DE60201862T2

DE60201862T2 - Thermoformwerkzeug zum formen von Kunststofffolie

Info

Publication number: DE60201862T2
Application number: DE2002601862
Authority: DE
Inventors: Michel Marcel; Christophe Marcel
Original assignee: TECHNOLOGIQUE DE PRECISION MECANIQUE NOISY-LE-GRAND Ste; TECHNOLOGIQUE DE PREC MECANIQU; Technologique De Precision Mecanique Ste
Current assignee: Ermi Form Sarl Chateaudun Fr
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2022-06-26
Also published as: EP1270178A1; EP1270178B1; ES2232720T3; FR2826310B1; FR2826310A1; DE60201862D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Wärmeformen oder ein Thermoformwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das bei der Herstellung von Verpackungen aus Kunststoffmaterial(ein) eingesetzt wird, welche dazu bestimmt sind, verschiedene Produkte (flüssige, cremige, feste Produkte in körniger oder pulverförmiger Form, deren Dosierung einen so genannten „halb-flüssigen" Zustand erfordert), beispielsweise Nahrungsmittel- oder Kosmetikprodukte und allgemeiner die Verbrauchsprodukte, die eine Verpackung benötigen, zu verpacken.
Ein Werkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der Schrift JP 09 019958 bekannt.
Die bekannten Formwerkzeuge sind auf die Herstellung eines Produktes „abgestellt", und wenn gewünscht wird, ein Endprodukt mit etwas abweichenden Formen zu erhalten, muss das Werkzeug vollständig ersetzt werden.
Die Erfindung hat zum Ziel, diesem Nachteil abzuhelfen und ebenfalls eine Herstellung im relativ hohen Takt von kostengünstigen Verpackungen zu ermöglichen, die trotzdem eine hohe Festigkeit aufweisen.
Hierzu betrifft die Erfindung ein Werkzeug gemäß Anspruch 1.
Dank dieser Anordnung wird das Kunststoffmaterial oder werden die Kunststoffmaterialien in Schritten immer weiter verformt, was dem Material oder den Materialien eine Ruhe- und Stabilisierungszeit zwischen den Verformungsphasen lässt. Am Ausgang der Module, wo die gewünschte Form und Temperatur erreicht sind, ist das Band aus Kunststoffmaterialien) bereit, in ein Modul eingeführt zu werden, das ihm die gewünschte Endform und das gewünschte Endvolumen verleiht. Dieses Werkzeug ermöglicht das Formen von Bändern mit mehrschichtiger Struktur, die aus Schichten aus unterschiedlichen Materialien bestehen, sowie von Bändern mit einer Schicht.
Das Werkzeug kann außerdem eine oder mehrere Eigenschaften aufweisen, die in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 14 dargelegt sind.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindurig werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung hervorgehen, welche in den beigefügten Zeichnungen illustriert ist, in welchen:
1 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs in einer Position ist, in welcher die Module derart verschachtelt dargestellt sind, dass sie ein Band (hier aus einer Schicht zur Vereinfachung der Darstellung) aus Kunststoffmaterial, das in das Werkzeug eingeführt ist, warmverformen,
2 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, desselben Formwerkzeugs in einer Position ist, in welcher die Module voneinander beabstandet angeordnet sind, um das Ablaufen des Bandes zuzulassen, und
3 eine schematische Draufsicht auf den Träger und untere Formmodule des Werkzeugs der 1 und 2 ist.
Das in den 1 und 2 dargestellte Formwerkzeug ist dafür bestimmt, ein hier einschichtiges Band B aus Wärme verformbaren Kunststoffmaterial zu „formen" (d.h. tatsächlich zu verformen), welches schrittweise in eine erste Richtung abläuft, durch Materialbewegung unter der Einwirkung von Formmodulpaaren, deren Module einander gegenüberliegende Formflächen 2 mit komplementären Formen aufweisen, die auf eine geeignete Temperatur gebracht wurden, und zwischen denen der zu verformende Bereich des Bandes eingeklemmt und zusammengedrückt ist; das Band B aus Kunststoffmaterial wird mechanisch mit konstanter Geschwindigkeit zwischen den Modulen der Modulpaare angetrieben, wenn diese voneinander beabstandet angeordnet sind.
Dieses Thermoformwerkzeug umfasst zwei Modulträger 3, die jeweils einen Bereich in Form einer Platte 4 aufweisen, auf welcher zumindest eine Reihe abmontierbarer Module 1 derart angeordnet ist, dass jedes Modul einer Platte seine Formfläche gegenüber einer Formfläche mit komplementärer Form eines von der anderen Platte getragenen Moduls aufweist; die beiden Platten 4 erstrecken sich parallel zueinander und sind mechanisch mit Antriebsvorrichtungen (nicht dargestellt) in Translation in eine zweite, ungefähr senkrecht zu der ersten Richtung verlaufende Richtung derart verbunden, dass die Träger 3 und somit deren Formmodule 1, zwischen denen das Band angeordnet ist, abwechselnd miteinander und in Abständ zueinander zwischen einer Position bewegt werden können, in welcher die einander gegenüberliegenden Formflächen der Module ineinander verschachtelt sind, wobei sie zwischen sich einen Raum für das Band lassen, so dass sie dieses zusammendrücken, wenn es zwischen die Formflächen geführt wird, und einer Position, in welcher sie ausreichend voneinander beabstandet angeordnet sind, um das schrittweise Ablaufen des Bandes zwischen ihnen zuzulassen. Diese Antriebsvorrichtungen für die Träger der Module gehören zu einem geregelten System.
Jede Formmodulreihe besteht aus Modulen 1, die hintereinander in einer geradlinigen Ausrichtung in der ersten Richtung (oder der Längsrichtung) angeordnet sind, und die jeweiligen Modulreihen der beiden gegenüberliegend angeordneten Träger 3 weisen eine Verschachtelungsstärke auf, die in der Ablaufrichtung des Bandes derart zunimmt, dass das Material des Bandes verdrängt wird, um eine zunehmende Verformung jedes zu verformenden Bereiches des Bandes zu bewirken, und um das Material durch Kriechen in ein ausreichendes Raumvolumen zu sammeln, um zu der gewünschten Form zu gelangen.
In dem von den 1 und 2 illustrierten Fall, welcher der Herstellung von hohlen Verpackungen entspricht, deren Höhe erheblich größer ist als der Durchmesser, und bei denen die Endform am Verformungsausgang eine Form mit kegelstumpfartiger Seitenwand bildet, weisen die Module der einen der Reihen eine hohle Formfläche (weibliche Module) und die Module der anderen Reihe eine vorspringende Formfläche (männliche Module) auf, mit Ausnahme der Module am Eingang, die flach ausgebildet sind; außerdem werden die Aushöhlungen immer tiefer und die Vorsprünge immer höher in der Ablaufrichtung des Bandes; zudem liegen bei den hohlen Modulen die Flächen 5 zwischen den Aushöhlungen nicht alle genau auf der gleichen Höhe, sondern sind leicht versetzt angeordnet, und bei den vorspringenden Modulen liegen die Flächen 6 zwischen den Vorsprüngen ebenfalls nicht alle genau auf der gleichen Höhe, sondern sind derart leicht versetzt angeordnet, dass sich die Flächen zwischen den Aushöhlungen und die Flächen zwischen den Vorsprüngen in der Ablaufrichtung des Bandes einander annähern, um eine Abnahme der Dicke des Bandes zwischen den verformten Bereichen, in der Ablaufrichtung gesehen, zu bewirken.
Jeder Modulträger 3 kann nebeneinander mehrere Längsreihen von Modulen 1 tragen, wobei jede dieser Reihen selbstverständlich gegenüber einer Längsreihe komplementärer Module angeordnet ist, die von dem anderen Träger getragen wird, um auf dem Band B am Ausgang des Werkzeugs mehrere Längsreihen verformter Bereiche auszubilden. Die von einem gleichen Modulträger getragenen Modulreihen erstrecken sich somit nebeneinander und derart parallel zueinander, dass die Module in einer Matrixkonfiguration angeordnet sind, in welcher in der zu der Ablaufrichtung des Bandes und der Antriebsrichtung der Träger 3 (dritte Richtung, quer zu den Platten 4) senkrecht liegenden Richtung die Module einer gleichen Senkrechten alle identisch ausgebildet sind.
Wie zu sehen, ist die Verformung der Art Thermoverformung und es ist deshalb erforderlich, die Formflächen 2 der Module zu erhitzen.
Dazu umfasst jedes Modul 1 in der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform zumindest einen Kanal 7, der sich in der zweiten Richtung erstreckt, wobei jeder Kanal 7 als Aufnahme für einen elektrischen Heizwiderstand (nicht dargestellt) dient, der die Formfläche 2 auf eine höhere Temperatur als ungefähr 200°C bringen kann.
Dieser Kanal 7, der als Blindkanal ausgebildet ist, mündet einzig auf der Seite der Platte 4, um die elektrische Versorgung des Widerstandes zu ermöglichen; dahingegen erstreckt er sich auf der anderen Seite bis zu einem kleinem Abstand von der Formfläche, um diese wirksam zu erhitzen; in den Modulen, die einen Vorsprung von beträchtlicher Höhe aufweisen, erstreckt er sich im Inneren des Vorsprungs.
In jedem Modul bildet ein Kanal 8, der parallel zu dem die Aufnahme für den Widerstand bildenden Kanal 7 verläuft und diesem ähnlich ist, allerdings hier mit kleinerem Durchmesser, eine Aufnahme, in welcher ein Temperaturfühler (nicht dargestellt) angeordnet ist, welcher mit einem Regelkreis für die Temperatur des Moduls verbunden ist, um diesen Kreis fernzusteuern; in den Modulen, welche einen Hohlraum aufweisen, ist dieser Kanal, der eine Aufnahme für einen Fühler bildet, gegenüber des Bodens dieses Hohlraums angeordnet, d.h. ungefähr zentral in dem Modul, und das Gleiche gilt für die Module, die einen Vorsprung mit geringer Höhe aufweisen und ebenfalls für die Eingangsmodule; die weder eine Aushöhlung noch einen Vorsprung aufweisen.
Die Formmodule sind in Form von Stiften mit zwei Bereichen 1A, 1B ausgebildet, welche in Form von unterschiedlichen Teilen übereinander angeordnet sind, wovon das eine 1A, welches die Basis des Moduls bildet, an dem Träger befestigt ist, und das andere 1B mit der Formfläche 2 versehen ist. Wenn jede Platte 4 mehrere geradlinig in der Längsrichtung ausgerichtete Modulreihen 1 trägt, die nebeneinander angeordnet sind, sind die nebeneinander angeordneten Basisbereiche 1A der geradlinig in der Querrichtung ausgerichteten, identischen Stifte aus einem einzigen Stück in Form einer Basisquerleiste ausgebildet, und die nebeneinander angeordneten Formbereiche 1B dieser geradlinig in der Querrichtung ausgerichteten, identischen Stifte sind ebenfalls aus einem Stück in Form einer Formquerleiste ausgebildet (3). Der Basisbereich 1A jedes Moduls oder Stiftes oder mehrerer Module oder Stifte jeder Leiste weist einen Hohlraum auf, und der entsprechende Formbereich 1B weist gegenüberliegend eine Ausstülpung mit angepasster Form auf, welche die gegenseitige Positionierung der beiden Bereiche oder der beiden Leisten erleichtert. Die Stifte sind durch Schrauben (nicht dargestellt) zusammengebaut, und hier weist jeder Stift dazu zumindest einen mit Gewinde versehenen Kanal 9 auf, der sich parallel zu der Aufnahme 7 für den Widerstand und zu der Aufnahme 8 für den Fühler erstreckt; dieser Kanal 9 setzt sich in der Platte 4 fort und mündet außerhalb von dieser mit einer Schraubensenkung, welche die Aufnahme des Kopfes der Zusammenbauschraube ermöglicht.
Zur Vermeidung von Wärmeaustausch zwischen den erhitzten Formmodulen 1 und den Trägern ist eine Wärme isolierende Folie (nicht dargestellt in den Zeichnungen) zwischen jeder Platte 4 und den Modulen 1, die sie trägt, angeordnet. Außerdem weisen die Träger im Inneren ein Bündel oder ein Netz von Zirkulationskanälen 10 für eine Kühlflüssigkeit, wie Wasser, auf, und es handelt sich beispielsweise um Längskanäle oder/und Querkanäle.
Die Module 1 bestehen aus Metall, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung; um zu vermeiden, dass das Kunststoffmaterial des Bandes B an den Formflächen festklebt, sind diese mit einer abrasionsfesten Antihaftschicht versehen. Jeder Träger 3 trägt somit zwei Leistenschichten aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, deren Formflächen mit der abrasionsfesten Antihaftschicht versehen sind.
Es ist festzustellen, dass es zur Erhitzung der Formflächen 2 möglich ist, anstelle von in den Kanälen 7 angeordneten Heizwiderständen, in den Formmodulen oder in den Modulleisten integrierte Heizwiderstände oder Heizwiderstandsdrähte vorzusehen.
Um Bereiche eines Bandes aus Kunststoffmaterial, beispielsweise einem thermoplastischen Material, die dafür bestimmt sind, anschließend formgepresst zu werden, warm zu verformen, wird eine Vorderkante des Bandes zum Eingang des Werkzeugs zwischen die Träger 3 geführt, d.h. in die Nähe der Modulpaare 1 mit ebenen Formflächen; dann, wenn sich diejenigen Regionen dieser zu verformenden Bereiche, die am weitesten vorne liegen, zwischen den Modulen dieser ersten Modulpaare befinden, werden die Träger 3 einander angenähert, um das Band mit Hilfe der Formflächen der Module derart zu pressen, dass das Material dazu gebracht wird, in diejenigen Bereiche zu kriechen, die dann senkrecht zu der Ebene des Bandes herausgezogen werden; dann werden die Träger voneinander weg gezogen und das Band 3 läuft weiter zum Ausgang des Werkzeugs hin, und zwar über eine Länge, die einem Modulpaar entspricht, damit sich die herauszuziehenden Bereiche dann zwischen den Modulen der nachfolgenden Modulpaare befinden; die Träger 3 werden sodann einander angenähert, diese Bereiche werden zusammengepresst und senkrecht zu der Ebene des Bandes mit Hilfe der Formflächen 2 der Module dieser Modulpaare derart herausgezogen, dass dort Nippel B1 ausgebildet werden, während das Material, das die Nippel umgibt zu diesen hin verschoben wird, und dass die Bereiche, die sich zwischen den Modulen der Modulpaare mit ebenen Formflächen befinden wiederum gepresst werden, um das Material in die nachfolgenden herauszuziehenden Bereiche kriechen zu lassen; die Träger werden erneut voneinander beabstandet angeordnet, das Band wird um einen weiteren Schritt nach vorne bewegt und der Herausziehvorgang wird an den Nippeln B1 weiter verfolgt und in den Bereichen, wo das Material gesammelt worden ist, begonnen, während der Kriechvorgang in den Bereichen ausgelöst wird, die während des nächsten Schrittes herauszuziehen sind; das gleiche Verfahren setzt sich immer weiter Schritt für Schritt fort. Wenn die Nippel B1, die auf die gewünschten Abmessungen gezogen und auf die gewünschte Temperatur gebracht worden sind, aus dem Werkzeug heraus kommen, werden sie der Pressformphase unterzogen, welche dem geformten Bereich die gewünschte Endform und das gewünschte Endvolumen verleiht.
Obwohl sich die vorliegende Beschreibung zur Vereinfachung der Darlegung auf ein einschichtiges Band bezieht, ermöglicht dieses Werkzeug das Formen von mehrschichtigen Bändern oder Folien, deren Schichten eventuell aus unterschiedlichen Materialien bestehen, sowie das Formen von einschichtigen Bändern oder Folien.

Claims

Thermoformwerkzeug zum Formen eines Bandes (B) aus wärmeverformbarem(n) Kunststoff(en), das angetrieben wird, um schrittweise entlang einer ersten Richtung abzulaufen, dadurch gekennzeichnet, dass es einander gegenüberliegend angeordnet zumindest eine erste und zumindest eine zweite Reihe abmontierbare Formmodule (1) aufweist, die jeweils in Axialität entlang eines jeweiligen Modulträgers (3) befestigt sind, welcher sich in der Ablaufrichtung erstreckt, wobei die Module (1) von Stiften gebildet sind, welche dafür eingerichtet sind erhitzt zu werden, und welche paarweise zugeordnet sind mit jeweils einem Stift, der an dem einen der Träger befestigt ist und einem Stift, der an dem anderen Träger befestigt ist, wobei sie einander gegenüberliegend angeordnet sind und einander gegenüberliegende Formflächen (2) mit komplementären Formen aufweisen, die dafür eingerichtet sind sich ineinander zu verschachteln, wobei sie zwischen sich einen Raum definieren, der einer Dicke des Bandes entspricht, wobei die Träger (3) mit Antriebsvorrichtungen in Translation in einer zweiten, ungefähr senkrecht zu der Ablaufrichtung verlaufenden Richtung verbunden sind, welche dafür eingerichtet sind, die Träger abwechselnd miteinander und in Abstand zueinander zwischen einer Position zu bewegen, in welcher die Module (1) so verschachtelt sind, dass sie den Raum bilden, um das Band (B) zu formen, und einer Position, in welcher sie voneinander mit einem Abstand beabstandet angeordnet sind, der das Ablaufen des Bandes zwischen ihnen zulässt, und wobei die Stärke der Verschachtelung der Module in der Verschachtelungsposition in der Ablaufrichtung des Bandes gesehen zunimmt.
Werkzeug gemäß Anspruch 1, wobei die von dem einen der Träger (3) getragenen Module eine ausgehöhlte Formfläche (2) aufweisen und die von dem anderen Träger (3) getragenen Module (1) eine vorspringende Formfläche (2) aufweisen.
Werkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 und 2, wobei jeder Träger mehrere Modulreihen (1) aufweist, die sich nebeneinander erstrecken, und die jeweils einer von dem anderen Träger (3) getragenen komplementären Modulreihe (1) gegenüberliegend angeordnet sind.
Werkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Module (1) aus zwei Bereichen (1A, 1B) bestehen, die zu unterschiedlichen Teilen gehören, wovon das eine, welches die Basis des Moduls bildet, an dem Träger (3) befestigt ist und das andere mit der Formfläche (2) versehen ist.
Werkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeder Träger (3) mehrere Modulreihen (1) trägt, die sich nebeneinander derart erstrecken, dass die Module in einer Matrixkonfiguration angeordnet sind, in welcher in der zu der Ablaufrichtung liegenden Querrichtung die Module (1) einer gleichen Querreihe alle identisch ausgebildet sind.
Werkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jeder Träger (3) mehrere Modulreihen (1) trägt, die sich nebeneinander derart erstrecken, dass die Module in einer Matrixkonfiguration angeordnet sind, in welcher in der zu der Ablaufrichtung liegenden Querrichtung die Module (1) einer gleichen Querreihe in Form von zwei übereinander angeordneten Leisten ausgebildet sind, nämlich einer Querleiste, die in einem einzigen Stück aus den Basisbereichen (1A) aller an dem Träger befestigten Module besteht, und einer Querleiste, die in einem einzigen Stück aus den Formbereichen (1B) aller mit ihrer Formfläche (2) versehenen Module besteht.
Werkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Formflächen (2) mit einer abrasionsfesten, nicht haftenden Beschichtung versehen sind.
Werkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Wärme isolierende Folie zwischen jedem Träger (3) und den Modulen (1), die er trägt, angeordnet ist.
Werkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Träger (3) im Inneren Zirkulationskanäle (10) für eine Kühlflüssigkeit aufweisen.
Werkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Module (1) zumindest eine Aufnahme (7) aufweisen, in welcher ein Heizwiderstand angeordnet ist.
Werkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, wobei in den Modulen (1) Heizwiderstände oder Heizwiderstandsdrähte integriert sind.
Werkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Module (1) zumindest eine Aufnahme (8) aufweisen, in welcher ein Temperaturfühler angeordnet ist.
Werkzeug gemäß Anspruch 12, wobei die Sonde mit einem Regelkreis für die Temperatur des Moduls (1) verbunden ist.
Werkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Träger mit geregelten Antriebsvorrichtungen in Translation verbunden sind.