EP3140200A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von formteilen aus einer faserwerkstoffbahn - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von formteilen aus einer faserwerkstoffbahn

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EP3140200A1
EP3140200A1 EP15726515.8A EP15726515A EP3140200A1 EP 3140200 A1 EP3140200 A1 EP 3140200A1 EP 15726515 A EP15726515 A EP 15726515A EP 3140200 A1 EP3140200 A1 EP 3140200A1
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EP
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web
deep
fiber material
forming
containers
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Technische Universitaet Dresden
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Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for producing three-dimensional molded parts from a web of a flat, plastically deformable fiber material, in particular nonwoven, paper, cardboard or paperboard by deep drawing of sheet metal similar forming process (hereinafter referred to only deep drawing) to a molded!
  • a multi-dimensional forming With multi-dimensional forming, the application potential of materials is exploited for metals and plastics.
  • nonwoven, paper, cardboard and cardboard a multi-dimensional forming with low forming ratio by embossing has so far been widespread.
  • the drawing process on the other hand, has a high potential for the use of hollow containers with a high forming ratio closed on one side, but has hitherto been used only in marginal areas and there is a low level of scientifically proven knowledge.
  • the blanking process is fed with a blank of suitable size and shape, the edges of which are sized to form the material in the shell area and wrinkles as it is drawn into the die by the punch, and thus in this area a smaller area than the blank receives.
  • the original area is reduced by the folding.
  • Such a method is known for example from the publication DE 176 1 002 B. Since the blank can be easily moved into the gap between punch and die with the punch, only a slight tensile load acts on the bottom of the molded part to be produced. To obtain the blank, it is cut in advance from the board web in an additional process step and must be kept ready and prepared by appropriate handling and storage devices for the subsequent deep drawing.
  • the object is achieved by a method for producing three-dimensional Formteiie from a web of a flat, plastically deformable fiber material by deep drawing with a punch and an associated Ziehbüchse.
  • a fiber material usually has a low tensile strength, however, undergoes high friction by strong compression in the drawing gap. As a result, the material is subjected to high loads when it is drawn into the gap between the punch and the drawing sleeve, which leads to breakage of the material.
  • the fiber material is deformable. The targeted permitting or even controlling this compensation movement ensures that the material can reshape without being held back in the sheet plane and thus to obtain expansion cracks.
  • a round, rectangular, oval or irregular blank for the molding during deep drawing with the web of fiber material of different grammage connected via at least one web and solved by at least one relief cut from the web, a Umformverhit as ratio of diameter and depth greater than 0.2 is feasible.
  • the molded part produced can be easily transported and placed in an exact location without the need for additional expenses would be required. It can be done, for example, a filling and Verschiieiien formed as a packaging molding.
  • nonwovens paper, cardboard or paperboard are provided as a flat, plastically deformable fiber material.
  • these materials especially paper and cardboard, a good deformation is guaranteed, even if no special materials whose properties are specifically designed for deep drawing, apply.
  • paper and board are particularly suitable after deep drawing as a product with sufficient stability to be used, for example as packaging for packaging other products.
  • a lower shell, an upper shell and a lower shell and upper shell movable connecting hinge can be produced.
  • the hinge can later, for example, after filling the lower shell, the upper shell are folded and the entire molded part are closed.
  • Such an application would be particularly advantageous in the field of packaging.
  • the deep-drawing is carried out in a closed process.
  • the molding after the deep drawing wherein the blank is pressed by the stamp in the Ziehbüchse, ejected out of this in the opposite direction.
  • This allows the molded part after its production continue to remain in conjunction with the web and be supplied according to the aforementioned possibilities of further manipulation or subsequent process steps.
  • the bond with the web must be solved beforehand. This can be done by a complete cutting of the blank prior to deep drawing and would be useful, for example, when deep drawing at the same time represents the final production step and no further process steps would have to follow.
  • the deep drawing is carried out on a form, fill and seal machine and at the same time at various stations the steps of producing the molding as a packaging or container, transporting the web with the containers to the filling device, filling the Container, transport of the web with the containers to the closing device, closing the container, separating the individual containers or in units from the web to be performed.
  • a manipulation of the moldings and the resulting package in a simple manner to the remaining web material, for example, at the edge take place.
  • the molded parts and later the packing remain in a defined position and need not be manipulated in order to carry out the subsequent process steps.
  • the individual packages can be released from the composite with the material band, either individually or in groups, according to the need for subsequent logistics processes.
  • the object of the invention is also achieved by a device for carrying out a deep drawing process for a flat, plastically deformable fiber material according to the invention described above.
  • This device consists of a deep-drawing device, as is known in the prior art for fiber materials, and a process associated with this cutting device.
  • the A cutting device is for cutting or punching one or more relief cuts, leaving one or more webs with which the blank remains connected to the web.
  • the cutting device can be arranged directly on the thermoforming device and the Bahnmateria! cut in the same position as the subsequent deep drawing takes place. The web is thus not moved between the two process steps, which can follow one another directly.
  • the cutting device is spaced from the thermoforming device, so that the first cutting takes place, the Materiaibahn is then transported a process step until it has reached the thermoforming device, so that there the deep drawing can be made.
  • thermoforming device is arranged and designed so that it forms a sheet-like, plastically deformable fiber material open-topped containers as moldings.
  • the forming, filling and Verschiellomaschine has at least one Füilvorraum, which is arranged and designed so that it fills the open-topped container.
  • Füilvorraum which is arranged and designed so that it fills the open-topped container.
  • closing device which is arranged and designed such that it closes the open upper sides of the filled containers.
  • a transport or container conveyor which is adapted to convey along the web extending past the former, the filling device and the transfer device along the forming device, the filling device and the transfer device, and wherein the forming, filling and Verschiellomaschine further comprises a separating device which is designed and arranged so that it separates the webs in such a way that so that individual containers or units of several containers are cut out of the web.
  • a further advantage of the invention is that the machine performance can be used continuously, since there are different process stages for a plurality of deep-drawing punches which are inserted into the drawing sleeve at different times. This is particularly advantageous because when deep drawing of fleece, paper, cardboard or cardboard at the beginning of the deep drawing process, the greatest force must be spent. Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings.
  • Fig. 1 prior art; Results of drawing tests according to conventional methods at high forming ratio with damage in the soil area;
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an embodiment of the forming results when using the method according to the invention in plan view
  • FIG. 3 is a schematic representation of an embodiment of the forming results when using the method according to the invention in a perspective view
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an embodiment of the deep-drawing device according to the invention in a sectional side view
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a form, fill and seal machine with an embodiment of the forming device according to the invention.
  • Fig. 7 The Abiauf and the function of the compensation movement.
  • Fig. 1 shows the state of the art with results of drawing tests by conventional methods at high Umformverhit with resulting damage in the soil area.
  • complete compound of the molding with the web 1 is a free and largely unhindered Eingieiten of material in the Ziehspait not possible or only by overcoming higher forces.
  • the result is overloading of the material by train, it comes to the fraction 3 of the composite material and the molded part X is unusable as a result. Shown are different variants of fractures 3 in the floor area. Likewise, it can cause breaks 3 in the wall of the fiber material, since there especially in the deep drawing of fiber materials, the highest stresses occur, always depending on the coefficient of friction between the punch and fiber material such.
  • B. cardboard cardboard.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an embodiment of the forming results in the use of the method according to the invention in plan view.
  • molded parts X have been formed by deep drawing, which are still connected to the web 1 via a web 5.
  • the remaining areas in which the blank for Formteii 2 'was originally connected to the web 1, are by a Relief section 4 has been separated.
  • the material of the web 1 was pulled without hindrance during deep drawing in the Ziehspait, so that a defect-free molded part 2 'could be formed.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of an embodiment of the forming results in the use of the method according to the invention in a perspective view.
  • 1 molded parts X have been formed in two rows in the web.
  • the moldings are also connected via a web 5 still with the web 1 and separated by way of relief cuts from the web 1,
  • Fig. 4 shows a schematic representation of an embodiment of the deep drawing device 6 according to the invention in a sectional side view.
  • the web 1 is located in the deep-drawing device 6 so that it covers the opening of the drawing bushing 7.
  • the cutting devices 11 are provided which make at least one Entiastungsites 4 in the web 1 in cooperation with the counter-cutting edges 12.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of an embodiment of the method steps according to the invention by means of sectional views of the forming device 6, but here without the cutting devices 11, 12. These are not arranged directly on the deep-drawing device 6 according to the illustrated embodiment, but come in an upstream process step to effect , Therefore, in process step a), the web 1 reaches the forming device 6 with already introduced relief cuts, which are not visible in the selected representation.
  • the punch 8 is placed on the blank 2 in the direction of the arrow.
  • a heater 10 heats the Ziehbüchse 7.
  • the actual forming process takes place in process step c), wherein the punch 8 further lowers in the arrow direction and pushes the blank 2 in the Ziehbüchse 7.
  • the now formed molding 2 ' is fixed by the heat treatment in its shape.
  • the shaping follows, as shown in process step d), in that the counterholder 13 ejects the fixed molded part 2 out of the mold, the drawing bushing 7.
  • process step a the formation of the molded part 2 'takes place by means of a deep-drawing device 6 according to the invention.
  • the molded part X is designed as a packing medium. This is filled in process step b) by means of the filling device 30 with the packaged goods. This is followed by process step c), in which a closure on the molded part X is fastened by the Verschiellovorraum 31.
  • the now formed pack is still connected to the web 1, which ensures easier handling and exact positioning.
  • process step e) there is now a single or grouped pack as required, which can be removed and prepared for shipping or the required logistical further treatment.
  • the web 1 is transported by means of a transport device 33 and thus the molded part X from station to station, as described above, promoted.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Formteile aus einer Bahn (1) eines flächigen, plastisch verformbaren Faserwerkstoff durch Tiefziehen mit einem Stempel (8) und eine zugehörige Matrize (7), wobei durch eine Relativbewegung der Faserwerkstoff zwischen dem Stempel und der Matrize umformbar ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Formteile anzubieten, bei dem die Umformung durch Tiefziehen aus einen in der Bahn befindlichen Zuschnitt erfolgt und zu einem hohen Umformverhältnis führt. Die Aufgabe wirddadurchgelöst, dass der runde, rechteckige, ovale oder unregelmäßige Zuschnitt für das Formteil beim Tiefziehen mit der Bahn aus Faserwerkstoff über wenigstens einen Steg verbunden und im Übrigen durch wenigstens einen Entlastungsschnitt (4) aus der Bahn gelöst ist, wobei ein Umformverhältnis als Verhältnis von Durchmesser und Tiefe größer als 0,2 realisierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Formteile aus einer Bahn eines flächigen, plastisch verformbaren Faserwerkstoffs, Insbesondere Vlies, Papier, Karton oder Pappe können durch Tiefziehen von Blech ähnliches Umformverfahren (im Weiteren nur Tiefziehen genannt) zu einem Formte!! umgeformt werden, Durch mehrdimensionales Umformen wird bei Metallen und bei Kunststoffen das Anwendungspotential der Werkstoffe ausgeschöpft. Bei Vlies, Papier, Karton und Pappe ist bislang ein mehrdimensionales Umformen mit geringem Umformverhältnis durch Prägen verbreitet. Der Ziehprozess dagegen weist hohes Einsatzpotential für die Herstellung von einseitig geschlossenen Hohlkörpern mit hohem Umformverhältnis auf, wird bislang jedoch nur in Randbereichen eingesetzt und es besteht ein geringer Stand wissenschaftlich gesicherter Kenntnisse. Grund dafür ist das Umformverhaiten des Materials. Ein fließfähiger Zustand wie bei Kunststoffen und Metallen wird nicht erreicht. In der Praxis ist das Risiko für eine Weiterentwicklung bzw. den Einsatz innovativer geometrischer Formen zu hoch, solange keine Wissensbasis zu den geometrischen Möglichkeiten besteht, die einen prozesssicheren Einsatz gewährleistet. Aus diesem Grund sind Ziehmaschinen in ihrer Arbeitsweise auf einfache Formate ausgelegt und das Potential des Ziehprozesses wird in Bezug auf Qualität der Formteiie, Formgestaltung und Flexibilität von Maschinen nicht ausgenutzt. (Hauptmann, M. 2010: Die gezielte Prozessführung und Möglichkeiten zur Prozessüberwachung beim mehrdimensionalen Umformen von Karton durch Ziehen. Dresden: Dissertation TU Dresden, 2010.)
Gegenwärtig wird beim Tiefziehen dem Herstel lungsprozess ein Zuschnitt geeigneter Größe und Form zugeführt, dessen Ränder so bemessen sind, dass das Material im Mantelbereich und Falten ausbildet, wenn es durch den Stempel in die Matrize eingezogen wird, und damit in diesem Bereich eine geringere Fläche als der Zuschnitt erhält. Die ursprüngliche Fläche ist durch die Faltung verringert. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 176 1 002 B bekannt. Da sich der Zuschnitt mit der Stempel beweg ung leicht in den Spalt zwischen Stempel und Matrize ziehen lässt, wirkt auf den Boden des herzustellenden Formteiis nur eine geringe Zugbelastung. Zur Gewinnung des Zuschnitts wird dieser in einem zusätzlichen Prozessschritt zuvor aus der Kartonbahn zugeschnitten und muss durch entsprechende Handhabe- und Speichereinrichtungen für das nachfolgende Tiefziehen vorgehalten und vorbereitet werden.
Nach dem Stand der Technik sind auch Verfahren bekannt, die ohne einen vorherigen Zuschnitt die Umformung direkt aus der Kartonbahn ermöglichen. Beispielhaft werden hierfür die Druckschriften DE 692 2 1490 T2 und DE 20 2012 102 550 Ul angeführt. Dabei kommt ein beschichteter Karton zu Einsatz, der eine höhere Zugfestigkeit aufweist. Darüber hinaus ist Speziaikarton bekannt, der kostenintensiv ist, aber ebenfalls eine höhere Zugfestigkeit aufweist. Trotz dieser Maßnahmen sind aber sind mit dem Umformverfahren nach dem Stand der Technik nur Umformverhältnisse (Verhältnis von Durchmesser zu Tiefe des umgeformten Bereichs) von 0,15 bis 0,2 möglich. Höhere Umformverhältnisse scheitern daran, dass das mit der Bahn verbundene Material daran gehindert wird, ohne zusätzlich entstehende Zugkräfte in den Spalt zwischen Stempel und Matrize zu gelangen. Die somit resultierenden Zugkräfte, die vor allem im Bereich des Bodens des Formteiis auf das Material wirken, führen zu Rissen im Material. Dieses lässt nämlich nur 3 bis 6 % Dehnung zu, danach kommt es zum Bruch. Das Formteii wird dadurch unbrauchbar. Die vorgenannten Zahlenangaben sind dem Buch Hesse, Fritz und Hans-Jürgen Tenzer, Grundlagen der Papierverarbeitung. Band 1 bis 3, Fachbuchverlag, 1966 entnommen. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Formteile aus einem Faserwerkstoff anzubieten, bei dem die Umformung durch Tiefziehen aus einen in der Bahn des Werkstoffs befindlichen Rohling erfolgt und zu einem hohen Umformverhältnis führt. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Formteiie aus einer Bahn eines flächigen, plastisch verformbaren Faserwerkstoff durch Tiefziehen mit einem Stempel und eine zugehörige Ziehbüchse. Ein Faserwerkstoff hat üblicherweise eine geringe Zugfestigkeit, erfährt hingegen eine hohe Reibung durch starke Kompression im Ziehspalt. Deshalb wirken auf das Material hohe Belastungen beim Einziehen in den Spalt zwischen Stempel und Ziehbüchse ein, was zu einem Bruch des Materials führt. Durch eine Relativbewegung zwischen dem Stempel und der Ziehbüchse ist der Faserwerkstoff umformbar. Das gezielte Zulassen bzw. sogar Steuern dieser Ausgleichsbewegung gewährleistet, dass sich das Material umformen kann, ohne in Blattebene zurückgehalten zu werden und somit Dehnungsrisse zu erhalten. Dabei ist ein runder, rechteckiger, ovaler oder unregelmäßiger Zuschnitt für das Formteil beim Tiefziehen mit der Bahn aus Faserwerkstoff unterschiedlicher Grammatur über wenigstens einen Steg verbunden und im Übrigen durch wenigstens einen Entlastungsschnitt aus der Bahn gelöst, wobei ein Umformverhäitnis als Verhältnis von Durchmesser und Tiefe größer als 0,2 realisierbar ist.
Damit werden die Vorteile des Tiefziehens eines einzelnen Zuschnitts, bei dem bereits nach dem Stand der Technik hohe Umformverhältnisse erzielt werden können, mit den Vorteilen der Verarbeitung einer Bahn, d.h. eines quasi endlos dem Prozess zuführbaren flächigen Materials, verknüpft. Während üblicherweise das Umformen von Bahnmaterial nur im geringen Umfang möglich ist, nämlich mit Umformverhältnissen von 0,15 bis 0,2. Im Wesentlichen werden jedoch Prägungen ansteile von Tiefziehvorgängen durchgeführt mit Umformverhältnissen um 0,05. Dieser Nachteil wird durch die Erfindung überwunden. Das als Bahn vorliegende Material ermöglicht eine sehr einfache Handhabung, da eine Manipulation einzelner Zuschnitte entfällt. Das ist insbesondere interessant für nicht rotationssymmetrische Zuschnitte, die in jeder Achse in eine exakte Lage gebracht werden müssen, bevor der Tiefziehvorgang beginnen kann.
Darüber hinaus kann auch für nachfolgende Verfahrensschritte, die auf die Formgebung durch Tiefziehen folgen, die weiterhin bestehende Verbindung mit der Bahn genutzt werden. So kann das erzeugte Formteil einfach transportiert und in eine exakte Lage gebracht werden, ohne dass dazu weitere Aufwendungen erforderlich wären. Es kann beispielsweise ein Befüllen und Verschiieiien des als Packmittel ausgebildeten Formteils erfolgen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind als flächiger, plastisch verformbarer Faserwerkstoff Vliese, Papier, Karton oder Pappe vorgesehen. Bei diesen Materialien, insbesondere bei Papier und Karton, ist eine gute Verformung gewährleistet, auch wenn keine Spezialwerkstoffe, deren Eigenschaften speziell auf das Tiefziehen ausgerichtet sind, Anwendung finden. Zudem sind Papier und Karton besonders geeignet, nach dem Tiefziehen als Erzeugnis mit ausreichender Stabilität zum Einsatz zu gelangen, beispielsweise als Packmittel zur Verpackung von anderen Erzeugnissen.
Es hat sich in besonders vorteilhafter Weise gezeigt, dass hohe Umformverhältnisse bis 0,9 durch das nach der Erfindung vorgesehene Tiefziehverfahren realisierbar sind. Dies ist nach dem Stand der Technik nur dann möglich, wenn gesonderte, vollständig aus einem Materialzusammenhang herausgetrennte Zuschnitte dem Tiefziehvorgang einzeln zugeführt werden. Besonders bevorzugt sind nach der Erfindung Umformverhältnisse von 0,6 bis 0,8 realisierbar.
Weitere Vorteile resultieren dadurch, dass mehrteilige Verpackungskomponenten herstellbar sind. Es erübrigt sich dann, diese Komponenten in einzelnen Fertigungsschritten herzustellen und nachträglich miteinander zu verbinden, einschließlich der jeweils nötigen Manipulationsschritte, mit denen sie in die für das Verbinden erforderliche Position zueinander gebracht werden müssten.
In dem Zusammenhang sind beispielsweise eine Unterschale, eine Oberschale und ein Unterschale und Oberschale beweglich verbindendes Scharnier herstellbar. Durch das Scharnier kann später, beispielsweise nach einem Befüllen der Unterschale, die Oberschale umgeklappt werden und das gesamte Formteil verschlossen werden. Eine solche Anwendung wäre insbesondere im Bereich der Verpackung vorteilhaft.
Bevorzugt wird gemäß der Erfindung das Tiefziehen im geschlossenen Verfahren durchgeführt. Dabei wird das Formteil nach dem Tiefziehen, wobei der Zuschnitt vom Stempel in die Ziehbüchse hineingedrückt wird, aus dieser heraus in die entgegengesetzte Richtung ausgestoßen. Dadurch kann das Formteil nach seiner Fertigung weiterhin im Verbund mit der Bahn bleiben und entsprechend den vorgenannten Möglichkeiten einer weiteren Manipulation oder nachfolgenden Verfahrensschritten zugeführt werden.
Wird demgegenüber das offene Verfahren angewandt, bei dem das hergestellte Formteil aus der Ziehbüchse in derselben Richtung, wie der Stempel den Zuschnitt hineingedrückt hat, ausgestoßen wird, muss der Verbund mit der Bahn zuvor gelöst werden. Das kann durch ein vollständiges Ausschneiden des Zuschnitts vor dem Tiefziehen erfolgen und wäre beispielsweise dann sinnvoll, wenn das Tiefziehen zugleich den abschließenden Fertigungsschritt darstellt und keine weiteren Prozessschritte folgen müssten.
Besondere Vorzüge sind mit einer Ausgieichsbewegung verbunden, die entweder als passive Ausgleichsbewegung durchführbar ist und bei der die Bahn während des Umformvorgangs frei ist nachzuwandern oder die als aktive Ausgieichsbewegung durchführbar ist und bei der der Stempel und die Ziehbüchse während des Umformvorgangs so bewegt werden, dass sie mit der Mittelpunktsverschiebung des Mittelpunkts beim Übergang vom Zuschnitt zum Formteil gegenüber dem Mittelpunkt des Entlastungsschnitts mitgeführt werden. Es können auch beide Varianten parallel Anwendung finden. Die Ausgleichsbewegung dient dem freien Materialfiuss während der Umformung, Ohne diese Ausgleichsbewegung können keine symmetrisch tiefen Formteile hergesteilt werden. Bei Festhalten der Bahn relativ zu den Werkzeugen wird die Ausgieichsbewegung behindert. Dies führt zu ungleichmäßig hohen Formteilen oder einem Abreißen vom Steg.
Besondere Vorteile erwachsen aus der Erfindung in dem Fall, dass das Tiefziehen an einer Form-, Füll- und Verschließmaschine durchgeführt wird und gleichzeitig an verschiedenen Stationen die Schritte Hersteilen des Formteiis als Packmittel oder Behälter, Transport der Bahn mit den Behältern zur Füllvorrichtung, Füllen des Behälters, Transport der Bahn mit den Behältern zur Verschließvorrichtung, Verschließen des Behälters, Trennen der einzelnen Behälter oder in Einheiten aus der Bahn durchgeführt werden. Dann kann, wie oben bereits ausgeführt, eine Manipulation der Formteile und der entstehenden Packung in einfacher Weise an dem verbleibenden Bahnmaterial, beispielsweise an dessen Rand, erfolgen. Die Formteile und später die Packung verbleiben in einer definierten Lage und müssen nicht manipuliert werden, um die nachfolgenden Prozessschritte durchführen zu können. Ist die Packung hergestellt, können die einzelnen Packungen aus dem Verbund mit der Materialband gelöst werden, entweder einzeln oder in Gruppen, entsprechend dem Bedarf nachfolgender Logistikprozesse.
Die Aufgabe der Erfindung wird zudem gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung eines Tiefziehverfahrens für einen flächigen, plastisch verformbaren Faserwerkstoff gemäß der zuvor beschriebenen Erfindung. Diese Vorrichtung besteht aus einer Tiefziehvorrichtung, wie sie nach dem Stand der Technik für Faserwerkstoffe bekannt ist, sowie einer mit dieser verfahrenstechnisch verknüpften Schneidvorrichtung. Die Schneidvorrichtung dient zum Ausschneiden oder Stanzen von einem oder mehreren Entlastungsschnitten, wobei ein oder mehrere Stege zurückbleiben, mit denen der Zuschnitt mit der Bahn verbunden bleibt. Die Schneidvorrichtung kann direkt an der Tiefziehvorrichtung angeordnet sein und das Bahnmateria! in derselben Position schneiden, wie nachfolgend das Tiefziehen erfolgt. Die Bahn wird also zwischen beiden Prozessschritten, die unmittelbar aufeinanderfolgen können, nicht weiter bewegt.
Alternativ hierzu ist es vorgesehen, dass die Schneidevorrichtung von der Tiefziehvorrichtung beabstandet ist, sodass zunächst das Ausschneiden erfolgt, die Materiaibahn danach einen Prozessschritt weiter transportiert wird, bis sie zu der Tiefziehvorrichtung gelangt ist, damit dort das Tiefziehen vorgenommen werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch eine Form-, Füll- und Verschließmaschine, aufweisend wenigstens eine der zuvor beschriebenen Formvorrichtungen, insbesondere Tiefziehvorrichtungen. Die Tiefziehvorrichtung ist so angeordnet und ausgeführt, dass sie aus einer Bahn flächigen, plastisch verformbaren Faserwerkstoffs oben offene Behälter als Formteile formt. Die Form-, Füll- und Verschiießmaschine weist wenigstens eine Füilvorrichtung auf, die so angeordnet und ausgeführt ist, dass sie die oben offenen Behälter füllt. Zudem weist sie wenigstens eine Verschließvorrichtung auf, die so angeordnet und ausgeführt ist, dass sie die offenen Oberseiten der befüllten Behälter verschließt. Weiterhin ist eine Transportoder Behälterfördervorrichtung vorgesehen, die so ausgeführt ist, dass sie die Bahn, die sich an der Formvorrichtung, der Füilvorrichtung und der Verschiießvorrichtung vorbei erstreckt, an der Formvorrichtung, der Füilvorrichtung und der Verschiießvorrichtung entlang fördert, und wobei die Form-, Füll- und Verschiießmaschine weiterhin eine Trennvorrichtung aufweist, die so ausgeführt und angeordnet ist, dass sie die Stege in der Weise trennt, dass damit einzelne Behälter oder Einheiten von mehreren Behältern aus der Bahn ausgeschnitten werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Maschinenleistung kontinuierlich genutzt werden kann, da bei mehreren, zu unterschiedlichen Zeiten in die Ziehbüchse eintauchenden Tiefziehstempeln jeweils unterschiedliche Prozessstadien vorliegen. Das ist insbesondere deswegen vorteilhaft, da beim Tiefziehen von Vlies, Papier, Karton oder Pappe am Beginn des Tiefziehprozesses die größte Kraft aufgewendet werden muss. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen: Fig. 1 : Stand der Technik; Ergebnisse von Ziehversuchen nach herkömmlichen Verfahren bei hohem Umformverhältnis mit Schäden im Bodenbereich;
Fig. 2: schematische Darstellung einer Ausführungsform der Umformergebnisse bei der Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Draufsicht;
Fig. 3: schematische Darstellung einer Ausführungsform der Umformergebnisse bei der Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens in perspektivischer Ansicht;
Fig. 4: schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tiefziehvorrichtung in geschnittener Seitenansicht;
Fig. 5: schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte in geschnittener Darstellung der Umformvorrichtung;
Fig. 6: schematische Darstellung einer Form-, Füll- und Verschließmaschine mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Umformvorrichtung; und
Fig. 7: den Abiauf und die Funktion der Ausgleichsbewegung.
Fig. 1 zeigt den Stand der Technik mit Ergebnissen von Ziehversuchen nach herkömmlichen Verfahren bei hohem Umformverhäitnis mit dadurch entstandenen Schäden im Bodenbereich. Durch den auch während des Ziehvorgangs bestehenden vollständigen Verbund des Formteils mit der Bahn 1 ist ein freies und weitgehend ungehindertes Eingieiten von Material in den Ziehspait nicht oder nur unter Überwindung höherer Kräfte möglich. Die Folge sind Überlastungen des Materials durch Zug, es kommt zum Bruch 3 des Materialverbundes und das Formteil X wird infolgedessen unbrauchbar. Dargestellt sind unterschiedliche Varianten von Brüchen 3 im Bodenbereich. Ebenso kann es zu Brüchen 3 in der Wandung des Faserwerkstoffs kommen, da dort gerade beim Tiefziehen von Faserwerkstoffen die höchsten Spannungen auftreten, immer in Abhängigkeit vom Reibkoeffizienten zwischen Stempel und Faserwerkstoff, wie z. B. Karton.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Umformergebnisse bei der Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Draufsicht. Dabei sind Formteile X durch Tiefziehen gebildet worden, die noch mit der Bahn 1 über einen Steg 5 verbunden sind. Die übrigen Bereiche, in denen der Zuschnitt für das Formteii 2' ursprünglich mit der Bahn 1 verbunden war, sind durch einen Entlastungsschnitt 4 getrennt worden. Dort wurde das Material der Bahn 1 ungehindert beim Tiefziehen in den Ziehspait eingezogen, sodass ein fehlerfreies Formteil 2' gebildet werden konnte. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Umformergebnisse bei der Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens in perspektivischer Ansicht. Dabei sind in der Bahn 1 Formteile X in zwei Reihen gebildet worden. Die Formteile sind ebenfalls über einen Steg 5 noch mit der Bahn 1 verbunden und im Übrigen über Entlastungsschnitte aus der Bahn 1 herausgetrennt,
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tiefziehvorrichtung 6 in geschnittener Seitenansicht. Dabei liegt die Bahn 1 so in der Tiefziehvorrichtung 6, dass sie die Öffnung der Ziehbüchse 7 überdeckt. Um einen geeigneten Zuschnitt 2 zu erhalten, sind die Schneidvorrichtungen 11 vorgesehen, die in Zusammenwirken mit den Gegenschneiden 12 wenigstens einen Entiastungsschnitt 4 in der Bahn 1 vornehmen. Dadurch kann sich beim hier nicht dargestellten nachfolgenden Tiefziehvorgang, wenn sich der Stempel 8 in die Ziehbüchse 7 senkt, der Zuschnitt 2 nahezu ungehindert in den Ziehspait zwischen Ziehbüchse 7 und Stempel 8 eingeformt werden.
Zunächst wird jedoch der Zuschnitt 2 mit dem Faltenhalter 9, der gegen die Ziehbüchse 7 drückt, so weit fixiert, dass das Einziehen des Zuschnitts 2 in den Ziehspalt gegen eine definierte Reibkraft und ohne übermäßige Faltenbildung erfolgt. Ist das Formteii hergestellt, stößt es der Gegenhalter 13 in Richtung des Stempeis 8, der inzwischen die Ziehbüchse 7 entgegen der Umformrichtung wieder verlassen hat, aus.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte mittels geschnittener Darstellungen der Umformvorrichtung 6, hier jedoch ohne die Schneidvorrichtungen 11, 12. Diese sind nach der dargestellten Ausführungsform nicht unmittelbar an der Tiefziehvorrichtung 6 angeordnet, sondern kommen in einem vorgelagerten Prozessschritt zur Wirkung, Deshalb erreicht in Prozessschritt a) die Bahn 1 die Umformvorrichtung 6 mit bereits eingebrachten Entlastungsschnitten, die jedoch in der gewählten Darstellung nicht sichtbar sind. In Prozessschritt b) setzt der Stempel 8 in Pfeilrichtung auf dem Zuschnitt 2 auf. Eine Heizung 10 beheizt die Ziehbüchse 7. Der eigentliche Umformprozess vollzieht sich in Prozessschritt c), wobei sich der Stempel 8 weiter in Pfeilrichtung absenkt und den Zuschnitt 2 in die Ziehbüchse 7 eindrückt. Dort wird das nun gebildete Formteil 2' durch die Wärmebehandlung in seiner Form fixiert. Zuletzt folgt das Ausformen, wie in Prozessschritt d) dargestellt, indem der Gegenhalter 13 das fixierte Formteil 2 aus der Form, der Ziehbüchse 7 ausstößt.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Form-, Füll- und Verschließmaschine mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Umformvorrichtung 6. Dabei erfolgt in Prozessschritt a) die Bildung des Formteils 2' mithilfe einer erfindungsgemäßen Tiefziehvorrichtung 6. Das Formteil X ist dabei als Packmittei ausgeführt. Dieses wird in Prozessschritt b) mitteis der Fülivorrichtung 30 mit dem Packgut befülit. Hierauf folgt Prozessschritt c), in dem durch die Verschiießvorrichtung 31 ein Verschluss auf dem Formteil X befestigt wird.
Bis dahin ist die nun gebildete Packung noch immer mit der Bahn 1 verbunden, was für eine erleichterte Handhabung und eine exakte Positionierung sorgt. Um die Packung jedoch für die Auslieferung vorzubereiten, ist es erforderlich, sie aus der Bahn 1 zu trennen. Dies erfolgt in einer weiteren Station, der Trennvorrichtung 32. Damit liegt in Prozessschritt e) nun eine einzelne oder bedarfsgerecht gruppierte Packung vor, die entnommen und für den Versand bzw. die erforderliche logistische Weiterbehandlung vorbereitet werden kann. Die Bahn 1 wird mittels einer Transportvorrichtung 33 transportiert und damit das Formteil X von Station zu Station, wie vorstehend beschrieben, gefördert.
Fig. 7 zeigt den Ablauf und die Funktion der passiven Ausgleichsbewegung beim Tiefziehen mit einem Ausgangszustand a), einem Zwischenzustand b) und einem Endzustand c) jeweils in Seitenansicht und Draufsicht. Dabei ist die Bahn 1 mit den Zuschnitten 2 und später dem Formteii 2' zu erkennen, wobei letztere durch den Steg 5 mit der Bahnl verbunden sind.
Während der Mittelpunkt Ml des Entlastungsschnittes 4 vor der Umformung mit dem Mittelpunkt M2 des (künftigen) Formteiis 2' zusammenfällt, ändert sich dies während der Umformung, wenn Material des Zuschnitts 2 in den Ziehspait eingezogen wird. Da das Formteii einseitig über den Steg in der Bahn fixiert ist, findet dabei der Materialfluss nur einseitig statt, sodass die Bahn entweder frei sein muss um den Betrag der Ausgleichsbewegung 40 nachzuwandern (passiv, wie dargestellt) oder die Werkzeuge, also Stempel und Ziehbüchse, so bewegt werden, dass sie mit der Mittelpunktverschiebung mitgeführt werden (aktive Ausgleichsbewegung, nicht dargestellt).
Bezugszeichenliste
1 Bahn
2 Zuschnitt für Formteil
21 Formteil
3 Bruch
4 Entlastungsschnitt
5 Steg
6 Tiefziehvorrichtung
7 Ziehbüchse
8 Stempel
9 Falten ha Iter
10 Heizung
11 Schneidvorrichtung
12 Gegenschneide
13 Gegenhalter
30 Füllvorrichtung
31 Verschiießvorrichtung
32 Trennvorrichtung
33 Transportvorrichtung
Ml Mittelpunkt Entlastungsstanzung
M2 Mittelpunkt Formteil
40 passive Ausgleichsbewegung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Formteiie aus einer Bahn eines flächigen, plastisch verformbaren Faserwerkstoff durch Tiefziehen mit einem Stempel und eine zugehörige Ziehbüchse, wobei durch eine Relativbewegung der Faserwerkstoff zwischen dem Stempel und der Ziehbüchse umformbar ist, dadurch gekes nzesc rset, dass ein runder, rechteckiger, ovaler oder unregelmäßiger Zuschnitt (2) für das Formteil (2') beim Tiefziehen mit der Bahn (1) aus Faserwerkstoff über wenigstens einen Steg verbunden und im Übrigen durch wenigstens einen Entlastungsschnitt (4) aus der Bahn (1) gelöst ist, wobei ein Umformverhältnis als Verhältnis von Durchmesser und Tiefe größer als 0,2 realisierbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als flächiger, plastisch verformbarer Faserwerkstoff Vlies, Papier, Karton oder Pappe vorgesehen sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Umformverhältnisse von 0,3 bis 0,9 realisierbar sind.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei Umformverhältnisse von 0,6 bis 0,8 realisierbar sind.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mehrteilige Verpackungskomponenten herstellbar sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine Unterschale, eine Oberschale und ein Unterschale und Oberschale beweglich verbindendes Scharnier herstellbar sind,
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Tiefziehen im geschlossenen Verfahren durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Ausgleichsbewegung vorgesehen ist, die als passive Ausgleichsbewegung (40) durchführbar ist, wobei die
Bahn (1) während des Umformvorgangs frei ist nachzuwandern, oder/und die als aktive Ausgleichsbewegung durchführbar ist, wobei der Stempel (8) und die Ziehbüchse (7) während des Umformvorgangs so bewegt werden, dass sie mit der Mittelpunktverschiebung des Mittelpunkts (M2) beim Übergang vorn Zuschnitt (2) zum Formteii (2') gegenüber dem Mittelpunkt (Ml) des Entlastungsschnitts (4) mitgeführt werden.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Tiefziehen an einer Form-, Füll- und Verschließmaschine durchgeführt wird und gleichzeitig an verschiedenen Stationen die Schritte
* Hersteilen des Formteils (Z) als Behälter in der Tiefziehvorrichtung (6),
® Transport der Bahn (1) mit den Behältern zu einer Füllvorrichtung (30),
® Füllen des Behälters in der Fülivorrichtung (30),
* Transport der Bahn mit den Behältern zu einer Verschließvorrichtung (31), » Verschließen des Behälters in der Verschließvorrichtung (31),
* Trennen der Behälter einzelnen oder in Einheiten aus der Bahn in der Trennvorrichtung (32)
durchgeführt werden,
10. Vorrichtung zur Durchführung eines Tiefziehverfahrens für einen flächigen, plastisch verformbaren Faserwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
11. Form-, Füll- und Verschließmaschine aufweisend wenigstens eine Tiefziehvorrichtung nach Anspruch 10, die so angeordnet und ausgeführt ist, dass sie aus einer Bahn flächigen, plastisch verformbaren Faserwerkstoffs Formteile (X) als oben offene Behälter formt, wenigstens eine Fülivorrichtung (30), die so angeordnet und ausgeführt ist, dass sie die oben offenen Behälter füllt, wenigstens eine Verschließvorrichtung (31), die so angeordnet und ausgeführt ist, dass sie die offenen Oberseiten der befüllten Behälter verschließt, und eine Transportvorrichtung (33), die so ausgeführt ist, dass sie die Bahn (1), die sich an der Tiefziehvorrichtung (6), der Fülivorrichtung (30) und der Verschiießvorrichtung (31) entlang erstreckt, an der Tiefziehvorrichtung (6), der Fülivorrichtung (30) und der Verschiießvorrichtung (31) entlang fördert, und wobei die Form-, Füll- und Verschließmaschine weiterhin eine Trennvorrichtung (32) aufweist, die so ausgeführt und angeordnet ist, dass sie Stege zwischen Bahn ( 1) und Formteile (2") in der Weise trennt, dass damit einzelne Behälter oder Einheiten von mehreren Behältern aus der Bahn (1) ausgeschnitten werden.
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