DE2656071C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Verformen von Kunststoffolie zu einseitig offenen Behältern mit einer Bodenkante - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verformen von Kunststoffolie nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zum Verformen von Kunststoffolie nach dem Oberbegriff des Anspruches 4.

Aus KNAPPE, Grundlagen der Kunststoffverarbeitung, 1970, S. 194-197, ist das Herstellen von einseitig offenen Behältern aus thermoplastischem Kunststoff bekannt, bei dem eine Kunststoffolie unter Einwirkung einer Druckdifferenz und Wärme an die Wände einer Formhöhlung angelegt wird. Die Folie wird zunächst durch Wärmeübertragung auf ihre Verformungstemperatur erwärmt. Anschließend wird die Folie pneumatisch in die der Heizfläche gegenüberliegende nicht vorgewärmte Form hineingesaugt. Die erwärmte Folie streckt sich und stabilisiert sich in ihrer Form nach An-

liegen an den kalten Wänden des Formwerkzeuges. Die Verformung des Materials beginnt im Moment des Ansaugens der vorgewärmten Folie in die Form und endet bei den einzelnen Teilen dar Folie jeweils dann, wenn sich die Folie durch Anlegen an der nicht vorgewärmten Form abkühlt. Da die Ecken und Kanten einer tiefzuziehenden Form zuletzt in Kontakt mit der Formwandung gelangen, werden diese Teile am stärksten gedehnt und haben daher die geringste Wandstärke des tiefgezogenen Behälters. Ein Beispiel einer so erzeugten Form ist in F i g. 2 gezeigt.

Aus der DE-OS 16 04 444 ist ein Verfahren bekannt, bei dem zur Verformung von Polypropylen- oder Polyvinylchloridfolien einzelne Bereiche der Folie unterschiedlich stark vorgewärmt werden. Zunächst wird der sonst zum Einspannen dienende Folienrand und dann der übrige Teil durch Anlegen an einer vorgewärmten Heizfläche erwärmt. Anschließend erfolgt die eigentliche Verformung, wobei der Rand einen Teil zur Dehnung beiträgt, so daß die Gesamtdehnung etwas geringer ausfällt. Auch hier tritt aber das Problem auf, daß die Ecken und Kanten die stärkste Dehnung erfahren und somit die geringste Wandstärke aufweisen.

Aus den GB-PS 11 31 323 und 11 70 245 sind Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren bekannt, bei denen zur Herstellung von Tischtenn'iäbällen eine Kunststoffbahn zunächst auf die Verfor-nungstemperatur erwärmt und dann in einem ersten Schritt mit einem erwärmten Formwerkzeug vorgeformt und in einem zweiten Schritt auf ihre Endform gebracht wird.

Aus der DE-OS 25 36 020 ist es im Zusammenhang mit der Herstellung von Skinverpackungen bekannt, vor dem Überziehen des Verpackungsgutes die Verpackungsfolie in einer beheizten Form vorzuformen. Hier kommt es aber nur auf eine Annäherung an die Form des Verpackungsgutes an. Die Problematik der Wanddickenverringerung an Kanten und Ecken wird hier nicht angesprochen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verformen von Kunststoffolie zu einseitig offenen Behältern zu schaffen, durch welches erreicht wird, daß die Ecken und Kanten nicht am stärksten gedehnt werden, so daß Schwachstellen vermieden werden und die Ausgangsfolienstärke herabgesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst.

Die Erwärmung der Folie zum Verformen erfolgt fortschreitend zu den Stellen mit kleinstem Krümmungsradius der Form hin.

Durch das Verfahren wird erreicht, daß die Ausgangsfoliendicke für eine vorgegebene Materialdicke in den Ecken wesentlich geringer sein kann als bei herkömmlichen Verfahren.

Die Erfindung wird im weiteren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Tiefziehwerkzeug;

F i g. 2 einen Schnitt durch eine nach dem Stand der Technik hergestellte Packung; und

F i g. 3 einen Schnitt durch eine gemäß der Erfindung hergestellte Packung.

In F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Tiefziehwerkzeug aus einem Oberteil 5 und einem Unterteil 6 gezeigt. In dem Unterteil 6 ist eine erste aus Wänden 19, 20, 21 und dem Boden 28 gebildete rechteckförmige Kammer

7 und eine dazu benachbarte zweite aus dem Boden 28 und Seitenwänden 20, 22, 23 gebildete Kammer 8 vorgesehen. Das Oberteil 5 weist gegenüber den Kammern 7 und 8 vorgesehene Ausnehmungen 18, 24 auf, deren Ränder 25,26,27 mit den Wänden 19,20,22, 23 der ersten und zweiten Kammer so zusammenwirken, daß die Kammern luftdicht verschlossen sind.

In der ersten Kammer 7 ist ein mit dem Unterteil 6 verbundenes, gegen dieses aber wärmemäßig isoliertes Bodenteil 9 mit Heizelementen 10 vorgesehen, welches mit gutwärmeleitenden Seitenwänden 11, 12, 21 verbunden ist Auf dem Bodenteil 9 ist ein gutwärmeleitendes Füllstück 13 eingesetzt, welches die Höhe des zum Tiefziehen erforderlichen Raumes bestimmt Auf diesem ist eine ebenfalls gutwärmeleitende Matrize 14 is angeordnet, die auf ihrer dem Oberteil 5 zugewandten Seite die Gestalt der tiefzuziehenden Form besitzt Die Heizelemente 10 erwärmen auf diese Weise die gesamte Seitenwandung und die den Boden bildende Matrize 14 auf eine vorgegebene Temperatur.

Der von den Seitenwänden und der Matrize eingeschlossene Raum ist über eine Mehrzahl kleiner Bohrungen 15 in der Matrize, Bohrungen 16 in den Seitenwänden 11,12 und eine Bohrung 17 in der Wand 19 über eine nichtgezeigte Leitung mit einer Vakuumquelle bzw. Vakuumpumpe verbunden. Zusätzlich ist in dem einen Deckel der Kammer 7 bildenden Oberteil 5 eine Bohrung 29 vorgesehen, die mit einer nichtgezeigten Druckluftquelle verbindbar ist

In der zweiten Kammer 8 ist kein Heizelement vorgesehen. Direkt auf dem Boden 28 ist ein FüllstüCK 30 angeordnet, über dem eine der Matrize 14 entsprechende Matrize 31 liegt Das Füllstück wird so gewählt, daß sich die gewünschte Bodenhöhe in dem über der Matrize verbleibenden Raum ergibt Die Matrize 31 weist wie die Matrize 14 eine Mehrzahl Bohrungen 32 in den Ecken bzw. Kanten auf, über die der von den Seitenwänden 20, 22, 23 gebildete Raum über eine weitere Dohrung 33 in der Seitenwand 23 mit einer nichtgezeigten Vakuumpumpe verbindbar ist. In dem als Deckel wirkenden Bereich des Oberteils 5 ist wie bei der ersten Kammer eine Bohrung 34 vorgesehen, die über eine nicht gezeigte Leitung mit einer Druckluftquelle verbindbar ist

Die Seitenwände 19,20 und der Boden 28 sind gegen die in der ersten Kammer erwärmbaren Teile wärmeleitungsmäßig isoliert An dem Boden 28 sind Strömungskammern 35, 36 vorgesehen, die über eine Bohrung 37 mit einer Kühlmittelzuflußleitung und eine Bohrung 38 mit einer Kühlmittelabflußleitung verbunden sind. Auf diese Weise können die Wände des Unterteils über den Boden 28 gekühlt werden. Damit sind auch die Wände der zweiten Kammer 8 gekühlt Gleichzeitig wird auch die Matrize 31 durch die Verbindung mit den Seitenwänden und über das Füllstück 30 mit dem Boden gekühlt

Die Verformung der Kunststoffolie erfolgt in der folgenden Weise: Die zu verformende Folie 39 wird zwischen dem Rand aus den die erste Kammer umgebenden Wänden und dem entsprechenden die Ausnehmung 18 umgebenden Rand eingespannt Anschließend wird über die Bohrungen 17, 16, 15 mittels einer Vakuumpumpe auf die Folie 39 eine Saugkraft ausgeübt, durch die diese sich in die Kammer hineinwölbt und schließlich die Form der gestrichelten Linie 40 annimmt Damit legt sich die nichtvorgewärmte Folie 39 in der gezeigten Weisu im oberen Randbereich an den vorgewärmten Seitenwänden 11,12,21 an, wird dort auf eine zum Verformen bzw. Recken geeignete Temperatur erhitzt und dehnt sich infolge der auf die Folie angreifenden Saugwirkung etwas aus. Dadurch gelangen die dem erwärmten Bereich benachbarten Bereiche der Folie in Kontakt mit üen Seitenwänden, so daß jetzt diese benachbarten Bereiche auf die Verformungstemperatur erwärmt und gedehnt bzw. gereckt werden. Schließlich gelangt die Folie auch mit d;r erwärmten Matrize 14 in Berührung und nimmt die durch die gestrichelte Linie 41 gezeichnete Form an. Dadurch werden auch die Bodenflächen erwärmt und die Folie dehnt sich in diesem Bereich. Da die Bohrungen 15 jeweils in den Ecken und Kanten der entsprechenden Form, also den Stellen mit kleinstem Krümmungsradius angeordnet sind, wird die Folie in die Ecken hineingezogen. Die Folie wird also fortschreitend von der Wand und vom Boden her in Richtung auf die Ecke bzw. Kante hin erwärmt und dehnt sich aus. Erst im letzten Moment gelangt die Folie mit diesen Kanten- und Eckenbereichen der Matrize selbst in Kontakt und wird dann kurzzeitig erhitzt und nimmt die gewünschte Form an. Es ist ersichtlich, daß das Foiienmaterial in diesen Ecken und Kanten nur in geringem Maße gereckt wird, so daß die Wandstärke in den Ecken und Kanten auf jeden Fall nicht kleiner als in den übrigen Wandbereichen ist

Nach diese.« ersten Arbeitstakt wird das Unterteil 6 des Tiefziehwerkzeugs in Richtung des Pfeiles 50 nach unten abgesenkt Es soll nebenbei nur erwähnt werden, daß vor dem Absenken des Unterteils 6 selbstverständlich die Vakuumpumpe abgeschaltet wird. Das Absenken des Unterteils 6 erfolgt in üblicher Weise so weit nach unten, daß die tiefgezogene Folie frei an die Stelle der zweiten Kammer 8 bewegt werden kann. Dann wird das Unterteil in Richtung des Pfeiles 50 wieder nach oben bewegt und gegen das Oberwerkzeug gedruckt. Jetzt wird über die Bohrungen 32 und 33 und eine anschließende Vakuumpumpe eine Saugkraft auf die verformte und erwärmte Folie in der Weise ausgeübt, daß diese sich an den kalten Wänden und dem Boden der zweiten Kammer 8 anlegt. Dabei kühlt sich die Folie ab und bleibt somit stabil. Gleichzeitig wiederholt sich in der ersten Form der oben beschriebene Verformungsvorgang an einem nachfolgenden Folienstück. Die mit den Bohrungen 33 und 17 verbundene Vakuumpumpe wird dann wieder abgeschaltet, das Unterteil 6 wird abgesenkt, und die Folie wird in der in F i g, 1 gezeigten Anordnung weiter nach links aus dem Tiefziehwerkzeug herausbewegt und hat dann die angedeutete stabile Form 42.

Grundsätzlich kann die aus der Matrize und den Seitenwänden gebildete Form in der ersten Kammer 7 und die aus den Seitenwänden und der Matrize gebildete Form in der Kammer 8 die gleiche Größe, und zwar die endgültige Größe der gewünschten tiefgezogenen Form aufweisen. Um aber zu vermeiden, daß die tiefgezogene Folienform 42 eventuell Falten wirft, wird die Größe der aus den erwärmten Wänden und der Matrize gebildeten Form der ersten Kammer 7 etwas kleiner gewählt als die Größe dei Form in der zweiten Kammer 8. Vorzugsweise sind die Abmessungen der Form in der ersten Kammer etwa 1 bis 5% kleiner als die Abmessungen der Form in der zweiten Kammer. Dabei stimmen die Abmessungen der Form in der zweiten Kammer auf jeden Fall mit den Abmessungen der endgültig gewünschten tiefgezogenen Form überein.

Grundsätzlich ist es möglich, die Folie in der ersten

und/oder zweiten Kammer auch mit Druckluft in die Form hinein und damit in Kontakt mit den Wandungen zu bringen. In diesem Fall wird über die öffnungen 29 bzw. 34 Druckluft eingeblasen. Das Hineinziehen der Folien kann gewünschtenfalls auch dadurch erfolgen, daß gleichzeitig über die öffnungen 17, 33 eine Saugpumpe wirkt und über die Öffnungen 29, 34 Druckluft zugeführt wird, die über die Ausnehmungen 18,24 gleichmäßig auf die Folie einwirkt

In F i g. 3 ist ein Schnitt durch die nach dem obigen Verfahren tiefgezogene Form 42 gezeigt. Es ist ersichtlich, daß die Ecken bzw. Kanten 43,44, die bei den nach den herkömmlichen Verfahren tiefgezogenen Folien in der aus Fig.2 ersichtlichen Weise am dünnsten sind, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel sogar dicker sind als die Seitenwände 45, 46 und der Boden 47 der tief gezogenen Folienform. Damit die Folie am Rand der tiefgezogenen Form nicht verletzt wird, sind die Ränder 48, 49 der den Innenraum der ersten Kammer 7 bildenden Seitenwände in der aus der F i g. 1 ersichtlichen Weise abgerundet, damit nicht etwa Kanten die Folie beim Tiefziehvorgang schwächen oder verletzen könnten.

In einer nichtgezeigten Ausführungsform ist das Tiefziehwerkzeug so ausgebildet, daß die erste erwärmte Kammer und die zweite nicht erwärmte Kammer nicht wie in F i g. 1 nebeneinander angeordnet sind, sondern daß die erste erwärmte Kammer in einem entsprechend ausgebildeten Oberteil gegenüber der zweiten Kammer im Unterteil angeordnet ist In einem ersten Arbeitstakt wird die nicht vorgewärmte Folie dann in die erste Kammer durch Druckluft oder durch A.nsaugen in der gleichen Weise wie beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel in die Form hineingezogen. In einem zweiten Arbeitstakt wird die Folie dann durch eine entgegengesetzt wirkende Saugkraft bzw. Druckkraft in die zweite nicht erwärmte Kammer umgestülpt und erhält dort in der oben beschriebenen Weise die endgültige Stabilität Diese Abwandlung bringt jedoch mehrere Probleme mit sich. Wenn es sich um Verbundfolien handelt, dann wird beim Hochziehen in die erste obere Kammer die Polyäthylenschicht der Folie erwärmt, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Polyamidschicht hat Es kann dann leicht zu Verklebungen kommen. Ferner muß die Folie bei diesem Verfahren während zweier Arbeitstakte an derselben Stelle verweilen, kann also nur jeden zweiten Arbeitstakt weiterbewegt werden. Bei der in F i g. 1 gezeigten Anordnung und dem damit beschriebenen Verfahren ist die Arbeitsgeschwindigkeit also doppelt so groß wie bei übereinander angeordneten Kammern.

Schließlich ist es bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform sehr einfach, das Tiefziehwerkzeug durch Auswechseln der Matrizen 14, 31 und eventuell der Füllstücke 13, 30 an jede gewünschte Form und Größe mit wenigen Handgriffen anzupassen, indem die vorhandenen Matrizen und Füllstücke einfach aus der Form herausgenommen und neue eingesetzt werden. Sind die Kammern dagegen übereinander angeordnet, dann muß in der oberen, nach unten geöffneten Kammer ein entsprechender Einbaumechanismus für

ίο das Einsetzen und Auswechseln der Füllstücke und Matrizen vorgesehen werden.

Die bei dem Verfahren zu verwendenden Temperaturen der Seitenwände und der Matrize in der ersten Kammer, die Stärke der Saugkraft bzw. die Stärke der

is Druckkraft und die Verweildauer in der ersten bzw. zweiten Kammer sind abhängig von der Art des Folienmaterials und werden jeweils in Abhängigkeit von dem verwendeten Material gewählt Das in F i g. 1 gezeigte Tiefziehwerkzeug ist Teil einer Vakuumverpackungsmaschine. Das Verfahren läßt sich aber auch bei anderen Verpackungsmaschinen verwenden.

Für den Fall, daß es sich um eine sehr schwer zu verformende Folie, etwa eine sehr dicke Folie handelt kann die Folie auf eine geringe Temperatur, die unterhalb der Verformungstemperatur liegt vorgewärmt werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise in der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung im Oberteil eine wärmeabstrahlende Platte vorgesehen sein.
In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem in der Folie eine nach unten tiefgezogene Form gebildet werden solL Mit dem gleichen Prinzip ist es aber auch möglich, durch einfache Umkehrung der Anordnung nach oben tiefgezogene Formen zu erzeugen.

Die in den Formen der ersten und zweiten Kammer vorgesehenen Bohrungen 15, 32 sind in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen jeweils in den Ecken .und Kanten angeordnet Bei komplizierteren geometrischen Formen sind derartige Bohrungen wie bei Tiefziehwerkzeugen üblich an all den Stellen der Form bzw. Matrize vorgesehen, an denen sich die Folie beim Tiefziehen bzw. beim Hineindrücken zuletzt anlegt also bei allen Ausnehmungen und Ausbuchtungen und Höhlungen einer Form. Wird die Folie durch Ansaugen verformt, so wird sie über diese Bohrungen in die Ecken und Ausnehmungen hineingezogen. Erfolgt das Tiefziehen durch Einpressen von Luft durch die Bohrungen 29, 34, so dienen diese Bohrungen 15, 32 dazu, daß die zwischen der Matrize und der Folie befindliche Luft entweichen kann und sich somit keine Luftpolster bilden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verformen von Kunststoffolie zu einseitig offenen Behältern mit einer Bodenkanle, bei dem die Kunststoffolie unter Einwirkung einer Druckdifferenz und Wärme an die Wände einer Formhöhlung angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie, deren Temperatur unter ihrer Verformungstemperatur liegt, an mindestens auf die Verformungstemperatur erwärmte Formwände angelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verformte erwärmte Folie anschließend in eine kalte Form eingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie vor dem Einziehen in die erwärmte Form nicht vorgewärmt ist.

4. Vorrichtung zum Verformen von Kunststoffolie zu einseitig offenen Behältern nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Form und Mitteln zum Einziehen der Folie in diese, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Folie (39) in Berührung gelangende die Bodenkante umgebende Oberfläche (11, 12, 21, 14) der Formkammer mindestens auf die Verformungstemperatur der Kunststoffolie erwärmbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine zweite Kammer (8) mit nichterwärmten Wänden (20, 22, 23, 31) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maße der ersten Formkammer (7) kleiner als die der gewünschten Form, die der zweiten Formkammer (8) gleich denen der gewünschten Form sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Forrnkammer nebeneinander angeordnet siud.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Formkammer (7) im Oberteil und die zweite Formkammer (8) ihr gegenüber im Unterteil (6) des Werkzeuges angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als Tiefziehwerkzeug einer Verpackungsmaschine ausgebildet ist.