DE8309719U1 - Vorheizeinrichtung zum erwaermen einer folienbahn aus thermoplastischem kunststoff - Google Patents

Description

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ADOLF ILLIG 7100 HEILBRONN A.N.

MASCHINENBAU GMBH & CO.

MAUERSTRASSE 100 25. 3. 1983

|1 VORHEIZUNG ZUM ERWÄRMEN VON THERMO-

% PLASTISCHER KUNSTSTOFFOLIE UND VER-

$ FAHREN ZUM STEUERN DER VORHEIZUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorheizung zum Erwärmen von thermoplastischer Kunststoffolie zum Vorschalten an eine intermittierend betriebene Thermoformmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben der Vorheizung ,. Das Erwärmen der Folienbahn erfolgt dabei über beheizte Walzen. Nach dem Fertigheizer; der Folienbahn in der Thermoformmaschine wird diese in an sich bekannter Weise durch Differenzdruck tiefgezogen zu Artikeln unterschiedlichster Gestalt .

Der Kauptvorteil der Verwendung einer Vorheizung liegt bei der Verarbeitung von Polypropylenfolie. Eine solche Folie benötigt eine wesentlich höhere Wärmemenge, um bis zur Verformungstemperatur von ca. 160⁰C zu gelangen,als z.B. eine Polystyrolfolie gleicher Stärke. Zudem muß die Verformungstemperatur bei PP-Folie ziemlich genau getroffen werden, erlaubt also keine großen Schwankungen. Und zwar betrifft dies auch die Temperatur im Innern der Folienbahn. Man muß also genügend lange heizen, um auch das Innere dickerer Folie auf die nötige Temperatur zu bringen.

Wenn man folglich einen Thermoformautomaten, der von der Heizung her für Polystyrol oder PVC ausgelegt ist, mit einer PP-Folie fahren will, wird die Folie vorzugsweise mit einer Vorheizung auf ca. 80 - 100° C vorerwärmt. Man hat dann 3 Vorteile :

a) Die Heizung des Thermoformautomaten reicht dann bis zur Fertigbeheizung auch bei PP-Folie aus, ohne die Taktzahl senken zu müssen.

b) Die zugeführte Wärme fließt während einer Aus-

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gleichsstrecke auch ins Innere der Folie.

c) Bevor die Folie von den Transportketten des Thermoformautomaten ergriffen wird, ist sie bereits vorerwärmt und hat sich um einen gewissen Betrag gedehnt. Die dann noch bei der Resterwärmung im eingespannten Zustand auftretende Foliendehnung kann leichter beherrscht werden, als wenn die gesamte Beheizung im eingespannten Zustand erfolgt, denn sie ist nur noch etwa halb so groß.

Eine Heizung mit temperierten Walzen, die auch eine Vorheizung sein kann, ist bekannt aus der DE-OS 25 44 042. Nicht

(_ näher eingegangen ist bei der Beschreibung dieser Vorrichtung auf das Problem, wie man die Folienbahn durch die Vorheizung transportiert und wie eine Abstimmung mit dem intermittierenden Transport der Thermoformmaschine erfolgt. Man kann der Beschreibung auf Seite 5, Seite 6, entnehmen, daß die Heizwalzen auch zyklisch bewegt werden sollen. Der Beschreibung Seite 10, Mitte, ist zu entnehmen, daß man die Rollen 30, 32 und 34 "mit geringfügig höherer Geschwindigkeit" laufen lassen will. Es ist allerdings nicht gesagt, in Bezug zu welcher Geschwindigkeit. Daß eine solche Geschwindigkeitsbeeinflussung zum Ausgleich der auftretenden Längendehnung der Folie teuer und aufwendig ist, steht zweifelsfrei fest. Der

^ Fachmann kann dieser Schrift folglich nur eine Vorrichtung entnehmen, die zyklisch angetriebene Walzen aufweist. Auf die Abstimmung mit einem eigenen Transport der Thermoformmaschine ist nicht hingewiesen.

Da die Walzen aus Metall sind und eine glatte Oberfläche aufweisen müssen, ist hierbei die Gefahr eines Folienschlupfes gegeben, so daß der Vorschub nicht mit dem vorgegebenen Wert übereinstimmt. Da die Walzen einen großen 0 aufweisen müssen, um eine genügende Aufheizung bei hoher Taktzahl zu ermöglichen, haben sie eine große Masse. Um diese bei jedem Vorschubschritt, also pro Takt, anzutreiben und abzubremsen, bedarf es einer hohen Energie. Auch treten hierbei zwangsläufig Vorschubungenauigkeiten auf. Bei der gezeigten Vorrichtung ist zudem auf das Einfädeln der Folie nicht eingegangen, was

durch erschwert ist, daß die Walzen heiß sind und Verbrennungsgefahr besteht.

Ein weiterer Nachteil bei der Vorrichtung nach der DE - OS 25 44 042 besteht darin, daß die Heizwalzen mit umlaufendem OeI beheizt werden. Hierzu sind teuere Temperiergaräte nö tig; die Regelung der Temperatur ist sehr träge. Das OeI muß durch Drehgelenke zu den drehenden Walzen zugeführt werden, es besteht immer die Gefahr der Leckage. Das Beheizen bei Arbeitsbeginn dauert ziemlich lange.

Die US-PS 43 06 856 zeigt eine Vorheizung, bei der die Folienbahn teilweise senkrecht verläuft. Beiderseits der Folienbahn sind Heizungen angeordnet. Die Vorheizung hat keinen eigenen Antrieb, d.h. der Transport der Thermoformmaschine zieht die Folie intermittierend durch die Vorheizung. Dies ist in sofern nachteilig, als der Transport heute so schnell als mögl.'.ch arbeiten soll, um die Taktzeit der Thermoformmaschine so gering als möglich zu halten und dann der vorerwärmte Folienbahnabschnitt den ganzen Zug beim Beschleunigen nach nachfolgenden Folienbahn und beim Drehen der Folienrolle übernehmen muß. Folienverzug ist die Folge, der z.B. bei vorbedruckter Folie untragbar ist. Beim Stillstand der Thermoformmaschinen müssen außerdem die Strahlungsheizungen, die ja eine wesentlich höhere Temperatur als die Vorheiztemperatur der Folie aufweisen, in eine Ruheposition gefahren werden, um eine überhitzung zu vermeiden. Dies bedeutet einen Eingriff der Steuerung der Thermoformmaschine in die Steuerung der Vorheizung. Diese kann also nicht autark arbeiten, was aber z.B. bei einer Nachrüstung einer vorhandenen Thermoformmaschine mit einer Vorheizung sehr wünschenswert ist. Zudem ist der Betrieb der Thermoformmaschine bei Umrüstung ohne Vorheizung denkbar, d.h. eine Vorheizung sollte wahlweise an verschiedene Thermoformmaschinen geschoben wer-* den können, ohne Steuerungsanpassung.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorheizung unter Beibehaltung des Prinzips der Beheizung über Walzen so auszubilden.

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daß sie als eigene kompakte Einheit bei Beuarf einer Thermoformmaschine vorgeschaltet werden kann, ohne daß die Steuerung mit der Steuerung der Thermoformmaschine verbunden werden muß. Dabei sollte ein sicherer, genauer Transport der Folienbahn durch die Vorheizung erfolgen, ohne Gefahr des Folienschlupfes und ohne Verzug der Folienbahn, wobei eine Anpassung an die intermittierende Arbeitsweise der Thermoformmaschine gegeben sein soll. Es soll zudem eine gleichmäßige Erwärmung der Folienbahn erfolgen, das Einführen der Folienbahn sollte leicht möglich sein, ohne den heißen Walzen zu nahe kommen zu müssen. Als Ganzes gesehen sollte die Vorheizung relativ preisgünstig sein, sich rasch auf (') Betriebstemperatur bringen lassen und die Gefahr von Leckage von OeI sollte nicht bestehen.

Zur Lösung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Vorheizung mit einem eigenen Folienvorschub auszurüsten, der kontinuierlich mit einstellbarer Geschwindigkeit läuft und der aus Gründen der Einfachheit aus einer angetriebenen Transportwalze besteht, die mit der letzten Heizwalze in direktem Umfangskontakt unter Anpressung steht.

Ferner ist der Antrieb der Transportwalze regelbar ausgebildet, seine Geschwindigkeit ist entweder manuell einstellbar oder über einen Stellmotor veränderbar, wobei in diesem Fall über 2 Lichtschranken die Zwischenschlaufe der Folienbahn zwischen Vorheizung und Thermoformmaschine abgetastet und übei eine entsprechende Steuerung die Drehzahl des Antriebes für die Transportwalzeentsprechend angepaßt wird.

Zum Einführen der Folienbahn sind die Heizwalzsn mit ringsum verlaufenden Führungsblechen versehen, bei der letzten Heizwalze sind vorzugsweise am Ende des Führungsbleches frei drehende oder antreibbare Leitrollen vorgesehen, um den Anfang der Folienbahn mit Sicherheit auch um die letzte Heizwalze bis zur Transportwalze führen zu können.

In der Praxis werden die Heizwalzen auf ca. 110° C erwärmt, die FolienoberflMche nimmt etwa dieselbe Temperatur ein. Wenn nun die Thermoformmaschine aus gleich welchen Gründen abgestellt werden muß, so wird bei Eireichen einer bestimmten Zwischenschleufe der Antrieb der Transportwalze abgestellt. Ansonsten verbleibt die Folienbahn in Kontakt mit den Heizwalzen, da eine überhitzung nicht auftreten kann. Zudem ist ein Start der Thermoformmaschine dann jederzeit möglich.

Beim Abstellen des Transportes der Vorheizung besteht die Gefahr, daß sich die Folienbahn im Bereich der unteren Heizwalze abhebt und freihängt, also keinen Kontakt mehr mit j der Heizwalze hat. Dies rührt daher, da3 sich die die Heizwalze umschlingende Folie beim Erwärmen dehnt und dann, weil länger, frei nach unten hängt.

Um dies zu vermeiden wird vorgeschlagen, die Folienbahn nach dem Abstellen des Transportes in Transportrichtung noch eine gewisse kurze Zeit zu transportieren, um die Längung der Folienbahn auszugleichen und diese wieder in engen Kontakt mit der Heizwalzen zu bringen, bis die gesamte Folienbahn die Walzentemperatur angenommen hat. Dies ist z.B. dadurch möglich, daß man einige Sekunden nach dem Abschaltung des Antriebes diese nochmals ca. 1 Sekunde einschaltet, und so die Folienbahn wieder straff zur Anlage bringt. Diesen ■J Vorgang kann man 2 - 3 mal wiederholen. Gesteuert wird dieser Vorgang über Zeitschaltwerke in der Steuerung, läuft also automatisch ab. Oder man läßt den Antrieb der Transportwalze nach dem Abschalten noch eine kurze Zeit mit wesentlich langsamerer Geschwindigkeit nachlaufen.

Eine andere Möglichkeit des Längenausgleiches wäre, die Folienbahn entgegen der Vorschubrichtung zu ziehen, was jedoch aufwendiger ist, schon von der mechanischen Seite her. Es muß dann sichergestellt werden, daß hierbei nicht die Folienbahn von der Rolle abgezogen wird, d.h. hier muß eine Klemmung der Folienrolle oder der Folienbahn erfolgen.

Die Erfindung und weitere vorteilhafte Ausbildungen sind anhand der schematischen Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht der Vorrichtung; j

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Heizwalze;

Fig. 3 eine Darstellung der Zwischenschlaufen- j

steuerung bei einem mit Stellmotor ver-

sehenen Regelgetriebe als Antrieb für ;,

die Transportwalze; >

?ig. 4 eine vorzugsweise Ausbildung der Vor-

C heizung im Bereich der unteren Heiz- ;

walze;

Fig. 5 eine andere Ausführung der Vorheizung in diesem Bereich;

Fig. 6 eine Darstellung der Nachlaufsteuerung :

der Transportwalze der Vorheizung;

Fig. 7

bis Diagramme der Nachlaufsteuerung.

Fig. 9

Die Vorheizung weist ein Gestell 1 auf, das mit Fahrrollen 2 versehen ist und alle Teile der Vorheizung trägt. Dies sind als Hauptteile die beiden Heizwalzen 3 , 4 und die Transportwalze21 mit dem Antrieb 6. Aus Fig. 2 sieht man den Aufbau einer Heizwalze; sie ist innen hohl und im Mantel sind einzelne Rohrheizkörper 7 gleichmäßig über den Umfang in Bohrungen montiert. Zudem ist mindestens 1 Temperaturfühler 11 im Mantel angeordnet. Scheiben 8 verschließen die Öffnungen der Walzen 3,4, sie tragen Lagerzapfen 9, die in Lagern 10 laufen. Auf den Lagerzapfen 9 sitzen Schleifringkörper 12, 13 , über Bürsten 44/45 erfolgt c?ie Stromzufuhr bzw. verläuft die FUhlerleitung vom Fühler 11.

Beide Heizwalzen 3 , 4 sind ungefähr übereinander angeordnet, so daß die Vorheizung über die normale Rollenaufnahme 15 einer Thermoformmaschine 14 geschoben werden kann. Etwa '

in der Mitte zwischen den beiden Heizwalzen 3 , 4 ist eine wegschwenkbare Umlenkwalze 17 vorgesehen, die für eine gute

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Umschlingung der Heizwalze 4 durch die Folienbahn 10 sorgt. Sie kann zum Einführen der Folienbahn 18 weggeschwenkt werden.

Um jede Heizwalze 3 , 4 ist ein Führungsblech 19, 20 in geringem Abstand angeordnet, das zum einen ein Abkühlen der beheizten Folienbahn 18 verhindern soll, andererseits der Folienführung beim Einführen dient.

Gegen die untere Heizwalze 3 wird eine gummierte Transportwalze 21 mit Vorspannung, z.B. über Federn, gedrückt. Sie kann über einen Exzenterhebel 22 abgehoben werden, die Folienbahn 18 wird dann durch den Spalt hindurchgeführt. Angetrieben wird die Transportwalze 21 kontinuierlich von einem Antrieb 6 über eine Kette 24.

Hinsichtlich des Antriebes 6 der Transportwalze 21 gibt es nun 2 sich anbietende Möglichkeiten. Man kann einen Gleichstrommotor einsetzen, dessen Drehzahl über eine Änderung der Spannung verändert werden kann. Dieser Antrieb ist relativ teuer;oder man setzt ein mechanisches Regelgetriebe ein, entweder mit einem normalen Drehstrommotor oder mit einem pol-umschaltbaren Motor.

In Fig. 1 ist ein Regelgetriebe 23 mit einer Handverstellung der Drehzahl über ein Handrad 25 dargestellt. Bei dieser Ausführung ist eine Lichtschranke 26 montiert, die die Zwischenschlaufe 27 der Folienbahn zwischen Vorheizung und Thermoformmaschine überwacht. Da die Thermoformmaschine 14 intermittierend arbeitet, die Vorhe?.zung kontinuierlich transportiert, nimmt die Zwischenschlaufe 27 keinen konstanten Durchhang ein. Man stellt nun die Drehzahl des Regelgetriebes 23 so ein, daß etwas mehr Folie abgezogen wird, als die Thermoformmaschine 14 verarbeitet. Wenn die Zwischenschlaufe 27 den Lichtstrahl der Lichtschranke 26 unterbricht, wird das Regelgetriebe 23 gestoppt, bis der Lichtstrahl wieder frei wird (beim nächsten Vorschubschritt der Thermoformmaschine). Dann wird nach einer kurzen Zeitverzögerung, z.B. von 1 Sekunde, der Antrieb wieder gestartet. Diese Zeitverzögerung bewirkt die erforderliche

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Verkürzung der Zwischenschlaufe. Dieses kurze Stoppen wird dann immer nach einer Mehrzahl von Takten erfolgen.

Teuerer, aber auch sicherer ist die Lösung, die in Fig. gezeigt ist. Hier ist als Antrieb ein Regelgetriebe 28 mit einem Stellmotor 29 eingesetzt, der elektrisch betrieben wird. Zwei Lichtschranken 30, 31 überprüfen die obere und untere Lage der Zwischenschlaufe 33. Wenn der Lichtstrahl der unteren Lichtschranke 31 unterbrochen wird, gibt das Regelgerät 34 einen kurzen Impuls an den Stellmotor 29, damit die Ausgangsdrehzahl des Regelgetriebes 28 langsamer gestellt wird. Bei Unterbrechung des Lichtstrahles der obe- C) ren Lichtschranke 30 wird ein Impuls gegeben, daß die Drehzahl etwas schneller gestellt wird. Bei einer Taktzahländerung der Thermoformmaschine 14 erfolgt so immer eine automatische Anpassung der Abtriebsdrehzahl des Regelgetriebes 28 an den erforderlichen Vorschub. Eine Lichtschranke 32 dient in diesem Fall dazu, z.B. beim Stillsetzen der Thermoformmaschine 14 das Regelgetriebe 28 ganz abzuschalten, wenn dessen Lichtstrahl unterbrochen wird. Entsprechend wird das Regelgetriebe 28 wieder gestartet, wenn der Lichtstrahl der Lichtschranke 32 frei wird. Selbstverständlich sind die Lichtschranken 30 - 32 in der Höhe einstellbar und somit den jeweiligen Erfordernissen anpaßbar.

' Zum Einführen der Folienbahn 18 wird die Umlenkwalze 17 nach außen geschwenkt. Man kann dann die Folienbahn 18 in den Spalt zwischen den Heizwalzen 3 , 4 und den Führungsblechen 19 , 20 einschieben. Es hat sich gezeigt, daß sich die Folienbahn 18, wenn sie etwas dicker ist, ohne Probleme fast bis zur Transportwalze 21 schieben läßt. Schwierigkeiten kann es auf dem letzten Stück geben, wenn die Folienbahn 18 nach oben geschoben werden muß.

Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wird in Weiterbildung die Erfindung vorgeschlagen, in diesem Bereich zusätzliche Leitrollen, zumindest in der Mitte der Folienbahn 1 einzuordnen.

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Fig. 4 zeigt die Anordnung von zwei leicht drehbaren Leitrollen 35, 36, die eine zu starke Reibung zwischen Folienbahn 18 und Führungsblech 19 verhindern.

In Fig. 5 ist dargestellt, wie man durch eine schwenkbare, über ein Handrad 37 drehbare, gummierte Leitrolle 38 das Einführen der Folienbahn 18 unterstützen kann. Nach dem Einführen der Folienbahn 18 schwenkt man die Leitrolle bis zum Anpressen an die Folienbahn 18 und dreht dann von Hand so lange, bis diese zwischen Transportwalze 21 und Heizwalze 3 hindurchgeführt ist.

Es ist auch möglieb, die Leitrolle 38 vom Antrieb c'.er Transportwalze 21 aus anzutreiben und dann bei Bedarf einfach nach innen zu schwenken, so daß sie die Folienbahn 18 vorwärts schiebt.

Wenn die Thermofornunaschine 14 abgestellt wird, so wird auch der Antrieb der Vorheizung - verzögert - gestoppt, wenn der Lichtstrahl der Lichtschranken 26 bzw. 32 unterbrochen wird. Steht die Vorheizung nun eine längere Zeit, langer als einige Sekunden, so hebt sich die Folienbahn 18 im Bereich der unteren Reizwalzs 3 ab. Dies rührt von der Folienausdehnung bei der Erwärmung her, da die Folienbahn 18 einerseits von der stehenden Transportwalze festgeklemmt ist, andererseits auf der Heizwalze 3 und an der Umlenkwalze 17 aufliegt. Das Abheben der Folienbahn 18 ist deshalb nachteilig, weil sich dann im abgehobenen Bereich eine andere Folientemperatur ergibt, was zu Ausschuß oder Folienmehrverbrauch beim Weiterfahren der Thermoformmaschine führen kann.

Um diese Probleme zu vermeiden, wird verfahrensgemäß vorgeschlagen, die Vorheizung wie folgt zu betreiben, was anhand der Fig. 6-9 beschrieben ist.

Eine erste Möglichkeit besteht darin, daß Zeitschaltwerke 40 und 41 in die Steuerung 43 eingebaut werden. Am Zeitschaltwerk 40 wird eine Ruhejieit T 1 eingestellt, am Zeit-

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schaltwerk 41 eine Nachlaufzeit T 2 . T 1 liegt dabei in der ;

Größenordnung von 3-6 Sekunden, T 2 in der Größenordnung 0,5 bis 1 Sekunde. Nach dem Abschalten des Antriebes 6 Über

die Lichtschranke 26 beginnt die Ruhezeit T 1 . Die während ;

dieser Zeit erfolgende Längenausdehnung wird durch den Nach- l]i

lauf während der Nachlaufzeit T 2 kompensiert.

Man kann einen Vorwählschalter 43 einbauen, über den eine ,

Wiederholung des Nachlaufes eingestellt werden kann.

Der Nachlauf kann dabei je nach der Ausführung des Antriebes mit der üblichen Abzugsgeschwindigkeit (siehe Diagramm, Fig.7) oder mit langsamerer Drehzahl (siehe Diagramm Fig. 8) erfolgsn.

Eine zweite Möglichkeit gibt es, wenn als Antrieb ein Gleichstrommotor oder ein Regelgetriebe mit pol-umschaltbarem Motor eingebaut ist, also eine Umschaltung der Drehzahl möglich ist. Dann kann man mit einem Zeitschaltwerk 3 9 arbeiten, das einen Nachlauf mit der Nachlaufzeit T 3 steuert, der dann mit deutlich niedrigerer Drehzahl erfolgt (siehe Diagramm Fig. 9). Die Nachlaufzeiten T 2 , T 3 sind in der Praxis durch Versuch einfach zu ermitteln.

Claims (5)

Adolf Illig 7100 Heilbronn,den 27.2.85 Mauerstr. 100 Schutzansprüche

1. Vorheizung zum Erwärmen von thermoplastischer Kunststoffolie zum Vorschalten an eine intermittierend betriebene Thermoformmaschine, bestehend aus drehbar gelagerten, beheizten Walzen, um die die Folienbahn geführt ist, gekenn-₍ zeichnet durch einen eigenen kontinuierlich wirkenden Antrieb (6, 23, 28) zum Transport der Folienbahn (18) über eine Transportwalze (21) durch die Vorheizung und eine Lichtschranke (26, 32) zum Abtasten der Zwischenschlaufe (27) zwischen Vorheizung und Thermoformmaschine.

2. Vorheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportwalze (21) gummiert ausgebildet und gegen die letzte der Hoizwnlzen (3) nachgiebig amdrückbar angeordnet ist.

3. Vorheizung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelgetriebe (28) des Antriebes (6) manuell verstellbar ausgebildet ist.

4. Vorheizung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelgetriebe (28) der Antriebseinrichtung (6) mittels eines elektrischen Stellmotors (29) einstellbar ausgebildet ist, und durch zwei zusätzliche Lichtschranken (31 und 32) für das Abtasten der Vorratsschlaufe (27) .

5. Vorheizung nach einem der Ansprüche 1-4 gekennzeichnet durch im Abstand von den Heizwalzen (3, 4) angeordnete Führungsblech«? (19, 20), wobei im Bereich vor der Transportwalze (21) drehbare Leitrollen (35, 36, 38) angeordnet sind, die in den Zwischenraum Heizwalze (3) - Führungsblech (19) hineinragen.