DE2362033C3 - Verfahren zum Erwärmen von zu Hohlkörpern tiefzuziehenden Zuschnitten aus thermoplastischem Material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen von zu Hohlkörpern tiefzuziehenden Zuschnitten aus thermoplastischem Material, bei dem die Zuschnitte vor dem Verformen in symmetrisch zu ihrem Mittelpunkt liegenden, nicht direkt beheizten Bereichen benachbarten Bereichen bis annähernd auf die Fließtemperatur des Materials erwärmt werden.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Gattung (FR-AS 2168 224) werden die Zuschnitte in ihrem Mittelteil, an ihrem Umfang und in radialen Streifen erwärmt, die den Mittelteil mit dem Umfang verbinden. Die zwischen den erwärmten Bereichen liegenden, kalt bleibenden Bereiche werden bei dem Tiefziehen des Zuschnitts zum Hohlkörper, das bei mittels eines Niederhalters an seinen Rändern festgespanntem Zuschnitt durch Anpressen des Zuschnitts an eine Form unter Absenken eines Stempels und Beaufschlagen mit Druckluft erfolgt, somit kaum gedehnt, so daß der Hohlkörper in den kalt bleibenden Bereichen eine erhöhte Wanddicke aufweist, die ihm Stabilität verleiht. Mit gemäß dem bekannten Verfahren erwärmten Zuschnitten ist keine hohe Taktfolge des Tiefziehens der Zuschnitte zu dem Hohlkörper möglich, da die Zuschnitte in Teilbereichen beim Tiefziehen sehr stark gedehnt werden und dadurch ein Reißen der Folie hervorgerufen werden kann. Außerdem läßt das zum Tiefziehen verwendete Verformungswerkzeug, das mit Stempel und Druckluft arbeitet, keine hohe Taktfolge zu, da bei jedem Tiefziehvorgang ein Be- und Entlüften der Vorrichtung notwendig ist.

Bei einem anderen Verfahren der eingangs beschrie- 6$ benen Gattung (US-PS 32 56 564) bilden die kühl bleibenden Bereiche der Zuschnitte einen Kreisring, von dem aus sich radiale Streifen nach außen erstrecken. Die so erwärmten Zuschnitte werden an ihren Rändern festgespannt und dann durch Absenken eines Stempels in eine Form unter Zuhilfenahme von Druckluft unter starker Dehnung geformt Der kühle Kreisring kommt dabei dort zu liegen, wo der Boden des ausgeformten Hohlkörpers in die Seitenwand des Hohlkörpers übergeht. Die radialen Streifen sind im unteren Teil der Seitenwand des Hohlkörpers angeordnet. Die nicht erwärmten Bereiche bilden auch hier Bereiche des Hohlkörpers mit vergrößerter Wanddicke, so daß sie den Hohlkörper insgesamt stabilisieren. Auch dieses bekannte Verfahren eignet sich nicht für große Arbeitsgeschwindigkeiten, da die Kunststoff-Folie, in der die Zuschnitte ausgebildet werden, mit Ausnahme der kühl bleibenden Bereiche insgesamt erwärmt wird und den bei schnellen Taktfolgen auftretenden Kräften deshalb nicht ohne weiteres standhält.

Die geschilderten Verfahren zum Erwärmen von Zuschnitten aus thermoplastischem Material vor ihrem Tiefziehen zu Hohlkörpern ermöglichen somit bisher keine schnellen Taktfolgen beim Tiefziehen der insbesondere als Verpackungsbehälter dienenden Hohlkörper. Dies ist einerseits durch den komplizierten Aufbau der bisher verwendeten Form- bzw. Tiefziehmaschinen bedingt, in denen Abkühlzeiten, Be- und Entlüftungszeiten usw. einzuhalten sind, und hat andererseits seinen Grund darin, daß sich die Seitenwände der Hohlkörper unterschiedlich dick, mit unterschiedlicher Dichte und mit unterschiedlichem Kristallisationsgrad des Materials ausbilden, wenn nicht teure Materialien, wie Acrylnitril, Butadien. Styren usw. verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzubilden, daß mit nach diesem Verfahren erwärmten Zuschnitten auf besonders wirtschaftliche Weise Hohlkörper hergestellt werden können, d. h. mit großer Taktfolge in einfach aufgebauten Maschinen und ohne große Anforderungen an das zu verformende, thermoplastische Material.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die nicht direkt beheizten Bereiche eine zusammenhängende Fläche bilden, die aus dem Mittelteil des Behälterbodens, aus von diesem sich radial in gleichen Winkelabständen voneinander erstreckenden Streifen und aus von letzteren auf Kreislinien abgezweigten Streifen bestehen, wobei alle bezeichneten Teile beheizte Bereiche ganz oder teilweise umschließen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erwärmte Zuschnitte können in einer herkömmlichen Tiefziehpresse tiefgezogen werden wie sie auch zum Tiefziehen von Metallblechen verwendet wird. Die erfindungsgemäße Anordnung der erwärmten und nicht erwärmten Bereiche in den Zuschnitten ermöglicht dabei das Tiefziehen von einwandfrei beschaffenen, d. h. faltenfreien und mit weitgehend gleichmäßiger Wanddicke ausgebildeten Hohlkörpern. Erfindiingsgemäß laufen nämlich durch den gesamten Zuschnitt jeweils von seinem Mittelteil aus die sich radial erstreckenden Streifen hindurch, die nicht erwärmt sind. Diese Streifen ergeben zusammen mit dem nicht erwärmten Mittelteil des Zuschnitts beim Tiefziehen einen relativ steifen Rahmen, zwischen dem sich die erwärmten Bereiche mehr oder weniger stark verformen. Auch bei hohen Tiefziehgeschwindigkeiten wird eine Faltenbildung sicher vermieden. Insbesondere im Bereich seiner Seitenwände hat der tiefgezogene Hohlkörper eine homogene Dicke, weil alle Verformvorgänge zwischen

der Innenfläche der Matrize und der Außenfläche des Stempels der Tiefziehpresse ablaufen.

Die Vorteile des erfindungsgemäiten Verfahrens we/den besonders augenscheinlich, wenn die Zuschnitte in denjenigen Bereichen besonders stark verformbar sind, in denen beim Tiefziehen die größten Verformungen auftreten, d. h., wenn erfindungsgemä3 die von den nicht direkt beheizten Bereichen ganz oder teilweise umschlossenen beheizten Bereiche, in denen der Unterrand und gegebenenfalls der Oberrand des Hohlkörpers gebildet werden, auf eine höhere Temperatur erwärmt wurden als Zwischenbereiche, die Bestandteile der Seitenwand des Hohlkörpers werden.

Die Erfindung wir im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit vorteilhaften Einzelheiten erläutert. Es zeigt

Fig. I einen Zuschnitt unmittelbar vor dem Tiefziehen,

F i g. 2 bis 5 schematische Darstellungen des Tiefziehens eines Zuschnittes mit einem Werkzeug.

Fig. b eine gegenüber dem Zuschnitt der F i g. 1 andere Anordnung der erwärmten Bereiche und

F i g. 7 einen aufgeschnittenen, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren tiefgezogenen Behälter.

Das erste, nachfolgend beschriebene Beispiel betrifft das Ziefziehen eines Hohlkörpers aus einem Zuschnitt aus Polypropylen mit einer Dicke von 0,5 mm. Die Gesamterwärmungsdauer der erwärmten Bereiche beträgt 15 Sekunden. Die Erwärmung kann in einem Schritt oder vorteilhaf'.erweise in mehreren Schnitten erfolgen, um der 0,5 Sekunden dauernden Umwandiungszyklcnfolge folgen zu können. Die erwärmten Bereiche haben eine Temperatur zwischen 140 und 150" C, die nicht erwärmten Bereiche haben eine Temperatur von 60'C, so daß sie deutlich kühler sind als die Temperatur, bei der das Material zu erweichen beginnt. Die Bereiche, in denen sich die Ränder des Hohlkörpers bilden, sind vorzugsweise auf einer höheren Temperatur als die Bereiche, die die zylindrische Seitenwand bilden.

Das Flächenverhältnis zwischen den erwärmten Bereichen und den kalten Bereichen hängt von den verwendeten Materialien und den erwünschten Formen ab. Im beschriebenen Beispiel beträgt dieses Verhältnis etwa 10 : 1. Bei Verwendung von PVC kann es nötig sein, die Temperatur erheblich, bis etwa 300⁰C, zu erhöhen. Da dieses Material aber normalerweise zerstört wird, wenn es einer solchen Temperatur längere Zeit ausgesetzt wird, muß die Erwärmzeit stark verringert werden und müssen die crwäm.lcn Bereiche auf ein Minimum reduziert werden.

In F i g. 1 kommt ein Zuschnitt 1 in dem Augenblick zwischen einem Stempel 10 und einer Matrize 9 an. in dem Bereiche 2, 3, 4 auf die erwünschte Temperatur erwärmt sind. Zwischen diesen fast auf die Fließtempcratur erwärmten Bereichen erstreckt sich ein Netz aus mehr oder weniger großen Oberflächenbereichen, die nicht direkt erwärmt sind und ausgehend von einem kreisförmigen Mittelteil 5 radiale Streifen 6 aufweisen, die über konzentrische Kreislinienstreifen 7,8 miteinander verbunden sind.

Der Stempel 10 senkt sich in dem Augenblick ab, in dem der Zuschnitt zur Matrize 9 zentriert ist und treibt den zentralen Bereich des Zuschnitts 1 nach unten. Der Spalt zwischen der Außenwand 11 des Stempels 10 und der Innenwand der Matrize 9 ist gleich der Dicke des Zuschnitts, die auch die Dicke des Hohlkörpers bleibt.

Die verschiedenen Tiefziehphasen sind aus den F i g. 2 bis 5 ersichtlich.

Der Stempel 10, der von einem Druckstück 13 umgeben ist, ist von der Matrize 9 soweit entfernt, daß der Zuschnitt 1 (gemäß Fig. 2) eingeschoben werden kann. Die verschiedenen Bauteile des Werkzeugs befinden sich auf einer Temperatur von 25° C ± 3 C. Weil die Temperatur des Werkzeugs deutlich unterhalb der Erstarrungstemperatur des Materials liegt, wird das Material unter Druck in sehr kurzer Zeit abgekühlt.

In der ersten Phase der Umformung tritt der Stempel 10 in die Matrize 9 ein und bildet die Umrandung des Behälterbodens in den Bereichen 2, die auf 150⁰C gehalten sind. Der sich abwärts bewegende Stempel 10 (Fig. 4) treibt den Zuschnitt nach unten, bis der Oberrand in den erwärmten Bereichen 4 ausgebildet wird, die ebenfalls etwa auf einer Temperatur von 150" C sind (Fig. 5). Für die Zwischenbereiche 3 genügt eine Temperatur von 130⁰C.

Eine andere Möglichkeit der Verteilung der erwärmten Bereiche ist in F i g. 6 dargestellt. Dort sind sich längs eines mehr oder weniger großen Kreisbogens erstreckende, konzentrische, nicht erwärmte Kreislinienstreifen 7', 8' zwischen zwei radialen Bereichen derart unterbrochen, daß die fast fließenden, erwärmten Bereiche 2,', 3', 4' miteinander verbunden sind. Eine solche Ausbildung kann beispielsweise verwendet werden, wenn die konzentrischen Bereiche einander sehr nahe sind. Die Kreislinienstreifen 7', 8' sind über radiale Streifen 6' miteinander verbunden. Es kann auch eine abwechselnde Folge von ringförmigen, kontinuierlichen und unterbrochenen kalten Bereichen vorgesehen sein.

Die Verformungen in den verschiedenen Bereichen des Zuschnittes sind in F i g. 7 dargestellt. Die anfänglich trapezförmigen Kreissegmente sind in orthogonale Vierecke umgeformt, woraus ersichtlich ist, daß das Verschieben von Material aus dem Inneren dieser Flächenbereiche durch die kalten Bereiche begrenzt ist.

Weil alle Umformungen bzw. Übergänge zwischen der innenfläche der Matrize 9 und der Außenfläche des Stempels 10 durchgeführt werden, bleibt die Dicke der Seitenwände des Behälters gleichmäßig.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erwärmen von zu Hohlkörpern tiefzuziehenden Zuschnitten aus thermoplastischem Material, bei dem die Zuschnitte vor dem Verformen in symmetrisch zu ihrem Mittelpunkt liegenden, nicht direkt beheizten Bereichen benachbarten Bereichen bis annähernd auf die Fließtemperatur des Materials erwärmt werden, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß die nicht direkt beheizten Bereiche eine zusammenhängende Fläche bilden, die aus dem Mittelteil (5) des Behälterbodens, aus von diesem sich radial in gleichen Winkelabständen voneinander erstreckenden Streifen (6, 6') und aus von letzteren auf Kreislinien abgezweigten Streifen (7, 8, 7', 8') bestehen, wobei alle bezeichneten Teile beheizte Bereiche ganz oder teilweise umschließen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreislinienstreifen (7, 8) die ίο radialen Streifen miteinander verbinden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den nicht direkt beheizten Bereichen ganz oder teilweise umschlossenen, beheizten Bereiche (2,4), in denen der untere Rand und gegebenenfalls der Oberrand des Hohlkörpers gebildet werden, auf eine höhere Temperatur erwärmt werden als Zwischenbereiche (3), die Bestandteile der Seitenwand des Hohlkörpers werden.