
Artikel aus dem Werkzeug versehen ist, und bei der das Entform-
und/oder Auswerferelement zum Entformen bzw. Auswerfen gefertigter
Artikel in eine translatorische Richtung bewegt wird, kann die Bewegung
des Entform- und/oder Auswerferelements gemäß einem vorgegebenen
Weg-Zeit-Profil und/oder Weg-Geschwindigkeits-Profil und/oder Geschwindigkeits-Zeit-Profil
erfolgen.
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Damit
kann in weiteren Bereichen dem Entform- und/oder Auswerferelement
ein gewünschtes Bewegungsverhalten aufgegeben werden, um
das Entformen und das Stapeln für den konkreten Einzelfall
optimal einzustellen.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird die zugrundeliegende
Aufgabenstellung vollumfänglich gelöst. Die Entformung
und Stapelung gefertigter Artikel kann in optimaler Weise und an
den Einzelfall angepasst erfolgen. Die Reproduzierbarkeit des Verfahrens
und seine Effizienz werden erheblich verbessert.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen:
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1 schematisch
in der Seitenansicht eine Thermoformmaschine, bei der das Werkzeugunterteil
zur Entformung gefertigter Artikel aus der Vertikale geschwenkt
ist,
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2 eine
vergrößerte Darstellung des unteren Werkzeugteils
mit der Darstellung des Entform- und/oder Auswerferelements in nichtgeschwenkter Stellung,
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3 eine
zu 2 alternative Ausgestaltung,
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4 eine
schematische Darstellung des Entform- und/oder Auswerferelements
beim Einsatz eines Linearmotors und
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5 eine
schematische Darstellung des Entform- und/oder Auswerferelements
beim Einsatz eines Spindel-Mutter-Systems.
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In 1 ist – nur
sehr schematisch – eine Thermoformmaschine 1 dargestellt,
in der aus einem (nicht dargestellten) Kunststoff-Folienband Artikel 5 in
Form eines Bechers hergestellt werden. Nur sehr schematisch ist
eine Abführbahn 13 dargestellt, entlang derer
die Artikel 5 abtransportiert werden. Die Thermoformmaschine 1 weist
ein Werkzeug 2, 3 auf, das zweiteilig ausgebildet
ist und aus einem ortsfest angeordneten oberen Werkzeugteil 2 sowie
einem relativ zu diesem beweglichen unteren Werkzeugteil 3 besteht.
Das bewegliche Werkzeugteil 3 ist translatorisch relativ
zum ortsfesten Werkzeugteil 2 beweglich und im übrigen
in geöffneter Werkzeugposition verschwenkbar angeordnet,
um die Entformung der Artikel 5 zu ermöglichen
und diese in eine nicht dargestellte, nachgeschaltete Stapel- und
Zählvorrichtung zu fördern. In 1 ist
das geöffnete Werkzeug 2, 3 mit dem verschwenkten
beweglichen Werkzeugkeil 3 mit ausgezogenen Linien skizziert;
mit gestrichelten Linien ist die Position des Werkzeugteils 3 in geschlossenem
Zustand des Werkzeugs 2, 3 gezeigt.
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Zum
Entformen und Abtransportieren gefertigter Artikel 5 ist
ein Entform- und/oder Auswerferelement 4 vorhanden. Dieses
hat einen Endbereich 6, an dem geeignete Elemente angeordnet
sind, z. B. Ausstoßfinger oder Greifer für den
Artikel 5.
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Das
Entformen bzw. Auswerfen des fertigen Artikels 5 erfolgt
durch eine translatorische Bewegung des Endbereichs 6 in
Richtung A.
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Die
Bewegung des Endbereichs 6 des Entform- und/oder Auswerferelements 4 erfolgt
mittels eines Linearantriebs 7. Dessen linearer Verschiebebetrag
wird von einem Mess-System 12 ermittelt.
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In
den 2 und 3 sind hierzu einige Details
dargestellt. Mit 14 ist ein Schwenktisch bezeichnet, auf
dem das untere Werkzeugteil 3 angeordnet ist. Die gesamte
Einheit ist auf einem Formtisch 15 angeordnet, in dem der
Schwenktisch 14 drehbar gelagert und der ansonsten vertikal
bewegbar ist. Der Endbereich 6 des Entform- und/oder Auswerferelements 4 ist
als Kupplung ausgebildet, die mit einer Auswerferleiste 16 verbunden
ist. Diese ist in Richtung A mittels des Linearantriebs 7 in
Form eines Linearmotors 8 beweglich. Der Läufer 9 des
Linearmotors 8 bewegt sich relativ zu dem ortsfesten Stator 17 des
Linearmotors 8. Zur präzisen Führung
des Läufers 9 im Stator 17 ist eine Buchse 18 vorgesehen.
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Eine ähnliche
Ausführungsform ist in 3 skizziert.
Die einzelnen Bauelemente sind entsprechend zu 2 bezeichnet.
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Der
Läufer 9 des Linearmotors 8 kann als Permanentmagnet
ausgebildet sein, während der Stator 17 elektrische
Spulen aufweist, um den Läufer 9 in bekannter
Weise zu bewegen. Denkbar wäre auch der entsprechend umgekehrte
Einsatz, d. h. Permanentmagnete im Stator und Spulen im Läufer, was
allerdings aufgrund der elektrischen Zuführleitungen schwieriger
auszuführen ist.
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In 4 ist
nochmals schematisch der Aufbau des Entform- und/oder Auswerferelements 4 als Linearmotor 8 dargestellt.
Bei der Verschiebung des Läufers 9 in Richtung
A relativ zum Stator 17 wird der Endbereich 6 mitbewegt,
an dem drei Auswerffinger angedeutet sind. Die genaue Lage des Läufers 9 wird mittels
eines Mess-Systems 12 ermittelt. Die Bewegung des Läufers 9 relativ
zum Stator 17 erfolgt ohne Zwischenschaltung eines (mechanischen)
Getriebes.
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Analog
hierzu zeigt 5 die Ausgestaltung des Entform-
und/oder Auswerferelements 4, wobei ein Spindel-Mutter-System 10 als
Linearantrieb 7 zum Einsatz kommt. Eine in Richtung A unbewegliche
Mutter 19, die jedoch mit einem nicht dargestellten Elektromotor
gedreht werden kann, treibt eine Spindel 11 bei ihrer Rotation
in Richtung A. Das Mess-System 12 erfasst, in welcher axialen
Position sich die Spindel 11 und mit ihr der Endbereich 6 des Entform-
und/oder Auswerferelements 4 befindet. Dargestellt ist,
dass die Mutter 19 axial ortsfest angeordnet ist und die
Spindel 11 bei ihrer Rotation in Richtung A verschiebt.
Genauso kann jedoch auch die Spindel 11 axial fest angeordnet
sein, so dass die Mutter 19 eine axiale Verschiebebewegung
ausübt.
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Über
eine nicht dargestellte Steuerung kann durch entsprechendes Ansteuern
des Linearmotors 8 bzw. des Antriebs des Spindel-Mutter-Systems 10 vorgegeben
werden, wie der Bewegungsablauf des Endbereichs 6 des Entform-
und/oder Auswerferelements 4 aussehen soll. Hierbei können
vorgegebene Verläufe für das Weg-Zeit-Profil,
für das Weg-Geschwindigkeits-Profil bzw. für das
Geschwindigkeits-Zeit-Profil gefahren werden, so dass das Entformen
bzw. Auswerfen in optimaler Weise erfolgt.
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Durch
das Mess-System 12 kann die Bewegung des Entform- und/oder
Auswerferelements 4 im geschlossenen Regelkreis erfolgen.
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Beim
Ineinanderstapeln der gefertigten Artikel 5 kann die Geschwindigkeit
auf ein unkritisches Maß herabgesetzt werden. Die Endlage
des Endbereichs 6 kann auf 1/10 mm genau angefahren werden,
so dass ein reproduzierbares Einstapeln in die Formling-Rückhalteelemente
möglich ist. Externe verschleißbehaftete Dämpfungselemente
können entfallen. Selbst artikelspezifische Bewegungsmuster
sind mit der dargestellten Vorrichtung leicht realisierbar. Die
kritischen Phasen des Entform- und Einstapelprozesses (z. B. Ausbrechen
aus einem Hinterschnitt, Verschieben und Einstapeln) können
hinsichtlich der Geschwindigkeit und Beschleunigung des Endbereichs 6 an
optimale Verhältnisse angepasst werden.
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Weiterhin
ist der Hub des Entform- und/oder Auswerferelements 4 frei
wählbar. Hierfür sind keine separaten Begrenzungselemente
erforderlich.
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Durch
diese Vorrichtung und das Verfahren kann der Produktionsprozess
beim Thermoformen stabil und effizient erfolgen.
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- 1
- Thermoformmaschine
- 2,
3
- Werkzeug
- 2
- oberes
Werkzeugteil
- 3
- unteres
Werkzeugteil
- 4
- Entform-
und/oder Auswerferelement
- 5
- gefertigter
Artikel
- 6
- Endbereich
- 7
- Linearantrieb
- 8
- Linearmotor
- 9
- Läufer
des Linearmotors
- 10
- Spindel-Mutter-System
- 11
- Spindel
- 12
- Mess-System
- 13
- Abführbahn
- 14
- Schwenktisch
- 15
- Formtisch
- 16
- Auswerferleiste
- 17
- Stator
- 18
- Buchse
- 19
- Mutter
- A
- translatorische
Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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