DE69409869T2

DE69409869T2 - Ein System ausgestattet mit Vorheizstationen zum Warmformen von plattenförmigen Material

Info

Publication number: DE69409869T2
Application number: DE69409869T
Authority: DE
Inventors: Enzo Ballabio; Remo Sertori
Original assignee: COMI Srl
Current assignee: COMI Srl
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1994-06-14
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2014-06-15
Also published as: EP0629486B1; ATE165556T1; IT1264854B1; EP0629486A2; ITMI931323A1; ITMI931323A0; EP0629486A3; JPH0768637A; ES2118358T3; DE69409869D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Warmformen von plattenförmigen Materialien, wobei dieses System Vorheizstationen umfaßt. Wie bekannt ist, wird in herkömmlichen Reihenanlagen zum Warmformen das thermoplastische Material von einer Heizvorrichtung erhitzt, die keramische Infrarot-Heizwiderstände besitzt.
Von der Druckschrift DE-C-41 13 568 ist eine Vorrichtung zum Warmformen plattenförmiger Materialien bekannt, die Heizstationen, eine automatische Ladevorrichtung zum automatischen Laden von Platten aus thermoplastischem Material, eine Vakuumformgebungskammer, eine Entladestation und eine Beförderungsvorrichtung umfaßt, um die verarbeiteten Platten schrittweise durch dieses System zur Entladestation zu befördern. Ebenso ist bekannt, daß in herkömmlichen Reihenanlagen zum Wamiformen das thermoplastische Material von einem Heizsystem erhitzt wird, das keramische Infrarot-Heizwiderstände umfaßt.
Im Fall von Harzplatten aus Polystyrol (HIPS) oder Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) mit einer Dicke von etwa 4 mm erlaubt diese Art des Heizens eine rasche Erhöhung der Temperatur der Platten, d.h. von der Raumtemperatur zur Erweichungstemperatur dieser Platten, in einer Zeitspanne von weniger als einer Minute.
Durch die Verwendung eines raschen Heizvorgangs wird jedoch zungächst eine vergleichsweise hohe Energiemenge verbraucht, und da das Infraroterhitzen ein Heizvorgang durch Strahlung ist, treten starke Wärmeverluste in die Umgebung mit entsprechend großen Nachteilen auf.
Zudem wird durch die Verwendung eines raschen Heizvorgangs das thermoplastische Material der Platte hauptsächlich auf seiner Oberfläche von der abgestrahlten Wärme erfaßt, wodurch die Oberfläche der Platte eine höhere Temperatur als der innere Teil der Platte erreichen und ein ungleichmäßiges Erhitzen stattfinden wird, d.h. übermäßiges Erhitzen an der Oberfläche und unzureichendes Erhitzen im inneren der Platte.
Es sollte augenscheinlich sein, daß dieses Temperaturdifferential insbesondere von der Dicke der Platte abhängen wird.
Ein ungleichmäßig erhitztes Material wird sich während des Vorgangs des Warmformens ungleichmäßig ausdehnen, und genauer dehnen sich die Oberflächenbereiche aufgrund eines nicht korrekten Warmformens viel stärker aus als der innere Bereich, wodurch starke Spannungen erzeugt werden, die in dem warmgeformten Gegenstand über einen langen Zeitraum hinweg verbleiben werden.
Wenn insbesondere die geformten Gegenstände gebohrt oder geschnitten werden, können Verformungen oder Größenänderungen auftreten, weil dieser Arbeitschritt die unter Spannung stehenden Fasern des Materials der warmgeformten Gegenstände zerstören.
Ähnliche Probleme treten auf, wenn die warmgeformten Gegenstände oder Platten niedrigen Temperaturen ausgesetzt werden, etwa denen, die gewöhnlich in Formgebungsverfahren verwendet werden.
Die vorstehend erwähnten Nachteile, die mit Materialien wie HIPS oder ABS auftreten, die leicht zu verarbeitende Materialien sind, werden bei Materialien wie Polypropylen (PP) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) noch bedeutender, wo das Temperaturdifferential zwischen der Oberfläche und dem Inneren dieser Materialien noch größere Spannungen erzeugt.
Noch ein weiteres Problem, das die herkömmlichen Systeme und Verfahren zum Warmformen betrifft, ist das der tatsächlichen Temperatur des thermoplastischen Materials, das der Anlage zum Warmformen zugeführt wird; tatsächlich hat das Material bereits seine Extrusionswärme abgegeben, wenn es über einen langen Zeitraum hinweg extrudiert wurde, während ein soeben extrudiertes Material eine ungleichmäßig verteilte Temperatur besitzen wird, d.h. es wird in seiner Mitte heiß und in seinem Außenbereich kalt sein. Ferner ist die Umgebungstemperatur je nach der Jahreszeit verschieden, weshalb es durch die herkömmlichen Verfahren nicht möglich ist, einen genauen Hinweis auf die zu verwendende, wirksame Temperatur zu bekommen.
Es sollte in diesem Zusammenhang hervorgehoben werden, daß herkömmliche Reihenanlagen zum Warmformen mit einer vorgegebenen Betriebszyklusdauer arbeiten, weswegen die Temperatur der Infrarotöfen ständig eingestellt werden muß, um sie an die Temperatur des Plattenmaterials anzupassen.
Dieses Einstellen der Temperatur erfordert zudem, daß jeder einzelne Heizwiderstand automatisch geregelt wird, was die Verwendung sehr komplizierter und kostspieliger elektronischer Steuervorrichtungen erfordert. Auch erfolgt die Einstellung der Temperatur aufgrund eines normalen thermischen Trägheitseffekts nicht augenblicklich.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Folglich ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die Überwindung der vorstehend erwähnten Nachteile, indem ein System zum Warmformen thermoplastischer Materialien in Plattenform bereitgestellt wird, worin das Erhitzen nicht durch Heiztechniken kurzer Verfahrensdauer durchgeführt wird, jedoch unter Aufrechterhaltung eines hohen Ausstoßes.
Innerhalb des Bereiches des vorstehend erwähnten Zieles besteht ein Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung solch eines Systems, das die Durchführung eines gleichmäßigen und sorgfältig gesteuerten Erhitzens der Plattenmaterialien durch deren gesamte Dicke erlaubt, wobei gleichzeitig die Spannungen des Warmformens beseitigt und sämtliche Arbeitsschritte vereinfacht werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung solch eines Systems, das die sehr genaue Einstellung der Temperatur des Plattenmaterials unabhängig von dessen Ausgangszustand bei einer gleichzeitigen großen Energieeinsparung erlaubt.
Im Einklang mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden das vorstehend erwähnte Ziel und dieser sowie weitere Gegenstände, die nachstehend augenscheinlicher werden, von einem System zum Warmformen von Plattenmaterialien erreicht, das Vorheizstationen, eine automatische Ladevorrichtung zum automatischen Laden von Platten aus thermoplastischem Material, eine Vakuumformgebungskammer, eine Entladestation und eine Beförderungsvorrichtung umfaßt, um die verarbeiteten Platten schrittweise durch dieses System zur Entladestation zu befördern, dadurch gekennzeichnet, daß dieses System hinter dieser Ladevorrichtung eine erste Vorheizkammer umfaßt, um eine Platte auf ca. 30% ihrer endgültigen Verarbeitungstemperatur zu erhitzen, eine zweite Vorheizkammer, um diese Platte auf etwa 60% ihrer Verarbeitungstemperatur zu erhitzen, und eine Verarbeitungskammer, um das endgültige Erhitzen dieser Platte auf ihre Verarbeitungstemperatur durchzuführen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend hierin anhand der detaillierten Offenbarung einer bevorzugten, aber nicht ausschließlichen Ausführungsform eines Systems mit Vorheizstationen zum Warmformen von Plattenmaterialien augenscheinlicher werden, die auf dem Wege eines andeutenden, aber nicht einschränkenden Beispiels in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ist, in denen:
Abbildung 1 das System zum Warmformen von Plattenmaterialien nach der vorliegenden Erfindung schematisch im Schnitt veranschaulicht;
Abbildung 2 eine Draufsicht des Systems nach der vorliegenden Erfindung ist;
Abbildung 3 eine Querschnittsansicht der Vorheizkammer des Systems nach der Erfindung ist; und
Abbildung 4 ein Längsschnitt der Vorheizkammer des Systems ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Unter Bezugnahme auf die Ziffern in den Abbildungen der beiliegenden Zeichnungen umfaßt das System zum Warmformen von Plattenmaterialien mit Vorheizstationen im Einklang mit der vorliegenden Erfindung, die allgemein mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet wurde, eine automatische Ladevorrichtung für das automatische Laden der zu verarbeitenden Platten, die vorteilhaft aus einer Transportvorrichtung besteht, die mit Saugvorrichtungen ausgestattet ist, die an einer Vakuumleitung angeschlossen sind, um die einzelnen Platten von einem Wagen 2 aufzunehmen, wobei ferner ein Fühler oder Sensor zur Steuerung der Dicke bereitgestellt ist, um das gleichzeitige Laden mehrerer Platten zu verhindern.
Hinter der automatischen Ladevorrichtung 1 ist eine erste Vorheizkammer bereitgestellt, die mit der Bezugsziffer 10 angedeutet ist und, wie in Abbildung 3 klar dargestellt ist, aus einer oberen Heizplatte 11 und einer unteren Heizplatte 12 besteht, die eine Sandwich-Anordnung bilden und mit Infrarot- Heizwiderständen aus keramischem Material ausgestattet sind.
Die Anordnung der zwei Platten ist so entworfen, daß die Wärmeverluste auf ein Minimum reduziert werden und eine Vorrichtung entsteht, die einem Ofen ähnelt.
Die erwähnten Widerstände können dank der Bereitstellung einer zentralen Steuereinheit zonenweise eingestellt werden, und letztere ist in der Lage, die programmierten Temperaturen mittels Fühlern, die in allen Bereichen der oberen Platte angebracht sind, aufrechtzuerhalten.
Die erste Vorheizstation ist so entworfen, daß die verarbeiteten Platten eine Temperatur erreichen, die etwa 30% ihrer endgültigen Verarbeitungstemperatur beträgt.
Insbesondere wird die Platte in die Vorheizkammer mittels einer Beförderungsvorrichtung eingeführt, die Greifteile 20 umfaßt, die längsseitig angeordnet sind und die längsseitigen Kanten der Platte ergreifen, wobei diese Greifteile 20 ein unteres Greifteil 21 und ein oberes Greifteil 22 umfassen, die pneumatisch betätigt werden können.
Ausgehend von der Ausgabe der ersten Vorheizkammer wird die Platte in eine zweite Vorheizkammer geführt, die mit der Bezugsziffer 30 bezeichnet ist und die Temperatur der Platte auf einen Temperaturwert bringt, der etwa 60% der endgültigen Verarbeitungstemperatur entspricht.
Auch die zweite Vorheizkammer besteht aus zwei Heizplatten, die eine Sandwich-Anordnung einnehmen, wobei die entsprechenden keramischen lnfrarot-Heizwiderstände in parabolischen Reflektoren eingebaut sind, die angepaßt sind, die Strahlung zu verstärken und die Wärmeverluste auf ein Minimum zu reduzieren.
Auch diese Heizwiderstände werden von der erwähnten zentralen Steuereinheit gesteuert, wodurch optimale Heizeigenschaften bereitgestellt werden.
Nachdem die Beförderungsvorrichtung die Platte in die zweite Vorheizkammer eingeführt hat, wird sie diese Platte in eine Verarbeitungskammer bringen, die mit der Bezugsziffer 40 bezeichnet ist, wo das Kunststoffmaterial durch zwei übereinander liegende Heizplatten, die keramische Infrarot-Heizwiderstände in parabolischen Reflektoren umfassen, die die Strahlung verstärken und die Wärmeverluste auf ein Minimum reduzieren, auf seine Verarbeitungstemperatur gebracht wird.
Die Heizwiderstände sind so angebracht, daß sie eine schrittweise, leichte Einstellung der Temperatur ermöglichen, um die bestmöglichen Ergebnisse beim Erhitzen zu liefern.
Am Ausgang der Verarbeitungskammer wird die Platte in die Vakuumformgebungsstation 50 eingeführt, wo geeignete Befestigungsvorrichtungen zum Befestigen der Platte und für deren Formgebung bereitgestellt sind, was ohne jegliche Schwierigkeiten geschieht und ohne die Erzeugung lokalisierter Spannungen, weil die Platte über ihre gesamte Dicke eine gleichmäßige Temperatur angenommen hat und demzufolge auf sehr leichte Weise verarbeitet werden kann.
Nach dem Schritt des Warmformens wird diese Platte zu einer Entladestation befördert, die mit der Bezugsziffer 60 bezeichnet ist, wo sie, falls gewünscht, durch Niederdruck-Druckluftstrahlen abgekühlt und von einer Gebläse- und Saugvorrichtung ausgestoßen werden kann.
Zu dem Gesagten muß hinzugefügt werden, daß die oben offenbarte Heizeinheit auch an herkömmlichen Reihenwarmformmaschinen angebracht werden kann, wodurch deren Ausstoß merklich verbessert wird, weil die Platte in drei aufeinanderfolgenden Schritten auf ihre Verarbeitungstemperatur gebracht wird, wodurch eine sehr gleichmäßige Endtemperatur erzeugt wird. Da schließlich die Temperatur der Platte dank dem schrittweise Erhitzen sorgfältig überwacht wird, ist es möglich, optimale Ergebnisse unabhängig von der Ausgangstemperatur der Platte zu erhalten, die die Endtemperatur der Platte nicht beeinflussen wird, weil der Ofen automatisch geregelt ist und die Platte mit dem gewünschten Temperaturwert bereitstellt.
Aus der obigen Offenbarung sollte augenscheinlich sein, daß die Erfindung das beabsichtigte Ziel und die Gegenstände vollständig erreicht.
Insbesondere muß die Tatsache hervorgehoben werden, daß ein System bereitgestellt wurde, das zwei aufeinanderfolgende Vorheizschritte durchführt, wobei es eine merkliche Zunahme des Ausstoßes ermöglicht und die Endqualität des Erzeugnisses verbessert.
In der offenbarten Art und Weise läßt die Erfindung zahlreiche Variationen und Modifikationen zu, die alle in den Bereich der Erfindung fallen.
Ferner können alle baulichen Einzelheiten durch andere, technisch gleichwertige Teile ersetzt werden.
Bei der Verwirklichung der Erfindung können die verwendeten Materialien sowie die davon abhängigen Größen und Formen je nach den Erfordernissen beliebig sein.

Claims

1. Ein System zum Warmformen von Plattenmaterialien, das Vorheizstationen, eine automatische Ladevorrichtung (1) zum automatischen Laden von Platten aus thermoplastischem Material, eine Vakuumformgebungskammer (50), eine Entladestation (60) und eine Beförderungsvorrichtung (20) umfaßt, um die verarbeiteten Platten schrittweise durch dieses System zur Entladestation zu befördern, dadurch gekennzeichnet, daß dieses System hinter dieser Ladevorrichtung (1) eine erste Vorheizkammer (10) umfaßt, um eine Platte auf ca. 30% ihrer endgültigen Verarbeitungstemperatur zu erhitzen, eine zweite Vorheizkammer (30), um diese Platte auf etwa 60% ihrer Verarbeitungstemperatur zu erhitzen, und eine Verarbeitungskammer (40), um das endgültige Erhitzen dieser Platte auf ihre Verarbeitungstemperatur durchzuführen.

2. Ein System nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß diese automatische Plattenaufnahmevorrichtung (1) Saugvorrichtungen für die Aufnahme einzelner Platten umfaßt, wobei ferner eine Steuervorrichtung bereitgestellt ist, um das System anzuhalten, wenn mehrere Platten gleichzeitig ergriffen werden.

3. Ein System nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorheizkammern und die Verarbeitungskammer mit einer oberen Heizplatte (11) und einer unteren Heizplatte (12) ausgestattet sind, die bezüglich der Platte einander gegenüberliegen und von einer zentralen Einheit zur Regelung der Plattentemperatur gesteuert werden.

4. Ein System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Platten (11, 12) keramische Infrarot- Heizwiderstände umfassen, die in reflektierenden parabolischen Bauteilen angebracht sind, um die Strahlung zu verstärken und die Wärmeverluste auf ein Minimum zu reduzieren.

5. Ein System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Beförderungsvorrichtung für die schrittweise Beförderung dieser Platten mit Greifteilen (20) ausgestattet ist, die an einem Beförderungsteil befestigt sind und einen unteren Bereich (21) und einen oberen Bereich (22) umfassen, um die Längskanten dieser Platte zu ergreifen.

6. Ein System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieses System ferner in dieser Entladestation (60) eine Vorrichtung umfaßt, um die warmgeformte Platte abzukühlen, wobei diese Vorrichtung ein Niederdruck-Druckluftsystem und eine Gebläse- und Saugvorrichtung umfaßt.