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Vakuum-Transfer-Formstation und Verfahren zum Erwärmen einer
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Kunststoffolie, insbesondere zur Herstellung einer unter Vakuum geformten
Gießform Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung ist beim Vakuumformverfahren
anwendbar.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es sind Vakuum-Transfer-Formstationen
für das Vakuumformverfahren bekannt, die im wesentlichen einen Vakuumkasten als
Modellträger, zwei Paar Formkästen, einen Vibrationstisch, eine Vakuumpumpe mit
Vakuumleitungen und Ventilen sowie eine Folienheizvorriohtung umfassen.
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Als ein neuralgischer Punkt bei der weiteren Durchsetzung des Vakuumformverfahrens
hat sich die Erwärmung der Kunststoffolie herauskristallisiert.
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Beim Vakuumformverfahren wird eine plastische Kunststoffolie nach
erfolgter Erwärmung über das abzuformende Modell gezogen.
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Sie bildet dann in der mit losem trockenem Quarzsand gefüllten und
entsprechend evakuierten Form die Kontur für das abzugießende Gußstück. Beim Ansaugen
der erwärmten plastischen Kunststoffolie an das Modell mittels Unterdruck muß erreicht
werden, daß die Folie an allen Formwandungen des Modells anliegt. Damit verbunden
ist eine unterschiedliche Dehnung der Folie in allen Richtungen entsprechend der
Kompliziertheit des jeweils vorhandenen abzubildenden Modells. Diese relativ großen
Dehnungen erfordern eine bestimmte, wenn möglich gleichmäßige Temperatur der Kunststoffolie.
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Es ist eine Erwärmungamethode bekannt, die mittels einer offenen Flächenheizung,
meistens rarotstrahler, die in einer Reflektorhaube angeordnet sind, realisiert
wird. Bei dieser Methode ist eine direkte Temperaturmessung der erwärmten Kunststoffolie
nicht möglich, Mit zunehmender Erwärmung steigt der unvermeidliche Durchhang der
Folie. Dieses führt bei größeren Folienflächen zu Temperaturdifferenzen und zu einem
großen Abstand zwischen Modelloberkante und Folienheizvorrichtung. Damit verbunden
ist swangsläufig eine längere Absenkzeit, die wiederum zu Temperaturdifferenzen
bei der erwärmten Folie führen kanne hinzu kommt, daß der Einfluß kalter Zugluft
die vorhandene Folienpiastizität stark reduzieren kann.
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Aus der DE-OS 29 19 950 ist ein Verfahren und ein Gerät für die Bestimmung
der Temperatur von Kunststoffolien für das Vakuumformverfahren bekannt. Aufgabe
der Erfindung ist es, in ein facher Weise die Plastizität der Folien zu ermitteln.
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Diese &ufgabe wird dadurch gelöst, daß die Temperatur der Kunststoffolien
in Abhängigkeit des Durchhängens der Kunststoffolie aufgrund ihres Eigengewichtes
beim Erwärmen bestimmt wird. Dabei stellt das Maß des Durchhanges einen genauen
und reproduzierbaren Parameter für die Elastizität der Folien dar.
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Die komplizierte Temperaturmessung wird durch eine Längenmessung mit
Hilfe einer Lichtschranke bzw. eines gebündelten Ultraschall-Strahles realisiert.
Mit dieser Lösung erhält man zwar analoge Werte zur Folientemperatur, das Grundproblem
der energieintensiven Erwärmung der Folie sowie die damit verbundenen Temperaturdifferenzen
werden aber nicht eliminiert.
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Des weiteren ist aus der DE-AS 23 51 398 ein Verfahren zum Erwärmen
einer Abdeckschicht zur Aufgabe auf eine Modellplatte für die Vakuumformung und
eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt geworden. Aufgabe dieser
Lösung ist es, eine
gleichmäßige Erwärmung der Kunststoffolie sicherzustellen.
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Die Lösung sieht hierzu vor, daß zwischen der Kunststoffolie und dem
Heizelement Zusatzluft derart eingeführt wird, daß die durch das Heizelement erwärmte
Luft in Zwangskonvektion versetzt und gleichmäßig über die Oberfläche der Abdeckschicht,
die in diesem Fall die Kunststoffolie darstellt, geführt wird.
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Neben dem energieintensiven Aufwärmen erfordert diese Lösung zusätzlichen
apparativen Aufwand.
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Auch auf dem Gebiet der Formgebung von Kunststoffen, insbesondere
durch Tiefziehen, sind eine Reihe von Lösungen bekannt, die allgemein auf dem Prinzip
der Strahlungaheizung basieren. So ist z. B. durch die DE-OS 2 854 393 ein Verfahren
zum Umformen von Kunststoffen bekannt geworden. Dieses Verfahren zum Umformen thermoplastischen
bzw. thermoelastischen Halbzeugs unter Erwärmen auf Umformtemperatur mittels eines
Wärmestrahlers ist dadurch charakterisiert, daß man den Wärmestrahler oder das geeignet
gehalterte thermoplastische Halbzeug innerhalb des durch die Reichweite der Wärmestrahlung
definierten räumlichen Bereichs und in einem zur Erwärmung geeigneten Abstand unter
Erwärmen bis zum Erreichen der Umformtetperatur bewegt und anschließend das auf
Umformtemperatur befindliche thermoplastische Halbzeug in an sich bekannter Weise
umformt.
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Auch diese Lösung ist energieintensiv und erfordert einen entsprechenden
apparativen Aufwand.
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Ziel der Erfindung Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vakuum-Transfer-Formstation
der einleitend genannten Art sowie ein Verfahren zum Erwärmen einer Kunststoffolie,
insbesondere zur Herstellung einer unter Vakuum geformten Gießform in einer Vakuum-
Transfer-Formstation
so auszubilden, daß eine wesentliche Senkung des Energieeinsatzes erreicht, weiterhin
eine Reduzierung der &ufheizzeiten und damit der Taktzeiten ermöglicht wird
sowie Qualitätsmängel, bedingt durch ungleichmäßiges Erwärmen der Folie und damit
einhergehende Folie verluste und Stillstandszeiten weitestgehend reduziert werden.
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Darlegung des Wesen der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, eine Vakuum-Transfer-Formstation der gattungsgemäßen Art sowie ein Verfahren
zum Erwärmen einer Kunststoffolie, insbesondere zur Herstellung einer unter Vakuum
geformten Gießform in einer Vakuum-Transfer-Formstation zu schaffen, die eine über
die gesamte Kunststoffolienfläche gleichmäßige und in Abhängigkeit von der verwendeten
Foliensorte variable direkte Erwärmung, ohne daß die Folie anklebt, bei gleichzeitiger
Messung der Kunststoffolientemperatur gewährleistet, wobei eine Anwendung auch zur
Nachbildung konturenreicher Ausbildungen, insbesondere mit unterschiedlichen Höhenabmessungen,
sichergestellt werden soll.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vakuum-Transfer-Formstation der gattungsgemäßen
Art dadurch gelöst, daß die Folienheizvorrichtung als regelbare, höhenverstellbare
Kontaktheizung ausgebildet ist, wobei die Heizfläche luftdurchlässig ist und an
ihrer Unterseite eine Antihaftbeschichtung aufweist und die Kontaktheizung von einem
mit einer Wärmeisolierung versehenen Gehäuse umgeben ist, an dem ein Anschluß für
eine Unterdruckquelle vorgesehen ist.
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Der besondere Vorteil dieser Lösung besteht neben einer wesentlichen
Energieeinsparung, die sich aus der direkten Erwärmung der Kunststoffolie ergibt,
vor allem in einer flächenbezogenen, gleichmäßigen und variabel einstellbaren Temperatur
der Kunststoffolie. Dabei wird, indem die Folie durch den anstehenden Unterdruck
unmittelbar an der Kontaktheizung anliegt, erreicht, daß die zu erwärmende Kunststoffolie
die Temperatur der Heizfläche annimmt, wodurch aufwendige Meßvorrichtungen zur Feststellung
der Folientemperatur entfallen können. Hierunter ist die Temperatur zu verstehen,
bei der die Folie ein Höchstgrad an plastischer Verformbarkeit aufweist. Zugleich
wird mit dieser Maßnahme eine hohe Dehnbarkeit der Kunststoffolie sichergestellt,
wodurch Qualitätseinbußen weitestgehend ausgeräumt werden. Mit Hilfe der Antihaftbeschichtung
wird erreicht, daß die zu erwärmende Kunststoffolie nicht an der Heizfläche anklebt.
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Für die Herstellung eines Unterdruckes in der Kontaktheizung und zum
Ansaugen der Kunststoffolie an die Heizfläche ist diese luftdurchlässig ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß als Heizfläche
eine luftdurchlässig ausgebildete Metallplatte vorgesehen ist, auf deren unbeschichteten
Fläche Heizelemente und Temperaturfühler sowie ein diese überdeckender Reflektor
angeordnet sind. Durch den Reflektor wird eine Verbesserung der Wärmestrahlung angestrebt.
Die darüber folgende und von dem Gehäuse
umgebene Wärmeisolierschicht
trägt zur Senkung der Wärmeverluste bei. Die in der Metallplatte vorgesehenen Saugöffnungen
können beispielsweise mittels Laserstrahl eingebracht werden. Die Metallplatte kann
z. B. aus Stahl, Kupfer, Uuminium oder anderen eine gute Wärmeübertragung gewährleistenden
Werkstoffen bestehen.
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Zweckmäßigerweise beträgt das Verhältnis der luftdurchlässigen Fläche
zur Gesamtfläche der ala Heizfläche dienenden Metallplatte ca, 1 : 20 000.
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Die zur Luftdurchlässigkeit dienenden Saugöffnungen sind zweckmäßigerweise
in einem Abstand von ca, 15 bis 25 mm angeordnet, Die Erfindung sieht auch die Möglichkeit
vor, eine mit einer Antihaftbeschichtung versehene Sintermetallplatte als Heizfläche
einzusetzen, auf deren unbeschichteten Fläche Heizelemente und Temperaturfühler
angeordnet sind, die von einem Reflektor und einer diesen umgebenden Wärmeisolierschicht
umgeben sind, wobei letztere von einem Gehäuse umschlossen ist.
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Der Einsatz der Sintermetallplatte bringt den Vorteil, daß bei Anlegen
eines Unterdruckes die Kunststoffolie an jeder Pore der Sintermetallplatte angesaugt
wird.
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Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, die Kontaktheizung als Wideratandsheizung
bzw. als Gasheizung auszubilden.
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Uber die auf der Heizfläche verteilt angeordneten Temperaturfühler
erfolgt die Temperaturmessung, wobei in Verbindung mit einer speziellen mikroelektronischen
Schaltung eine Temperaturregelung realisiert wird.
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Nach einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, daß der die zu er wärmende
Kunststoffolie aufnehmende Transportrahmen über einen Fuh#rungsrahmen mittels Arbeitazylinder
höhenverstellbar angeordnet ist.
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Zur Anpassung an unterschiedliche Modelihöhen weist die Kontaktheizung
eine Höhenverstellung auf. Mit dieser Maßnahme wird zugleich auch ein minimaler
Absenkweg gewahrleistet, wodurch eine wesentliche Abkühlung der erwärmten Folie
ausgeschlossen ist.
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Die Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zum Erwärmen einer Kunststoffolie,
insbesondere zur Herstellung einer unter Vakuum geformten Gießform in einer Vakuum-Traseter-Formstatios,
welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die zu erwärmende Kunststoffolie auf einen
Transportrahmen aus Kastenprofil mit entsprechenden Saugöffnungen durch Anlegen
eines Unterdruckes gespannt und mittels pneumatisch betätigten Führungarahmen an
die Kontaktheizung herangefahren wird, anschließend die Folie mittels Unterdruck
über die gesamte Fläche an die Kontaktheizung angesaugt wird und nach selbsttätiger
Zuschaltung der Heizung die Kunststoffolie über die gesamte Fläche gleichmäßig erwärmt
wird, bei Erreichen der Folientemperatur die gleichmäßig erwärmte Kunststoffolie
nach Aufhebung des Unter druckes und Abschaltung der Heizung in bekannter Weise
über ein Modell gezogen und mittels Vakuum an diesem angesaugt wird.
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Die Erfindung läßt sich ebenfalls auf eine automatische Drehkreuzformanlage
für hohe Formkastenleistungen pro Stunde übertragen und bietet darüber hinaus sehr
gute Voraussetzungen für eine vollautomatische Steuerung im Komplex der betreffenden
Formstation.
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Ausführungabeispiel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungabeispiel
näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist schematisch ein Ausschnitt
einer Vakuum-Transfer-Formstation dargestellt.
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Die als Abdeckschicht verwendete Kunststoffolie wird manuell oder
maschinell auf einen viereckigen Transportrahmen 5 aus Kastenprofil mit entsprechenden
Saugöffnungen und flexiblem Vakuum-Schlauchanschluß gespannt. Mittels beispielsweise
eines pneumatisch betätigten Führungsrahmens wird der Transportrahmen 5#soweit angehoben,
daß der Transportrahmen 5 an der Unterkante der Kontaktheizung anliegt. Anschließend
wird über eine Saugleitung 9 ein Unterdruck in der geschlossenen Kontaktheizung
hergestellt. Dabei wird der benötigte Unterdruck (ca. 10 - 20 Torr Druckdifferenz)
automatisch durch das Ansprechen eines Regelventile 10 eingestellt. Durch diesen
Unterdruck wird die zu erwärmende Kunststoffolie aur der gesamten Fläche an eine
mit einer Antihaftbeschichtung versehene Heizfläche 4 angesaugt. Diese Heizfläche
4 kann sowohl eine Sintermetaliplatte als auch eine beispielsweise mittels Laserstrahl
gebohrte Metallplatte sein, die jeweils mit einer Antihaftbeschichtung versehen
ist. Nach Ablauf der variabel einstellbaren Heizzeit, die vor allem von der verwendeten
Kunstatoffolis abhängt, hat die Kunststoffolie die Temperatur der Heizfläche 4 angenommen.
Nach Erreichen der Polientemperatur - das ist die Temperatur,. bei der die Folie
ein Höchstgrad an plastischer Verformbarkeit aufweist - erfolgt eine automatische
Abschaltung des Unterdruckes in der Kontaktheizung sowie der Heizung selbst und
gleichzeitig fährt der Transportrahmen 5 über das zu überziehende Modell 3 bis zur
Modeilpiatte 2. Das an der Modellplatte zu diesem Zeitpunkt anliegende Vakuum zieht
die warme plastische Kunststoffolie über die vorhandenen Konturen des Modells 3.
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Die Kontaktheizung ist im vorliegenden #usführungsbeispiel nach dem
Prinzip der Wärmestrahlung realisiert. Es ist aber durchaus denkbar, auch eine andere
Form der Erwärmung der Heizfläche vorzusehen, beispielsweise eine Widerstandsheizung
oder eine Gasheizung.
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Im vorliegenden Beispiel sind in definierten Abständen, z. B. von
ca. 3 - 5 cm, von der Heizfläche Strahlungsheizstäbe 6 vorgesehen. Über diesen Strahlungsheizstäben
6 sind zur Verbesserung der Wärmestrahlung ein Reflektor 7 und darüber eine Wärmeisolierschicht
8 angeordnet. Diese Lösung ergibt gegenüber bekannten Folienheizvorrichtungen eine
Energieeinsparung von ca. 70 %.
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Mittels gleichmäßig auf der Heizfläche verteilt angeordneter Temperaturfühler
13 erfolgt in Verbindung mit einer mikroelektronischen Steuerung die Einregelung
der g~wunschten Flächentemperatur, die eine Voraussetzung für eis hohe und gleichmäßige
Dehnbarkeit der Kunststoffolie ist.
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Um den Absenkweg und damit verbunden die Absenkzeit der erwärmten
Kunststoffolie möglichst gering zu halten, ist die Kontaktheizung mit einer mechanischen
Höhenverstellung 12 versehen. Dadurch kann die Kontaktheizung auf unterschiedliche
Modellhöhei eingestellt werden. In Abhängigkeit von der verwendeten Foliensorte
werden die Temperatur der Heizfläche 4 und der benötigte Unterdruck zum Ansaugen
der Kunststoffolie an die Heizfläche 4 eingestellt. Die Absenkgeschwindigkeit des
Transportrahmens 5 mit der erwärmten Kunetstoffolie wird in Abhängigkeit von dem
zu üb er ziehenden Modell über den Druck des Arbeitszylinders 11 des Führungsrahmens
geregelt..
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Aufstellung der verwendeten Besugaseichen 1 Vibrationsstation 2 Modellplatte
3 Modell 4 Heizfläche 5 Transportrahmen 6 Strahlungsheizstab 7 Reflektor 8 Warmeisolierschicht
9 Saugleitung 10 Regelventil 11 Arbeitssylinder 12 Höhenverstellung 13 Temperaturfühler
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