DE2624985A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von kunststoff-hohlkoerpern - Google Patents

Description

Case 16759/60
Hr

National Can Corporation, Chicago, Illinois 6O63I/USA

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoff-Hohlkörpern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Formung von Kunststoff-Hohlkörpern aus einer Folie bzw. einem Bogen oder einem Streifen aus thermoplastischem Material und insbesondere eine Patrizen- bzw. Stempel-Anordnung, einschliesslich eines Formteils, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Formung eines Kunststoff-Hohlkörpers in der Wärme unter Anwendung einer derartigen Patrizen-Anordnung.

Die Erfindung betrifft insbesondere Wärmeformungs-Arbeitsgänge, bei denen eine Bahn bzw. eine endlose Bahn, ein Gewebe oder eine Folie aus thermoplastischem Material zunächst durch Wärme erweicht und anschliessend geformt bzw. verformt wird, während sie sich in diesem streck- bzw. dehnbaren plastischen Zustand befindet, wobei sie gegen die Konturen einer Form oder Matrize durch die Einwirkung des Gefälles eines fliessenden Druckes

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bzw. des Druckes eines fliessenden Mediums gezogen oder gepresst wird. Ein Beispiel hierfür ist die Anwendung eines Druckes in einem Druckgefäss, der durch Druckluft oder dergleichen erzeugt wird, um das erweichte Material gegen die Umrisse einer Patrize oder eines Stifts bzw. Lochstifts zu drücken. Alternativ kann ein Vakuum vom Inneren einer Matrize angelegt werden, wobei der atmosphärische Druck das durch Wärme erweichte thermoplastische Material gegen die Oberfläche der Matrize formen kann. Für viele Anwendungszwecke bevorzugt man eine Kombination dieser beiden Techniken, wobei das erweichte Folienmaterial auf der die Formoberflächen kontaktierenden Seite einem Vakuum und von der anderen Seite her einem kräftigen positiven Druck ausgesetzt wird, da eine derartige Kombination zu vielseitigeren Verwendungsmöglichkeiten und zu einer besseren Steuerung des Formungsarbeitsgangs führt.

Die Entwicklung im Bereich der Behälter- bzw. Containertechnik richtete sich insbesondere mit den ständig anwachsenden Kosten für die Fertigungsmaterialien auf Behälter mit grossem Fassungsvermögen. Bisherige Verfahren zur Herstellung grosser bzw. langer Behälter mit einem grossen Verhältnis von Länge zu Durchmesser wendeten fast ausschliesslich Strangpress-Blasverformungstechniken an. Das US-Reissue Patent 28 062 (Scalora) beschreibt ein Verfahren zur Spritzguss-Blasverformung eines Hohlkörpers, bei dem die "Külbel" bzw. das zu formende Material oder die Masse vorzugsweise in einer Blasform vor der Expansion ausge-dehnt wird, um das plastische Material, das den Container bilden soll, biaxial zu orientieren.

Im folgenden werden anhand einer detaillierten Beschreibung einer als Beispiel dienenden Ausführungsform, deren neue Merkmale insbesondere den nachfolgenden Patentansprüchen entnommen werden können, verschiedene andere Ziele bzw. Gegenstände und Vorteile der Erfindung beschrieben.

Gemäss einer Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung unter Anwendung einer Patrizen-

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anordnung mit einem ausdehnbaren Kopfteil, das mindestens teilweise aus einem porösen Metall gebildet wird, einschliesslich von Rohrleitungen zur Bewirkung des Flusses eines Fluids durch den porösen Metallteil zur Formung von Hohlkörpern mit einem grossen Verhältnis von Länge zu Durchmesser in der Wärme. Dementsprechend führt man die Patrize einer Patrizen-Anordnung durch die Ebene bzw. Fläche einer erwärmten Folie aus thermoplastischem Material, wobei das Innere der Patrize in fluider Kommunikation mit der Ansaugseite einer Pumpe gehalten wird, um die Formung des thermoplastischen Materials um die Patrize zu bewirken und so eine Wand von gleichmässigerer Dicke zu erzielen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung einer als Beispiel angegebenen Ausführungsform unter Hinweis auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei wird auf die in den Figuren angegebenen Bezugszahlen hingewiesen.

Die Figur 1 stellt eine senkrechte Ansicht, teilweise im Schnitt, einer Wärmeformungs-Vorrichtung dar, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert, wobei gewisse Nebensächlichkeiten zum besseren Verständnis weggelassen wurden.

Die Figuren 2 bis 4 stellen schematische senkrechte Seitenschnitte der Thermoformungs-Vorrichtung der Figur 1 dar, die in aufeinanderfolgender Weise die Formung eines Hohlkörpers veranschaulichen.

Es ist ersichtlich, dass die Art des thermoplastischen oder thermoelastisch deformierbaren Materials, das beim erfindungsgemässen Verfahren verwendet werden kann, im allgemeinen von der Wirtschaftlichkeit und der Aufgabe bestimmt wird, für die der Hohlkörper gegebenenfalls Verwendung finden soll. Unter den vielen thermoplastischen Harzen, die für verschiedene Zwecke geeignet sind und für die Wärmeformung verwendbar sind,

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können hochschlagfestes Polystyrol, Polybutadien, Styrol-Butadien-Mischungen oder -!copolymere, Polyvinylchlorid und verwandte Vinylpolymere, Polyallomere, Nylon, Formaldehydpolymere, Polyäthylen, Polypropylen, Nitrocellulose, Celluloseacetat, Cellulosepropionat, Celluloseacetat,-acetatbutyrat, Polymethylmethacrylat, Äthylcellulose, Benzylcellulose und Äthylester von Cellulose genannt werden.

Im folgenden wird die Ausführungsform der Figur 1 erläutert. Diese Figur stellt den Teil einer allgemein als 10 bezeichneten Formungs-Vorrichtung dar, wie sie von Brown Machine Co, Beavertown, Michigan, hergestellt wird, mit einer Druckgefäss-Anordnung, allgemein als 12 bezeichnet, und einer allgemein als 14 bezeichneten Patriζen-Anordnung. Die Ansicht der Figur 1 veranschaulicht die allgemeine Bauweise und Anordnung verschiedener Teile der Vorrichtung, ohne dass die spezielle Anordnung der Elemente der Vorrichtung irgendeine Stufe des Formungs-Arbeitsgangs darstellt. Die Druckgefass-Anordnung 12 umfasst ein Druckgefäss 16, das starr an eine obere Platte bzw. einen oberen Plattentisch 18 gebunden ist, und das mit (nicht gezeigten) Kanälen ausgerüstet sein kann, die die Zirkulation eines Wärmeübertragungsmediums zur Kühlung, Erwärmung oder Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur in dem Druckgefäss 16 ermöglichen. Die obere Platte 18 ist so konstruiert und angeordnet, dass sie durch einen geeigneten (nicht gezeigten) Mechanismus eine vertikale Bewegung in der Formungs-Vorrichtung durchführen kann.

Das Druckgefäss 16 wird von einer oberen Wand 20 und Seitenwänden 22 gebildet, die eine Haupthöhlung 24 des Druckgefässes 16 bilden. Das Druckgefäss 16 ist mit einer Spannplatte 26 ausgerüstet, die beispielsweise durch Schrauben 28 an die Seitenwände 22 des Druckgefässes 16 montiert ist. In einer Seitenwandung 22 des Druckgefässes befindet sich eine Öffnung 30, die das Einbringen eines komprimierten Fluids in die Höhlung 24 des Druckgefässes 16 dadurch ermöglicht, dass die Öffnung 30 über

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die Leitung 32 in fluide Verbindung mit dem Druckteil einer Pumpe gebracht wird, die allgemein als 34 bezeichnet wird. Senkrecht in den oberen Plattentisch 18 und die obere Wand 20 des Druckgefässes 16 befindet sich eine röhrenförmige Hülse 36 montiert, die den verlängerten Formungsstab 38 einer Strömungszylinderanordnung führt, die allgemein als 40 bezeichnet wird. Die Strömungszylinderanordnung 40 ist über sich nach aussen erstreckende Beine 42 an die obere Fläche des Plattentisches 18, wie beispielsweise durch Schrauben oder Bolzen 44, zur vertikalen Verschiebung des verlängerten Formungsstabes 38 montiert. Das Ende des verlängerten Formungsstabes 38, das sich in die Höhlung 24 des Druckgefässes 16 erstreckt, ist mit einem konisch geformten Stützelement 46 ausgerüstet, um unter anderem das Dünnerwerden dieses Teils des zu formenden Hohlkörpers, wie nachstehend genauer beschrieben, auf ein Minimum herabzusetzen.

Die Patrizen-Anordnung 14 besteht aus einem Patrizen-Glied, das allgemein mit 50 bezeichnet wird, das für hin- und hergehende Bewegungen innerhalb einer Stützvorrichtung für eine Patrize, die allgemein als 52 bezeichnet wird, montiert ist. Die Stützanordnung 52 für die Patrize besteht aus einem Basisglied 54 mit einer öffnung 56 in zylindrischer Form für die Patrize 50 und mit einer Zwischenöffnung 58 zur Erzielung einer Fluid-Verbindung zwischen dem Patrizen-Glied 50 und der Ansaugseite einer Pumpe 60 über die Leitung 62, wie nachstehend genauer beschrieben. Das Basisglied 54 ist mit einer Fliesszylinder-Anordnung, die allgemein mit 64 bezeichnet wird, versehen, die an die untere Oberfläche des Basisglieds 54 in koaxialer Ausrichtung mit dem Patrizen-Glied 50 durch sich nach aussen erstreckende Beine 66, beispielsweise durch Schrauben bzw. Bolzen 68 montiert ist.

Das Patrizen-Glied 50 wird von einem konisch geformten Oberteil 70, einem zylindrisch geformten Zwischenteil 72 und einem unteren stabförmigen Teil 74 gebildet. Die Ober- und Zwischen-

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teile 70 und 72 werden von einem porösen Material gebildet (d.h. mit einer Vielzahl von während seiner Herstellung gebildeten einzelnen Kanälen bzw. Verbindungswegen), wie zwei Mikron rostfreiem Stahl, wie in der US-Patentschrift ........ (basierend auf der US-Patentanmeldung 448 191 vom 4.Februar 1974) beschrieben. Das Oberteil 70 des Patrizen-Glieds 50 wird vorzugsweise um ein inneres Stützglied 76 gebildet, das mit sich nach aussen erstrekkenden flach kammartigen bzw. gewindeartigen Armgliedern 78 ausgerüstet ist und im allgemeinen aus einem Material wie Kupfer gebildet wird, das ausgezeichnete Wärmeübertragungseigenschaften aufweist. Die Zwischen- und Stabteile 72 und 74 sind mit einer Öffnung 80 ausgebildet, um eine fluide Verbindung zwischen den porösen Metallteilen der Patrize 50 und der Pumpe 60 zu schaffen, wie nachfolgende genauer beschrieben. Es versteht sich, dass das innere Trägerglied 76 mit einer schraubenförmigen Windung ausgebildet werden kann, wie in der vorstehend erwähnten Patentschrift bzw. Anmeldung beschrieben.

An ein Ende des Stabteils 74 der Patrize 50 ist ein Kolbenglied 82 montiert, das innerhalb der Fliesszylinder-Anordnung 64 für eine Hin- und Herbewegung der Patrize 50 während des Betriebs der Wärmeformungs-Vorrichtung angeordnet ist. Die Patrizen-Anordnung 14 ist mit Fliesszylindern 84 einschliesslich •Kolbenstäben 86 ausgerüstet, die auf einen unteren Plattentisch 88 montiert sind. Die Stützvorrichtung 52 für die Patrize wird um die oberen Enden der Fliesszylinder 82, beispielsweise durch auf den Seitenwänden des Basisglieds 54 gebildete Haltearme 90 gehalten. Ein Spann-Stützglied 92, mit einem Spannrost 94, ist beispielsweise durch Schrauben oder Bolzen 96 an die oberen Enden der Kolbenstäbe 86 über Klammern 98 montiert, die auf dem Spann-Stützglied 92 ausgebildet sind.

Die Figur 1 veranschaulicht auch einen allgemein mit 100 bezeichneten Beschickungsmechanismus, der zur Beförderung der thermoplastischen endlosen Bahn oder Folie 102 nach dem

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Erwärmen zum erweichten Zustand mit geeigneten Einrichtungen (die nicht gezeigt sind) wie Strahlungsheizvorrichtungen, Infrarotlampen usw. dient. Die folgende Beschreibung veranschaulicht in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 die Stufenfolge der Bildung eines Hohlkörpers gemäss der Erfindung. Wie dem Fachmann bekannt, liegt die Druckgefäss-Vorrichtung 12 zu Beginn des Zyklus über der thermoplastischen Folie in einer Entfernung, die ausreicht, das spätere unbehinderte waagrechte Vorbeileiten des Formkörpers mit dem Fortschreiten der thermoplastischen Folie zu gestatten.

Die auf eine optimale Formungstemperatur (d.h. zu einem streckbaren plastischen Zustand) erweichte thermoplastische Folie 102 wird durch den Beschickungsmechanismus 100 in eine Lage zwischen die obere und die untere Anordnung 12 bzw. 14 befördert. Der obere Plattentisch 18 wird bis zu einem Punkt abwärts bewegt, bei dem die Spannplatte 26 sich in der Nähe der Folie 102 befindet, und der untere Plattenteller 88 wird auf die in Figur 2 gezeigte Position angehoben, wobei der Spannrost 94 gegen die untere Fläche der Folie 102 gepresst wird, so dass die Folie oder Bahn aus dem thermoplastischen Material um den Eintritt in die Öffnung 24 des Druckgefässes 16 zwischen der Spannplatte 26 und dem Rost 94 festgehalten wird. Ein positiver Druck wird kontinuierlich auf die Fliesszylinder 86 angelegt, um den Halt der Plastikfolie 102 während der Formung beizubehalten. Gleichzeitig oder anschliessend an das Festhalten der thermoplastischen Folie 102 zwischen der oberen und der unteren Anordnung wird der verlängerte Formungsstab 38 durch die Einwirkung eines Kolbens in der Fliesszylinder-Anordnung 40 bis zu einem Punkt über der thermoplastischen Folie 102 senkrecht abwärts bewegt.

Die Patrizen-Stützvorrichtung 52 wird durch vertikales Verschieben des unteren Plattentellers 88 aufwärts bewegt, wobei das Patrizen-Glied 50 durch die Fläche des thermoplastischen Materials bis zum Kontakt des Stützelements 46 mit Stab 38

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geführt wird, welcher steuerbar gegen die nachfolgende weitere Aufwärtsbewegung der Patrizen-Stützanordnung 52 gelenkt bzw. gerichtet wird, um ein Dünnerwerden dieses Teils des zu formenden Gegenstandes auf ein Minimum herabzusetzen. Die Aufwärtsbewegung des unteren Plattentisches 88 wird weitergeführt, bis die Patrizen-Stützvorrichtung 52 völlig innerhalb des Spann-Stützglieds 92 liegt, wie in Figur 3 veranschaulicht, wodurch die weitere Aufwärtsbewegung der Patrizen-Stützvorrichtung 52 verhindert wird. Die Aufwärtsbewegung der Patrize 50 wird weitergeführt, indem man die untere Kammer des FIiessZylinders 64 mit der Druckseite einer nicht gezeigten Pumpe über die Leitung 104 verbindet, um die Patrize 50 in vollem Ausmass mit gesteuerter Geschwindigkeit in die Druckkammer 16, wie in Figur 4 veranschaulicht, einzuführen. Diese Druckkammer 16 kann während des Einführens der Patrize 50 einen geringen Unterdruck aufweisen, wodurch die Volumensverdrängung durch die Patrize 50 in der Druckkammer 16 ausgeglichen wird. Während der Aufwärtsbewegung der Patrize durch die Ebene des thermoplastischen Materials wird an den inneren Teil der Patrize 50 ein Unterdruck angelegt, wobei man den inneren Teil in Fliessverbindung mit dem Ansaugteil der Pumpe 60 durch die Öffnung 58 über die Leitung 62 während des Dehnens bzw. Streckens der thermoplastischen Folie oder des thermoplastischen Films 102 bringt, um die Wandstärke des Formkörpers 104 zu steuern. Bei voller Ausdehnung bzw. Einführung der Patrize 50 kann ein komprimiertes Fluid in die Höhlung 24 des Druckgefässes 16 eingeführt werden, um die Formung des thermoplastischen Materials 102 um die Oberflächenkonturen der Patrize 50 zu unterstützen.

Die untere Patrizenanordnung 14 wird anschliessend senkrecht abwärts in die Ausgangsstellung bewegt, wobei der geformte Hohlkörper 106 bequem während der nachfolgenden Weiterführung der thermoplastischen Folie 102 durch die Antriebsvorrichtung 100 vor- oder gleichzeitig mit der Aufwärtsbewegung der oberen Anordnung 12 in die in Figur 1 gezeigte Stellung weiterbewegt werden kann. Der innere Teil der Patrize 50 kann an die Druck-

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seite der Pumpe 60 angeschlossen werden, um das Entfernen des Hohlkörpers 106 von der Umriss-Oberfläche der Patrize 50 zu erleichtern.

Der Beschickungsmechanismus 100 wird anschliessend in Betrieb gesetzt, um einen Abschnitt der Bahn 102 weiterzubewegen, wobei der Formkörper 106 aus der Vorrichtung 10 ausgeworfen wird und ein frischer Abschnitt der erwärmten Kunststoff-Folie zwischen die Anordnungen 12 und 14 in Vorbereitung des nächsten Formungszyklus geführt wird. Der Formartikel wird von überschüssigem Material befreit, welches gewöhnlich einer Zerkleinerungsvorrichtung oder einer anderen Hilfsvorrichtung zur Wiederverwendung bei der Herstellung der thermoplastischen Folie zugeführt wird.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. J Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern durch Formung in

^"""^ der Wärme über einer Patrize bzw. einem Stempel, dadurch gekennzeichnet, dass man diese Patrize durch eine Fläche einer erwärmten Folie aus thermoplastischem Material führt, wobei die Patrize eine Oberflächenkontur aufweist, die dem Körper entspricht und ein ausdehn- bzw. verlängerbares Kopfteil aufweist, das poröse Kopfteil in fluide oder Strömungs-Verbindung mit dem Ansaugteil einer Pumpe bringt und das Kopfteil in eine Kammer einführt.

2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man während des Ausdehnens des porösen Kopfteils die Kammer in fluider Verbindung mit dem Druckteil einer Pumpvorrichtung bringt.

3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man während des Ausdehnens die Folie zwischen dem Kopfteil und einem dagegen gerichteten Glied hält, das in der Kammer angebracht ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Patrizenausrüstung, einschliesslieh einer ausdehn- bzw. ausstreckbaren Patrize mit einem porösen Kopfteil und einer Oberflächenkontur, die dem herzustellenden Körper entspricht ,

eine Kammer zur Aufnahme der Patrize, die sich in diese Kammer ausstreckt bzw. die in diese Kammer eingeführt wird,

eine Rohrleitung, und

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Pumpeinrichtungen in fluider Verbindung von der Ansaugseite der Pumpe über die Rohrleitungen mit dem porösen Kopfteil umfasst, um die Formung des Kunststoffmaterials gemäss den Oberflächenkonturen der Formungseinrichtungen zu unterstützen.

5. Vorrichtung gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Teil umfasst, das sich durch die Kammer erstreckt und zum Kontakt mit der Basis des während der Ausdehnung der Patrize zu bildenden Hohlkörpers geführt werden kann.

6. Vorrichtung gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kammer während der Ausdehnung der Patrize in fluider Verbindung mit der Druckseite einer Pumpe befindet.

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