DE2216185A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Formen von thermoplastischem Material - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL .-I NG . UL RICH KINKELIN 2216185 7032 Sindelfingen - Auf dem Goldberg - Weimarer Str. 32/34 - Telefon: 07031/86501

1. April 1972 11 257

G.M.T. S.A., Boulevard Pierre Lefaucheux, 72 Le Mans (Sarthe,Frankreich) Pierre Albert Lefebvre, Boul .des Jardiniers, 72 Sille-Ie-Guillaume (Sarthe,Frankreich)

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM FORMEN VON THERMOPLASTISCHEM MATERIAL

Die Erfindung betrifft ein gemischtes Verfahren zum Formen von folien- oder plattenförmigem Ausgangsmaterial, insbesondere von großflächigem Ausgangsmaterial aus thermoplastischem Kunstharz sowie eine Vorrchtuig zur Durchführung dieses Verfahrens.

Mit der Erfindung wird es möglich, zwei oder mehr Halbzeuge mit sehr großer Präzision zusammenzufügen, ohne daß zwischen ihnen durch die Abmessung bedingte Abstände entstehen können. Solche Abstände und Unsfimmigkeiten können sich ergeben, wenn das Halbzeug lediglich mit Luft-Überdruck oder Unterdruck geformt wird, wobei sie durch Wärme in einen formbaren Zustand gebracht werden.

Durch die Erfindung kann man stabile und leicht zusammenbaubare Halbzeuge formen und zwar selbst dann, wenn das Halbzeug in seiner Form einander nicht gleicht und

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wenn es unterschiedliche Dicke hat. Dies gilt auch dann, wenn auch die sie bildenden Materialien ein wenig unterschiedlich sind, wie dies der Fall ist, wenn man Halbzeug aus ganz frischem thermoplastischem Harz herstellt, d.h. Material, welches lediglich einmal eine Extrusion durchlaufen hat. Halbzeug, das aus regeneriertem Kunstharz hergestellt worden ist, das mehrere Extrusionen durchlaufen hat.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Material bis zur Erweichungstemperatur erhitzt wird, daß das Ausgangsmaterial durch Unterdruck an die Oberfläche einer Anlegeform herangezogen wird, während bestimmte Bereiche des Ausgangsmaterials zwischen zusammenwirkenden Stempeln und Matrizen einem mechanischen Druck ausgesetzt werden, so daß die gepresste Materie in ein gewisses Fliessen kommt und gezwungen ist, genau die Form der Stempel und Matrizen anzunehmen, daß die so mechanisch geformten Bereiche intensiv gekühlt werden, während sie noch unter Druck stehen, so daß der Schrumpf der Materie mindestens teilweise während des Pressens eintritt.

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Ein Gestell 1 stützt eine Anlegeform 2 von der Gestalt ab, wie sie bei der Technik der Folienformung aus thermoplastischem Harz verwendet werden, ehe sie durch Unterdruck verformt werden. In anderen Worten ist die AnI egeform 2 eine poröse Matrize oder ist sie von einer großen Anzahl Ansauglöchern durchbrochen. Auf ihr wird eine Folie 3 aus thermoplastischem Harz angelegt, die vorher auf ihre Erweichungstemperatur erhitzt wurde und die sich an die Anlegeform 2 anlegt, wenn in ihr ein Unterdruck erzeugt wird.

Zwischen die Anlegeform 2 und ihrem Gestell 1 ist ein Kranz oder eine Zwischenplatte 2a zwischengeschaltet, die in einem oder mehreren Bereichen vorhanden sein kann, deren Funktion später erläutert wird.

Am Umfang wird die Anlegeform 2 von einer Matrize 5 umgeben, die beim Ausführungsbeispiel dazu bestimmt ist, in der Folie 3 eine Dichtfläche am Umfang zu schaffen, damit sie später mit einer anderen abgeformten Folie 4 verbunden werden kann, wie sie z.B. in der Figur 3 gezeigt ist.

Gegenüber der Matrize 5 ist ein Stempel 6 vorgesehen, der von einem Gestell 7 getragen wird. Der Stempel 6 besitzt einen Formkern 8, der vorzugsweise aufgesteckt ist, damit man ihn auswechseln kann. Das Gestell 1 und das Gestell 7 sind jeweils von beweglichen Press-Stangen 9,10 getragen, die lediglich durch Pfeile angedeutet sind, da sie keinen direkten Gegenstand der Erfindung bilden. Ihre einzige Aufgabe ist, die Anlegeform 2 relativ zur Matrize 5 und zum Stempel 6 zu bewegen. Die Press-Stangen 9 können auf die verschiedensten und zahlreichsten Arten gestaltet sein.

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Die tief zuziehende Folie wird normalerweise mit Hilfe von Klammern 12 in einem Halterahmen 11 festgeklemmt. Die Folie wird unter die Anlegeform 2 gefahren, während diese angehoben ist und während das Gestell 7 in seiner unteren Stellung ist.

Der Stempel ό und die Matrize 5 werden daraufhin aufeinander zu bewegt und zwar so, daß sich die Folie 3 an die Anlegeform 2 anlegt, und zwar aufgrund des Unterdrucks, der in dem von ihr umgrenzten Volumen erzeugt wird. Der Stempel 6 und die Matrize 5 werden danach einander genähert, damit der Abstand, der am Schluß die Matrize des Formkerns voneinander trennt, wenig kleiner als die Dicke der Folie 3 ist. Hierdurch wird die Materie dieser Folie zwischen die Matrize 5 und den Formkern 8 gepresst, wodurch sie ein wenig fliesst. Die so zwischen dem Formkern 8 und der Matrize 5 unter Druck gesetzte Masse hat eine sehr gleichbleibende Dicke und wird einer Pressformung unterzogen, weshalb der so hergestellte Formling dort eine sehr hohe Bearbeitungspräzision hat.

Wenn das zu formende Stück sehr tief sein muß und/oder Bereiche hat, die im Hinblick auf das allgemeine Profil der Anlegeform 2 weit hervorspringen, dann verfährt man wie folgt : die Folie 3 wird erhitzt und bildet deshalb im sie haltenden Halterahmen 11 eine konkave Einsenkung. Die Anlegeform 2 wird dann abgesenkt und in das Innere der Einsenkung gebracht bis sie mindestens mit dem unteren Bereich der Einsenkung in Kontakt kommt. Der Stempel 6 wird dann nach oben bewegt, um den Randbereich der Einsenkung um die Anlegeform 2 herum anzulegen. Die Folie 3 gleitet dabei über den sich am Umfang befindlichen Stempel 6. Wenn sich der Stempel 6 der Ma-

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trize 5 sehr genähert hat. z.B. auf einige Zentimeter, dann wird an die Anlegeform 2 ein Unterdruck gelegt,an die die von der Folie 3 gebildete Einsenkung zunächst mechanisch angelegt worden war. Die Folie, welche reissen könnte - und zwar im Hinblick auf die Anlegeform 2 als auch im Hinblick auf die Stempel 6 - wird daher nur unwesentlich dünner. Der Stempel 6 wirkt während seiner Aufwärtsbewegung auf denjenigen Bereich der Folie 3, der dem Halterahmen 11 am nächsten ist und drückt auf einen Bereich der Folie 3, der durch die Bildung der Einsenkung beim Erwärmen wenig gelenkt worden ist. Der Stempel 6 erzeugt eine gewisse Längung dieses Bereichs in der Weise, daß man die Dicke der Folie praktisch als konstant ansehen kann, während sie an die Anlegeform 2 angelegt worden ist, ehe der Unterdruck einsetzt. Am Schluß der Bewegung wird der Stempel 6 gegen die Matrize 5 gedrückt, wodurch eine Pressformung entsteht, wie sie schon oben beschrieben worden ist.

Die Figur 2 zeigt, daß die Seiten des Formkerns 8 leicht nach aussen springen, wie dies bei 8 α und 8 b gezeigt ist. Es entstehen dadurch Krümmungen, die machen, daß das Material der Folie 3 leichter Winkel bildet, wobei dieses Material ein wenig eine Behandlung wie beim Spritzgiessen erfährt.

Gemäß Fig. 2 ist es vorteilhaft, daß die Matrize 5 jenseits des Formkerns 8 eine Nut 13 aufweist, die von einer Rippe 14 gefolgt wird und ein Messer darstellt. Auf diese Art und Weise wird gegenüber der Nut 13 aus dem Material der Folie 3 ein Vorsprung ]5 geformt und das Messer stellt ein vollständiges Einschneiden in dem Maß sicher,

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in dem die Rippe 14 heraussteht. Die Zeichnung zeigt auch, daß der Zwischenraum 16, den der Stempel 6 jenseits des Umfangs der Rippe 14 begrenzt, vorzugsweise erheblich dicker ist, als die Folie 3. Hierdurch kann diejenige Materie ausweichen, die aus den unter Druck stehenden Gebieten herausfliesst. Die Zeichnung zeigt, daß der Stempel 6 mindestens einen Kanal 7 aufweist, in dem Kühlflüssigkeit fIJessen kann. Das gleiche gilt für die Zwischenplatte 2 a , die ebenfalls einen oder mehrere Kanäle 18 zur Kühlung aufweist. Diese letzteren Kanäle könnten auch direkt in die Matrize 5 hineingearbeitet sein. Im allgemeinen ist es jedoch einfacher, sie in der Zwischenplatte 2 α vorzusehen, die als Verbindung zwischen dem Gestell 1 und der Anlegeform dient. Man muß dann den Kühlkreis nicht umbauen, wenn die Anlegeform 2 und die Matrize 5 ausgetauscht werden.

Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß nach dem Zusammendrücken und dem Abkühlen des geformten Bereichs zwischen der Matrize 5 und dem Stempel 6 ,dieser Bereich eine bemerkenswert gleichmäßige Dicke aufweist. Die Materie fliesst von dort weg, wo ihre Dicke zu groß war oder aber profitieren die dünneren Bereiche vom äusseren Zufluß aus den dickeren Bereichen. Indem man die Materie auf diese Art und Weise mechanisch behandelt, verbessert man ihre mechanischen Eigenschaften in bezug auf die Kohäsion. Darüberhinaus besitzt der Rand des angelegten Bereidis mechanische Eigenschaften und eine Stabilität, die wesentlich grosser ist als der mit unter Druck geformten Partie und zwar deshalb, weil man einen Bereich geschaffen hat, dessen molekulare Rheologie homogen ist. Diese Zonen widersetzen sich wirkungsvoll deformierenden Einziehungen, die von inneren Spannungen herrühren, welche in solchen Bereichen auftreten können, die mit Unterdruck hergestellt worden sind. Die Kühlung wird sichergestellt, solange die unter

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Druck verformten Bereiche verriegelt sind. Wenn die Materie aus der Form genommen wird, zieht sie sich dann nicht mehr zusammen. Auch dies ist ein Grund, der für die Dimensions-Stabilität des erzeugten Produkts spricht.

Beim Ausführungsbeispiel wurde beschrieben, wie man am Umfang an der Folie 3 eine ebene Verbindungsfläche erzeugen kann. Es ist jedoch auch möglich , daß andere Bereiche des Werkstücks, das man aus der Folie 3 herstellen will, der gleichen Behandlung unterworfen werden. Dies ist in Fig. 3 gezeigt, die einerseits die Verbindungsfläche 3a am Umfang und andererseits Verbindungsflächen 3b,3c,3d zeigt, die in anderen Bereichen der Folie 3 geformt worden sind. Man kann nun auf komplementäre Art und Weise eine zweite Folie 4 abformen, die gleiche kleinere oder grössere Dicke hat. Es ist dann möglich, mit sehr grosser Genauigkeit die Verbindungsflächen 3a und 4a und auch die Verbindungsflächen 3b und 4b, 3c und 4c aufeinander passen zu lassen. Man erhält dann ein Gebilde mit Lufteinschlüssen, dessen beide Elemente aus den Folien 3 und 4 hergestellt sind und die dann nachher entweder durch Kleben oder durch Verschweißen ihrer aufeinander liegenden Bereiche fest miteinander verbunden werden.

Weil die Ränder des Formlings mit sehr grosser Genauigkeit hergestellt worden sind, kann man auch - wie dies die Figur 3 rechts oben zeigt - zwischen die beiden Randvorsprünge 15 und 15a einen Hohlraum vorsehen. In diesen Hohlraum kann man eine biegsame, verbindende Dichtung 19 einbringen, die als abdeckende Verbindung dient. Erforderlichenfalls kann sie auch als Schutzelement für den hergestellten Gegenstand dienen.

Die Erfindung kann beispielsweise dann verwendet werden, wenn Boote aus einer oberen und einer unteren Schalenhälfte zusammengesetzt werden sollen. Je nach Anwendungsfall haben die Folien 3,4 mehr die Dicke von Platten._A

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Claims (8)

1. I! 257 S 1.4.72

   Patentansprüche:

   Gemischtes Verfahren zum Formen von folien- oder plattenförmigen! Ausgangsmaterial, insbesondere von großflächigem Ausgangsmaterial aus thermoplastischem Kunstharz, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ( 3) bis zur Erweichungstemperatur erhitzt wird, daß das Ausgangsmaterial durch Unterdruck an die Oberfläche einer Anlegeform herangezogen wird, während bestimmte Bereiche (3a, 3b, 3c, 3d) des Ausgangsmaterials zwischen zusammenwirkenden Stempeln (6) und Matrizen (5) einem mechanischen Druck ausgesetzt werden, so daß die gepresste Materie in ein gewisses Fliessen kommt und gezwungen ist, genau die Form der Stempel (6) und Matrizen (5) anzunehmen, daß die so mechanisch geformten Bereiche intensiv gekühlt werden, während sie noch unter Druck stehen, so daß der Schrumpf der Materie mindestens teilweise während des Pressens eintritt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlegeform (2)

   in die Einsenkung hineingefahren wird, die sich nach dem Aufheizen des Ausgangsmaterials (3) bildet, bis sie mindestens auf Teilbereichen an der Wandung der Einsenkung anliegt, daß der am Umfang verlaufende Stempel (6) in Richtung auf das die Einsenkung bildende Ausgangsmaterial (3) bewegt wird, um das Ausgangsmaterial (3) mechanisch um die Anlegeform herum anzulegen, daß die Bewegung des Stempels (6) und der Anlegeform (2) gestoppt wird, wenn der Stempel (6) eine kleine Entfernung vom entsprechenden Bereich der dort als

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   Matrize (5) ausgebildeten Anlegeform (2) hat, daß durch die Anlegeform (2) hindurch ein Unterdruck erzeugt wird, der die mechanisch angelegten Bereiche des Ausgangsmaterials (3) heranzieht und sie dem Relief der Anlegeform (2) anschmiegt und daß schliesslich die Anlegeform (2) und der Stempel (6) einander genähert werden und mit Gewalt den Umfang (3a) des Ausgangsmaterials (3) zwischen sich zusammenpressen.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung eines gemischten Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Abformen des Ausgangsmaterials mit Unterdruck dienende Anlegeform (2) von einem Gestell (1) getragen wird und Bauteile einer Formmatrize (5) gegenüber von Stempeln

   (6) und komplementäre Formkerne (8) aufweist, die von einem anderen Gestell (7) getragen sind, daß die beiden Gestelle (1,7) aufeinander zu bewegbar sind, und zwar soweit, daß das Ausgangsmaterial (3) in Berührung mit der Anlegeform (2) kommt und danach in entsprechenden Bereichen zwischen den Matrizen (5) , den Stempeln (6) und den Formkernen (8) einem Pressdruck unterworfen wird.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Verband von Matrize (5), Stempel (6) und Formkem(8) am Umfang der Anlegeform (2) vorgesehen ist und daß der Verband ein Messer (14) aufweist, das mindestens ein

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   „257 .«.

   Vormarkieren des sowohl mit Unterdruck als auch Preßdruck geformten Ausgangsmaterials (3) sicherstellt und daß das Vormarkieren oder Schneiden am äusseren Rand des unter Pressdruck geformten Bereichs sichergestellt ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (5) und der Stempel (6) Kühlkanöle (17,18) aufweisen.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 - 5/*dadurch gekennzeichnet, daß mindestens seitlich desjenigen Bereichs, in dem sie Pressdruck auf das Ausgangsmaterial ausüben, die Matrize (5) und der Stempel (6) zwischen Flächenbereichen einen Abstand haben, der wesentlich größer als das Ausgangsmaterial (3) dick ist, und daß die zwischen den den Pressdruck ausübenden Bereichen fliessende Materie in den so gebildeten Zwischenraum gedrängt wird.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkerne (8) mindestens im Arbeitsbereich des Stempels (6) an diesem aufsitzen.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß diesseits der das Messer bildenden Rippe (14) eine Nut (13) vorgesehen ist und daß das von der Rippe (14) verdrängte Material in die Nut (13) fliesst und am Umfang so einen Versteifungswulst bildet.

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