DE4236059C2 - Vorrichtung zum Herstellen von dünnwandigen, dreidimensionalen Kunststoffkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen von dünnwandigen, dreidimensionalen Kunststoffkörpern, mit ei­ ner Spanneinrichtung zum Einspannen eines flachen Kunststoff- Folienstücks, einer Heizstation zum Erwärmen des Folienstücks und einer Formstation mit einer dem herzustellenden Kunststoff­ körper entsprechenden Form, die in der Hauptablegerichtung des Folienstücks, also im wesentlichen senkrecht zur Folienspann­ ebene gegenüber der Spanneinrichtung verlagerbar ist, wobei die Spanneinrichtung Spannelemente mit Folienrandhaltern aufweist und wenigstens ein Spannelement in der Spanneinrichtung beweg­ bar geführt und mittels einer Steuereinrichtung während der An­ näherung zwischen der Form und der Spanneinrichtung einwärts zur Mitte der Folienspannebene bewegbar ist, wozu die Steuer­ einrichtung Führungselemente mit Führungskurven aufweist, die mit Anschlägen an dem bewegbaren Spannelement zusammenwirken.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits bekannt (DE 25 08 529 B2).

Mit der bekannten Vorrichtung werden Kunststoffolien zu den herzustellenden Kunststoffkörpern verarbeitet. Dies geschieht durch Vakuum-Tiefziehen der durch Er­ wärmung plastisch verformbaren Folie. Beim Tiefziehen kann es je nach der Form des herzustellenden Körpers stellenweise zu übermäßig starken Streckungen der Folie kommen, was zu unzulässig dünnen Wandstärken an den betreffenden Stellen führt. Daher wird die be­ reits erwärmte Folie bzw. Kunststoffplatte bei der bekannten Vorrichtung von zwei gegen­ überliegenden Seiten her einwärts nachgeführt, um beim Ablegen auf eine Form übermäßige örtliche Streckungen und entsprechende Materialverdünnungen an schräg oder gar senkrecht abfallenden Formflächen zu vermeiden oder zumindest zu verringern. Dazu sind zwei Klemmelemente aufweisende Spannleisten vorgesehen, die parallel und in veränderbarem Abstand zueinander gehalten und geführt sind. Hiermit lassen sich die Folienstücke aber nur an gegenüberliegenden Seiten einspannen und erfassen. Entspre­ chend eingeschränkt sind die Handhabungsmöglichkeiten für die Folie, insbesondere auch hinsichtlich der dem Formvorgang vor­ angehenden Erwärmung. Als Folge lassen sich mit der bekannten Vorrichtung nur vergleichsweise schmale Folienstreifen verar­ beiten, wie es dem geringen Abstand zwischen den beiden Spann­ leisten entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrich­ tung so zu verbessern, daß sie weniger abhängig von der spe­ ziellen Formgebung und von der Größe des zu verformenden Foli­ enstücks ist, also universeller eingesetzt werden kann, wobei einer Faltenbildung durch ungenügende Einspannung des Folien­ stücks und dadurch hervorgerufenen Fehlern vorgebeugt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spannelemente mit den Folienrandhaltern einen Spannrahmen zur umlaufenden Randeinspannung des Folienstücks bilden und daß den Folienrandhaltern wenigstens eines Teils der Spannelemente in der Formstation angeordnete und betätigbare Steuerelemente zum Freigeben des betreffenden Folienrandes während der Relativbe­ wegung zwischen der Form und dem Spannrahmen zugeordnet sind.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß ist somit ein geschlossener Spannrahmen vorge­ sehen, der vorzugsweise eine Rechteckform aufweist und dabei das Folienstück an allen vier Seiten ergreift und spannt. In Verbindung damit ist eine Aufsteuerung der Folienrandhalter in der Formstation zu Beginn der Formgebung vorgesehen, damit das Folienstück sich beim Ablegen auf die Formfläche zumindest teilweise quer zur Hauptablegerichtung bewegen kann, wodurch übermäßigen örtlichen Streckungen der Folie vorgebeugt wird. Durch dieses während des Ablegens erfolgende Nachführen der Fo­ lie quer zur Hauptablegerichtung werden starke örtliche Materi­ alverdünnungen weitgehend vermieden. Dabei wird dieses Ergebnis erreicht, ohne daß auf eine allseitige Randeinspannung des Fo­ lienstücks verzichtet werden muß. Wegen dieser allseitigen Randeinspannung lassen sich auch vergleichsweise große Folien­ stücke verarbeiten, ohne daß sich dabei Probleme infolge der Erweichung der Folie durch die Erwärmung ergeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher be­ schrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf wesentliche Teile eines Spannrahmens für die Kunststoff-Folie;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 zusammen mit einer schematischen Darstel­ lung einer unteren Form und einer oberen Form und dem Spannrahmen;

Fig. 3 in Draufsicht eine schematische Darstellung eines Drehtisches und

Fig. 4 eine Darstellung von zum Befestigen und Lösen der Kunststoff-Folie dienenden Einzelmerkma­ len.

Um einen dünnwandigen, dreidimensional gestalteten Körper, wie z. B. ein Innenverkleidungsteil für das Radgehäuse eines Kraftfahrzeuges aus einer Kunststoff-Folie 1 herzustellen, kann ein in Fig. 3 schematisch dargestellter Drehtisch 2 dienen. Er umfaßt einen nicht dargestellten Rol­ lenbock für eine Folienrolle und eine Schneid- oder Stanz­ vorrichtung, mit deren Hilfe Folienstücke 3 geeigneter. Grö­ ße abgetrennt werden, sobald sie sich in einer Materialauf­ nahmestation 4 befinden. Die Materialaufnahmestation 4 weist eine in Richtung des Pfeiles a bewegbare Folienüber­ gabeeinrichtung 5 auf, die dazu dient, das Folienstück 3 einer bewegbaren Spanneinrichtung 6 zuzuführen, welche das Folienstück 3 in eine erste Heizstation 7 und gegebenen­ falls in eine weitere Heizstation 8 und schließlich in eine Formstation 9 transportiert. Neben der Formstation 9 ist schließlich noch eine Entnahmestation 10 angeordnet, aus der - der dünnwandige, dreidimensional geformte und aus Kunststoff-Folie bestehende, eine gleichmäßige Wandstärke aufweisende Körper entnommen werden kann.

Wesentlich zur Erreichung einer gleichmäßigen Materialstär­ ke beim fertigen Produkt ist die Spanneinrichtung 6 für die Kunststoff-Folie 1 sowie eine zugeordnete Steuereinrichtung 11 gemäß den Fig. 1 und 2.

Bei der Spanneinrichtung 6 handelt es sich um einen Spann­ rahmen 12 mit Rahmenelementen 13 und 14 bzw. 15 und 16, die zum Teil auch nicht starr miteinander verbunden sind. So sind an zwei im Abstand voneinander befindlichen Rahmen­ trägern 17 und 18 lediglich die sie verbindenden Rahmen­ elemente 13 und 14 starr angeordnet, während die weiteren Rahmenelemente 15 und 16 zwischen den Rahmenelementen 13 und 14 aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind. Hierzu sind die Rahmenelemente 15 und 16 auf Führungsmit­ teln 19 wie zum Beispiel auf Führungsstangen verschiebbar gelagert und ferner greifen Federn 20 an den Rahmenelemen­ ten 15 und 16 an und halten diese in der für den Transport der Kunststoff-Folie 1 durch die verschiedenen Stationen erforderlichen Position.

An den Rahmenelementen 13 bis 16 befinden sich schließlich noch Folienrandhalter 21 gemäß Fig. 4 für die Kunststoff- Folie 1. Zu den Folienrandhalter 21 gehören schwenkbar gelagerte Halteschienen 22 und jeweils am Rahmenteil 13 bis 16 eine Haltenut 23. Doppelarmige Hebel 24 dienen als Trä­ ger für die Halteschiene 22. Die Halteschiene 22 ist vor­ zugsweise ein Winkelprofil und greift mit seinem einen Schenkel 25 von oben her auf die Kunststoff-Folie 1 und zieht diese in die Haltenut 23, wie dies in gestrichelten bzw. in strichpunktierten Linien in Fig. 4 dargestellt ist.

Um die Halteschiene 22 in die in ausgezogenen Linien in Fig. 4 dargestellte Position bzw. in die in gestrichelten Linien in Fig. 4 dargestellte Position zu verschwenken, dienen Steuerelemente 26 bzw. 27.

Um die Halteschiene 22 aus der Stellung "auf" in die Hal­ testellung zu verschwenken, läuft das Steuerelement 26 über eine Steuerkurve 28 auf der Rückseite des doppelarmigen Hebels 24. Zum Öffnen drückt das zweite Steuerelement 27 auf den zweiten Arm 29 des doppelarmigen Hebels 24 und verschwenkt ihn um seine Lagerachse 30 in die Stellung "auf".

Die Lagerung von wenigstens zwei doppelarmigen Hebeln 24 an jedem Rahmenelement 13 bis 16 und die Ausbildung der jeweiligen Haltenuten 23 erfolgt des weiteren mit Hilfe der in Fig. 4 dargestellten Teile.

Die Rahmenelemente 13 bis 16 sind Trageleisten mit der not­ wendigen Länge und mit ausreichender Breite. Um diese Brei­ te zu erzielen, sind gemäß Fig. 4 auch Winkelprofile 31 vorgesehen und stützen mit ihrem einen Schenkel 132 die Kunststoff-Folie 1 im Bereich der Haltenut 23.

Es versteht sich schließlich, daß die mit dem doppelarmigen Hebel 24 zusammenwirkenden Steuereleinente 26 und 27 jeweils selbstbewegbar angeordnet sind, wobei sich die Steuerele­ mente 26 im Bereich der Folienübergabeeinrichtung 5 befin­ den, während die Steuerelemente 27 in der Formstation 9 angeordnet sind.

In der Formstation 9 befindet sich eine Form 32 z. B. in Ge­ stalt einer Patrize, der eine Matrize 33 zweckmäßigerweise zugeordnet ist. Die Oberfläche 34 der Form 32 dient als formgebende Oberfläche. Die Formgebung kann mit Vakuum bzw. Unterdruck unterstützt werden.

Die Form 32 ist auf einem Träger 35 angeordnet. Ein Träger 36 ist für die Oberform oder Matrize 33 vorgesehen. Gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die Form 32 unter dem Spannrahmen 12 und somit unter­ halb von der Kunststoff-Folie 1. Die Oberform oder Matrize 33 befindet sich über der Kunststoff-Folie 1. Die Form 32 und die Oberform 33 sind aufeinander zu bewegbar, wie dies anhand der Pfeile b und c angedeutet ist.

Es versteht sich, daß sich die Kunststoff-Folie 1 um die Form 32 legt, wenn die Form 32 quer zur Ebene der Kunst­ stoff-Folie 1 bewegt wird. Es erfolgt eine formschlüssige Anlage, wenn dieser Vorgang mit Hilfe der Oberform 33 un­ terstützt wird. Um hierbei eine Streckung der Kunststoff- Folie 1 zu vermeiden, bewegt sich nicht nur die Form 32 re­ lativ zur Kunststoff-Folie 1, so daß sich die Kunststoff- Folie 1 auf die formgebende Oberfläche 34 der Form 32 legt, sondern die Kunststoff-Folie 1 bewegt sich zumindest teil­ weise zugleich quer zur Hauptablegerichtung entsprechend dem Pfeil D. Um dies zu erreichen, ist die Steuereinrich­ tung 11 vorgesehen. Diese Steuereinrichtung 11 bewirkt, daß die Rahmenelemente 15 und 16 aufeinander zu verschoben werden, sobald die Kunststoff-Folie 1 sich nicht nur auf Flächen 37 auflegt, die parallel zur Einspannebene der Kunststoff- Folie 1 liegen, sondern sich auch auf solche Flächen 38 und 39 legt, die winklig zur Einspannebene der Kunststoff-Folie 1 stehen. Entsprechend der Neigung der Flächen 38 bzw. 39 zur Einspannebene der Kunststoff-Folie 1 werden die Rahmen­ elemente 15 und 16 des Spannrahmens 12 mehr oder weniger nach­ geschoben und erlauben daher der Kunststoff-Folie 1, sich spannungsfrei oder annähernd spannungsfrei auf der Form 32 abzulegen. Dies geschieht, während der Träger 35 die Form 32 gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel anhebt und von unten gegen die Kunststoff-Folie 1 bewegt.

Um die erforderliche Bewegung der Rahmenelemente 15 und 16 zu erreichen, sind Führungselemente 40 und 41 mit Führungskur­ ven 42 und 43 gemäß Ausführungsbeispiel ebenfalls auf dem Träger 35 angeordnet. Die Führungskurven 42 und 43 laufen beim Anheben des Trägers 35 gegen Anschläge 44, 45 an den Rahmenelementen 15, 16 und drücken diese gegen die Kraft der Federn 20 in einer Richtung aufeinander zu. Die Form und Gestalt der Führungskurven 42, 43 ist an die Form und Ge­ stalt bzw. die Neigung der verschiedenen Flächen 37 bis 39 der Form 32 angepaßt und so gewählt, daß sich die Kunst­ stoff-Folie 1 genau und möglichst spannungsfrei auf die Oberfläche 34 der Form 32 legt.

Während die Rahmenelemente 15 und 16 von den Führungselementen 40 und 41 verschoben werden, halten die Rahmenelemente 15 und 16 nach wie vor die zugehörigen Ränder 46 und 47 der Kunststoff-Folie 1. Die beiden anderen Ränder der Kunst­ stoff-Folie 1 im Bereich der beiden Rahmenelemente 13 und 14 sind zu diesem Zeitpunkt von den dort befindlichen Halte­ schienen 22 freigegeben, so daß sie sich aus den dortigen Haltenuten 23 lösen können. Die haltenden Elemente 21 im Bereich der beiden Rahmenelemente 13 und 14 behindern daher während des Ablegens der Kunststoff-Folie 1 auf die Form 32 den Ablegevorgang nicht.

Eine gleichmäßige Materialstärke bei Verwendung von Kunst­ stoff-Folie 1 bzw. auch bei Verwendung von anderem Bahnma­ terial aus Kunststoff wird dadurch erreicht, daß die Kunst­ stoff-Folie / das Bahnmaterial lediglich auf die formgeben­ de Oberfläche 34 einer Form 32 aufgelegt wird. Hierbei wer­ den mindestens zwei gegenüberliegende Ränder 46, 47 bzw. Randbereiche der Kunststoff-Folie 1 und benachbarte Teile der Kunststoff-Folie 1 beim Ablegen zugleich aufeinander zu bewegt, so daß an der Form 32 genügend Material zur Ver­ fügung steht, um sich spannungsfrei auf die Oberfläche 34 der Form 32 legen zu können. Die während des Erwärmens in der bzw. den Heizstationen 7 und 8 an vier Seiten 48 und 49 bzw. 50 und 51 gehaltene Kunststoff-Folie 1 wird wäh­ rend des Ablegens auf die Oberfläche 34 der Form 32 nur noch an den beiden Seiten 48 und 50 bzw. den entsprechen­ den Rändern 46 und 47 gehalten und ferner bewegen sich die­ se Ränder 46 und 47 in Abhängigkeit von den Flächen 37 bis 39 der Oberfläche 34 der Form 32. Die hierzu erforderliche Bewegung der Ränder 46 und 47 kann durch Berechnung oder empirisch ermittelt werden. Wesentlich ist nur, daß der Spannrahmen 12 die Kunststoff-Folie 1 nicht starr, hält, sondern mit Hilfe von gesondert beweglichen Rahmenelementen 15, 16 erreicht wird, daß sich die Kunststoff-Folie 1 oder zumindest Teile von ihr in geführter Art und Weise zur Form 32 hin bewegt.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Herstellen von dünnwandigen, dreidimensio­ nalen Kunststoffkörpern, mit einer Spanneinrichtung (6) zum Einspannen eines flachen Kunststoff-Folienstücks (1), einer Heizstation (7, 8) zum Erwärmen des Folienstücks (1) und einer Formstation (9) mit einer dem herzustellenden Kunst­ stoffkörper entsprechenden Form (32), die in der Hauptable­ gerichtung (D) des Folienstücks (1), also im wesentlichen senkrecht zur Folienspannebene gegenüber der Spanneinrich­ tung (6) verlagerbar ist, wobei die Spanneinrichtung (6) Spannelemente (13 bis 16) mit Folienrandhaltern (21) auf­ weist und wenigstens ein Spannelement (15, 16) in der Spanneinrichtung (6) bewegbar geführt und mittels einer Steuereinrichtung (11) während der Annäherung zwischen der Form (32) und der Spanneinrichtung (6) einwärts zur Mitte der Folienspannebene bewegbar ist, wozu die Steuereinrich­ tung (11) Führungselemente (40, 41) mit Führungskurven (42, 43) aufweist, die mit Anschlägen (44, 45) an dem bewegbaren Spannelement (15, 16) zusammenwirken, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spannelemente (13 bis 16) mit den Folienrand­ haltern (21) einen Spannrahmen (12) zur umlaufenden Rand­ einspannung des Folienstücks (1) bilden und daß den Folien­ randhaltern (21) wenigstens eines Teils der Spannelemente (13 bis 16) in der Formstation (9) angeordnete und betätig­ bare Steuerelemente (27) zum Freigeben des betreffenden Fo­ lienrandes während der Relativbewegung zwischen der Form (32) und dem Spannrahmen (12) zugeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein rechteckiger Spannrahmen (12) aus vier Spannelementen (13 bis 16) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannrahmen (12) zwei bewegbare Spannelemente (15, 16) aufweist, die einander gegenüberliegend angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuerelemente (27) den Folienhaltern (21) an den starren, also nicht bewegbaren Spannelementen (13, 14) zugeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führungskurven (42, 43) der Führungs­ elemente (40, 41) in der Hauptablegerichtung (D) geneigte Flächen (38, 39) haben, die der Form (32) angepaßt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbaren Spannelemente (13, 14) mittels Federn (20) in ihre äußere Stellung weg von der Mitte der Folienspannebene vorgespannt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Folienrandhalter (21) an den Spann­ elementen (13 bis 16) jeweils eine Haltenut (23) und eine Halteschiene (22) zum Eindrücken des Folienrandes in die Haltenut (23) aufweisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteschienen (22) an doppelarmigen, schwenkbar gela­ gerten Betätigungshebeln (24) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungshebel (24) rückseitig je eine Steuerkurve (28) für die Verschwenkung der betreffenden Halteschienen (22) zwischen der Freigabestellung und der Spannstellung aufweisen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie einen Drehtisch (2) für den Transport des Spannrahmens (12) durch eine Beschickungsstation (4, 5) zum Zuführen und Einspannen der Folienstücke (1), durch we­ nigstens eine Heizstation (7, 8) und durch eine Formstation (9) aufweist, der eine Entnahmestation (10) zum Entnehmen der hergestellten Kunststoffkörper zugeordnet ist.