DE2829718A1

DE2829718A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von gegenstaenden durch warmverformung einer thermoplastischen materialbahn

Info

Publication number: DE2829718A1
Application number: DE19782829718
Authority: DE
Inventors: Hans Ivar Wallsten
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-07-15
Filing date: 1978-07-06
Publication date: 1979-04-12
Also published as: LU79958A1; SE7708234L; JPS5420074A; DK313278A; IT7825728A0; BE868857A; NL7807279A; IE781387L; SE407760B; FR2397275A1; DK158936C; DE2829718C2; IE47120B1; DK158936B; FR2397275B1; GB2001002B; JPS6212012B2; IT1097544B; US4477243A; GB2001002A

Description

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch Patentanwälte

_^_^ 7379713

Diplom-Physiker

Dr. Waiter Andrejewski

Diplom-Ingenieur

Dr.-lng. Manfred Honke

Diplom-Ingenieur

Hans Dieter Gesthuysen

Diplom-Physiker

Dr. Karl Gerhard Masch

Anwaltsakte: 43 Essen 1, Theaterplatz 3, Postf.

52 170/Tl-th 3. Juli 1978

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

Hans Wallsten

Chemin De la Lisiere 6

CH-1018 LAUSANNE, Schweiz

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen durch Warmverformung einer thermoplastischen Materialbahn.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen durch Warmverformung einer thermoplastischen Materialbahn, bei welchem die Materialbahn vorgewärmt und intermittierend einer ein Verformungswerkzeug und ein Stanzwerkzeug aufweisenden Bearbeitungsstation zugeführt wird, in welcher in den nacheinander zugeführten vorgewärmten Bahnabschnitten mittels des Verformungswerkzeuges die gewünschten Gegenstände geformt werden und mittels des mit dem Verformungswerkzeug zusammenwirkenden Stanzwerkzeuges ausgestanzt werden.

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Bei der Massenherstellung von Gegenständen durch Warmverformung einer thermoplastischen Materialbahn durch Vakuum und/oder Druck erfolgt die Herstellung im allgemeinen nach zwei bekannten Verfahren. In beiden Fällen wird als Ausgangsmaterial eine auf einer Trommel oder dergl. aufgewickelte Materialbahn verwendet, welche durch eine Vorwärmezone geführt wird, in welcher das Material auf die zur Verformung geeignete Temperatur gebracht wird. Die auf diese Weise vorgewärmte Materialbahn wird dann in eine Verformungs- und Abkühlzone eingeführt, in welcher das erforderliche Verformungswerkzeug und die Kühleinrichtung vorgesehen sind. In bestimmten Fällen kann das Verformungswerkzeug aus einem einfachen Saugluftformer bestehen,-während in anderen Fällen ein kombiniertes Werkzeug vorgesehen wird, bei welchem die Verformung mit Hilfe von Preßluft von der einen Seite des Werkzeuges her und eventuell mit Hilfe von Saugluft auf der anderen Seite des Werkzeuges durchgeführt wird. In gewissen Fällen wiederum wird nur Preßluft zur Verformung verwendet.

Nach der Formgebung und Abkühlung werden die auf diese Weise geformten Gegenstände von der Materialbahn getrennt und dann gestapelt, gezählt usw., je nach der für den jeweiligen Bedarf ausgebildeten Einrichtung.

Das Abtrennen der geformten Gegenstände und ihr Stapeln in Verbindung mit oder im Anschluß an die Verformung erfolgt im Prinzip nach zwei verschiedenen Methoden. Bei relativ dicken Kunststoffbahnen erfolgt die Trennung und Stapelung oftmals jeweils in einer besonderen Bearbeitungsstation. Ein Beispiel hierfür ist die Massenproduktion von Wegwerf-Trinkbehältern, welche also nur zum einmaligen Gebrauch bestimmt sind. Hierbei wird oftmals bei jedem Verformungsvorgang eine große Anzahl von Trinkbechern gebildet. Nach

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Abkühlung wird das Material frei herabhängend einer Trennunä Stapelstation zugeführt. Das Heraustrennen der Trinkbecher aus der Materialbahn wird hierbei oftmals mit einem Ober- und einem Unterstempel durchgeführt, sodaß zwei sehr genau zueinander ausgerichtete gegenüberliegende Werkzeuge benötigt werden. Um für das Ausstanzen nicht übermäßig große Kräfte zu benötigen, wird das Ausstanzen gewöhnlich in der Weise durchgeführt, daß bei jedem Stanzhub nur eine einzige Querreihe der geformten Trinkbecher gleichzeitig ausgestanzt wird. Dies bedeutet beispiels, wenn 64 derartige Trinkbecher in 8 Längsreihen nebeneinander ausgebildet wurden, das Stanzwerkzeug jeweils nur eine Querreihe von 8 Bechern ausstanzen kann. In diesem Fall muß daher das Stanzwerkzeug für jeden Hub des Verformungsgesenkes acht Stanzhübe ausführen. Dies bedeutet, daß die Verformungsstation und die Stanzstation derart synchronisiert werden müssen, daß das Stanzwerkzeug stets genau an der richtigen Stelle seine Arbeit vollbringt, d.h. so wenig wie irgend möglich von dieser Stelle abweicht. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß an der Materialbahn während des Verformungsvorganges kleine Vorsprünge ausgebildet werden. Diese Vorsprünge werden vorzugsweise längs der Kanten der Materialbahn angeordnet und derart ausgebildet, daß ein Greifwerkzeug zwischen den aufeinander folgenden Hüben des Stanzwerkzeuges die Materialbahn jedesmal um ein geeignetes Stück vorwärtsschieben oder ziehen kann.

Die mit einer derartigen Maschine ausgestanzten Gegenstände werden oftmals direkt in Verbindung mit dem Stanzvorgang gestapelt, wobei eines der Stanzwerkzeuge die von der Materialbahn befreiten Gegenstände auf eine geeignete Sammeleinrichtung fortbewegt.

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Das vorbeschriebene Verfahren zur Massenproduktion von Gegenständen durch Warmverformung eignet sich für relativ dicke Materialbahnen, insbesondere da hierbei Preßluft womöglich zusammen mit Saugluft verwendet werden muß, um eine annehmbare Produktionsrate zu erreichen.

Das vorbeschriebene Verfahren eignet sich jedoch nicht zur Massenherstellung von Gegenständen durch Warmverformung aus relativ dünnen Materialbahnen. Der Hauptgrund hierfür liegt darin, daß die für die Genauigkeit beim Ausstanzen erforderliche Steuerung des Transportes der Materialbahn zwischen der Formstation und der Stanzstation Schwierigkeiten bereitet. Das gleiche Problem ergibt sich bei thermoplastischem Material, welches sich nach der Verformung verzieht oder krümmt. Auch hierbei ist es schwierig, den Stanzvorgang mit der ausreichenden Genauigkeit durchführen zu können.

Zur Massenherstellung derartiger Gegenstände aus dünnen Materialbahnen wird daher oftmals ein anderes Verfahren angewendet, bei welchem die Materialbahn in gedehntem Zustande mittels einer einzigen Fördereinrichtung durch die Vorwärmzone, die Verformungs/Kühlzone und die Stanzzone hindurchgeführt wird.

Bei diesem Verfahren muß zwangsläufig der Stanzvorgang mit dem Verformungsvorgang synchron durchgeführt werden und es müssen in der Stanzstation die gleiche Anzahl von Stanzhüben durchgeführt werden wie bei dem VerformungsVorgang. Dies bedeutet, daß das Stanzwerkzeug ebenso groß sein muß wie das Verformungsgesenk. Dies ist jedoch insofern nachteilig, als dadurch ein sehr großes Stanzwerkzeug benötigt wird, für dessen Betätigung beträchtliche Kräfte erforder-

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lieh sind. Dies ergibt schwerwiegende Nachteile., da bei der Massenherstellung, d.h. wenn beispielsweise in einem einzigen Verformungshub eine große Anzahl von Gegenständen hergestellt wird, dies auch bedeutet, daß das Stanzwerkzeug sehr kostenaufwendig und kompliziert sein muß. In einigen Fällen wurde das Problem dadurch gelöst, daß statt mit einem Ober- und einem Untergesenk zu stanzen, ein Werkzeug verwendet wird, welches aus einer Reihe von Stahlmessern oder Bändern besteht, welche die Materialbahn gegen eine ebene, feste Auflage drücken und dabei zerschneiden. Hierbei wird jedoch nicht der gesamte Umriß zertrennt, da die. Stanzmesser derart angeordnet sind, daß das Material an einzelnen Punkten nicht vollkommen durchgetrennt wird. Auf diese Weise bleiben die Gegenstände nach dem Stanzvorgang in der Materialbahn hängen. Sie können allerdings durch geeignete Organe in einer getrennten Stapelstation im Anschluß an die Stanzstation, welche synchron mit derselben arbeitet, aus der Materialbahn herausgedrückt und dann gestapelt werden, während die Materialbahn, d.h. der Rest derselben, aufgewickelt wird.

Der Vorteil liegt bei diesem Verfahren darin, daß es sich besonders für dünne Materialbahnen eignet bzw. für Materialbahnen, welche die Neigung haben, während des Verformungsvorganges zu schrumpfen. Nachteilig ist jedoch, daß auch in diesem Fall beträchtliche Kräfte zur Bewegung des Stanzwerkzeuges benötigt werden, da dieses Stanzwerkzeug ebenso groß sein muß wie das Verformungsgesenk. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß es nicht immer möglich ist, die erforderliche Genauigkeit beim Ausstanzen einiger Gegenstände zu erreichen.

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Wenn eine hohe Genauigkeit beim Stanzen gefordert wird, werden der Formgebungsvorgang und das Ausstanzen in ein und derselben Station durchgeführt und das Verformungsgesenk in das Stanzwerkzeug eingebaut. Zum Ausstanzen und Verformen mittels eines kombinierten, mit Druckluft und Saugluft arbeitenden Werkzeuges ergibt sich jedoch eine extrem komplizierte Konstruktion, welche in der Herstellung kostenaufwendig ist. Da der erforderliche Druck hoch ist, ist die Abmessung des Werkzeuges begrenzt, sodaß auch seine Leistungsfähigkeit begrenzt ist. Außerdem ergeben sich Probleme bei der Entfernung der geformten Gegenstände nach dem Stanzvorgang. Oftmals wird dies auf pneumatische Weise erreicht. Dieses Prinzip ist daher kompliziert und eignet sich nicht für die Herstellung dünnwandiger Gegenstände, da diese nicht pneumatisch wegen ihrer zu schwachen und zu weichen Wandungen gefördert oder gestapelt werden können.

Bei Saugluft-Verformung ohne Preßluft in Kombination mit dem Stanzwerkzeug im Verformungsgesenk wird das Werkzeug einfacher und es läßt sich auch eine hohe Genauigkeit beim Ausstanzen erreichen, doch selbst in diesem Fall wird eine beträchtliche Kraft zum Ausstanzen benötigt, sodaß das Werkzeug in seiner Abmessung begrenzt ist. Wenn eine dünne Folie in einen dünnwandigen Gegenstand verformt werden soll, ergeben sich die gleichen Schwierigkeiten wie bereits erwähnt, wenn man die ausgestanzten Artikel aufstapeln will. Dies läßt sich naturgemäß dadurch lösen, daß die Kunststoffolie nicht -vollständig durchgestanzt wird, doch bleiben dabei ebenso wie bei dem vorbeschriebenen Ausstanzen mittels einer Reihe von Stanzmessern einige Punkte rund um den auszustanzenden Umriß stehen, sodaß der Gegenstand nur teilweise ausgestanzt wird. Infolgedessen kann der Gegenstand mit der Materialbahn aus der Verformungszone herausgeführt

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werden. Die Gegenstände werden dann in geeigneter Weise zum Stapeln aus der Materialbahn herausgedrückt. Dadurch kann man 'aus dünnen thermoplastischen Materialbahnen dünnwandige Gegenstände mit zufriedenstellender Genauigkeit durch Warmverformung herstellen. Wie bereits erwähnt, ist hierbei jedoch nachteilig, daß die Anzahl der gleichzeitig hergestellten Gegenstände durch die zum Stanzen erforderliche Kraft begrenzt ist und daß die dünnwandigen und daher möglicherweise schwierig zu handhabenden Gegenstände aus der Materialbahn nur unter Schwierigkeiten herausgetrennt werden können, wenn man nicht riskieren will, daß die Gegenstände mechanisch verformt werden. Außerdem bleiben bekanntlich bei derartigem Ausstanzen mit einer Reihe von Stanzmessern am Rande der geformten Gegenstände kleine Stege stehen, mit denen die Gegenstände noch in der Materialbahn festhängen, was in vielen Fällen äußerst nachteilig sein kann.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein zur Massenproduktion von dünnwandigen, im wesentlichen napfförmigen Gegenständen durch Warmverformung einer dünnen thermoplastischen Materialbahn geeignetes Verfahren und eine zu seiner Durchführung geeignete Vorrichtung in der Weise zu verwirklichen, daß der Stanzvorgang mit hoher Genauigkeit wiederholbar ist und die zum Stanzen erforderliche Kraft sehr gering ist, sodaß mit großen Werkzeugen gearbeitet und eine große Anzahl von Gegenständen gleichzeitig ausgestanzt werden kann, wobei außerdem die in Verbindung mit dem Formgebungsvorgang ausgestanzten Gegenstände ohne Schwierigkeiten an eine Stapel- und/oder Verpackungsstelle übertragen werden können.

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Gekennzeichnet ist ein erfindungsgemäßes Verfahren sowie eine zu seiner Durchführung geeignete Vorrichtung der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch, daß das Verformungswerkzeug eine Anzahl von nacheinander und im Arbeitstakt in die Bearbeitungsstation hineinführbaren Verformungsgesenken mit jeweils einer nachgiebigen Gegenfläche aufweist und in den aufeinander folgenden Bahnabschnitten jeweils mit einem der Verformungsgesenke die Gegenstände geformt werden und daß nach jedem Verformungsvorgang das Stanzwerkzeug mit der nachgiebigen Gegenfläche des entsprechenden Verformungsgesenkes derart in Eingriff gebracht wird, daß die geformten Gegenstände aus der Materialbahn gelöst werden.

Da das Stanzwerkzeug die geformten Gegenstände auf den nachgiebigen Gegenflächen der Verformungsgesenke ausstanzt, ist diese Gegenfläche vorzugsweise etwas breiter als die Arbeitsflächen des Stanzwerkzeuges, sodaß die Materialbahn selbst dann zuverlässig ausgestanzt wird, wenn die Lage des betreffenden Verformungsgesenkes in der Bearbeitungsstation von Fall zu Fall etwas schwankt. Eine derartige Abweichung in der jeweiligen Lage läßt sich mit bewegbaren Verformungsgesenken unmöglich verhindern. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet daher einen entscheidenden Vorteil. Durch die Verwendung einer nachgiebigen Gegenfläche ist es beispielsweise möglich eine geringe Schräglage des Stanzwerkzeuges im Augenblick des Stanzvorganges aufzufangen. Wenn nach den bisher bekannten Stanzverfahren gearbeitet wird, bei denen beispielsweise Stanzmesser gegen, eine feste Oberfläche arbeiten, kann eine Abweichung von nur einigen hundertstel Millimeter eine unvollständige Stanzung ergeben und dadurch bei einer fortlaufend arbeitenden Maschine, wie sie in der Massenproduktion erforderlich ist, zu einem Stillstand der

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Anlage führen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird außerdem die erforderliche Genauigkeit für den Stanzaugenblick gegenüber der Lage des Stanzwerkzeuges erreicht. Wenn mit beheizten Stanzwerkzeugen in Form von Stanzleisten gearbeitet wird, wird es infolge der durch die Beheizung schwankenden Längenausdehnung schwierig, eine ausreichend glatte Oberfläche zu erhalten, da es praktisch unmöglich ist, über den gesamten Bereich des Stanzwerkzeuges eine konstante Temperatur einzuhalten. Durch den Einsatz der nachgiebigen Gegenflächen, welche erfindungsgemäß vorgesehen sind, wird auch dieses Problem einwandfrei gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert; es zeigt

Fig.l eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Teilschnitt;

Fig.2 eine Draufsicht auf einige Teile der Vorrichtung aus Fig.l;

Fig.3 ein Detail der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Einrichtungen in vergrößertem Maßstabe;

Fig.K ein Arbeitsablaufdiagramm der Vorrichtung gemäß Fig.l bis 3; und

Fig.5 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. ■ .

Bei der in Fig.l dargestellten Vorrichtung läuft eine Materialbahn 1 aus dünnem thermoplastischem Material zwischen zwei Heizeinrichtungen 2 und j5 der normalerweise zum Vorwärmen für warmverformbares thermoplastisches Material

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verwendeten Art hindurch. Die Erwärmung kann beispielsweise durch Infrarotbeheizung erfolgen. In Laufrichtung der Materialbahn in Richtung des Pfeiles A hinter diesen Heizeinrichtungen 2 und Z> liegt eine Bearbeitungsstation, welche ein mit Saugluft arbeitendes Verforrnungswerkzeug 5 mit Negativformen 6 zur Herstellung napfförmiger Gegenstände aufweist. Dieses Werkzeug 5 besitzt in herkömmlicher Weise Saugluftkanäle 17 für den Anschluß an eine nicht dargestellte Saugluftquelle. Dieses V/erkzeug 5 ist wagerecht und senkrecht durch geeignete nicht dargestellte Einrichtungen bewegbar. Über dem Verformungswerkzeug 5 j d.h. über der Materialbahn 1, befindet sich ein Stanzwerkzeug 4, welches aus einer Platte 8 mit zur Materialbahn gerichteten Stanzmessern oder -leisten 9 besteht. Diese Stänzleisten 9 werden durch Heizelemente in der Platte 8 warm gehalten. Das Stanzwerkzeug 4 ist über einen nicht dargestellten geeigneten Mechanismus senkrecht auf und nieder bewegbar. Nach Verlassen der Bearbeitungsstation wird die Materialbahn 1 auf eine Rolle 10 aufgewickelt.

Fig.2 zeigt die Vorrichtung von Pig.l von oben gesehen, wobei aus Gründen der Deutlichkeit das Stanzwerkzeug K fortgelassen wurde. Wie Fig.2 zeigt, besitzt das Verformungswerkzeug 5 zwei identische Saugformgesenke 5a und 5b, welche miteinander verbunden sind. In der in Fig.2 dargestellten Lage befindet sich die Materialbahn 1 über dem Gesenk 5a. Die beiden untereinander verbundenen Gesenke 5a und 5b sind über einen geeigneten Mechanismus in wagerechter Richtung rechtwinklig zur Laufrichtung A der Materialbahn 1 bewegbar.

Die Herstellung napfförmiger, dünnwandiger Gegenstände erfolgt in der Vorrichtung gemäß Fig.1'und 2 in der folgenden

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Weise, wobei von der Stellung gemäß Fig.2 ausgegangen wird, in welcher das Gesenk: 5a sich in Betriebslage unter der Materialbahn 1 befindet. Die vorgewärmte Materiaibahn 1 wird durch nicht dargestellte Förderorgane, beispielsweise mittels Förderketten, welche vorzugsweise mit längs den Kanten der Materialbahn angeordneten Organen zusammenwirken, intermittierend vorgeschoben, um vorgewärmte Bahnabschnitte in die Bearbeitungsstation einzubringen. Wenn eine vorgegebene Länge vorgewärmten Materials in die Stellung zwischen dem Verformungswerkzeug 5 und dem Stanzwerkzeug 4 vorgeschoben ist, entsteht eine kurze Pause im Vorschub, In diesem Augenblick wird das Gesenk 5a senkrecht nach oben gegen die Bahn bewegt. Bei Erreichen der oberen Lage des Gesenkes 5a wird in dem Gesenk ein Saugdruck erzeugt, sodaß die Materialbahn in den Negativformen 6 verformt wird, d.h. also in ihr napfförmige Gegenstände ausgebildet werden. Alsdann wird in einem geeigneten Augenblick das Stanzwerkzeug 4 auf das Gesenk 5a abgesenkt, wobei letzteres eine nachgiebige Gegenfläche besitzt, gegen welche die Leisten 9 des Stanzwerkzeuges 4 gedrückt werden. Der tatsächliche Stanzvorgang zwischen diesen Streifen und den Gegenflächen wird im einzelnen noch erläutert. Wie sich noch zeigen wird, kann der Stanzvorgang mit sehr geringer Stanzkraft durchgeführt werden und die Materialbahn wird augenblicklich durchgetrennt. Unmittelbar nach dem Stanzvorgang wird das Stanzwerkzeug in die Ausgangslage, d.h. senkrecht nach oben, zurückgeführt.

Die Stanzleisten 9 trennen die geformten Gegenstände vollständig aus der Materialbahn 1 heraus, sodaß die befreiten Gegenstände infolge des Saugdruckes in dem Gesenk 5a festgehalten werden. Die Gegenstände begleiten daher das Gesenk 5a bei seiner anschließenden Abwärtsbewegung sowie bei einer

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nachfolgenden wagerechten Bewegung des Gesenkes 5a, durch welches dieses auf die eine Seite der Materialbahn 1 gebracht wird. Sobald das Gesenk 5a seine wagerechte Bewegung vollendet hat, hat das Gesenk 5b gleichzeitig seine Betriebslage unter der Materialbahn anstelle des bisher dort liegenden Gesenkes 5a eingenommen. Die aus der Materialbahn herausgetrennten Gegenstände, welche sich noch im Gesenk 5a befinden, sind nunmehr ohne Schwierigkeiten greifbar und können auf einfache Weise aus dem Gesenk 5a entnommen werden, zu welchem Zweck an der einen Seite der Materialbahn 1 vorgesehene geeignete Hebeorgane angeordnet werden können. Eine derartige Hebeeinrichtung kann in vielfältiger Weise ausgebildet werden. So können die Gegenstände beispielsweise aus dem Gesenk 5a durch Saugluft herausgehoben und auf einer geeigneten Stapeleinrichtung abgesetzt werden. Zur Erleichterung der Entfernung kann auch Druckluft in den Zwischenraum zwischen dem Verformungsgesenk und den darin befindlichen Gegenständen eingeleitet werden. Dies kann ohne Schwierigkeiten in der Weise erfolgen, daß Druckluft durch die Saugkanäle des Gesenkes in die Näpfe oder Negativformen 6 eingeblasen wird.

Wenn das Gesenk 5t> die Betriebslage unter der Materialbahn erreicht hat, wird es ebenfalls wie vorher das Gesenk 5a gegen die Materialbahn bewegt, worauf ein neuer Arbeitstakt für dieses Gesenk 5b und ebenfalls für das Stanzwerkzeug 4 genau in der gleichen Weise begonnen wird wie bereits für das Gesenk 5a beschrieben wurde. Der einzige Unterschied besteht naturgemäß darin, daß nach dem Ausformen und Ausstanzen der Gegenstände dieses Gesenk 5b zur anderen Seite der Materialbahn bewegt wird als das Gesenk 5a nach seinem Form- und StanzVorgang.

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Die Verformungsgesenke 5a und 5b können derart mechanisch miteinander verbunden werden, daß alle senkrechten und wagerechten Bewegungen von beiden gleichzeitig durchgeführt werden. Andererseits ist es naturgemäß auch möglich, daß diese beiden Gesenke 5a und 5b ihre senkrechten Bewegungen getrennt voneinander durchführen.

Die Leistungsfähigkeit dieser Vorrichtung läßt sich optimal dadurch ausnutzen, daß die Heiz-, Verformungs-, Stanz-, Kühl- und Fördervorgänge in geeigneter Weise aufeinander abgestimmt werden. So kann der Stanzvorgang in den gesamten Arbeitsablauf in den geeignetsten Augenblick eingesetzt werden, da dieser Vorgang während oder nach der Verformung erfolgen kann. Wenn die Gegenstände ausgestanzt werden, während das Verformungsgesenk noch unter Vakuum steht, werden die Gegenstände unbedingt festgehalten, was naturgemäß zu einer äußerst hohen Genauigkeit beim Ausstanzen beiträgt. In gleicher Weise kann die Abkühlung nicht nur während der Verformung durchgeführt werden, während das Verformungsgesenk sich noch in seiner obersten Lage befindet, sondern die Abkühlung kann auch nach dem Stanzvorgang erfolgen, und zwar selbst während das Gesenk seitlich fortbewegt wird, da die geformten Gegenstände in ihrer Matrize verbleiben können, während weiteres Material der Bearbeitungsstation zugeführt und in dem anderen Gesenk geformt wird.

Fig.5 zeigt ein Detail der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei ein Teil eines Formgesenkes 5a bzw. 5b mit dem Bezugszeichen 11 dargestellt ist und ein Teil der zu stanzenden Materialbahn mit 12 bezeichnet ist. Eine Stanzleiste 13 des Stanzwerkzeuges ist in der beheizten Bodenplatte 14, welche nur teilweise dargestellt ist, eingebettet. In der Oberfläche

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-HilVerformungsgesenkes 11 ist eine Nut 15 mit nachgiebigem Material wie beispielsweise Silikongummi ausgefüllt, sodaß, wenn die Leiste IJ> auf die Materialbahn 12 abgesenkt wird, die beheizte Leiste die Materialbahn durchtrennt. Es wurde festgestellt, daß mit einer derartigen nachgiebigen Gegenfläche für die Stanzleiste diese mit Leichtigkeit durch die Materialbahn hindurchgeht, ohne daß dazu viel Kraft benötigt wird.

Außerdem wurde festgestellt, daß die Stanzleisten nicht mehr wie bisher unbedingt eben sein müssen, wenn die Gegenfläche nachgiebig ist. Die Stanzleiste kann daher ohne Schwierigkeiten und sehr schnell eingesetzt werden, ohne daß sie sehr genau ausgerichtet werden muß. Mit der in Fig.J5 dargestellten Anordnung lassen sich extrem saubere Schnitte herstellen, während gleichzeitig die benötigte Stanzkraft wie bereits erwähnt sehr gering ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt bei der Herstellung von durch Saugdruck geformten Gegenständen aus einer dünnen thermoplastischen Folie eine extrem hohe Produktionsleistung. So darf beispielsweise erwähnt werden, daß zur Herstellung von tiefen, napfförmigen Wegwerfeinsätzen für Kochkessel entsprechend der schwedischen Patentanmeldung 75 12 66-8 eine derart extrem hohe Produktionsrate erzielbar ist, wie sie durch kein bisher bekanntes Verfahren erzielbar ist. So lassen sich beispielsweise derartige napfförmige Einsätze mit einem Durchmesser von etwa 200 mm und einer Tiefe von etwa 90 mm aus einer HD HM-Polyäthylenfolie mit einer Dicke von 0,1 mm unter Verwendung eines Verformungswerkzeuges mit neun Formen in jedem Gesenk, in welchem die Formen in jeweils drei Reihen zu drei Formen angeordnet waren, herstellen.

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Derartige Einsätze haben an der Oberkante eine Wandstärke von etwa 0,10 mm, was zur Erreichung einer gewissen Starrheit der Kanten in diesem Fall erwünscht ist. Am dünnsten Teil nahe dem Boden wurde eine Wandstärke von etwa 0,02 mm gemessen. Auch dies ist erwünscht, da die Wandungen und der Boden der Einsätze so dünn wie möglich sein sollten, um nach dem Gebrauch leicht zerdrückt werden zu können und außerdem eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufzuweisen.

Bei dem erwähnten Beispiel läßt sich durch geeignete Wahl der verschiedenen Arbeitstakte die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung optimal ausnutzen. Ein doppelt ausnutzbares Verformungswerkzeug ergibt praktisch eine Verdoppelung der Produktionsrate. Wenn sich mit einem Formwerkzeug, welches lediglich ein einziges Gesenk aufweist, insgesamt zwanzig Verformungs- und Stanztakte pro Minute durchführen lassen, so lassen sich mit einem doppeltwirkenden Verformungswerkzeug vierzig Arbeitstakte pro Minute erreichen. Dies rührt daher, daß ein Teil des Arbeitstaktes eines Gesenkes neben der Materialbahn vor sich geht, während gleichzeitig die Formgebungs- und Stanzvorgänge mit dem anderen Gesenk durchgeführt werden.

Fig.4 zeigt ein mögliches Arbeitsdiagramm für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Dabei zeigt der untere Teil der Fig.4 die Folge der Arbeitsgänge beim Warmverformen entsprechend einem bekannten Verfahren, bei welchem die einzelnen Abstände im wesentlichen den Zeiten entsprechen, welche für den Transport, die Erwärmung, die Verformung und die Abkühlung benötigt werden. Im oberen Teil ist die Arbeitsfolge der entsprechenden Arbeitsgänge bei einem erfindungsgemäßen Verfahren angegeben, welches als Pendel-Ver-

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fahren (shuttle method) bezeichnet ist und mit zwei Verformungsgesenken a und b arbeitet. Das Arbeitsablaufdiagramm zeigt für dieses Pendel-Verfahren, daß beispielsweise die Abkühlung des Gesenkes a teilweise während der Seitwärtsbewegung der Gesenke a und b erfolgt. Gleichzeitig wird die Kunststoffolie weitergefördert. Während die Folie erwärmt wird, werden die Fertigprodukte aus dem Gesenk a entfernt und gleichzeitig im Gesenk b die Vakuum-Verformung durchgeführt.

Während des letzten Teiles dieser Stufe wird im Gesenk b gestanzt und gleichzeitig die Kühlung begonnen. Während des nächsten Vorschubes der Kunststoffolie bewegen sich die Gesenke a und b seitwärts. Während der nachfolgenden Erwärmungsstufe der Kunststoffolie werden die Fertigprodukte aus dem Gesenk b entfernt, während gleichzeitig im Gesenk a die Verformung, das Ausstanzen und die Abkühlung erfolgt. Das Schaubild in Fig.4 zeigt daher eindeutig, daß sich mit diesem erfindungsgemäßen Pendel-Verfahren praktisch die Produktion verdoppeln läßt.

Fig.5 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem zwei Verformungsgesenke derart miteinander verbunden sind, daß sie um einen Mittelzapfen 17 herumschwenken können. Die in Fig.2 als Gesenke 5a- und 5t> bezeichneten Gesenke sind hier mit den Bezugszeichen l6a und 16b versehen. In der in Fig.5 dargestellten Lage befindet sich die Materialbahn 1 über dem Gesenk l6a zwecks Verformung und zum Ausstanzen der Formteile. Nach Abschluß dieser Arbeitsgänge wird das Gesenk um den Zapfen 17 herumgeschwenkt, sodaß nunmehr das Gesenk l6b unter die Materialbahn 1 gelangt. Beide Gesenke sind derart angeordnet, daß sie während des

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Formgebungsprozesses vertikal bewegbar sind, d.h. also in der gleichen Weise wie die Gesenke 5a und 5b gemäß Fig.2.

Der Vorteil des in Fig.5 dargestellten Ausführungsbeispiels besteht darin, daß die fertigen Gegenstände stets auf ein und derselben Seite der Materialbahn aus den Gesenken 16a und 16b herausgenommen werden können. Selbstverständlich sind weitere Ausführungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, welche nach dem gleichen Prinzip arbeiten. So können beispielsweise drei oder mehr derart miteinander verbundene Gesenke verschwenkbar angeordnet werden.

Unter Verwendung eines derartigen Ausführungsbeispiels wurden _cnach dem erfindungsgemäßen Verfahren etwa 20 000 napfförmige, wegwerfbare Einsätze pro Stunde hergestellt. Dabei ist es auch möglich, die Gegenstände direkt in einer einfachen Stapeleinrichtung zu stapeln, welche an der Seite der Maschine aufgestellt ist.

Wie bereits erwähnt, ermöglicht die Erfindung die Vakuumverformung und das Ausstanzen bei sehr geringem Kraftbedarf. Dies bedeutet einen großen Vorteil, daß die gesamte Maschine im Vergleich zu den bisher äußerst klobigen Anlagen für die traditionelle Vakuumverformung sehr einfach aufgebaut sein kann und relativ kleine Abmessungen besitzen kann.

Dies ergibt auch geringe Werkzeugkosten, wodurch die Verwendung von Doppelwerkzeugen gerechtfertigt wird, wie sie für die Durchführung der Erfindung von vornherein erforderlich ist.

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Es darf beispielsweise darauf hingewiesen werden, daß bei der Herstellung von Wegwerf-Artikeln der beschriebenen Art mit Gesenkwerkzeugen, in denen nach einem herkömmlichen Vakuumverformen mit kombiniertem Druck und Vakuum neun Gegenstände gleichzeitig herstellbar sind, der berechnete Kraftbedarf annähernd 6 to an der Form bei einem Überdruck von 2 at beträgt und 8,5 to bei einem Überdruck von 3 at. Wenn nur mit Saugluft allein gearbeitet wird, unterliegt das Werkzeug keinerlei Druck.

Das Verfahren benötigt daher eine extrem geringe Kraft für den Stanzvorgang. Zum Ausstanzen in herkömmlicher Weise mit Stahlleisten oder Stahlmessern auf einer nicht nachgiebigen Gegenfläche wird ein Druck von etwa 15 kp/cm Länge der Stanzleiste bei dem vorgenannten Beispiel benötigt. Dies würde eine Gesamtkraft für das Stanzen von etwa 9000 kp ergeben. Bei Verwendung beheizter Stanzleisten mit nachgiebigen Gegenflächen z.B. aus Gummi zeigte sich bei diesem Beispiel, daß die erfindungsgemäß erforderliche entsprechende Kraft zum Ausstanzen nur etwa 300 kp beträgt, d.h. 0,5 kp/cm der Länge der Stanzleiste. Dies bedeutet eine Reduzierung der erforderlichen Stanzkraft auf etwa 1/30. Es ergab sich außerdem, daß die Materialbahn einwandfrei durchtrennt wurde^ selbst wenn die Stanzleisten nicht sehr genau auf die Unterplatte ausgerichtet worden waren.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt vorzugsweise die zum Stanzen benötigte Kraft nicht mehr als 2,0 kp/cm Länge der Stanzleisten. Die Stanzleisten v/erden auf eine für das betreffende thermoplastische Material geeignete Temperatur von vorzugsweise 150-275°C erhitzt. Zweckmäßigerweise wird ein nachgiebiges Material für die Gegenflächen verwendet,

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welches eine Elastizität von nicht weniger als 30 P&J und vorzugsweise mit mehr als 100 P&J aufweist, insbesondere wenn Stanzleisten verwendet werden, welche nicht sehr genau ausgerichtet sind. Bei Verwendung von Silikongummi beispielsweise im Zusammenhang mit einer dünnen Polyäthylenfolie und einer Temperatur des Stanzwerkzeuges von etwa 200⁰C wurde ein Silikongummi mit einer Härte von etwa l60 P&J mit ausgezeichneten Resultaten verwendet.

Auf diese V/eise läßt sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine extrem hohe Leistung erreichen, und zwar teilweise deswegen, weil jedes Gesenk reichlich groß und dies zu relativ geringen Kosten ausgebildet werden kann und Formen für eine große Anzahl von Gegenständen enthalten kann, während extrem geringe Kräfte für die Verformung und das Ausstanzen benötigt werden, und teilweise deswegen, well der Arbeitszyklus durch Verwendung mehrerer Verformungsgesenke optimal ausgenutzt wird. In diesem Zusammenhang darf darauf hingewiesen werden, daß mit einer herkömmlichen Anlage zur Herstellung von napfförmigen Gegenständen entsprechend dem vorbeschriebenen Beispiel kaum mehr als vier Näpfe pro Hub herstellbar sind, was mit zwanzig Hüben pro Minute einer Produktionsrate von 4S00 Gegenständen pro Stunde entspricht. Bei diesem Beispiel ergibt daher das erfindungsgemäße Verfahren die vierfache Produktionsrate, und dies bei äußerst kompakter Ausführung der Einrichtung, welche nur wenig Raum benötigt und relativ preiswert herstellbar ist.

Wenn auch bei den vorbeschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispielen nur von einer Vakuumverformung die Rede war, so ist selbstverständlich die Erfindung keineswegs auf diese einzige Art der Verformung beschränkt, sondern sie läßt sich für jede Art einer Warmverformung einsetzen.

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Claims

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

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Patentansprüche:

j I.J Verfahren zur Herstellung von Gegenständen durch Warmverformung einer thermoplastischen Materialbahn, bei welchem die Materialbahn vorgewärmt und intermittierend einer ein Verformungswerkzeug und ein Stanzwerkzeug aufweisenden Bearbeitungsstation zugeführt wird, in welcher in den nacheinander zugeführten vorgewärmten Bahnabschnitten mittels des Verformungswerkzeuges die gewünschten Gegenstände geformt werden und mittels des mit dem Verformungswerkzeug zusammenwirkenden Stanzwerkzeuges ausgestanzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformungswerkzeug (5; 11; 16) eine Anzahl von nacheinander und im Arbeitstakt in die Bearbeitungsstation hineinführbaren Verformungsgesenken (5a, 5bj 16a, 16b) mit jeweils einer nachgiebigen Gegenfläche (15) aufweist und in den aufeinanderfolgenden Bahnabschnitten (12) jeweils mit einem der Verformungsgesenke die Gegenstände geformt werden und daß nach jedem Verformungsvorgang das Stanzwerkzeug (4; I3, 14) mit der nachgiebigen Gegenfläche des entsprechenden Verformungsgesenkes derart in Eingriff " gebracht wird, daß die geformten Gegenstände aus. der Materialbahn ausgestanzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stanzwerkzeug (4; IJ>, 14) beheizt wird.

y. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stanzwerkzeug (4; I3, 14) auf einer für das zu verarbeitende Material 1; 12) geeigneten Temperatur gehalten wird und die Elastizität der Gegenflächen (15) der Verformungsgesenke (11) darauf eingestellt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch j5j dadurch gekennzeichnet, daß das Stanzwerkzeug (4; \~5, 14) auf einer Temperatur von 150° bis 275°C gehalten wird.

5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stanzwerkzeug Stanzmesser oder -leisten (9j 14) aufweist, welche in die nachgiebigen Gegenflächen (15) der Verformungsgesenke (5j 11) eingreifen, und daß mit einem Stanzdruck von 0,5 bis 2 kp/cm Länge der Stanzmesser oder -leisten gearbeitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in jedem der Bahnabschnitte geformten Gegenstände durch Betätigung des Stanzwerkzeuges (4; I3, 14) vollkommen aus der Materialbahn (1; 12) herausgetrennt werden und in ihrem Verformungsgesenk (5; 11; l6) während dessen Bewegung von der Bearbeitungsstation zu einer Entnahmestation festgehalten werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände während der Bewegung des sie tragenden Gesenkes von der Bearbeitungsstation zur Entnahmestation abgekühlt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in jedem Bahnabschnitt geformten Gegenstände in ihrem Gesenk (5; Hj l6) festgehalten werden, während sie durch das Stanzwerkzeug (4j 1J>, 14) aus der Materialbahn (1; 12) herausgetrennt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände in ihrem Gesenk (5; 11; 16) durch Saugluft festgehalten werden.

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10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungsgesenke (5; H) in einer linearen Horizontalbahn bewegt werden und das Stanzwerkzeug (4; 13, 14) im Zusammenwirken mit ihnen im wesentlichen senkrecht bewegt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungsgesenke (l6a, 16b) in einer kreisförmigen Horizontalbahn bewegt werden und das Stanzwerkzeug im Zusammenwirken mit ihnen im wesentlichen senkrecht bewegt wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bestehend im wesentlichen aus einer Einrichtung zum Vorwärmen der thermoplastischen Materialbahn, einer Bearbeitungsstation mit einem Verformungswerkzeug und einem Stanzwerkzeug und aus einer intermittierend arbeitenden Fördereinrichtung für die Materialbahn, durch welche nacheinander vorgewärmte Bahnabschnitte in die Bearbeitungsstation einbringbar sind, wobei mittels des Verformungswerkzeuges in den nacheinander vorgewärmt zugeführten Bahnabschnitten Gegenstände formbar sind und mittels mit dem Verformungswerkzeug zusammenwirkenden Stanzwerkzeuges die geformten Gegenstände aus dem betreffenden Bahnabschnitt heraustrennbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformungswerkzeug (5j Hi 16) mehrere nacheinander und im Arbeitstakt in die Bearbeitungsstation hineinführbare Verformungsgesenke (5a, 5t>; l6a, 16b) zur Ausformung von Gegenständen in den jeweils aufeinanderfolgenden Bahnabschnitten aufweist, daß jedes Gesenk eine nachgiebige Gegenfläche (15) für das Stanzwerkzeug (4; \J>, 14) besitzt und daß das Stanzwerkzeug derart gegen diese nachgiebige Gegenfläche führbar ist, daß die vom entsprechenden Gesenk geformten Gegenstände aus dem betreffenden Bahnabschnitt heraustrennbar sind.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Stanzwerkzeug (4; I3, 14) eine Beheizung vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stanzwerkzeug Stanzmesser (I3) aufweist und die Gegenflächen der Gesenke (11) die Form von Streifen (15) haben, welche breiter sind als die V/irkkante der Stanzmesser.

15· Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmige Gegenfläche aus einem in eine Nut des Gesenkes eingebrachten nachgiebigen Material (15) besteht.

16. Vorrichtung nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgiebige Material (15) Silikongummi ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15* dadurch gekennzeichnet, daß das nachgiebige Material eine Elastizität von nicht weniger als 30 P&J besitzt.

18. Vorrichtung nach Anspruch I7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastizität des nachgiebigen Materials mehr als 100 P&J beträgt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gesenk (5&, 5b; 11; l6a, 16b) aus der Bearbeitungsstation in eine Entnahmestation bewegbar ist und daß Kühleinrichtungen vorgesehen sind, durch welche die Gesenke in der Bearbeitungsstation und in der Entnahmestation-sowie auf ihrem Wege von der Bearbeitungsstation zur Entnahmestation kühlbar sind.

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