DE4424926A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Extrudieren und zur Formgebung einer Platte - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Extrudieren und zur Formgebung einer oder mehrerer Platten sowie ein Verfahren zum Extrudieren und zur Formgebung.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Gebiet, das Blasformen, Thermo- bzw. Warmfor­ men und Druckformen oder Pressen umfaßt.

Bei der Formgebung durch Warmformen werden die beiden Teile der Form von einem Platten-Niederhalterrahmen und einer Halbform gebildet. Die Platte erlangt die be­ absichtigte Form in den meisten Fällen durch Absaugen der Luft zwischen der Platte und der Halbform oder in anderen Fällen durch Einleiten eines gasförmigen Fluids, im allgemeinen Luft, zwischen die Platte und den Platten-Niederhalterrahmen, der in diesem Fall zur Gewährleistung der Luftdichtheit einen abgeschlossenen Boden haben muß. In beiden Fällen wird der Formgebungsvorgang, insbesondere wenn ein Tiefziehen erfolgen soll, durch einen Vor-Aufblas-Schritt vorbereitet, bei dem ein gasförmiges Fluid zwischen die Halbform und die Platte eingeleitet wird, um dieselbe vorzudehnen.

Beim Druckformen wird der Platte die beabsichtigte Form durch Schließen von zwei komplementär ausgebildeten Halbformen gegeben, wobei die eine ein vertieftes Muster und die andere ein erhabenes Muster aufweist.

Das oben Gesagte betrifft das Hauptgebiet der industriellen Anwendung der Erfindung.

Dieses Gebiet begrenzt jedoch nicht den Schutzumfang der Erfindung, der jedes äquivalen­ te Gebiet abdeckt, bei dem es notwendig ist, Arbeitsgänge zur Formgebung von vor­ geformtem Polymermaterial durchzuführen.

Formgebungssysteme der oben beschriebenen Art sind bekannt. In beiden Fällen wird das thermoplastische Polymermaterial zunächst kontinuierlich extrudiert und im allgemeinen durch mehrere Schichten unterschiedlichen Materials gebildet. Insbesondere bildet die höherwertige Schicht, beispielsweise aus Methacrylat oder Polycarbonat, die exponierte Außenfläche des Produkts, während die tragenden Schichten aus weniger wertvollen Materialien bestehen. Es können auch Schichten, die eine Barriere gegen Sauerstoff bilden bzw. Klebschichten oder dergleichen vorgesehen werden. Nach dem Extrudieren werden die Platten abgekühlt und, wenn sie flexibel sind, aufgerollt oder, was häufiger üblich ist, als starre Platten aufgestapelt. Während der Formgebung müssen die Platten auf eine Temperatur aufgeheizt werden, die sicherstellt, daß das Material genügend weich wird, um den Formgebungsvorgang zu ermöglichen, der beispielsweise beim Tiefziehen eine große Streckung des Materials mit sich bringt. Jedoch darf das Material nicht zu schnell aufgeheizt werden, weil dann die Gefahr besteht, daß die Oberfläche der Platte schmilzt, während ihr innerer Bereich noch starr und zerbrechlich bleibt. Dementsprechend werden aufzuheizende Platten in der Praxis durch sehr lange Öfen geschoben (bis zu 20 m lang), wo sie gleichmäßig, im allgemeinen durch Strahlung, aufgeheizt werden, bis sie zur Formgebung bereit sind. In jedem Fall ist die Außentemperatur der Platte in unvor­ teilhafter und unvermeidlicher Weise höher als die Innentemperatur ihres inneren Berei­ ches. Dies führt während der Formgebung zu Problemen, da die Oberfläche der Platte dazu neigt, einzufallen und/oder an der Formwandung kleben zu bleiben, während der mittlere Bereich kaum denjenigen Plastizitätszustand erreicht, der für eine gute Streckung erforderlich ist. Ferner benachteiligt der hohe Energieverbrauch der Öfen das ganze Verfahren.

Das bekannte Blasformen erfordert das Extrudieren eines heißen Rohrkörpers, der innen aufgeblasen und dann gegen die beiden Formteile gedrückt wird. Die Zylinderform des Extrudierkopfes ist ziemlich problematisch, weil es sehr schwierig ist, den Materialfluß längs des ganzen Umfangs des Rohrkörpers ausreichend gleichmäßig zu halten. Diese Probleme werden sogar noch schwerwiegender, wenn es erforderlich ist, ein Mehr­ schichtenmaterial zu erzeugen, und sie werden in der Praxis im wesentlichen unlösbar, wenn eine der Schichten erheblich dünner als die anderen ausgeführt werden muß, insbesondere wenn ein thermoplastisches Material mit hohen MFI- (Schmelzindex-) Werten verwendet wird oder wenn große Gegenstände und/oder Gegenstände geformt werden sollen, die eine große plastische Streckung des Materials erfordern. Ferner ist die Zylinderform des Rohrkörpers zwar zum Blasformen fertiger Erzeugnisse der verschieden­ sten Formen besonders geeignet. Sie ist hingegen kaum für Paneele, Türen oder jedenfalls für Teile geeignet, die eine große Oberfläche und eine sehr geringe Dicke haben.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese Nachteile zu überwinden und es zu ermöglichen, sogar Mehrschichtmaterialien mit hohen MFI-Werten ohne Vorheizofen zu formen, um dadurch eine vollständige Einsparung an Energie und Anlagen zu errei­ chen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine heiße Platte zu liefern, die fertig für die Formge­ bung ist und deren mittlerer Bereich etwas wärmer als die Oberfläche ist.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, automatisch, in einem einzigen Verfahren und ohne zusätzliche Verbindungsteile einen sehr tiefen Behälter mit einer hohlen Doppelwan­ dung herzustellen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Blasformgebung durch Anwendung von Formen zu ermöglichen, die der Form des Fertigerzeugnisses entsprechen, und so die Streckungen zu vermindern und dadurch thermoplastisches Material einzusparen, ins­ besondere bei Gegenständen mit einer im wesentlichen flachen Form.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ohne Schwierigkeiten, sogar durch Blasen, einen Mehrschicht-Verbundkörper zu formen, der aus verschiedenen Materialien mit Schichten besteht, die sogar stark unterschiedliche Dicken aufweisen können, wobei beispielsweise die Dicke der hochwertigen Außenschicht ein Zehntel der Dicke der Innenschicht beträgt.

Dieses Ziel sowie diese und andere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 erreicht bzw. gelöst.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nun im einzelnen anhand nicht einschränkender Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor­ richtung;

Fig. 2 eine Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 2;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 2;

Fig. 5 eine Teilschnittdarstellung einer Einzelheit der Vorrichtung nach Fig. 1 im vergrößerten Maßstab;

Fig. 6 eine Teilschnittdarstellung einer Einzelheit der Vorrichtung von Fig. 2 im vergrößerten Maßstab;

Fig. 7 eine Teilschnittdarstellung einer Einzelheit einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im vergrößerten Maßstab; und

Fig. 8 bis 13 Darstellungen einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 7 weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Extrudiereinrichtung 10 auf, die geeignet ist, ein thermoplastisches Polymerisat zu schmelzen und einer Sammelkammer 11 zuzuführen. Eine Extrusionsöffnung 12 ist schmal in bezug auf ihre Länge, die quer von einer Seite der Vorrichtung zur entgegengesetzten Seite verläuft. Mit anderen Worten verläuft die Extrusionsöffnung 12 im wesentlichen parallel zur Ebene von Formen 13. Sie kann, wie im Beispiel der Fig. 5, durch eine oder mehrere Zylinder/Kolben-Einheiten 9 eingestellt werden, die den Durchlaß des Material­ flusses zur Kompensation jeder während des Extrudierens auftretenden Streckung enger oder weiter machen.

Die Extrusionsöffnung 12 ist an die Sammelkammer 11 angeschlossen. Ein durch eine hydraulische Einrichtung 15 betätigter Kolben 14 dringt mit einer hin- und hergehenden Bewegung in die Sammelkammer 11 ein und ermöglicht die allmähliche Füllung und schnelle Entleerung der Sammelkammer 11. Die Sammelkammer 11 und der Kolben 14 sind quer zur Vorrichtung angeordnet. Mit anderen Worten sind sie im wesentlichen parallel zur Ebene der Formen 13 angeordnet. Die Formen 13 sind unter der Öffnung 12 angeordnet und können sich, wie durch einen Pfeil 17 angezeigt ist, in einer im wesentli­ chen horizontalen Richtung bewegen.

Zur Herstellung eines Vielschicht-Verbundkörpers aus verschiedenen Materialien sind mehrere Extrudiereinrichtungen 10 vorgesehen. Jede Extrudiereinrichtung 10 kann ein gesondertes thermoplastisches Polymerisat schmelzen und der Sammelkammer 11 zuführen. Wenn beispielsweise zwei Extrudiereinrichtungen 10 verwendet werden, wird die extrudierte Platte aus zwei Schichten gebildet, die aus unterschiedlichem thermoplasti­ schem Material bestehen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gibt es zwei Extrusionsöffnungen 12, deren jede an eine andere Sammelkammer 11 angeschlossen ist.

In Übereinstimmung mit Fig. 1 und 5 hat jede Sammelkammer 11 einen Kolben 14, wobei alle Kolben 14 mittels einer einzigen Hydraulikeinheit 15 betätigt werden, die die beiden Kolben 14 gleichzeitig betätigt. Diese Ausführungsform ist besonders für das Blasformen geeignet, weil sie es gestattet, wie nachfolgend beschrieben wird, zwei Platten gleichzeitig zu extrudieren.

In Übereinstimmung mit Fig. 2, 3, 4 und 6 kann jede Sammelkammer 11 auch einen eigenen, unabhängig betätigten Kolben 14 aufweisen. In diesem Fall gibt es zur Betätigung jedes Kolbens 14 eine getrennte Hydraulikeinheit 15. Diese Ausführungsform ist beson­ ders geeignet für das Warmformen, das Druckformen oder für gemischte Verfahren, welche das Blasformen einschließen, weil sie es ermöglicht, in schneller Folge eine erste Platte zu extrudieren und zu formen und dann eine zweite Platte zu extrudieren und zu formen.

Wenn es notwendig ist, einen Vielschicht-Verbundkörper unter ziemlich kritischen Bedingungen zu formen, ist es möglich, eine für diese Fälle bevorzugte Ausführungsform zu benutzen, die unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 7 dargestellt ist. Diese illustriert eine besondere Art von Extruderkopf, der in die Gesamtvorrichtung beispiels­ weise als Ersatz des in Fig. 6 dargestellten Kopfes eingebaut werden kann. Entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 7 ist die Öffnung 12 an mehrere Sammelkammern 11a, 11b und 11c angeschlossen. Jede dieser Sammelkammern hat ihren eigenen Kolben 14, 14b und 14c, der mittels einer unabhängigen Hydraulikeinheit 15a, 15b und 15c betätigt wird. Diese Ausführungsform ermöglicht es, die relative Dicke der verschiedenen Schichten durch Variation des Hubs und der Relativgeschwindigkeit der Kolben 14a, 14b und 14c beliebig zu ändern. Auf diese Weise ist es ferner möglich, fehlerhafte Packungen der verschiedenen Schichten in einer einzigen Sammelkammer zu vermeiden, insbesondere wenn sich die relativen Anteile der verschiedenen Schichten stark unterscheiden. Es ist somit möglich, mehr als zehnfache Differenzen in den Dicken der verschiedenen Schichten zu erreichen, verbunden mit der Möglichkeit, sehr hochwertige Materialien in sehr geringen Dicken vorzusehen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Formgebung eines Körpers aus thermopla­ stischem Material mit den folgenden Schritten:

• (i) Sammeln eines geschmolzenen thermoplastischen Polymerisats in einer Sammelkam­ mer, die im wesentlichen parallel zur Ebene der Formen liegt;
• (ii) Vorschieben eines Kolbens, der zum schnellen Extrudieren einer heißen Platte in die Sammelkammer eindringt;
• (iii) Schließen von zwei Formteilen, um die heiße Platte zu erfassen und ihr die be­ absichtigte Form zu geben.

Dieses Verfahren kann bei der Formgebung durch Warmformen angewandt werden, z. B. für den Fall, daß die beiden Formteile durch einen Platten-Niederhalterrahmen und eine Halbform gebildet sind. Die beabsichtigte Form wird der Platte dadurch gegeben, daß die Luft zwischen der Platte und der Halbform abgesaugt oder ein gasförmiges Fluid zwischen der Platte und dem Niederhalterrahmen eingeleitet wird. Es ist ferner möglich, einen Behälter mit einer hohlen Doppelwand zu formen, wie beispielsweise einen solchen, wie er bei Kühlschränken zum Halten der Kälte benutzt wird, indem das oben beschriebene Thermoformgebungsverfahren mit den folgenden zusätzlichen Schritten integriert wird:

• (iv) schnelles Extrudieren einer zweiten heißen Platte;
• (v) Aufkleben der zweiten heißen Platte auf den Rand der bereits geformten Platte;
• (vi) Formen der zweiten Platte in die gewünschte Form durch Einleiten eines gasförmigen Fluids zwischen die schon geformte Platte und die zweite Platte. In diesem Fall ist der hergestellte hohlwandige Behälter automatisch fertig bearbeitet und mit Sicherheit dicht. Es besteht keine Notwendigkeit, die beiden Teile miteinander zu verbinden, was zusätzli­ che Arbeit und unzuverlässige Verbindungsstellen bedeuten würde. Dieses Verfahren ist durch die Fig. 8 bis 13 beispielhaft dargestellt, wobei die Zahlen 12 die Extrusionsöff­ nung, 20 und 21 die beiden Formteile, 22 und 23 die erste und die zweite Platte, 24 und 25 Blas- bzw. Absaugleitungen und 26 ein drittes Formteil bezeichnen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Blasformen benutzt werden. In diesem Fall umfaßt Schritt (ii) die Extrusion zweier im wesentlichen paralleler Platten. Die beiden Formteile werden durch zwei Halbformen gebildet, und der Schritt (iii) umfaßt das Einblasen eines gasförmigen Fluids zwischen die beiden Platten. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform dieses Blasformgebungs-Verfahrens beginnt das Einblasen, bevor die beiden Halbformen geschlossen sind. Auf diese Weise ist es möglich, ein zufälliges gegenseitiges Zusammenkleben der beiden heißen Platten zu verhindern.

Das Verfahren nach dieser Erfindung kann zur Durchführung des Druckformens benutzt werden. In diesem Fall wird der einzelnen Platte die beabsichtigte Form durch Schließen von zwei komplementär gestalteten Halbformen erteilt, von denen die eine ein erhabenes Muster und die andere ein vertieftes Muster aufweist.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Extrudieren einer Platte, die zum Druck-, Warm- und/oder Blasfor­ men unmittelbar nach dem Extrudieren geeignet ist, gekennzeichnet durch eine Extrudier­ einrichtung (10), die geeignet ist, ein thermoplastisches Polymerisat zu schmelzen und einer Sammelkammer (11) zuzuführen, eine Extrusionsöffnung (12), die in bezug auf ihre Länge schmal ist, quer und im wesentlichen parallel zur Ebene von Formen (13; 20, 21) verläuft und an die Sammelkammer (11) angeschlossen ist, und einen Kolben (14), der in die Sammelkammer (11) einzudringen vermag, wobei die Sammelkammer (11) und der Kolben (14) in bezug auf die Vorrichtung quer angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei Extrudiereinrichtungen (10) aufweist, die geeignet sind, zwei unterschiedliche thermopla­ stische Polymerisate zu schmelzen und mindestens einer Sammelkammer (11) zuzuführen, wobei die Platte aus mindestens zwei Schichten unterschiedlichen thermoplastischen Materials gebildet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Ex­ trusionsöffnungen (12) aufweist, die an je eine andere Sammelkammer (11) angeschlossen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede verschiedene Sammelkammer (11) einen eigenen, unabhängig betätigten Kolben (14) aufweist.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Extrusionsöffnung (12) an eine Vielzahl von Sammelkammern (11a, 11b, 11c) angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sammelkammer (11a, 11b, 11c) einen eigenen, unabhängig betätigten Kolben (14a, 14b, 14c) aufweist.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Formen (13) unter der Extrusionsöffnung (12) angeordnet sind und sich in einer im wesentlichen horizontalen Richtung (17) bewegen.

8. Verfahren zur Formgebung eines Körpers aus thermoplastischem Material, gekenn­ zeichnet durch die folgenden Schritte: Sammeln eines geschmolzenen, thermoplastischen Polymerisats in einer Sammelkammer (11), die im wesentlichen parallel zur Ebene von Formen (13) angeordnet ist, Vorschieben eines Kolbens (14), der zum schnellen Ex­ trudieren einer heißen Platte in die Sammelkammer (11) eindringt, und Schließen der beiden Formen (13; 20, 21), um die heiße Platte zu erfassen und ihr die beabsichtigte Form zu geben.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Formen ein Platten-Niederhalterrahmen (21) sowie eine Halbform (20) sind und die beabsichtigte Form der Platte (22) durch Absaugen der Luft zwischen der Platte (22) und der Halbform (20) oder durch Einblasen eines gasförmigen Fluids zwischen der Platte (22) und dem Niederhalterrahmen (21) erzeugt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es noch die folgenden Schritte aufweist: schnelles Extrudieren einer zweiten heißen Platte (23), Ankleben der zweiten heißen Platte an den Rand der bereits geformten Platte (22) und Formen der zweiten Platte (23) in die gewünschte Form durch Einblasen eines gasförmigen Fluids zwischen die schon geformte Platte (22) und die zweite Platte (23).

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorschieben des Kolbens zwei im wesentlichen parallele Platten (22, 23) extrudiert werden, die beiden Formen aus zwei Halbformen gebildet werden und beim Schließen der beiden Formen ein gasförmiges Fluid zwischen die beiden Platten eingeblasen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Einblasen des Fluids vor dem Schließen der beiden Halbformen beginnt.

13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Form der Platte (23) durch Schließen von zwei komplementären Halbformen (20, 26) erzeugt wird, von denen die eine ein erhabenes Muster und die andere ein vertieftes Muster aufweist.

14. Jegliches neu beschriebene Merkmal oder jegliche neue Kombination von Merkmalen.