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" Vorrichtung zum Herstellen von Tiefzieh-
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teilen aus thermoplastischen Folien und Platten Die Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Tiefziehteilen aus thermoplastischen
Folien und Platten, bestehend aus einem Ziehkasten mit einem darin senkrecht beweglich
angeordneten waagrechten Tisch für eine Ziehform, aus einem am oberen Rand des Ziehkastens
angeordneten Auflagerahmen für die Folie, aus einem gegen den Auflagerahmen unter
Zwischenschaltung der Folie verspannbaren Spannrahmen, aus einer oberhalb des Ziehkastens
angeordneten, nach unten wirkenden Heizeinrichtung für die Folie, aus einem Vertikalantrieb
für den Tisch sowie aus einer Förderpumpe für die Erzeugung eines Unterdrucks im
Raum zwischen Tisch und Auflagerahmen.
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Tiefziehverfahren mit positiven und negativen Ziehformen sind bekannt.
Beim negativen Tiefziehen wird eine erwärmte thermoplastische Folie mittels Unterdruck
in eine Form hineingezogen. Hierbei ist in der
Regel die mit der
Form in Berührung kommende Folienoberfläche die spätere Sichtfläche, so daß hohe
Anforderungen an die Formqualität zu stellen sind (Verpackungswesen). Beim Tiefziehen
wird die Folie an den Formrändern besonders stark gestreckt, so daß diesem Bereich
besondere Aufmerksamkeit bei der Formgestaltung und beim Arbeitsverfahren geschenkt
werden muß. Dennoch sind dünne Stellen nicht zu vermeiden.
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Beim positiven Tiefziehen wird eine positive Form gegen die erwärmte
Folie verschoben, die nachfolgend durch Anwendung von Unterdruck gleichfalls durch
atmosphärischen Druck gegen die Ziehform gepreßt wird. Hierbei kommt der Hohlraum
des Tiefziehteils, der meist nicht die sichtbare Fläche darstellt, mit der Form
in Berührung, so daß an deren Oberflächenbeschaffenheit keine besonders hohen Anforderungen
gestellt werden müssen. Trotz einer gewissen Oberflächenrauhigkeit der Form ist
die äußere Oberfläche des Tiefziehteils meist ausreichend glatt und hat ein einwandfreies
Aussehen. Um bei diesem Verfahren eine möglichst gleichmässige Wandstärke des Tiefziehteils
zu erhalten, wird im allgemeinen die erwärmte Folie durch überdruck nach Art einer
Kugelschale gebläht und die positive Form in den so vorgebildeten Hohlraum eingefahren.
Alsdann wird der eigentlichen Formvorgang durch Anlegen von Vakuum durchgeführt.
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Maschinen für die Durchführung der beiden vorstehend beschriebenen
Arbeitsverfahren sind hinlänglich bekannt.
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Sie arbeiten meist als vollautomatisch gesteuerte Produktionsmaschinen
für den Ausstoß großer Stück-
zahlen pro Zeiteinheit und sind daher
für Kleinbetriebe, Werkstäten und Studios nicht geeignet, die vor einer Serienfertigung
Einzelstücke herstellen und auf ihre Brauchbarkeit hin überprüfen wollen. Soweit
es sich um positive Tiefziehmaschinen für die Serienfertigung handelt, sind diese
für die Erzeugung des Unterdrucks an eine Vakuumpumpe angeschlossen, die nach dem
Verdrängerprinzip arbeitet (z.B. Kolbenpumpe), für die Erzeugung des Überdrucks
zum Vorformen der Folie an ein Druckluftnetz, das in den meisten Fertigungsbetrieben
vorhanden ist. Um die Größe der kostspieligen Vakuumpumpe in Grenzen zu halten,
wird dieser in der Regel ein Vakuumbehälter vorgeschaltet, der durch die Pumpe laufend
evakuiert wird. Auf diese Weise kann auch ein größeres Volumen kurzfristig, aber
eben nur für kurze Dauer wirksam evakuiert werden. Dennoch sind derartige Tiefziehmaschinen
aufwendig in der Herstellung und müssen in regelmässigen Abständen gewartet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Art anzugeben, die einfach und billig in der Herstellung sowie problemlos
in der Unterhaltung ist und die für die Einzelfertigung von Tiefziehteilen in Werbe-
und Design-Studios, in Modellbauwerkstätten, in Schulen, in Modellbau-Clubs, in
Labors und Entwicklungsabteilungen der Industrie, einschließlich der Verpackungsindustrie,
geeignet ist.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs
beschriebenen
Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch, daß die Förderpumpe mit ihrer Saugseite "S"
und ihrer Druckseite "D" über je ein Umsteuerventiel mit dem kaum zwischen Tisch
und Auflagerahmen für die Folie verbunden ist.
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Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist es möglich, mit nur einer
Förderpumpe auszukornlnen, welche in die Vorrichtung integriert ist, so daß diese
von irgend welchen ortsfesten Vflkuumpumpen, F)ruckluf-tnetzen etc. unabhängig ist.
Bei einer entsprechenden Leistungsfähigkeit der Förderpumpe kann dabei auf jegliche
Art von Vakuumbehälter bzw. Druckspeicher (Unterdruckspeicher) verzichtet werden,
so daß sich ein einfaches, leicht transportables Gerät ergibt.
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Es ist bei laufender Förderpumpe lediglich erforderlich, diese über
das betreffende Umsteuerventil zunächst mit der Druckseite mit dem Raum zwischen
Tisch bzw. Form und Auflagerahmen bzw. Folie zu verbinden, bis die erhitzte Folie
eine durch Augenschein zu beobachtende ausreichende Wölbung aufweist. Alsdann wird
die Tiefziehform in den derart vorgebildeten Hohlraum eingefahren. Durch Umsteuern
der beiden Umsteuerventile wird alsdann die Förderpumpe mit ihrer Saugseite mit
dem Raum zwischen Tisch bzw. Form und Auflagerahmen bzw. Folie verbunden, wodurch
die Folie an die Form angesaugt wird.
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Es ist dabei besonders vorteilhaft, als Förderpumpe ein Radialgebläse,
insbesondere ein zwei- oder mehrstufiges Radialgebläse zu verwenden. Derartige Radial-
gebläse
haben bei geeigneter Dimensionierung einen hohen Luftdurchsatz bei ausreichendem
Maximaldruck, so daß der gewünschte Verformungsvorgang auch ohne Zwischenbehälter
rasch und zuverlässig durchgeführt werden kann. Für eine Tischgröße, d. h. eine
nutzbare Ziehfläche von ca. 460 x 360 mm, hat sich ein Staubsaugergebläse als durchaus
brauchbar erwiesen, dessen elektrischer Antriebsmotor eine Leistungsaufnahme von
ca. 1000 W besaß. Der erzielbare Maximaldruck von etwa 200 mbar erwies sich als
ausreichend für eine einwandfreie Formgebung des Tiefziehteils. Um dabei die Förderpumpe
bei anstehenden Maximaldruck bis zur Abkühlung der thermoplastischen Folie weiterlaufen
lassen zu können, ist es besonders vorteilhaft, einen Antriebsmotor mit Fremdkühlung,
d.h.
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mit einem zweiten Luftkreislauf zu verwenden und nicht die geförderte
Luft zu Kühlzwecken zu benutzen. Mit dem Erfindungsgegenstand können ohne weiteres
Folien bzw. Platten mit einer Stärke bis zu 5 mm nach entsprechender Aufheizung
verarbeitet werden. Völlig unproblematisch ist dabei die Verarvon ystyrol, währendsich
die Verarbeitung von Acrylglas schwieriger gestaltet, bei einiger Sorgfalt aber
gleichfalls durchaus möglich ist.
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Bei herkömmlichen Vorrichtungen mit Ziehkasten ist dieser in der Regel
auch bei eingelegter Folie gegenüber der Atmosphäre nicht abgedichtet, solange der
Tisch nicht seine Höchststellung erreicht hat. Die erforderliche Vakuumdichtigkeit
wird dadurch erzielt, daß der Auflagerahmen nicht nur auf seiner Oberseite,
d.h.
gegenüber der Folie, sondern auch auf seiner Unterseite, d.h. gegenüber dem Tisch,
eine Dichtung aufweist, gegen die der Tisch zur Anlage kommt. Nach erfolgter Abdichtung
kann alsdann der Raum zwischen Tisch und Folie evakuiert werden. Diese Maßnahme
setzt jedoch eine hochpräzise Tischführung voraus, damit eine Abdichtung überhaupt
erreicht werden kann. Da außerdem der Tisch die untere Begrenzung des evakuierbaren
Raumes darstellt1muß bei der bekannten Lösung die Saugleitung mit dem Tisch verbunden
sein, so daß sich die Notwendigkeit einer flexiblen Zuleitung ergibt.
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Ein möglichst einfacher und zuverlässiger Aufbau der eingangs beschriebenen
Vorrichtung wird gemäß der weiteren Erfindung dadurch erreicht, daß der Ziehkasten
bei Anwesenheit einer Folie zwischen Auflagerahmen und Spannrahmen gegenüber der
Umgebung geschlossen und weitgehend druckdicht ausgebildet ist.
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Auf diese Weise kann die Förderpumpe unmittelbar mit einer Begrenzungswand
des Ziehkastens verbunden werden, während der Tisch gegenüber den seitlichen Begrenzungswänden
des Ziehkastens unabgedichtet bewegbar ist. In diesem Fall wird die erforderliche
Vakuumabdichtung nicht mehr durch den Tisch erreicht, sondern ist - bei Anwesenheit
einer Folie -permanent vorhanden. Die erforderliche Vakuumabdichtung gegenüber den
beweglichen Teilen des Tisches, insbesondere gegenüber einer zum Antrieb gehörenden
senkrechten Führungssäule für den Tisch kann dann in einfachster Weise durch eine
Dichtung bewirkt werden, die zwischen der unteren Begrenzungswand des Ziehkastens
und der Führungssäule
angeordnet ist. Eine solche Dichtung hat
einen wesentlich geringeren Durchmesser als beispielsweise die bekannte Dichtung
am Auflagerahmen. Bei einem leistungsfähigen Gebläse genügt in einfachster Weise
eine Lippendichtung, die weitgehend verschleißfest ist und deren Funktion auch nicht
durch etwa eingedrungene Fremdkörper infrage gestellt wird. Auch im Hinblick auf
die vakuum -dichte Ausführung des Ziehkastens entfaltet ein vorzugsweise mehrstufiges
Radialgebläse eine besonders vorteilhafte Wirkung. Derartige Radialgebläse werden
in großen Stückzahlen produziert und unterliegen praktisch keiner Wartung.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben
sich aus den übrigen Unteransprüchen.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend
anhand der Figur näher erläutert, die einen Vertikalschnitt durch eine vollständige
Tiefziehvorrichtung in betriebsbereitem Zustand zeigt.
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Zentrales Teil der Vorrichtung ist der Ziehkasten 1, der eine untere
Begrenzungswand 2 und vier seitliche Begrenzungswände 3 besitzt. Am oberen Rand
ist ein Auflagerahmen 4 angeordnet, dessen Umfang mit dem Umfang des Ziehkastens
1 kongruent ist. Eine rahmenförmige Dichtung 5, die beispielsweise aus Moosgummi
mit geschlossener Oberfläche besteht, ist auf den Auflagerahmen 4 deckungsgleich
aufgeklebt. Auf der Dichtung 5 liegt eine Folie 6 aus thermoplastischem Material
auf, aus der nachfolgend das Tiefziehteil hergestellt werden soll. Oberhalb des
Auflagerahmens 4 ist ein verwindungssteifer Spannrahmen 7 angeordnet, mit dem die
Folie 6 gegen die Dichtung 5 bzw. den Auflagerahmen 4 luftdicht verspannbar ist.
Der Spannrahmen 7 ist durch nicht gezeigte Schamiere gehalten und auf der der Bedienungsperson
zugekehrten Seite mittels eines Spannschlosses 8 gegenüber dem Ziehkasten 1 verriegelbar.
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Oberhalb des Spannrahmens 7 ist ein Heizkasten 9 um ein Scharnier
10 in vertikaler Richtung schwenkbar angeordnet, dessen Querschnitt mit dem Querschnitt
des Ziehkastens identisch ist. Die Innenseite des Heizkastens 9 ist als Reflektor
beispielsweise für eine Infrarotstrahlung ausgebildet. Innerhalb des Heizkastens
befindet sich eine Heizeinrichtung 10 in Form eines mäanderförmig gebogenen Rohrheizkörpers,
wie er als Grill häufig in Haushaltsbacköfen zu finden ist. Die einzelnen Abschnitte
der Heizeinrichtung 11 liegen in einer waagrechten Ebene, die zum Auflagerahmen
4 parallel verläuft. Die Vorderseite des Heizkastens 9 ist durch eine Klappe 12
verschließbar, die zum Zweck einer Beobachtung des Heizvorganges über die gestrichelte
Position hinaus geöffnet werden kann.
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Innerhalb des Ziehkastens 1 befindet sich, in der Tiefststellung gezeichnet,
ein rechteckiger Tisch 13, dessen Umriß geringfügig kleiner ist als die lichte Weite
des Ziehkastens 1, so daß allseitig merkliche Luftspalte 14 gebildet werden. Auf
dem Tisch 13 befindet sich eine positive Tiefziehform 15, hier der Einfachheit halber
in Form eines Kegelstumpfes dargestellt, wie er beispielsweise für Verpackungsbehälter
Verwendung findet. Die Form 15 hat eine Grundplatte 15a mit Luftlöchern 16 und ruht
über Distanzstücke auf dem Tisch 13, der eine zentrale Entlüftungsbohrung 13a besitzt.
Der Tisch ist über weitere Distanzstücke auf einer Flanschplatte 17 befestigt, die
mit einer senkrechten Führungssäule 18 verschweißt ist. Auf diese Weise ist eine
Absaugung des zwischen Folie und Form eingeschossenen Luftvolumens möglich. Die
Führungssäule 18 ist unter Zwischenschaltung einer Dichtung 19, die in einem Rohrstutzen
20 angeordnet ist, durch die unter@ Begrenzungswand 2 hindurchgeführt ,zu der der
Tisch 13 parallel verläuft. Die Führungssäule 18 ist einerseits im Rohrstutzen 20,
andererseits in einem ortsfesten Lager
21 geführt.
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Der Ziehkasten 1 ruht auf einem Gestell 22, welches als allseitig
geschlossenes Blechgehäuse ausgeführt ist und an seiner Vorderseite eine Bedienungskonsole
23 aufweist. In dem Gestell 22 ist ein Vertikalantrieb 24 angeordnet, der aus einem
U-förmigen, am hinteren Teil des Gestells 22 gelagerten Fußhebel 25 sowie aus einer
innerhalb der Führungssäule 18 angeordneten Gasfeder 26 besteht. Der Fußhebel 25
ist zum Zwecke einer Absenkbewegung des Tisches 13 und zum Spannen der Gasfeder
26 über eine Zugstange 27 und eine Lasche 28 mit der Führungssäule 18 verbunden.
Als Gasfeder 26 wird bevorzugt eine solche der Bezeichnung Bloc-O-Lift der Firma
Fichtel & Sachs verwendet, die in beiden Endstellungen verriegelbar ist Die
Verriegelungseinrichtung ist in die betreffende Gasfeder integriert und über einen
Stift 29 auslösbar, der über einen Bowdenzug 30 und einen einarmigen Hebel 31 von
der Bedienungskonsole 23 her betätigbar ist.
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Der Ziehkasten 1 ist über Umsteuerventile 32 und 33, die in einer
Saugleitung 34 und einer Druckleitung 35 angeordnet sind, mit der Saugseite S und
der Druckseite D einer Förderpumpe 36 verbunden, die als zweistufiges Radialgebläse
ausgebildet ist. Dem Radialgebläse ist ein gestrichelt angedeuteter elektrischer
Antriebsmotor 37 zugeordnet. Die beiden Umsteuerventile 32 und 33, die als Dreiwegeventile
ausgebildet sind, sind über je eine Betätigungswelle 38 mit einem Betätigungsknopf
39 in der Bedienungskonsole 23 verbunden. In der Figur ist nur eine Betätigungswelle
mit einem Betätigungsknopf dargestellt.
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Der Arbeitsablauf der Vorrichtung bei der Herstellung eines Tiefziehteils
ist folgender : zu Beginn eines Arbeitszyklus sind der Heizkasten 9 und der Spannrahmen
7 um ihre Scharniere nach oben geschwenkt. Eine Folie 6 ist noch nicht vorhanden,
und der Ziehkasten 1 ist nach oben offen. Die Tiefziehform 15 befindet sich zusammen
mit dem Tisch 13 in der obersten, gestrichelt dargestellten Position 15a. Der Fußhebel
25 befindet sich in der gestrichelt dargestellten Position 25a. Als Nächstes wird
der Fußhebel in Richtung des Pfeils 40 in seine Tiefststellung bewegt, wodurch alle
beweglichen Teile die in der Figur dargestellte Position einnehmen. Hierbei wird
auch die Gasfeder 26 gespannt und in der Spannstellung verriegelt. Alsdann wird
eine Folie 6 entsprechenden Zuschnitts auf die Dichtung 5 des Auflagerahmens 4 aufgelegt
und mittels des Spannrahmens 7 verspannt. Die Heizeinrichtung 11 kann bereits vorgeheizt
sein, sie kann aber auch erst nach Herabschwenken des Heizkastens 9 in Betrieb genommen
werden. EsiStann lediglich eine Frage der Zeit, bis die erforderliche Betriebstemperatur
erreicht ist. Die Folie 6 wird alsdann in der gezeichneten Position des Heizkastens
9 auf die erforderliche Ziehtemperatur gebracht. Die Steuerung dieses Vorganges
kann zeitabhängig oder auch temperaturabhängig erfolgen. Im einfachsten Falle ist
jedoch eine Beobachtung nach Öffnen der Klappe 12 und Betasten der Folie 6 ausreichend.
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Nunmehr wird die Förderpumpe 36 in Betrieb genommen,wobei zunächst
die beiden Umsteuerventile 32 und 33 die gezeichneten Positionen einnehmen, d.h.
die @orderpumpe saugt Luft aus der Umgebung an und stößt sie auch wieder in die
Umgebung aus (horizontale Pfeile). Sobald die
Folie 6 die geeignete
Temperatur hat, wird das auf der Druckseite "D" angeordnete Umsteuerventil 33 gezielt
so verstellt, daß die nunmehr erweichte Folie 6 die gewölbte, gestrichelt dargestellte
Position 6a einnimmt.
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Durch Drehen des zugehörigen Betätigungsknopfes 39 kann die Stärke
der Wölbung gezielt verändert werden, wobei unter allen Umständen vermieden werden
muß, daß die Folie die Heizeinrichtung 11 berührt Nunmehr wird die Gasfeder 26 mittels
des Bowdenzuges 30, des Hebels 31 und des Stiftes 29 entriegelt und kehrt zusammen
mit dem Tisch 13 wieder gedämpft in eine Stellung zurück, in der die Tiefziehform
15 die Position 15a wieder einnimmt.
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Es ist ein besonderer Vorteil der weiter oben beschriebenen Gasfeder
26, daß diese im Gegensatz beispielsweise zu einer Schraubenfeder eine vorzugsweise
einstellbare Eigendämpfung aufweist, so daß die Tiefziehform 15 entsprechend langsam
in ihre oberste Position 15a zurückkehrt. Nunmehr befindet sich die Tiefziehform
innerhalb der durch Überdruck gewölbten Folie 6 bzw 6a.
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Alsdann wird das Umsteuerventil 33 wieder in die gezeichnete Position
gebracht, und das Umsteuerventil 32 auf derSaugseite "S" derFörderpumpe 36 wird
in eine Stellung gebracht, in der ausschließlich der Ziehkasten 1 über die Saugleitung
34 mit der Saugseite derFörderpumpe in Verbindung steht. Auf diese Weise entsteht
nahezu schlagartig zwischen der Tiefziehform 15 bzw. 15a und der Folie 6 bzw.6a
ein ausreichender Unterdruck, durch den sich die Folie an die Tiefziehform anschmiegt.
Etwaige hierbei eingeschlossene Luftmengen können durch die Entlüftungsbohrungen
16 entweichen. Die Heizeinrichtung 11 ist hierbei
ausgeschaltet
bzw. der Heizkasten 9 befindet sich in einer hochgeschwnkten Position, so daß die
Beheizung der Folie 6 unterbrochen ist. Bis zur Abkühlung der Folie 6 wird die Förderpumpe
36 noch in Betrieb gehalten. Nach ausreichender Erstarrung des nunmehr aus der Folie
6 hergestellten Tiefziehteils wird die Förderpumpe 36 abgestellt und/oder das Umsteuerventil
32 wird wieder in die gezeichnete Position gebracht, so daß sich der Ziehkasten
1 allmählich mit Luft füllt. Nunmehr kann das fertige Tiefziehteil von der Tiefziehform
15 und von der Dichtung 5 bzw.
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dem Auflagerahmen 4 abgenommen werden. Die Vorrichtung ist zu einem
neuen Arbeitszyklus bereit.
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