DE2534782A1

DE2534782A1 - Heissformverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE2534782A1
Application number: DE19752534782
Authority: DE
Inventors: Peter Blandford Feldman
Original assignee: Sidaplax
Current assignee: Sidaplax
Priority date: 1974-08-08
Filing date: 1975-08-04
Publication date: 1976-03-04
Also published as: AU8364175A; FR2281205A1; FR2281205B1; GB1483220A; BE832281A

Description

DR. BERG DIPL.- ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. ÜANDMAIR

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45 2534782

Anwaltsakte 26 506 *. AUG. 1975

SIDAPLAX
Gentbrugge / Belgien

Heißformverfahren und -vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heißformverfahren und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Heißformen von Gegenständen aus thermoplastischem Blattmaterial.

Beim Formen von Gegenständen aus einem thermoplastischen Blattmaterial durch Erhitzen desselben und Einziehen oder

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987043 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Hypo-Bank München 389 2623

983310 TELEX: 0524560 BERG d Postscheck München 65343-808

B f J 9 0 1 0 / ' ■ Π Π 1

-pressen des Materials in eine Form von der gewünschten Gestalt kommt es häufig vor, daß die Teile des Blattmaterials oder der Folie, welche am meisten gestreckt werden müssen, um sich den am weitesten vom offenen Ende der Form entfernten Teilen derselben anzupassen, dabei eine unzulässige Verringerung ihrer Dicke erfahren. Insbesondere bei Zunahme der Tiefe der Form in bezug auf ein offenes Ende derselben von gegebenen Abmessungen ergeben sich bei dem fertigen Gegenstand erhebliche Unterschiede in der Wandstärke. Ein Verfahren zum Verringern solcher Unterschiede der Wandstärke ist das sogenannte "Kühlkolben-Formverfahren", bei welchem ein Kolben, dessen Temperatur niedriger ist als die der zu verformenden Folie, in Berührung mit denjenigen Teilen der Folie gebracht wird, welche normalerweise am stärksten gestreckt würden. Dadurch werden diese Bereiche abgekühlt und erhalten damit eine größere Zähigkeit als die angrenzenden ungekühlten Bereiche. Beim Einziehen oder -pressen in die Form werden diese Bereiche dann nicht so stark gedehnt, während die ungekühlten Teile entsprechend stärker gereckt werden, so daß man eine gleichmäßigere Wandstärke erhält. Dieses Verfahren hat jedoch häufig die Nebenwirkung, daß an den mit dem äußeren Umfang des Kühlkolbens zusammenfallenden Stellen ein Ring aus dickerem Material entsteht.

Die Erfindung schafft ein Heißformverfahren, bei dessen Anwendung ein Gegenstand mit gleichmäßigerer Wandstärke herstellbar ist, ohne daß ein Kühlkolben in direkte

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Berührung mit der thermoplastischen Folie gebracht zu werden braucht.

Bei einem Verfahren zum Heißformen von Gegenständen aus einem thermoplastischen Blattmaterial ist gemäß Erfindung vorgesehen, daß ein thermoplastisches Blattmaterial über dem offenen Ende einer Form festgespannt und auf eine zum Heißverformen geeignete Temperatur oder darüber hinaus erhitzt wird, daß eine Kühleinrichtung mit einem Kühlkopf, einem Tragschaft und einem den Schaft und den Kopf axial durchsetzenden Durchlaß vom Boden der Form bis nahe an das Blattmaterial herangeführt wird, ohne jedoch damit in Berührung zu kommen, daß ein Kühlmittel durch den Durchlaß der Kühleinrichtung hindurch eingeblasen wird, um diejenigen Bereiche des Materials, an denen beim Formen die stärkste Dehnung auftritt, zu kühlen, daß das Blattmaterial in der Form geformt wird und daß der fertige Gegenstand aus der Form ausgestoßen wird.

Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum Formen von Gegenständen aus einem thermoplastischen Blattmaterial, mit einer an einem Ende offenen Form, welche im unteren Teil wenigstens eine Entlüftungsöffnung hat, einer einen Kühlkopf und einen Tragschaft aufweisenden, luftgespeisten Kühleinrichtung, welche zwischen einer Stellung nahe dem Boden der Form und einer Stellung nahe dem offenen Ende derselben hin und her bewegbar ist und einen den Schaft und den Kopf axial durchsetzenden Durchlaß zum Anblasen

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der beim Formen der stärksten Dehnung unterworfenen oder beliebiger anderer Bereiche eines über dem offenen Ende der Form aufgespannten Blattmaterials mit einem Kühlmittel und damit zur Beeinflussung der Materialstärke aufweist, einer Einrichtung zum Aufspannen des thermoplastischen Blattmaterials über das offene Ende der Form, Einrichtungen zum Erhitzen des aufgespannten Blattmaterials, und Einrichtungen zum Einziehen oder -pressen des Blattmaterials in die Form zum Formen eines Gegenstands.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung eignen sich für die Herstellung der verschiedensten Arten von heißgeformten Gegenständen, insbesondere Jedoch zum Formen von Behältern, bei denen das Problem eines sehr großen Verhältnisses etwa von mehr als 1 : 1 von Formöffnung zu Formtiefe am häufigsten auftritt.

Bei Verwendung der beschriebenen Kühleinrichtung erhalten die beim Formen der größten Dehnung unterworfenen Bereiche des Blattmaterials unmittelbar vor dem Formen ein sehr viel glatteres, ausgeglicheneres Temperaturprofil als bei der Verwendung eines herkömmlichen Kühlkolbens. Dies geht aus Fig. 1A und 1B der Zeichnung hervor, worin Fig. 1B eine schematisierte Darstellung einer herkömmlichen Formvorrichtung mit Kühlkolben oder -stempel sowie das damit erzielte Temperaturprofil des Blattmaterials und Fig. 1A eine ebenfalls schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und des damit erzielbaren Temperatur-

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profils darstellt. Man erkennt, daß die Temperaturänderungen über das Blattmaterial hinweg bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr viel gleichmäßiger auftreten, so daß sich bei einem in der Vorrichtung hergestellten Behälter kaum ein ausgeprägter Ring aus stärkerem Material um den gekühlten Bereich herum bildet.

Das durch die Kühleinrichtung eingeblasene Kühlmittel kann ein gegenüber dem thermoplastischen Material inertes Gas oder eine fein verteilte Flüssigkeit, etwa ein feiner Wassernebel sein. Vorzugsweise ist das Kühlmittel jedoch Luft von Umgebungstemperatur.

Das Temperaturprofil im thermoplastischen Blattmaterial läßt sich auf verschiedene Weise variieren, etwa durch Veränderung des Abstands zwischen ihm und der Kühleinrichtung während des Kühlens, durch Änderung der Zeit, während welcher das Kühlmittel über die Kühleinrichtung zugeführt wird, oder durch Änderung der Temperatur, des Drucks, des Volumens und/oder der Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten Kühlmittels. Durch entsprechende Beeinflussung eines dieser Parameter oder einer Kombination derselben läßt sich die Kühlwirkung und damit die Materialverteilung in den Wänden und im Boden des geformten Gegenstands innerhalb enger Grenzen steuern.

Zur Erzielung der gewünschten Wirkung können die Kühlmitteldurchlässe in der Kühleinrichtung in beliebiger Weise angeordnet sein. Insbesondere bei einer Form von einfacher,

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kegelstumpfförmiger Gestalt genügt zumeist ein einfacher, den Schaft und den Kopf durchsetzender Axialdurchlaß. In anderen Fällen kann es zweckmäßig sein, zusätzliche Kühlmitteldurchlässe vorzusehen, um das Kühlmittel solchen Bereichen zuzuleiten, an denen die Kühlung besonders erwünscht ist. Etwa bei einer Form mit rechteckigem Grundriß ist der Kopf der Kühleinrichtung vorzugsweise ebenfalls rechteckig und enthalt neben dem axialen Durchlaß für das Kühlmittel von diesem ausgehende zusätzliche Durchlässe, welche das Kühlmittel in die Bereiche des Blattmaterials nahe den vier Ecken des Kopfs leiten.

Der Kopf der Kühleinrichtung kann beliebige Form haben, hat jedoch vorzugsweise die gleiche Form wie der Boden der

Formhölung. Bei einem runden Boden ist der Kopf somit vorzugsweise rund, während er bei einem quadratischen Boden vorzugsweise ebenfalls quadratisch ist.

Da der Kopf der Kühleinrichtung in der eingezogenen Stellung wenigstens ein'Teil des Bodens der Form bildet, hat er vorzugsweise eine ebene Oberseite, was bei der angehobenen Stellung außerdem zu einer gleichmäßigen Verteilung der Kühlmittelströmung zwischen dem Kopf und dem Blattmaterial beiträgt. In gewissen Fällen kann es jedoch vorteilhaft sein, dem Kopf eine Kegelform zu verleihen und ihn so anzuordnen, daß die ebene Grundfläche des Kegels dem Blattmaterial zugekehrt ist.

Der Kopf kann ein geprägtes oder geätztes Relief od. dergl.

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aufweisen, etwa zur Kennzeichnung des Behälters oder seines Inhalts oder zum Ausbilden von einem oder mehreren exzentrisch angeordneten Zapfen, welche später das Auseinanderziehen von ineinandergesteckten Behältern erleichtern. Im letzteren Falle sind Einrichtungen zum Verdrehen des Kopfs nach jedem Arbeitsgang um einen gegebenen Winkel von etwa 90° vorgesehen, so daß die nacheinander geformten Gegenstände nicht die gleiche Ausbildung des Bodens haben und die Zapfen die Böden von ineinandergesteckten Gegenständen auseinanderhalten. Eine solche Ausbildung ist im einzelnen in der GB-PS 1 195 879 der Anmelderin beschrieben.

In der vorgestreckten Stellung hat der Kopf vorzugsweise einen Abstand von etwa 0,25 bis 3 mm, insbesondere von 0,5 bis 2 mm vom Blattmaterial, so daß dieses ausreichend von dem Kühlmittelstrom bestrichen wird.

Bei Erhitzung des Blattmaterials mittels einer Heizplatte kann das Kühlmittel den zusätzlichen Zweck erfüllen, das Material während der Beheizung in Anlage an der Heizplatte zu halten.

Das Heben und Senken der Kühleinrichtung während eines Formvorgangs kann mittels herkömmlicher mechanischer, pneumatischer oder hydraulischer Einrichtungen erfolgen, wobei es in gewissen Fällen Vorteilhaft ist, neben der Kühlstellung und der eingezogenen Stellung das Hervorstrecken des Kopfs über das offene Ende der Form hinaus vorzusehen, so daß er als Auswerfer für den fertig geformten Gegenstand verwendet wer-

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den kann. Die Kühleinrichtung kann vor Beginn des eigentlichen Formvorgangs zurückgezogen werden, in einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist sie jedoch von einer sehr schwachen Feder aufwärts belastet und wird während des Formvorgangs von dem in die Form eindringenden thermoplastischen Blattmaterial abwärts geschoben. Dabei verhindert daß aus der Kühleinrichtung ausströmende Kühlmittel gewöhnlich eine engere Berührung zwischen der Kühleinrichtung und dem thermoplastischen Material. Bei dieser Ausführung wird die Kühlung also während des gesamten Formvorgangs aufrecht erhalten, was in vielen Fällen sehr vorteilhaft sein kann.

Für den Austritt des Kühlmittels weist die Form Auslaßöffnungen auf, welche zweckmäßig im Formboden oder am Übergang zwischen den Wänden und dem Boden der Form angeordnet sind. Die am besten geeignete Anordnung der öffnungen hängt ab von der Geometrie der Form und läßt sich von Fall zu Fall ohne Schwierigkeit ermitteln. Bei Anwendung der Kontaktbeheizung ist die Querschnittsfläche der öffnungen für den Zutritt des Kühlmittels vorzugsweise größer als der der Auslaßöffnungen, so daß vor dem eigentlichen Formvorgang ein Überdruck im Formhohlraum vorhanden ist. Wird dagegen das über das offene Ende der Form gespannte Blattmaterial durch Strahlung erhitzt, so wird ein Überdruck im Formhohlraum vor dem Formvorgang vorzugsweise vermieden. Da die Austrittsöffnungen der Kühleinrichtung sowie die Auslaßöffnungen der Form bei langer anhaltendem Betrieb der Vorrichtung häufig verstopft oder zugesetzt werden können, ist es

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zweckmäßig, sie mit einem feinen Drahtnetz oder einem Schutz aus grobem Sintermetall abzudecken. Daraus ergibt sich für die Austrittsöffnungen der Kühleinrichtung der zusätzliche Vorteil, daß das Kühlmittel beim Austritt verstärkt diffundiert wird.

Das thermoplastische Blattmaterial kann durch die Zufuhr eines Druckmittels durch in der Heizplatte vorhandene Durchlässe in den !Formhohlraum gepreßt, d.h. also durch Überdruck verformt werden, oder es kann durch Evakuieren des Formhohlraums durch die Auslaßöffnungen hindurch in die Form gezogen, d.h. also durch Unterdruck verformt werden. In einem kombinierten Formverfahren wird an der Außenseite ein Überdruck und an der Innenseite ein Unterdruck erzeugt, so daß das Material gleichzeitig in die Form gepreßt und eingezogen wird. Eine solche kombinierte Ausführung erbringt häufig wesentliche Vorteile, insbesondere im Hinblick auf die Formgebung an den Oberflächen des Gegenstands.

Für das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich jedes beliebige thermoplastische Material, aus welchem sich Formgegenstände herstellen lassen und welches heiß verformbar ist. Beispiele hierfür sind Polyolefine wie Polyäthylen und Polypropylen, vinylaromatische Polymere wie Polystyrol, Styrol-Akrylnitril, ABS und kautschukmodifizierte Polystyrole sowie Polyester und Polykarbonate_v

Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Herstellung von Behältern aus ausgerichteten Polymeren wie etwa biaxial

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ausgerichtetem Polystyrol, wie es etwa unter dem Warenzeichen POLYi¹LEX im Handel ist. Die Durchführung des Verfahrens mit derartigen Polymeren stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Fig. 2 bis 11 der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 2 bis 5 schematisierte Schnittansichten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung©«- in verschiedenen Stellungen während eines Formvorgangs,

Fig. 6 und 7 eine Schnittansicht bzw. eine Draufsicht auf einen Kühlkopf für eine Form zum Herstellen von Behältern mit rechteckigem Boden,

Fig. 8 eine Draufsicht auf einen Kühlkopf für die Herstellung von Formgegenständen mit einer quadratischen und einer kugeligen Vertiefung zum Erleichtern des Auseinanderziehens ineinandergesteckter Formgegenstände,

Fig. 9 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 8,

Fig.10 und 11 Schnittansichten von Anordnungen eines Kühlkopfs für die Herstellung von Gegenständen mit einem eingezogenen Boden bzw. mit einem hervorstehenden Bodenteil.

In Fig. 2 bis 5 erkennt man eine von an einer Druckmittelquelle angeschlossenen Durchlässen durchsetzte Heizplatte A, welche ein Stück eines thermoplastischen Blattmaterials B über dem offenen Ende einer kegelstumpfförmigen Behälterform C

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aufgespannt hält. Eine Kühleinrichtung D mit einem Kühlkopf und einem Tragschaft sowie einem axialen Durchlaß E ist in Pig. 2 und 4 in einer in den Boden der Form eingezogenen Stellung, in Fig. 3 in einer Kühlstellung und in Fig. 5 in einer Auswerfstellung gezeigt. Der Boden der Form weist in der eingezogenen Stellung der Kühleinrichtung um diese herum angeordnete Auslässe F auf.

Im Betrieb der Vorrichtung wird das thermoplastische Blattmaterial mittels der Heizplatte erhitzt, während sich die Kühleinrichtung in der eingezogenen Stellung befindet oder in die Kühlstellung vorgestreckt ist, ohne das Blattmaterial jedoch zu berühren. Durch den Axialdurchlaß E der Kühleinrichtung eingeblasenes Kühlmittel trifft an einem Punkt G in der Mitte des Blattmaterials B auf. Anschließend wird dann das Blattmaterial in den Formhohlraum hinein geformt, indem Druckluft über die Durchlässe der Heizplatte zugeführt und der Formhohlraum über die Auslässe F evakuiert wird, wobei der Kühlkopf in seine Stellung im Boden der Form zurückgezogen wird. Nach Beendigung des Formvorgangs wird der Kühlkopf bis über das offene Ende der Form hinaus vorgestreckt, um den fertigen Behälter aus der Form auszuwerfen.

Fig. 6 und 7 zeigen einen Kühlerkopf D für eine Form zum Herstellen von Behältern mit rechteckigem Boden. Der Kopf D hat fünf Durchlässe E, welche von einem einzigen Axialdurchlaß im Schaft der Kühleinrichtung gespeist sind und in der Mitte bzw. nahe de«) vier Ecken des Rechtecks angeordnet sind.

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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind insbesondere geeignet zum Herstellen von Gegenständen mit einem Verhältnis zwischen öffnung und Tiefe von bis zu 1 : 2, insbesondere von 1 : 1,5 oder 1 : 1,4.

Die Wandstärke der geformten Gegenstände liegt gewöhnlich im Bereich zwischen 190 bis 500 pm, vorzugsweise zwischen 200 und 4-00 pm.

Während die Erfindung vorstehend allgemein in bezug auf die Herstellung irgendwelcher IOrmgegenstände beschrieben ist, findet sie insbesondere Anwendung zum Herstellen von Behältern, wie sie gewöhnlich für Getränkeautomaten verwendet werden oder für die Verpackung von Molkereiprodukten wie Quark, Butter, Margarine, Yoghurt und Fertigspeisen.

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Claims

Patentansprüche;

/ίΛ Verfahren zum Heißformen von Gegenständen aus einem thermoplastischen Blattmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß ein thermoplastisches Blattmaterial über dem offenen Ende einer Form festgespannt und auf eine zum Heißverformen geeignete Temperatur oder darüber hinaus erhitzt wird, daß eine Kühleinrichtung mit einem Kühlkopf, einem Tragschaft und einem den Schaft und den Kopf axial durchsetzenden Durchlaß vom Boden der Form bis nahe an das Blattmaterial herangeführt wird, ohne jedoch damit in Berührung zu kommen, daß ein Kühlmittel durch den Durchlaß der Kühleinrichtung hindurch eingeblasen wird, um diejenigen Bereiche des Materials, an denen beim Formen die stärkste Dehnung auftritt, zu kühlen, daß das Blattmaterial in die Form geformt wird und daß der fertige Gegenstand aus der Form ausgestoßen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung vor dem Verformen des Blattmaterials in die Form hinein zurückgezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung von einer sehr schwachen Feder aufwärts belastet ist und beim Formvorgang von dem in der Form vordringenden thermoplastischen Material abwärts geschoben wird.

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4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkopf in der vorgestreckten Stellung einen Abstand von 0,25 bis 3 mm zu dem Blattmaterial hat.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Öffnung zuX^Tiefe der hergestellten Behälter größer als 1 : 1, jedoch kleiner als 1 : 1,5 ist.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß das Blattmaterial aus biaxial ausgerichtetem Polystyrol ist.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, im wesentlichen wie vorstehend anhand von Fig. 2 bis 11 der Zeichnung erläutert.
8. Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß er unter Anwendung eines Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.
9. Vorrichtung zum Formen von Gegenständen aus einem thermoplastischen Blattmaterial, g e k e η η ζ e i c h η e t durch eine an einem Ende offene Form (C), welche im unteren Teil wenigstens eine Entlüftungsöffnung (F) hat, durch eine einen Kühlkopf und einen Tragschaft aufweisende., luftgespeiste Kühleinrichtung (D), welche zwischen einer Stellung nahe dem Boden der Form und einer Stellung nahe dem offenen Ende derselben hin und her beweg-

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bar ist und einen den Schaft und den Kopf axial durchsetzenden Durchlaß (E) zum Anblasen der beim Formen der stärksten Dehnung unterworfenen oder beliebiger anderer Bereiche eines über dem offenen Ende der Form aufgespannten Blattmaterials (B) mit einem Kühlmittel und damit zur Beeinflussung der Materialstärke aufweist, durch eine Einrichtung (A) zum Aufspannen des thermoplastischen Blattmaterials über dem offenen Ende der Form, durch Einrichtungen (A) zum Erhitzen des aufgespannten Blattmaterials und durch Einrichtungen (A, F) zum Einziehen oder -pressen des Blattmaterials in die Form zum Formen eines Gegenstands.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf der Kühleinrichtung (D) zusätzliche Kühlmitteldurchlässe aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf der Kühleinrichtung (D) einen oder mehrere exzentrisch angeordnete VorSprünge (Z) aufweist.
12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzei chnet, daß die öffnung oder öffnungen des Durchlasses bzw. der Durchlässe der Kühleinrichtung mit einem feinen Drahtgewebe oder einem groben Sintermetall abgedeckt ist bzw. sind.

13· Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 12, im wesentlichen wie anhand von Fig. 2 bis 11 beschrieben.

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