DE4116337C2 - Verfahren zum Herstellen von dünnwandigen Formlingen aus teilkristallinem thermoplastischem Material, insbesondere Polyolefin, wie Polypropylen, durch Thermoformen, sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von dünnwandigen Formlingen aus teilkristallinem thermoplastischem Material, insbesondere Polyolefin, wie Polypropylen, durch Thermoformen, wobei eine Bahn aus dem Material bei oberhalb des Kristallit-Schmelztemperatur-Bereiches liegender Temperatur extrudiert und unter Stabilisieren der Materialbahn und Bildung von tragfähigen Außenschichten auf eine Temperatur gekühlt wird, die noch oberhalb der Formtemperatur liegt, und die gekühlte Materialbahn einer Reckungsbehandlung unterworfen sowie in den für die Bildung der Formlinge genutzten Bereichen dem Thermoformvorgang unterzogen wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Aus DE-OS 28 30 788 ist ein Verfahren zum Herstellen dünnwandiger Artikel aus teilkristallinem thermoplastischem Material durch Thermoformen bekannt, bei welchem eine Bahn aus dem thermoplastischem Material extrudiert und einer Temperaturkonditionierung auf zum Thermoformen geeignete Temperaturbedingungen unter Bildung von tragfähigen Außenschichten unterzogen werden soll. Die Temperaturkonditionierung soll das Einstellen einer Temperatur im Kernbereich der Bahn vorsehen, die höher als die obere Grenze des kritischen Kristallit-Schmelztemperaturbereiches liegt, während an den Oberflächenregionen der Bahn eine Temperatur eingestellt werden soll, die tiefer als die Untergrenze des kritischen Kristallit-Schmelztemperaturbereiches liegt. Beim Thermoformen soll dann das Abkühlen des Kunststoffes im Kernbereich der Bahn bzw. der Formlingwand derart vorgenommen werden, daß der kritische Kristallit-Schmelztemperaturbereich sehr schnell durchschritten wird und das Kristallwachstum während dieses Abkühlens gesteuert wird. Mit diesem Verfahren sollen dünnwandige Artikel hergestellt werden, deren Wandung das thermoplastische Material nach Wahl in einem teilkristallinem Zustand aufweist, der zwischen praktisch amorphem Zustand und weitgehend auskristallisiertem Zustand liegt. Die Durchführung dieses Verfahrens hat sich aber als außerordentlich schwierig erwiesen und erfordert Steuerungs- und Überwachungsmaßnahmen, die die Massenherstellung von dünnwandigen Kunststoffartikeln unwirtschaftlich machen. Vor allem hat es sich herausgestellt, daß eine Bahn aus teilkristallinem thermoplastischem Material, insbesondere eine Bahn aus Polyolefin wie Polyproylen, die einer gemäß DE-OS 28 30 740 vorgeschlagenen Temperaturkonditionierung unterworfen wird, sich - wenn überhaupt - nur mit größten Schwierigkeiten durch die einzelnen Verfahrensschritte führen läßt.

Um das aus DE-OS 28 30 788 bekannte Verfahren durchführbar zu machen bzw. die oben angesprochenen erheblichen Mängel herabzusetzen, sind aus EP 03 63 650 A1 ein Verfahren zum Herstellen von dünnwandigen Formkörpern aus thermoplastischem Material und eine Inline-Thermoformmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens bekannt geworden, bei welchen das Materialband von der Transporteinrichtung in mindestens drei beabstandeten Bereichen während des Theromformens geführt wird. Diese Führung soll auch vor der Thermoformung nur in den Bereichen erfolgen, an denen nachher die Transporteinrichtung angreift. Diese bekannten Maßnahmen bieten aber noch immer keine sichere Führung der Materialbahn in und insbesondere vor dem Thermovorgang. Es läßt sich deshalb auch mit den aus EP 03 63 650 A1 bekannten Maßnahmen keine optimale Temperatureinstellung an der den Thermovorgang zu unterziehenden Materialbahn vornehmen. Außerdem wird die Materialbahn in den zusätzlichen Unterstützungs- und Führungsbereichen für das Thermoformen ungeeignet, so daß diese Bereiche der Materialbahn als Abfall ausgeschieden bzw. recycelt werden müssen. Abgesehen von der dadurch bedingten für die Herstellung von Massenartikeln aus Kunststoff unerträglichen Kostenerhöhung wird durch die aus EP 03 63 650 A1 bekannten Maßnahmen noch keine sichere Verfahrensdurchführung insbesondere bei der Herstellung aus dünnwandigen Formlingen aus Polyolefin wie Polyproylen gewährleistet.

Die DE 34 32 740 A1 beschreibt ein Verfahren zum Transportieren und Erwärmen einer Polyolefinfolie, mit dem die Aufgabe gelöst werden soll, daß die Längsdehnung der Folienbahn ohne Spezialketten und aufwendige Führungen aufgefangen werden kann, wobei die Folienbahn ohne Längsunterstützung nur an den Seitenrändern ergriffen wird und zwar im ganzen Heizungsbereich der Thermoformmaschine. Es soll eine gleichmäßige Folientemperatur erreicht werden, wobei keine Wellung der Folienbahn erfolgen soll. Die zu verarbeitende Folie wird von einer Folienrolle abgewickelt und muß zunächst aufgeheizt werden, wobei gleichzeitig einer Querreckung durchgeführt werden kann. Während der Übergabe auf die nachfolgende Transporteinheit erfolgt eine Längsreckung, wobei die Folienbahn weiterhin aufgeheizt wird. Erst danach gelangt die Folienbahn in die Thermoformstation.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art (DE-OS 28 30 740) zum Herstellen dünnwandiger Artikel aus kristallinem thermoplastischem Material durchläuft das Material nach dem Extrudieren zunächst eine Stabilisierungsstation, in der die Materialbahn durch den kritischen Kristallit-Schmelz-Temperatur-Bereich hindurch gekühlt wird. Durch dieses Kühlen nimmt das Kernmaterial eine Temperatur an, die unterhalb der unteren Grenztemperatur des kritischen Kristallit-Schmelz-Temperatur-Bereichs liegt. Nach der Stabilisierungsstation muß jedoch eine Wiederaufheizung des äußeren Oberflächenregionen der Materialbahn erfolgen, um ein biaxiales Recken zu ermöglichen. Danach gelangt die Materialbahn in eine Steuer- und Umsetzvorrichtung, wo durch den Hub der Tänzerwalze sich eine ungleichmäßige Berührungszeit Walze-Folie ergibt, was zu Temperaturungleichmäßigkeiten der Folie führt. Von der Steuer- und Umsetzeinrichtung wird die Materialbahn in die Thermoformstation überführt.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Herstellen von dünnwandigen Formlingen aus teilkristallinem theromoplastischem Material insbesondere Polyolefin, wie Polypropylen, durch Thermoformen zu schaffen, bei dem eine bei geringerem Energieverbrauch sichere und reproduzierbare Einstellung des praktisch amorphen Materialzustandes in der Formlingwand gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird im erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst,

• - daß das Recken der Materialbahn im Verlauf des Kühlvorganges in deren sich dabei verfestigenden Außenschichten in Längsrichtung erfolgt,
• - daß das Längsrecken mit Beendigung des Kühlvorganges bzw. Einstellung der Thermoformtemperatur der Materialbahn beendet wird und
• - daß die Materialbahn seitlich gefaßt und unter Schrumpfen seitlich verspannt und mit dieser seitlichen Verspannung, aber zugspannungsfrei, in den Thermovorgang eingeführt wird.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Materialbahn bei ihrer Temperatur-Konditionierung für den Thermoformvorgang in ihren beim Kühlen verfestigten tragfähigen Außenschichten durch Anlegen einer Zugspannung gereckt und stabilisiert wird. Der teilkristalline Kunststoff dieser Außenschichten befindet sich zwar in einem Temperaturbereich hoher Kristallisationsgeschwindigkeit. Durch die Einstellung einer Zugspannung und die entsprechende Reckung können die Außenschichten der Materialbahn zur Erreichung der erforderlichen Tragfähigkeit jedoch sehr dünn gehalten werden, so daß die durch Kristallisation eintretende Abweichung vom amorphen Zustand in der Gesamtmasse der Materialbahn ohne Bedeutung ist. Durch die Aufhebung der Zugspannung mit Beendigung des Kühlvorganges und das dabei erfolgende seitliche Fassen der Materialbahn sowie die dabei unter Schrumpfen eintretende seitliche Verspannung wird nicht allein die Führung der Materialbahn beim Einführen in den Thermoformvorgang verbessert, sondern auch ein ausgleichender zweiter Reckvorgang in den Außenschichten der Materialbahn hervorgerufen. Dieser zweite Reckvorgang ist quer zur Materialbahn also rechtwinkelig zu der durch Zugspannung hervorgerufenen Reckung gerichtet.

Außerdem wird mit der Aufhebung der Zugspannung bei Beendigung des Kühlvorganges und dem sofortigen seitlichen Fassen der Materialbahn der mit der Aufhebung der Zugspannung einsetzende Abbau der Reckung in Zugrichtung zur Bildung eines ausgeglichen biaxialen Reckungszustandes in den Außenschichten der Materialbahn unmittelbar vor Einsetzen des Thermoformvorganges ausgenutzt. Die so gebildeten dünnen, biaxial gereckten Außenschichten der Materialbahn wirken sich im Thermoformvorgang stabilisierend aus.

Bevorzugt ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Temperaturkonditionierung der Materialbahn vor dem Thermoformen in zwei Schritten vorzunehmen. Hierzu ist die Materialbahn in einem gleichzeitig mit der Aufhebung der Zugspannung erfolgenden weiteren Kühlschritt bis auf die Thermoformtemperatur zu kühlen. Speziell bei der Herstellung von Formlingen aus Polyolefin, bevorzugt Polypropylen, kann die Kühlung und Temperaturkonditionierung der Materialbahn in zwei oder mehr Schritten in der Weise erfolgen, daß die Materialbahn im ersten Kühlungsschritt in ihren Außenschichten auf eine im Bereich hoher Kristallisationsgeschwindigkeit liegende Temperatur gekühlt wird, während im Kernbereich der Materialbahn eine oberhalb des Bereiches hoher Kristallisationsgeschwindigkeit liegende Temperatur eingestellt wird, und daß in dem unter Aufhebung der Zugspannung erfolgenden weiteren Kühlschritt eine Temperaturangleichung zwischen den Außenschichten und dem Kernbereich und der Materialbahn mit Einstellung auf die Thermoformtemperatur vorgenommen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders zweckmäßig in Art der bekannten Inline-Thermoformverfahren durchführen. Hierzu wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, das Extrudieren und Kühlen der Materialbahn in kontinuierlichem Durchlauf und das Thermoformen unter schrittweisem Vorschub der Materialbahn auszuführen, wobei zwischen der Beendigung des Kühlvorganges und dem Eingang in den Thermoformvorgang die Materialbahn durch eine vertikale Bahnschlaufe geführt und auch in dieser Bahnschlaufe der zugspannungsfreie Zustand in der Materialbahn aufrechterhalten wird.

Für die Durchführung des Verfahrens wird gemäß der Erfindung eine besonders vorteilhafte Vorrichtung vorgeschlagen, die sich dadurch kennzeichnet, daß dem Kühl- und Glättwerk eine gekühlte Abziehvorrichtung (Zugwalzenpaar) folgt, dessen Abziehgeschwindigkeit 3% bis 10% höher als die Laufgeschwindigkeit des Kühl- und Glättwerkes (Umfangsgeschwindigkeit der ausgangsseitigen Kühl- und Glättwalze) ist, und in der zwischen Abziehvorrichtung und Thermoformstation angeordneten Ausgleichsstation die Materialbahn M zugspannungsfrei geführt ist, wobei die Ausgleichsstation zur Aufnahme einer nach unten gerichteten Schlaufe des Materialbandes ausgebildet ist, derart, daß an der der Thermoformstation zugewandten Seite ein Paar von das aufwärts laufende Trum des Materialbandes aufnehmenden und tragenden Transportketten und unten abschließend ein Paar von das Materialband umlenkenden und auf die Transportketten aufbringenden Aufnadelscheiben angeordnet sind.

Mit dieser aufnadelnden Ausbildung der Ausgleichsstation wird erreicht, daß die aus der Abziehvorrichtung kommende Materialbahn zunächst im abwärtslaufenden Trum der Bahnschlaufe - abgesehen von der durch ihr Eigengewicht bedingten Zugspannung - praktisch zugspannungsfrei verläuft. An dem unteren Ende der Bahnschlaufe erfolgt bereits das Aufnadeln der Materialbahn auf die Transportketten, so daß auch die durch das Eigengewicht der Materialbahn hervorgerufene restliche Zugspannung aufgehoben wird. Da die frische, auf Thermoformtemperatur gebrachte Materialbahn zum Schrumpfen neigt, tritt mit dem Aufnadeln auf die Transportketten durch das Schrumpfen eine seitliche Verspannung der Materialbahn ein, die sich jedoch mit der durch die Zugspannung erzeugten Längsreckung der Bahn für den folgenden Thermoformvorgang zu einer vorteilhaften Biaxialreckung kombiniert. Durch die innerhalb der Ausgleichsstation erfolgende Aufnadelung der Materialbahn auf die Transportketten wird jegliche Gefahr behoben, daß die Materialbahn von den Führungsscheiben seitlich abgezogen wird oder an ihrem für das Thermoformen zu nutzenden Bereich mit kalten Maschinenteilen in Berührung kommt.

Bei Grundausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Extruderdüse, Kühlvorrichtung und Abziehvorrichtung für kontinuierlichen Vorschub der Materialbahn und durch die Thermoformvorrichtung führende Transportvorrichtung für schrittweisen Vorschub, empfiehlt die Erfindung, daß das Paar von Aufnadelscheiben in Art einer Tänzerwalze vertikal auf- und abwärtsbeweglich geführt ist. Dabei kann dieses Paar von Aufnadelscheiben auf einer Welle angebracht sein, die über Antriebsketten und Kettenräder für Drehbewegung und Hebe- und Senkbewegung an die kontinuierlich laufende Abziehvorrichtung und die in Intervallen angetriebenen Transportketten angeschlossen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schema für den Verfahrensablauf und für den Grundaufbau der Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 den Temperaturverlauf am Materialband während des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich mit der Temperaturabhängigkeit der Kristallisationsgeschwindigkeit;

Fig. 3 das Schema eines bei der Kühlung gemäß der Erfindung im Materialband eingestellten Temperaturprofils;

Fig. 4 ein Schema der in der Vorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehenen Kühlvorrichtung;

Fig. 5 eine schematische Teildarstellung der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehenen Ausgleichsstation;

Fig. 6 einen Schnitt VI-VI durch die in Fig. 5 dargestellte Aufnadelscheibe;

Fig. 7 eine schematische Darstellung des Antriebes für die in der Ausgleichsstation vorgesehenen, insbesondere in den Fig. 5 und 6 dargestellten Aufnadelscheiben und

Fig. 8 einen schematischen Schnitt VIII-VIII durch die Antriebseinrichtung nach Fig. 7.

Im dargestellten Beispiel handelt es sich um die Herstellung von dünnwandigen Formlingen aus Polypropylen, beispielsweise um die Herstellung von becherförmigen Verpackungsbehältern für Milchprodukte.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen enthält das Verfahren die Verfahrensabschnitte: Extrudieren "E", 1. Kühlschritt "A", 2. Kühlschritt "B", Konditionieren "C" und Thermoformen "D". Für das Extrudieren ist ein in den Fig. 1 und 4 angedeuteter Schneckenextruder mit Breitschlitzdüse 10 vorgesehen. Die aus der Breitschlitzdüse kommende Materialbahn M wird unmittelbar in ein Kühl- und Glättwerk 11 eingeführt, das die Kühl- und Glättwalzen 12, 13 und 14 enthält. Die Glätt- und Kühlwalze 14 ist mit ihrer Welle auf einem Schwenkarmepaar angebracht, so daß sie zwischen den in Fig. 1 und Fig. 4 in voller Linie dargestellten und gestrichelt dargestellten Stellungen in gewünschter Lage einstellbar ist. Auf diese Weise läßt sich die Umschlingung der Walze 14 durch die Materialbahn M im Verhältnis 2 : 1 verändern. Beim Verstellen der Walze 14 werden die Glättspalte S₁, S₂ unverändert beibehalten, da die Walze 14 und die Mittelachse der Walze 13 verstellbar ist. Die Glättspalte S₁ und S₂ entsprechen der gewünschten Stärke der Materialbahn, wie dies in Fig. 4 durch die vor den Glättspalten S₁ und S₂ gezeigten Materialanhäufungen angedeutet ist. Bei Flachfolien aus Polypropylen ist die Behandlung in solchen Glättspalten notwendig, damit eine einwandfreie Oberfläche der Materialbahn erreicht wird.

Damit bei der Materialbahn M aus Polypropylen nur eine Kühlung bis zum thermoelastischen Zustand erfolgt, sind die Durchmesser der Kühl- und Glättwalzen 12, 13, 14, relativ klein. Der Übergang von der Kühl- und Glättwalze 13 auf die Kühl- und Glättwalze 14 erfolgt unmittelbar. Die Kühlstrecken auf den Kühl- und Glättwalzen 13 und 14 sind - unabhängig von der Stellung der Kühl- und Glättwalzen 14 - ungefähr gleich lang.

Beim Durchlaufen der Kühlstrecke erfolgt die Bildung symmetrischer, tragfähiger Außenschichten 25 und 26 (Fig. 3) an der Materialbahn M. Im dargestellten Beispiel wird bei einer Materialbahn M aus Polypropylen im Kühl- und Glättwerk 11 eine Temperatur T_A von ca. 140°C und eine Temperatur T_M von ca. 160°C im heißen Kern der Materialbahn M eingestellt. Die Temperaturen T_M und T_A sind Materialkonstanten des jeweils verwendeten teilkristallinen Kunststoffes. Die angegebenen Temperaturwerte beziehen sich auf ein im vorliegenden Beispiel benutztes Polypropylen. Dementsprechend sind die jeweiligen Temperaturwerte für T_M und T_A sowie auch der Temperaturwert für die Extrudiertemperatur T_E und die Thermoform-Temperatur T_F dem jeweils eingesetzten speziellen teilkristallinen Kunststoff entsprechend zu wählen.

An das Kühl- und Glättwerk 11 schließt sich im dargestellten Beispiel eine Abziehvorrichtung 15 an, die ein Zugwalzenpaar 16, 17 aufweist. Die beiden Zugwalzen 16 und 17 sind im dargestellten Beispiel gekühlte Walzen mit metallischer Oberfläche. Hierdurch bildet die Abziehvorrichtung 11 noch einen Teil der Kühlstrecke für die Materialbahn M. Die gewünschte Temperatur T_A in den Außenschichten 25 und 26 von beispielsweise 140°C und die gewünschte Temperatur T_M im Kernbereich 24 der Materialbahn M wird am Ausgang der Abziehvorrichtung 11, d. h. hinter dem Zugwalzenpaar 16, 17 erreicht. Die Abziehgeschwindigkeit der Abziehvorrichtung 15, d. h. die Umfangsgeschwindigkeit der Zugwalzen 16 und 17 liegt um 3% bis 10% höher als die Umfangsgeschwindigkeit der ausgangsseitigen Kühl- und Glättwalze 14. Hierdurch wird auf die sich von der Kühl- und Glättwalze 14 bis zu dem Zugwalzenpaar 16, 17 erstreckenden Länge der Materialbahn M eine Zugspannung erzeugt. Diese Zugspannung stellt sicher, daß die Materialbahn M stets straff über die Kühl- und Glättwalze 14 gespannt ist und dort reproduzierbar optimaler Kühlwirkung unterzogen wird. Ferner wird durch die an der Materialbahn M erzeugte Zugspannung eine Reckungswirkung in dem durch die Kühl- und Glättwalzen 12, 13, 14 erzeugten verfestigten Außenschichten 25 und 26 der Materialbahn M hervorgerufen. Durch diese Reckung wird die Verfestigung der Außenschichten 25 und 26 der Materialbahn M verstärkt. Die Verfestigung ist auch deshalb besonders wirksam, weil die im ersten Kühlschritt "A" in den Außenschichten 25 und 26 eingestellte Temperatur T_A im Bereich hoher Kristallisationsgeschwindigkeit von Polypropylen liegt, als Verfestigung durch die Kombination von Abkühlung, Teilkristallisation und Reckung erfolgt. Dies geht deutlich aus der Darstellung der Fig. 2 hervor, in welcher der Bereich hoher Kristallisationsgeschwindigkeit schraffiert dargestellt ist. Obwohl die Materialbahn M eine Kerntemperatur T_M von etwa 160°C aufweist, ist die Materialbahn durch diese besondere Verfestigungsweise ihrer nur dünnen Außenschichten 25 und 26 sicher handhabbar. Insgesamt wird die Materialbahn M aus Polypropylen nur durch die mittels Kombination von Kühlung, Teilkristallisation und Reckung verfestigten Außenbereiche 25 und 26 herstellbar und verarbeitbar.

Während im ersten Kühlabschnitt "A" Zugspannung an der Materialbahn M aufgebaut wird, ist die Materialbahn M in dem sich vom Ausgang der Abziehvorrichtung 15 bis zum Aufnadeln erstreckenden zweiten Kühlabschnitt "B" spannungsfrei geführt.

Zwar wird in der in den Fig. 1 und 5 erkennbaren innerhalb der Ausgleichsstation 18 abwärts laufenden Trum der Materialbahn M durch deren Eigengewicht eine restliche Zugspannung aufgebaut, die aber gegenüber der zwischen der Kühl- und Glättwalze 14 und der Abziehvorrichtung 15 aufgebauten Zugspannung vernachlässigbar klein ist. Außerdem wirkt ihr die mit der Aufhebung der Zugspannung einsetzende Schrumpfung entgegen. In der Ausgleichsstation 18 läuft die Materialbahn M über ein Paar von Aufnadelscheiben 20, mittels deren die Materialbahn M an ihren beiden Seitenrändern auf ein Paar von Transportketten 19 aufgenadelt wird. Hierzu sind die Transportketten 19 über Kettenräder 21 geführt, so daß sie an der der Thermoformstation 22 zugewandten Seite der Ausgleichsstation 18 nach oben laufen. Durch das Aufnadeln auf das Paar von Transportketten 19 wird die Materialbahn M sowohl längs als auch seitlich fixiert. Es wird dadurch sichergestellt, daß kein seitliches Abrutschen der Materialbahn M von den Aufnadelscheiben 20 erfolgt. Um völlige Zugspannungsfreiheit im Bereich der Ausgleichsstation 18 und insbesondere im Aufnadelbereich an der Materialbahn M sicherzustellen, ist im dargestellten Beispiel die Zugwalze 16 mit einem um 2% bis 10% größeren Durchmesser ausgestattet als die Aufnadelscheiben 20. Dadurch kommt es zu einer reduzierten Vorschubgeschwindigkeit der Materialbahn M innerhalb der Ausgleichsstation 18, so daß sich auch durch Schrumpfung keine Zugspannung in der Materialbahn M aufbauen kann.

Da im vorliegenden Beispiel die in der Thermoformstation 22 vorgesehene Thermoformvorrichtung einen schrittweisen Vorschub der zu verarbeitenden Materialbahn erfordert, ist das Transportkettenpaar 19 für schrittweisen Vorschub eingerichtet. Durch das Aufnadeln der Materialbahn M am unteren Ende der an ihr gebildeten Bahnschlaufe wird das Eigengewicht des aufwärts bewegten Trums der Materialbahn M abgetragen, und es kann auch ein ruckartiges Ansetzen der Vorschubbewegung der Transportketten 19 (hohe Beschleunigung) keine fiktive Zugspannung in der Materialbahn M hervorrufen.

Innerhalb der Ausgleichsstation 18 bzw. des 2. Kühlabschnittes "B" erfolgt bereits eine Vereinheitlichung der Temperatur T_M im Kernbereich 24 und der Temperatur T_A in den Außenschichten 25 und 26 der Materialbahn M. Diese Vereinheitlichung geschieht im wesentlichen durch Wärmeleitung innerhalb der Materialbahn und hat zur Folge, daß die Temperatur T_A in den Außenschichten 25 und 26 wieder bis etwas unterhalb der Temperatur T_M des Kernbereiches 24 ansteigt. Im vorliegenden Beispiel stellt sich hierbei eine im wesentlichen einheitliche Thermoformtemperatur T_F bei etwa 155 °C (spezifisch für das in diesem Beispiel verarbeitete Material) ein. Diese Temperatur liegt - wie Fig. 2 zeigt - oberhalb des Bereiches hoher Kristallisationsgeschwindigkeit von der hier verarbeiteten Polypropylensorte. Am Ende der Ausgleichsstation 18 liegt somit eine thermoformfähige, weitgehend amorphe Materialbahn M vor. Der Aufbau der die Bahnschlaufe führenden Einrichtungen in der Ausgleichsstation 18 ergibt sich aus Fig. 1 und den Teildarstellungen der Fig. 5-8 wie folgt:

Zum Führen des unteren Schlaufenendes und zum Aufnadeln der Materialbahn M auf die Transportketten 19 ist eine in Art einer Tänzerwalze ausgebildete Aufnadeleinrichtung vorgesehen, die zwei auf einer gemeinsamen Tänzerwelle 23 fest angebrachte Aufnadelscheiben 20 enthält. Die Tänzerwelle 23 ist drehbar gelagert und mit ihren Drehlagerungen oder unmittelbar in Antriebsketten 31, 32 vertikal verschiebbar angebracht. Wie die Fig. 7 und 8 zeigen, trägt die Welle der Zugwalze 16 an beiden Enden je ein Kettenrad 27. Ebenso trägt die Welle der Umlenk-Kettenräder 21 der Transportkette 19 an jedem Ende ein Kettenrad 28. Im unteren Teil der Ausgleichsstation 18 sind in vertikalem Abstand den Kettenrädern 27 und 28 gleich große Kettenräder 29 bzw. 30 gegenübergestellt, die als Umlenk-Kettenräder oder auch als Antriebs-Kettenräder dienen können. Über die Kettenräder 27 und 29 ist eine Antriebskette 31 gelegt und über die Kettenräder 28 und 30 eine Antriebskette 32. Die Tänzerwelle 23 trägt an ihren beiden Enden je ein Kettenrad 33, das in die sich gegenüberliegenden Trume der Antriebsketten 31 und 32 greift und gleichen Durchmesser wie die Kettenräder 27, 28, 29 und 30 hat. Da die Zugwalze 16 und damit auch die Kettenräder 27 und 29 sowie die Antriebsketten 31 kontinuierlich laufen, werden bei stehenden Transportketten 19 und somit stehenden Antriebsketten 32 die Kettenräder 33 der Tänzerwelle 23 durch die Transportketten 31 mit nach unten genommen, wobei sich die Kettenräder 33 in den stehenden Antriebsketten 32 abwickeln. Es wird dadurch eine Drehbewegung mit gleichzeitiger Abwärtsbewegung der Tänzerwelle 23 erzeugt, durch die die von den Zugwalzen 16 und 17 zugeführte Materialbahn in einer Schlaufe nach unten geführt und an der der Thermoformstation 22 zugewandten Seite der Schlaufe an ihren Seitenrändern auf die mit Aufnadelelementen ausgestatteten Transportketten aufgenadelt wird. Bei einem Transportschritt werden die Kettenräder 28 und 30 sowie die Antriebsketten 32 mit der Geschwindigkeit und um das Vorschubmaß der Transportketten 19 angetrieben. Die Antriebsgeschwindigkeit dieser Teile während des Transportschrittes ist erheblich größer als die Laufgeschwindigkeit der auch während des Transportschrittes weiterhin laufenden Antriebsketten 31. Die Kettenräder 33 der Tänzerwelle 23 werden durch die Antriebsketten 32 mit nach oben mitgenommen und wickeln sich dabei in den Antriebsketten 31 ab. Dabei erfolgt ein Hub der Tänzerwelle 23 nach oben, der im wesentlichen einem halben Transportschritt der Transportketten 19 entspricht. Auf diese Weise erfolgt ein fortlaufendes Aufnadeln der heißen Transportbahn M bereits am jeweiligen Tiefstpunkt der Bahnschlaufe auf die als Spitzenketten ausgebildeten Transportketten 19. Während eines Transportschrittes heben die Transportketten 19 eine den Transportschritt entsprechende Länge der bereits aufgenadelten Materialbahn M aus der Bahnschlaufe. Die bereits am Tiefstpunkt der Bahnschlaufe aufgenadelte Materialbahn M wird von den Transportketten 19 dann spannungs- und faltenfrei in die Thermoformmaschine, beispielsweise eine Formpresse, gebracht.

Da der wesentliche Anteil der Materialbahn M nicht bis in den Bereich hoher Kristallisationsgeschwindigkeiten gekühlt wird, bleibt das Polypropylen der Materialbahn und der späteren Formlingwandung vor und während der Thermoformung im wesentlichen amorph.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen von dünnwandigen Formlingen aus teilkristallinem thermoplastischem Material, insbesondere Polyolefin wie Polypropylen, durch Thermoformen, wobei eine Bahn aus dem Material bei oberhalb des Kristallit-Schmelztemperatur-Bereiches liegender Temperatur extrudiert und unter Stabilisieren der Materialbahn und Bildung von tragfähigen Außenschichten auf eine Temperatur gekühlt wird, die noch oberhalb der Formtemperatur liegt, und die gekühlte Materialbahn einer Reckungsbehandlung unterworfen sowie in den für die Bildung der Formlinge genuteten Bereichen dem Thermoformvorgang unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Recken der Materialbahn im Verlauf des Kühlvorganges in deren sich dabei verfestigenden Außenschichten in Längsrichtung erfolgt,
• - daß das Längsrecken mit Beendigung des Kühlvorganges bzw. Einstellung der Thermoformtemperatur der Materialbahn beendet wird und
• - daß die Materialbahn seitlich gefaßt und unter Schrumpfen seitlich verspannt und mit dieser seitlichen Verspannung, aber zugspannungsfrei, in den Thermovorgang eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn in einem gleichzeitig mit der Aufhebung der Zugspannung erfolgenden zweiten Kühlschritt bis auf die Thermoformtemperatur gekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn im ersten Kühlungsschritt in ihren Außenschichten auf eine im Bereich hoher Kristallisationsgeschwindigkeit liegende Temperatur T_A gekühlt wird, während im Kernbereich der Materialbahn eine oberhalb des Bereiches hoher Kristallisationsgeschwindigkeit liegende Temperatur eingestellt wird und daß in dem unter Aufhebung der Zugspannung erfolgenden weiteren Kühlschritt eine Temperaturangleichung zwischen den Außenschichten und dem Kernbereich der Materialbahn mit Einstellung auf die Thermoformtemperatur vorgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Extrudieren und Kühlen der Materialbahn in kontinuierlichem Durchlauf und das Thermoformen unter schrittweisem Vorschub der Materialbahn ausgeführt werden, wobei zwischen der Beendigung des Kühlvorganges und dem Eingang in den Thermoformvorgang die Materialbahn durch eine vertikale Bahnschlaufe geführt und auch in dieser Bahnschlaufe der zugspannungsfreie Zustand in der Materialbahn aufrechterhalten wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der dem Ausgang einer Extruder-Breitschlitzdüse (10) ein mit Walzen versehenes Kühl- und Glättwerk nachgeschaltet ist, auf das in Vorschubrichtung eine Ausgleichsstation und eine Thermoformstation folgt, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Kühl- und Glättwerk (11) eine gekühlte Abziehvorrichtung (Zugwalzenpaar 16, 17) folgt, dessen Abziehgeschwindigkeit 3% bis 10% höher als die Laufgeschwindigkeit des Kühl- und Glättwerkes (Umfangsgeschwindigkeit der ausgangsseitigen Kühl- und Glättwalze 4) ist, und
daß in der zwischen Abziehvorrichtung (16, 17) und Thermoformstation (22) angeordneten Ausgleichsstation (18) die Materialbahn (M) zugspannungsfrei geführt ist, wobei die Ausgleichsstation (18) zur Aufnahme einer nach unten gerichteten Schlaufe der Materialbahn (M) ausgebildet ist, derart, daß an der der Thermoformstation (22) zugewandten Seite ein Paar von das aufwärts laufende Trum der Materialbahn (M) aufnehmenden und tragenden Transportketten (19) und nach unten abschließend ein Paar von die Materialbahn (M) umlenkenden und auf die Transportketten (19) aufbringenden Aufnadelscheiben (20) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Extruderdüse (10), die Kühlvorrichtung (11) und die Abziehvorrichtung (15) für kontinuierlichen Vorschub der Materialbahn (M) und die durch die Thermoformstation (22) führende Transportvorrichtung einschließlich der die Ausgleichsstation nach der Thermoformstation (22) zu abgrenzenden Transportketten (19) für schrittweisen Vorschub ausgebildet sind, während das Paar von Aufnadelscheiben (20) in Art einer Tänzerwalze vertikal auf- und abwärts beweglich geführt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar von Aufnadelscheiben (20) auf einer Tänzerwelle (23) angebracht ist, die über Antriebsketten (31, 32) und Kettenräder (27 bis 30) für Drehbewegung und Hebe- und Senkbewegung an die kontinuierlich laufende Abziehvorrichtung (15) (Walze 6) und die in Intervallen angetriebenen Transportketten (19) (Umlenk-Kettenräder 21) angeschlossen ist.