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Verfahren zum Herstellen von Reliefteilen aus Folie durch Warmverformen
und Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens Das Warmverformen von Kunststoffolien
wird immer häufiger zum Herstellen von Behältern, Abdeckenhauben und ähnlichen Gegenständen
angewandt. Besonders wird dieses Verfahren zum Herstellen von Deckeln, Hohlformen,
Behältern und anderen Gegenständen benutzt, die mit einem ebenen Flächenteil und
einem oder mehreren reliefartigen Bereichen ausgestattet sind, wobei dieser ebene
Flächenteil beispielsweise ein Schmuckmotiv, ein Markenzeichen oder eine andere
Inschrift aufweisen kann. Eine Xunststoffolie, die möglicherweise zuvor bedruckt
worden ist, wird dabei erhitzt, indem man sie beispielsweise durch den Wirkungsbereich
eines Ultraroterhitzers führt oder auf eine Heizfläche legt, und dann durch Druckluft,
Vakuum, Ziehvorgänge
oder auf beliebige andere Weise verformt.
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Bedauerlicherweise sind Folien aus thermoplastischem Kunststoff nicht
immer frei von inneren Spannungen, die während der Erhitzung frei werden und eine
Versetzung der verschiedenen Folienbereiche herbeiführen, so daß die Folie verformt
wird. Bei der abschliessenden Formgebung erfährt die Folie dann eine Streckung,
die diese Versetzung noch merklicher macht. Die ebene Fläche der Folie bleibt somit
nicht einwandfrei sondern wird verändert0 Ist dieser Bereich bereits bedruckt gewesen,
werden die Druckzeichen in nur schwer vorhersehbarer Weise verzogen und verändert,
Um diese Nachteile zu vermeiden, sieht die Erfindung ein Formgebungsverfahren vor,
bei dem alle Lageveränderungen der Folie um die oder zwischen den Bereichen vermieden
werden, in denen ein vor- oder zurücktretendes Relief entstehen soll.
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Das Verfahren für das Bilden von Reliefs durch Warmverformung einer
Folie besteht darin, allein den für die Bildung des Reliefs vorgesehenen Bereich
der Folie zu erhitzen, während die innerhalb und ausserhalb dieses Bereichs befindlichen
Flächenteile auf niedriger Temperatur gehalten werden, und dann den erwärmten Bereich
zu strekken, um ihn zu verformen, wobei die Verformung deskalten Bereichs durch
dessen Steifigkeit verhindert wird, Dieser kalte Bereich wird beispielsweise während
des gesamten Verformungsvorgangs eben und parallel zur Ausgangsebene der Folie gehalten.
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Der fertige Gegenstand zeigt daher neben dem oder den reliefartig
verformten Teilen eine ebene Fläche, deren
Material nicht verändert
worden ist und die somit genau die Form und die Festigkeit#besitzt, die sie vor
dem Formgebungsvorgang besessen hat. Aufdrucke oder sonstige Verzierungen in diesem
Folienbereich sind daher unverändert und einwandfrei geblieben.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der kalte Bereich
der Folie durch die Verformung des erhitzten Bereichs verschoben und gegenüber der
Ausgangsebene geneigt, hat aber seine ursprüngliche Dicke behalten. Unter dem Einfluß
des Drucks erfolgt daher eine Verschiebung des die warmen Bereiche bildenden Materials,
wodurch eine Dehnung und Verformung dieser Bereiche um jeden kalten Bereich herum
erfolgt, während das Material in jedem kalten Bereich unverändert geblieben ist0
Dieser Bereich bildet infolgedessen eine Auswölbung, die geschwungen sein kann aber
nicht verformt ist. Eine derartige Auswölbung erhöht die Steifigkeit des fertigen
Hohlkörpers oder sonstigen Reliefs und erlaubt es, dem Relief eine komplizierte
Form zu geben oder auch in einen Teil des Reliefs eine vorher gedruckte Verzierung
einzusetzen.
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Die Erfindung umfaßt auch die Vorrichtung für die Ausübung des Verfahrens,
ebenso die nach dem Verfahren hergestellten Deckel, Hohlformen und sonstigen Gegenstände.
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In der nachstehenden Beschreibung einer die Erfindung nicht begrenzenden
Ausführungsform der Erfindung werden deren Vorteile und Merkmale an Hand von Zeichnungen
erläutert, die folgendes darstellen: Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer
Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens;
Fig. 2 eine Draufsicht
auf eine die Vorrichtung nach Fig. 1 durchlaufende Folie aus thermoplastischem Material;
Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform der
für die Herstellung von Reliefs in einer Folie bestimmten Vorrichtung; Fig. 4 eine
Draufsicht entsprechend der Linie II-II in Fig. 3, mit einer in der Verformung begriffenen
Folie; Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer anderen, mit einem Druckbild
versehenen Folie vor der Formung des Reliefs; Fig. 6 eine Seitenansicht einer in
die Folie nach Fig. 5 eingeformten Hohlform.
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Die Fig. 1 und 2 betreffen im einzelnen die Fertigung eines BehXlterdeckets
aus Xunststoff, mit einem ebenen Mittelteil 1, das von einem reliefartig herausgehobenen
Ring von U-Querschnitt umgeben ist, der sich auf den Rand des Behälters legen soll;
der Mittelteil trägt einen Aufdruck, etwa eine Verzierung oder ein Markenbild. Natürlich
werden diese Angaben nur beispielshalber gemacht, und die Erfindung umfaßt die Herstellung
ganz verschiedenartiger Gegenstände mit einem oder mehreren reliefartigen Teilen,
die vor- oder zurückspringen können und ein Druckbild zeigen können aber nicht mAssen.
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Aus der Zeichnung ist zu entnehmen, daß eine für die Her-Stellung
des Deckels bestimmte Folie 3 aus thermoplastischem
Material in
regelmässigen Abständen aufgedruckte Motive 4 aufweist, die schematisch als Dreieck
angedeutet sind; als Motive kommen die Bezeichnungen des Behälterinhalts oder sonstige
Angaben in Betracht.
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Bei der Verformung wird diese Folie 3 auf beliebige, zeichnerisch
nicht näher dargestellte, an sich bekannte Weise in eine Erhitzungsstation 6 und
anschliessend in die Formgebungsstation 8 geführt. Die Erhitzungsstation 6 weist
zwei Heizelemente 10 und 11 auf, die zu beiden Seiten der Folie angeordnet und ihr
gegenüber verlagert werden können.
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Die Heizelemente in der gezeichneten Form bestehen aus Blöcken 12,
deren der Folie 3 nahegerückte Fläche eine ringförmige Schulter 13 aufweist, die
genau der Form der Fläche der Folie 3 entspricht, die den gefalteten Rand 2 des
Deckels bilden soll.
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Eine Folie aus dem unter dem Handelsnamen Teflon oder Mylar bekannten
Material bedeckt die Seitenwände des Blocks 12 sowie die Fläche der Schulter 13,
um zu verhindern, daß die Schulter an der Folie 3 anhaftet und um die Trennung der
Heizelemente vor der Herausnahme der Folie zu erleichterm.
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Durch jeden Block 12 führen im übrigen Heizorgane, beispielsweise
jeweils ein elektrischer Widerstand 16.
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Wenn die Heizelemente 10 und 11 die Folie 3 berühren, grenzt die Schulter
13 im Mittelbereich des Blocks 12 einen freien Raum 18 ab, der dem Flächenteil derFolie
3 entspricht, der den ebenen Teil 1 des Deckels bilden soll. Somit wird lediglich
der Teil der Folie erhitzt, der die Schulter 13 berührt; der Mittelteil 1 dieser
Folie wird dagegen durch die im Raum 18 befindliche Luft auf einer so niedrigen
Temperatur gehalten, daß an diesem Teil keine Veränderung
eintreten
kann. Nötigenfalls kann in dem Block 12 ein Kühlkreislauf installiert werden.
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Die auf diese Weise erhitzte Folie 3 wird dann abgenommen und in die
Formgebungsstation 8 gebracht. Dort befindet sich eine Form 22 mit einer Schulter
23, deren Gestalt derjenigen des gebogenen Randes 2 des herzustellenden Deckels
entspricht. Die Schulter 23 ist ringförmig; sie läuft um eine ebene Fläche 21, die
als Abstützfläche für den Mittelteil 1 des Deckels dienen soll und ist ihrerseits
von einer ringförmigen Auflagefläche 25 umgeben. Eine koaxial zu der Form 22 verlaufende
Gegenform 24 befindet sich über-d#r entgegengesetzten Fläche der Folie 3. Durch
diese Gegenform 24 ist eine an eine Druckfluidquelle angeschlossene Leitung 26 gerührt;
ausserdem zeigt die Gegenform 24 einen innenliegenden Hohlraum 27.
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Die Form 22 und die Gegenform 24 sind, wie die Heizelemente 10 und
11, beweglich gegenüber der Ebene der Folie 3.
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Sie lassen sich daher in enge Berührung mit der Folie 3 bringen .
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Bei der Fertigung wird die Gegenform 24 so wei;# ges#nkt, daß ihre
seitliche Wandung die Folie um deren erhitzten Bereich herum berührt. Dann wird
die Form angehoben. Die Schulter 23 streckt das erhitzte Material und verformt es
bis zu dem Augenblick, in dem die Auflagefläche 25 die Folie berührt, sie an der
Gegenform 24 einklemmt und den Hohlraum 27 dicht verschließt. Durch einen durch
die Leitung 26 wirkenden Fluiddruck wird dann die Folie 3 um die gesamte Schulter
und gegen das ebene Flächenstück 21 der Form 22 gepreßt. Während des ganzen Vorgangs
ist der Mittelteil in einer der Abwickelebene der Folie 3 parallelen Ebene verblieben
und hat keinerlei Verformung, erlitten,
Vorzugsweise wird die Folie,
wie es die Zeichnung darstellt, durch den Fluiddruck in die eigentliche Heizebene
und Abwickelehene zurückgeführt, d.h. in ihre Aucganggebene.
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Das diesen Mittelabschnitt 20 bildende Material bleibt daher unversehrt
und behält Festigkeit undForm bei. Auch das bereits bedruckte Element 4 behält daher
seine Form.
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Um das Zentrieren der Folie 3 in den verschiedenen Formgebungs- und
Heizstationen zu erleichtern, ist vorzugsweise ein photociSktrische Zelle. oberhalb
dieser Folie derart angeordnet , daß der Vorübergang von Markierungen 30 überwacht
wird, die in regelmässigen Abständen, die dem für die Her-Stellung des Deckels bestimmten
Abschnitt der Folie angepabt sind, auf der Folie angebracht sind. Nach der Formung
des Deckels wird die Folie um ihn herum abgeschnitten und der Deckel herausgehoben.
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Der fertige Deckel weist somit einen reliefartig hervorstehenden Teil
gewünschter Form auf und einen oder mehrere ebene Flächenteile, in denen das Material
weder gestreckt noch verändert worden ist. Auf diesem Flächenteil lassen sich die
erforderlichen Angaben a#eichnen, denn dieser Teil hat eine so grosse Festigkeit,
daß das Aufkleben oder Anbringen einer Zeichnung oder sonstigen Markie-rung möglich
ist, Wenn Verzierungen oder sonstige Motive im voraus aufgedruckt werden sollen,
können diese Zeichnungen in genau den endgültig gewtinschten Abmessungen vorgesehen
werden, weil sie während der Formgebung des Deckels keine Veränderung erfahren0
Nattirlich kann das nach diesem Verfahren hergestellte relief
artige
Teil jede gewünschte Gestalt haben, denn die Heizschulter und die Form selbst wird
entsprechend dieser Gestalt ausgeführt. Anstelle einer Schulter 23 kann die Form
beispielsweise mit einer Nut oder auch mit einer Kombination von Erhebungen und
Eintiefungen entsprechend dem herzustellenden Relief versehen sein. Ausserdem kann
die Heizung, wenn die Folie grössere Stärke hat, an mehreren, nacheinander einwirkenden
Stationen vorgenommen werden. In jedem Fall bleibt der Teil der Folie, der im Innenbereich
oder im Aussenbereich des zu verformenden Teils liegt, unbeeinflußt.
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Im Übrigen wird die Festigkeit des geformten Gegenstands dadurch erhöht,
daß ein Teil der Folie nicht verformt wird; dadurch ergibt sich ein genauer gearbeiteter
Gegenstand, was selbst beim Fehlen von Verzierungen oder Aufdrucken schon als wesentlicher
Vorzug anzusehen sein kann.
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Die in Fig. 3 gezeichnete Vorrichtung dient zur Formgebung von reliefartigen
Elementen, insbesondere von Hohlkörpern aus einer aus thermoplastischem Kunststoff
bestehenden Folie 3. Diese Vorrichtung weist, wie die Vorrichtung nach Fig. 1, eine
Heizstation 6 und eine Formgebungsstation 8 auf. Die Heizstation besitzt zwei Heizelemente
10 und 11, die beiderseits der Folie 3 angeordnet sind und ihr gegenüber verlagert
werden können. Die Heizelemente bestehen aus Blöcken 12, in denen nicht gezeichnete
Heizorgane verlaufen und deren in Betracht kommende Flächen mit einer Schulter oder
Rippe 13 versehen sind, die mindestens einen freien Raum 18 umgibt, der einem genau
bestimmten Flächenbereich 32 der Folie entspricht (Fig. 4). Wenn dann die Folie
3 zwischen den beiden Heizelementen 10 und 11 eingespannt ist, wird nur der die
Rippe 13 berührende Teil erhitzt, während der Flächenteil oder die Flächenteile
32 kalt bleiben.
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Bei der dargestellten Arbeitsweise, wobei in der Folie das herzustellende
Relief durch Hohlraume in Form von Pyramidenstümpfen
gebildet
wird, entsprechen die Heizflächen der beiden Blöcke 12 einem Folienabschnitt, aus
dem ein Hohlraum entstehen soll. Der gesamte Rand 33 dieser Flächen springt demnach
ebenso wie ihr Mittelbereich 34 vor (vgl.
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Fig. 4). Die so entstandene Gesamtschulter 13 umgibt mindestens einen
eingetieften Flächenbereich 18, der einem Flächenteil 32 der Folie entspricht, der
im wesentlichen die Form eines Trapezes hat, dessen Basislinien parallel zu den
Seiten des eingeklemmten Folienteils verlaufen und dessen Höhe beispielsweise dem
Betrag h entspricht. Im gezeichneten Beispiel sind vier Flächenteile 32 vorgesehen.
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Beim Heraustreten aus der Heizvorrichtung 6 sind die den Abschnitten
33, 34 und 35 der Schulter 13 entsprechenden Teile heiß und nur die Flächenteile
32 sind kalt; die Folie 3 wird nun in die Formgebungsvorrichtung 8 gebracht.
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Dort wird sie von einer im wesentlichen ein Hohlprisma darstellenden
Matrize 36 am Rand einer Form 38 festgehalten, deren hohler Innenraum 39 die Gestalt
des herzustellenden Hohlraumshat, Im Inneren der Matrize ist ein Stempel 40 beweglich
in Richtung auf die Folie angeordnet und unter der Wirkung des Stempels und der
nachfolgenden Einwirkung eines Gasdrucks wird die Folie ausgebaucht, bis sie schließlich
ganz an der Wand der Form 38 anliegt.
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Während dieses Ausbauchvorgangs erfolgt eine Verschiebung des Materials,
aus dem die Folie 3 bildet ist, oder genauer gesagt der erhitzten Teile dieser Folie,
derart, daß diese Teile durch den Druck gelängt und verformt werden und daß die
Folie genau die Gestalt der Form annimmt. Das Material der kalt gebliebenen Abschnitte
der Folie bleibt demgegenüber völlig unverändert und diese Teile verlagern sich
nur unter dem Einfluß der Verformungen in den erhitzten Abschnitten. Jedes Trapez
32 bildet somit nun einen Teil der Seitenfläche der Hohlform, hat aber seine Gestalt
und seine Abmessungen, beispielsweise seine Höhe hb genau beibehalten.
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Die Gleitbewegung des Materials, die oberhalb, unterhalb und beiderseits
jedes Trapezes 32 stattgefunden hat, hat zu einer Verringerung der Wandstärke der
Hohlform geführt und eine Verlängerung der Hohlform wegen einer Verteilung des Materials
um die kalten Flächenteile von unveränderter Festigkeit und Stärke herum verursacht,
Nach der Verformung wird die Folie 3 von der Formgebungsstation abgenommen, beispielsweise
durch Senken der Form 38, und dann beschnitten, um die Hohlform von der übrigen
Folie zu trennen.
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Natürlich können die kalt bleibenden Bereiche frei gewählt und zweckentsprechend
angeordnet werden.
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Die nicht verformten Auswölbungen auf der Wand des Reliefs bildenden
Flächenteile#können dazu dienen, die Festigkeit des Reliefs zu erhöhen, oder sie
können ein zierendes Motiv oder eine MitteiLung aufgedruckt erhalten. Beispielsweise
kann man bei der Ausgestaltung nach Fig. 4 im voraus eine Markierung oder ein Ziermotiv
in jedes Trapez 32 der Folie 3 drucken; die Aufdrucke erscheinen unverändert auf
den Seitenflächen der fertigen Hohlform.
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Man kann Zahl und Gestalt dieser Flächen ebenfalls variieren lassen
und die Hohlform oder das Relief braucht kalte Teile nur an einer Seite oder nur
an bestimmten Seiten aufzuweisen.
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Nach dem beschriebenen Verfahren und mit der beschriebenen Vorrichtung
lassen sich im übrigen Reliefs oder Mohlformen unterschiedlicher Gestalt, beispielsweise
kegels tumpfartige oder zylindrische Formen oder Reliefs herstellen, die beliebige
andere geometrische, frei erfundene oder sonstige
Formen zeigen.
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Die Flächenteile, die kühl bleiben sollen, haben immer einen gewissen
Abstand von dem Rand der Folie und besitzen vorzugsweise eine Gestalt, die ihre
Anbringung an dem herzustellenden Relief erleichtern. Beispielsweise stellt bei
der Herstellung einer kegelstumpfartigen oder zylindrischen Hohlform jeder kalte
Flächenteil ein Kreisringsegment dar, das parallel zu der Umrandung des nutzbaren
Kreis teils der Folie verläuft. Dieses Segment wird durch die Verformung der heissen
Teile abgerundet und bildet auf der fertigen Hohlform einen Streifen, der parallel
zu dem Boden und dem Rand dieser Hohlform verläuft.
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Damit die bedruckten Teile einen grösseren Flächenanteil des sie tragenden
Reliefs einnehmen können, vergrössert man beispielsweise die Grösse der heissen
Randfläche oder Zuschnittsfläche sowie den Abstand zwischen der Linie, längs derer
die Folie 3 durch die Matrize 36 eingespannt wird, und dem Rand der Form 38, d.h.
den Durchmesser des Innenraums der Matrize 36..Die Gleitbewegung des den Zuschnitt
bildenden Materials zum Inneren der Form erlaubt nun die Bildung des Reliefs, während
ein verhältnismässig grosser Flächenteil kalt und damit fest bleibt.
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Unter bestimmten Umständen kann es sich empfehlen (Fig. 5 und 6),
jede bedruckte Fläche der Folie durch zwei geradlinige Parallelstreifen 40 und 42
abzugrenzen, die in einem gewissen gegenseitigen Abstand angeordnet sind und die
kalt gehaltenen Flächenteile bilden. Das unterrichtende oder zierende Motiv 44 wird
nun zwischen die Streifen auf einen Abschnitt der Folie gedruckt, der zwischen den
Blöcken 12 erhitzt wird. Bei der Formgebung wird dieser bedruckte Abschnitt in Höhenrichtung
gestreckt, wodurch die beiden
Streifen 40 und 42 voneinander entfernt
werden. Ebenso tritt eine gewisse seitliche Gleitbewegung des Materials längs der
Streifen ein, aber diese Verschiebung wird durch die Festigkeit der Streifen, die
einander verhältnismässig nahe liegen, begrenzt. Die Verformung des Aufdrucks läßt
sich auf diese Weise auf einen erträglichen Betrag reduzieren, während der Flächenteil
groß sein kann, weil er die Bildung des Reliefs nur geringfügig beeinflußt.
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Man kann noch andersartige Reliefs herstellen, bei denen kompliziertere
Formen erscheinen und kalte Flächenteile unregelmässig verteilt auftreten können,
wobei diese kalten Flächenteile immer vollständig von warmen, zu verformenden Flächenteilen
umgeben sind. Die Anfangsstärke der Folie muß natürlich nach Maßgabe der verlangten
Endstärke und nach den Merkmalen, der Gestalt und auch den Abmessungen u, dgl, der
kalten Flächenteile gewählt werden.
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Man kann Schmuckmotive und sonstige Zeichen im voraus auf die Folie
drucken und zwar auf die Flächenteile, die kalt bleiben sollen, wobei dann keine
Veränderung des Aufdrucks bei der Formgebung eintritt, oder auf die zu erhitzenden
Flächenteile. Im letzteren Fall werden die Druckzeichen vorzugsweise in bestimmter
Weise vorverformt, und die Verformung wird durch die spätere Streckung ausgeglichen,
deren Wirkung im Hinblick auf die Festigkeit des kalten Flächenteils genau vorausbestimmt
werden kann.
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Patentansprüche: