DE202008016989U1

DE202008016989U1 - Vorrichtung zur Verbesserung des Wärmeübergangs bei Folien in Tiefziehautomaten insbesondere Verpackungsmaschinen

Info

Publication number: DE202008016989U1
Application number: DE200820016989
Authority: DE
Original assignee: Capriotti, Luciano
Current assignee: Multivac Sepp Haggenmueller GmbH and Co KG
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2018-12-24
Also published as: DE102009051937B4; DE102009051937A1

Abstract

Vorrichtung zum Transport thermischer Energie auf thermoformbares Folienmaterial mittels Heizplatten in Folientiefziehautomaten insbesondere Verpackungsmaschinen dadurch gekennzeichnet, dass die Folie elektrostatisch aufgeladen wird. Die elektrostatisch wirkenden Haftkräfte zwischen Heizplatte und der Folie, sowie der Folie und dem formbildenden Werkzeug, vergrößern dadurch die Kontaktfläche zur Wärmeübertragung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur energieeffizenten Wärmeübertragung auf Folie durch Kontaktheizplatten und Wärmeabgabe von Folie auf Formplatten in handelsüblichen Folientiefziehmaschinen insbesondere Verpackungsmaschinen welche durch Verformung von thermoplastischen Kunststofffolien, mulden bzw. schalenförmige Behältnisse in gewünschten Formen und Größen erzeugen können.
Der Tiefziehvorgang ist im wesentlichen aufgeteilt in zwei Takte nachfolgend benannt in Heizen und Formen.
Heizen.
Vorrichtungen der Anfangs genannten Art sind im Stand der Technik als Kontaktheizung bekannt. Dies bedeutet, dass die Folie in direkten Kontakt mit der Heizplatte gebracht wird. Um eine gleichmäßige Wärmeübertragung von der Heizplatte auf die Folie und dadurch die erforderliche Verformungstemperatur zu gewährleisten, muss die Folie absolut plan/eben auf der Heizplatte anliegen.
Im Stand der Technik wir das Problem dadurch gelöst, dass die Folie mittels Druckdifferenz durch Druckluft und/oder Vakuum auf die Heizplatte gepresst wird.
Um Lufteinschlüsse zwischen Heizplatte und Folie, die sich wärmeisolierend auswirken zu unterbinden, ist die Heizplatte strukturiert ausgeführt und/oder mit Entlüftungsbohrungen als Drainage versehen. Die gewollte Kontaktfläche der Heizplatte wird dadurch sehr effektiv ausgenutzt und es wird ein optimales Heizergebnis erzielt. Die Heizplatten sind mit Teflon oder einer teflonähnlichen Substanz beschichtet, welches ein sauberes und restloses ablösen der Folie nach dem Heizvorgang garantiert.
Formen.
Durch Positionieren mittels einer Transporteinrichtung der auf Verformungstemperatur erwärmten Folie parallel zur Formkammer und das anschließende evakuieren der Luft in der Formkammer, wird die Folie im mindesten Fall durch den umgebenden Luftdruck in die als Negativform ausgebildete Formkammer gedrückt.
Durch das Abführen der Restwärme der Folie in der Formkammer entsteht eine starre Form.
Um die Produktionsleistung eines solchen Formvorgangs zu erhöhen werden sogenannte Vorstreckstempel zur Anwendung gebracht, welche die Folie nach dem beheizen in die Formkammer drücken und die Folie entsprechend vordehnen.
Durch das form und tiefenspezifische Vordehnen mit dem Stempel im Gegensatz zu einem vergleichsweise einfachen Ausformen nur mit Luftdruck, wird der Temperaturverlust der Folie reduziert und einem vorzeitigen Erstarren noch vor Vollendung des Formvorgangs entgegengewirkt, was eine schnellere und gezieltere Ausformung zur Folge hat.
Eine weitere bekannte Vorrichtung verwendet anstelle des Umgebungsluftdrucks ein in Abhänigkeit des Formvolumens höheren Luftdruck. Durch schlagartiges expandieren der Luft oberhalb der Folienebene wird die Folie in die Formkammer gepresst, dadurch wird ein zeitsparendes wirtschaftlicheres Ausformen ermöglicht.
Eine andere Art der Ausformung erfolgt mittels eines Stempels welcher mit einer als Positivform ausgebildeten Formplatte ausgeführt wird. Nach erreichen der Verformungstemperatur der Folie wird der Stempel in die Folie gedrückt. Durch die Beaufschlagung mit Druckluft unterhalb der Folienebene wird die Folie zusätzlich gegen den Stempel gedrückt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher durch elektrostatische Kräfte den Wärmeübergang von Kontaktheizplatten auf Folien, sowie die Wärmeabgabe von Folien auf Formplatten in Tiefziehautomaten in energiesparender Weise zu verbessern und eine Reduzierung von Betriebsmitteln wie Druckluft und Vakuum zu erzielen.
Heizen.
Durch die mittels Aufladeelektroden elektrostatisch aufgeladene Folie entsteht eine elektrische Feldstärke zwischen Folie und der umgekehrt geladenen Oberfläche der Heizplatte. Durch das statische Aufladen wird die Folie von der als Gegenelektrode ausgebildeten Heizplatte angezogen und fixiert. Die Aufladung und die dadurch erzeugte elektrostatische Haftkraft muss den Eigenschaften der Folie entsprechend gewählt werden um eine gleichmäßige Wärmeübertragung von der Heizplatte auf die Folie und dadurch die erforderliche Verformungstemperatur zu gewährleisten. Die elektrostatische Haftkraft der aufgeladenen Folie ist abhängig von der resultierenden Flächenladungsdichte der Oberfläche, der Foliendicke und der Dielektrizitätskonstante der Folie.
Nach erreichen der Verformungstemperatur der Folie wird die Polung der Elektroden getauscht oder der Ladungsvorgang beendet, so dass sich die Folie von der Heizplatte löst.
Durch tauschen der Polarität der Elektroden und den daraus entstehenden gleichwertigen Ladungen an der Heizplatte sowie der Folie, besteht die Möglichkeit die Folie kurzfristig von der Heizplatte wegzudrücken in Richtung der Formkammer.
Formen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird die Formkammer ebenfalls als Gegenelektrode ausgebildet und die aufgeladene Folie, welche nach dem Heizvorgang positioniert wurde, in die Formkammer gezogen was sich während des Formvorgangs unterstützend zur Formbildung auswirkt und eine benötigte Druckdifferenz, erzeugt durch Luftdruck und/oder Vakuum, reduziert. Bei geringen Ziehtiefen und schwachem Ausformen der Folie kann die Druckdifferenz dadurch völlig ersetzt werden.
Die Ladung der Folie wird so lange aufrechterhalten erhalten, bis die Form ausgekühlt und stabil ist.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird nach dem aufheizen der Folie ein Vorstreckstempel in die Folie gedrückt. Der Stempel ist zusätzlich als Aufladeelektrode ausgeführt. Durch das statische aufladen der Folie und die als Gegenelektrode ausgeführte Formkammer, legt sich die Folie durch die elektrostatischen Haftkräfte an die kühlen Wandungen der Formkammer an. Die Verwendung von Druckluft und Vakuum zur Formbildung wird in energiesparender Weise reduziert.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird nach erreichen der Verformungstemperatur der Folie ein Stempel welcher als Positivform ausgebildet ist in die Folie gedrückt. Durch die statische Aufladung der Folie und der als Gegenelektrode ausgeführte Stempel legt sich die Folie an der Positivform der Formplatte an. Ein beaufschlagen mit Druckluft unterhalb der Foilienebene, um einen entsprechenden Gegendruck auf die Folie zu erzeugen, wird reduziert oder entfällt ganz.
Zur weiteren Optimierung können Heizplatte, Vorstreckstempel, Formplatte und Formkammer als Auflade- bzw. Gegenelektroden durch Tausch ihrer Polarität ausgeführt werden, um den zusätzlichen Anbau separater Aufladeelektroden zu verringern.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden durch Einzelheiten anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die als Figuren in den Zeichnungen dargestellt sind. Darin zeigen:
1: eine geschnittene Seitenansicht der Heizplatte mit Folie.
2: eine geschnittene Seitenansicht der Heizplatte und Formkammer mit Folie.
3: eine geschnittene Seitenansicht eines Positivformstempel mit Folie.
Der Heizvorgang in 1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht der schematisch dargestellten Heizplatte (1) die im wesentlichen die Position der Folie (2) und die Wirkungsrichtung (3) der statischen Anziehungskräfte verdeutlicht. Die Aufladeelektroden (4) können in verschiedenen günstigen Bereichen untergebracht werden.
In der Darstellung des Formvorgangs einer ersten bevorzugten Ausführungsform in 2 ist die Formkammer (5) unterhalb der Heizplatte (1) verbaut. Die Heizplatte (1) und die Formkammer (5) sind in diesem Aufbau gleichermaßen als Aufladeelektroden (4), sowie als Gegenelektroden (6) ausgebildet. Die Folie (2) wird gemäß ihrer Aufladung und der Ausrichtung der Elektroden zur Heizplatte (1) oder in die Formkammer (5) gezogen. Während des Formvorgangs dient die Heizplatte (1) als Aufladeelektrode (4) und die Formkammer (5) als Gegenelektrode (6).
In 3 einer besonders vorteilhaften Ausführungsform zeigt sich ein zylinderbetriebner Positivformstempel (7), welcher in die auf Verformungstemperatur gebrachte Folie (2) einfährt. Durch aufladen der Folie (2) und des als Gegenelektrode (6) ausgeführten Positivformstempels (7) wird das anlegen der Folie (2) auf die Kontur der Formplatte (8) erleichtert und dadurch die Formbildung verbessert.

Claims

Vorrichtung zum Transport thermischer Energie auf thermoformbares Folienmaterial mittels Heizplatten in Folientiefziehautomaten insbesondere Verpackungsmaschinen dadurch gekennzeichnet, dass die Folie elektrostatisch aufgeladen wird. Die elektrostatisch wirkenden Haftkräfte zwischen Heizplatte und der Folie, sowie der Folie und dem formbildenden Werkzeug, vergrößern dadurch die Kontaktfläche zur Wärmeübertragung.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Heizplatte als Gegenelektrode ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die formbildenden Werkzeuge zur Formnegativausformung und Formpositivausformung zur Verbesserung der Wärmeübertragung insbesondere der Wärmeabgabe der Folie, als Gegenelektrode ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stempelwerkzeug zum vordehnen der Folie zusätzlich als Aufladeelektrode ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Polaritätsänderung der Auflade- und Gegenelektroden, diese nach technischer Möglichkeit entsprechend, eine gegenteilige Funktion ausüben können.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten handelsüblichen Aufladeelektroden in einem günstigen Bereich des Folieneinlaufs platziert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das die Folie nach dem Formvorgang eine Entladungsvorrichtung passiert welche etwaige Restladungen beseitigt und neutralisiert, um Verletzungen des Bedienpersonals und Störungen der Maschine zu vermeiden.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie von einer Rolle als Endlosbahnmaterial oder als Stapelmaterial gestückelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontrolleinrichtung den statischen Auflade und Entladevorgang überwacht und entsprechende Einstellmöglichkeiten in Abhängigkeit der verwendeten Folie aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch abrollen einer Folienbahn selbständig entstandene statische Aufladungen nach Möglichkeit nutzbar zum Tiefziehvorgang verwendet werden.