NL1033300C2 - Thermovorminrichting en werkwijze daarvoor. - Google Patents

Description

Thermovorminrichting en werkwijze daarvoor

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een thermovorminrichting en op een werkwijze voor het 5 thermovormen van een product.

Een thermovorminrichting omvat een bovenmatrijs en een ondermatrijs. De ondermatrijs is voorzien van een vormholte, waarvan de wand de vorm heeft van het te vormen product. Tussen bovenmatrijs en ondermatrijs wordt een kunststof 10 materiaal zoals een thermoplastisch kunststof, zoals plastic, in het bijzonder PP, PS en PET, gepositioneerd.

De thermovorminrichting kan zijn voorzien van sensoren voor het meten van eigenschappen van gevormde producten of van omgevingsfactoren zoals temperatuur, vochtigheid en druk. 15 Dergelijke omgevingsfactoren hebben invloed op het vormproces van het eindproduct.

Het is bekend met een thermovorminrichting een product te vormen uit een kunststoffen laag. De werkwijze van het vormen van een dergelijk product omvat het tussen een boven- en 20 ondermatrijs in een thermovorminrichting aanbrengen van een kunststoflaag, waarbij de producten worden gevormd door de laag in de vormholte van de ondermatrijs te brengen, bijvoorbeeld met de voorstrekker of plunjer. De bovenmatrijs omvat bij voorkeur een drukflens voor het vasthouden van de 25 folie. In de drukflens is bij voorkeur een beweegbaar plunjer aangebracht. Het product wordt gevormd in een caviteit, welke een samenwerkend geheel is van de onder- en bovenmatrijs.

Bij het vormen van de producten met dergelijke inrichtingen wordt de verwarmde kunststoffen laag (folie) 30 tussen ondermatrijs en bovenmatrijs gebracht. Deze worden naar elkaar toe bewogen, waardoor de laag daartussen wordt geklemd. In de ondermatrijs zijn vormholten aangebracht, waarin de producten op de wanden van die vormholten worden 10 3 3 3 0 0 2 gevormd. In de bovenmatrijs, horend bij de vormholte van de ondermatrijs, bevindt zich een beweegbare plunjer. Met behulp van deze plunjer of voorstrekker wordt het verwarmde folie tot in de vormholten van de ondermatrijs bewogen. Een gas 5 zoals lucht wordt vervolgens toegevoerd en rondom de voorstrekker geblazen, waardoor het door de voorstrekker gevormde folie tot tegen de wand van de vormholte wordt geblazen. De wanden van de vormholten worden gekoeld, waardoor de verwarmde kunststoffen laag afkoelt en zijn 10 uiteindelijke vorm aanneemt.

Het is bekend dat het thermovormproces verschillende procesvariabelen heeft, die invloed hebben op de uiteindelijk gevormde producten. De materiaalverdeling heeft invloed op de gehele vorm en de afmetingen van het te vormen product. De 15 materiaalverdeling van het te vormen product is voornamelijk afhankelijk van de temperatuur van de folie, de geometrie van de plunjer en diepte van de plunjer waarmee de plunjer het materiaal in de vormholte brengt en de luchtdruk waarmee de folie tegen de wand van de vormholte wordt geblazen. Het 20 thermovormproces is een kritisch proces, waarbij kleine veranderingen van de procesvariabelen grote invloed hebben op de vorming en dus de uiteindelijke kwaliteit van het te vormen product.

De procesvariabelen zijn bijvoorbeeld de temperatuur, de 25 luchtdruk en de diepte van de plunjer. Deze variabelen zijn in te stellen met de thermovormmachine. Door deze waarden in te stellen, kan de materiaalverdeling van de te vormen producten worden bijgesteld.

De ingestelde waarden geven niet de werkelijke waarden in 30 de caviteit tijdens het thermovormproces weer. Deze waarden worden vastgesteld door bijvoorbeeld een meting volgens de stand van de techniek buiten de matrijs. Hierdoor kan er niet direct worden bepaald welke invloed de verandering van de 3 instellingen heeft op de materiaalverdeling van het te vormen product. Een tweede nadeel aan de stand van de techniek is dat doordat de procesvariabelen niet direct bepaald worden, de juiste instellingen om tot een goed product te komen, 5 tijdens de thermovormwerkwijze vaak bijgesteld moeten worden. Invloeden van buitenaf, zoals bijvoorbeeld temperatuursverschillen, luchtdruk en luchtvochtigheid van de omgeving hebben ook invloed op de thermovormwerkwijze en spelen een rol. De verschillende diktes op diverse plaatsen 10 (materiaalverdeling) van het product kunnen pas gemeten worden als het product uit de vormholte is verwijderd.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding om de werkwijze voor het thermovormen van een product te versnellen. Het is verder doel om de eigenschappen die 15 invloed hebben op de materiaalverdeling in het eindproduct beter te controleren.

Uit WO 2006/042960 is een inrichting en werkwijze bekend, waarbij tijdens het vormen, hier blow molding, een eigenschap van het te vormen product wordt gemeten, terwijl deze 20 producten zich nog in de vormholten bevinden. Er is een sensor aangebracht in de wand van de vormholte in de ondermatrijs. Een nadeel aan deze inrichting is dat het product op de wand van de ondermatrijs wordt gevormd en dus dat de sensor een mogelijke aftekening op het product kan 25 veroorzaken, omdat de wand of vormbus de uiteindelijke vorm van het product bepaalt. Tevens is de plaatsing van de sensor in de wand nadelig voor de koeleigenschappen van de caviteit.

Volgens een aspect van de uitvinding wordt ten minste één doel van de uitvinding bereikt door het versnellen van de 30 controle van eigenschappen van het gevormde product. De instellingen die invloed hebben op de materiaal verdeling van het te vormen product worden in de machine gemeten alsmede de 4 resultaten van die instellingen. Hierdoor wordt tevens een continue proces controle mogelijk.

Daartoe wordt de bekende thermovorminrichting aangepast, teneinde betere mogelijkheden voor het meten van 5 procesvariabelen toe te staan. De thermovorminrichting volgens de uitvinding omvat daartoe een ondermatrijs met een vormholte en een bovenmatrijs, welke voorzien is van een voorstrekker of plunjer. De voorstrekker is in de vormholte beweegbaar. Bij voorkeur is een sensor aangebracht in de 10 thermovorminrichting voor het meten van tenminste één omgevingsparameter of een eigenschap van het gevormde product. Volgens de uitvinding is de sensor bij voorkeur aangebracht op de voorstrekker en is bij voorkeur opgenomen in de voorstrekker. Hierdoor kan de sensor in de vormholte 15 gebracht worden tijdens het vormen van het product en kan een eigenschap van het gevormde product worden gemeten, terwijl het gevormde product zich nog bevindt in de vormholte. Ook kan een eigenschap van de voorstrekker worden gemeten, bij voorbeeld de verplaatsing van de voorstrekker. Door de sensor 20 in de voorstrekker aan te brengen, heeft de sensor geen direct contact met het te vormen voorwerp en kan een meting van een variabele of eigenschap van het product zonder contact uitgevoerd worden.

Een sensor of meetinstrument volgens deze octrooiaanvrage 25 is elk element dat in staat is een eigenschap of parameter te meten van materiaal of omgeving.

Door de sensor op de voorstrekker aan te brengen wordt tevens een besparing van tussenafval van folie mogelijk ten opzichte van WO 2006/042960. Het plaatsen van de sensor 30 volgens de stand van de techniek in de wand van de caviteit leidt ertoe dat de hoeveelheid tussenafval van de folie groter is dan gewenst. Het minste folieafval wordt verkregen door de caviteiten zo dicht mogelijk naast elkaar te 5 plaatsen. Door de sensor in de wand te plaatsen is het niet meer mogelijk om de caviteiten met geringe afstand naast elkaar te plaatsen, vanwege de inbouwruimte die nodig is. Die inbouwruimte wordt volgens de uitvinding uitgespaard.

5 Het heeft daarbij de voorkeur dat een deel van de sensor het buitenoppervlak vormt van de voorstrekker. De sensor bevindt zich zodoende in de directe omgeving van het gevormde eindproduct. De met de sensor uitgevoerde metingen komen overeen met de lokale omstandigheden van de plek waar gemeten 10 wordt. Dat levert nauwkeurige meetwaarden op bijvoorbeeld voor de materiaalverdeling en bijvoorbeeld voor de vorming van het product. Hierdoor is het tevens mogelijk de invloed van de veranderde instellingen ter plekke te meten.

In een andere uitvoering is de sensor opgenomen in de 15 voorspanner op afstand van het buitenoppervlak van de voorstrekker.

Een thermovorminrichting volgens de uitvinding omvat verder bij voorkeur een aantal sensoren voor een aantal eigenschappen, waarbij die sensoren in de voorstrekker zijn 20 opgenomen. Hierdoor kunnen een aantal eigenschappen, zoals temperatuur, vochtigheid, druk en dergelijke, worden gemeten. Bij voorkeur is tenminste één sensor ingericht voor het meten van een afstand. Dit kan een meetmiddel zijn dat werkt met ultrasone technieken. Hiermee wordt in het bijzonder de 25 afstand van de voorstrekker tot het gevormde materiaal berekend. Omdat de afstand tussen de voorstrekker in zijn eindpositie en de wand van de vormholte bekend is, kan de dikte van het product ter plaatse worden berekend. Deze dikte komt in hoofdzaak overeen met het verschil tussen de gemeten 30 afstand tussen sensor en product en de afstand tussen sensor en de kale wand van de vormholte. Hierdoor kan de dikte van het product op nauwkeurige wijze worden berekend. Hierdoor kan ook op nauwkeurige wijze de invloed van veranderde 6 instellingen tijdens de thermovormwerkwijze worden bepaald en is het uitvoeren van een aparte meting van het gevormde product nadat het is verwijderd uit de vormholte overbodig, waardoor de snelheid van het totaal proces kan worden 5 verhoogd. Daarnaast kan met de uitvinding het afval worden verminderd, in het bijzonder het afval vanwege afgekeurde producten. Met de uitvinding kan sneller tot een gewenst resultaat worden gekomen.

In een andere uitvoeringsvorm of aanvullend aan de 10 bovengenoemde uitvoering kan gebruikt worden gemaakt van sensoren voor het direct meten van de dikte van de folie. Met een dergelijke sensor, bijvoorbeeld een ultrasone sensor, kan onafhankelijk van de positie van de voorstrekker, en dus de daarop aangebrachte sensor, ten opzichte van de wand van de 15 caviteit een meting van de dikte van de gevormde folie worden uitgevoerd. Voor de dikte meting zal het type sensor worden afgestemd op de materiaal eigenschappen van de folie, zoals de transparantie of kleur.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze 20 voor het thermovormen van een product. De werkwijze omvat bij voorkeur het verschaffen van een kunststof laag, en het tussen een ondermatrijs en bovenmatrijs opnemen van die kunststof laag. Volgens de uitvinding wordt bij voorkeur een voorstrekker van de bovenmatrijs bewogen in een vormholte van 25 de ondermatrijs, waarbij het product wordt gevormd op een wand van die vormholte. De gevormde producten worden uit de vormholte verwijderd. Volgens de uitvinding omvat de werkwijze verder het op de voorstrekker verschaffen van een meetinstrument en het met het meetinstrument meten van ten 30 minste één eigenschap in de vormholte voordat het gevormde product wordt verwijderd. Hierdoor wordt een werkwijze verschaft, waarbij tijdens het vormen en/of na het vormen, maar voor het verwijderen een eigenschap van de 7 thermovormwerkwijze wordt gemeten en waardoor deze eigenschappen sneller beschikbaar zullen zijn. Een aparte meting aan de eigenschappen van het product na het verwijderen van het product uit de vormholte, is niet meer 5 nodig, maar kan nog wel plaatsvinden. De dikte van het product kan bijvoorbeeld worden gemeten. Een andere eigenschap die kan worden gemeten, is de temperatuur op een plaats in de vormholte.

Het heeft verder de voorkeur dat de werkwijze verder 10 omvat het in de vormholte brengen van de kunststof laag met de voorstrekker. Hierdoor wordt met de voorstrekker een bepaalde mate van rekking in het product opgewekt, voordat het product op de wand van de vormholte wordt gevormd.

De uitvinding zal verder worden beschreven aan de hand 15 van de bijgevoegde tekeningen, waarin:

Figuur 1 een eerste toestand van een thermovorminrichting,

Figuur 2 een tweede toestand toont van de thermovorminrichting volgens figuur 1, 20 Figuur 3 een tweede uitvoeringsvorm toont van de vorminrichting.

Uit de stand van de techniek zijn diverse thermovorminrichtingen bekend. In het navolgende zal worden verwezen naar enige algemene principes van het thermovormen, 25 maar de vakman zal bekend zijn met de details die bij thermovormen een rol spelen.

Figuur 1 toont een thermovorminrichting 1 die een bovenmatrijs 2 en ondermatrijs 3 omvat. De bovenmatrijs 2 is voorzien van een voorstrekker 4. Tussen de ondermatrijs 3 en 30 bovenmatrijs 2 is een kunststoflaag 5 aangebracht, waarmee een vormholte 6 in de ondermatrijs 3 kan worden afgedekt. De vormholte 6 heeft de vorm van het te vormen product, in het getoonde geval een beker.

8

De voorstrekker 4 is via stangen 7 beweegbaar volgens pijl 8. De voorstrekker 4 is beweegbaar op zodanige wijze dat deze in de vormholte 6 op te nemen, zoals getoond in figuur 2.

5 De bovenmatrijs 2 kan op de ondermatrijs 3 worden geplaatst, of kunnen op een andere wijze naar elkaar toe worden gebracht, waarbij de kunststoflaag 5 wordt geklemd tussen die boven- en ondermatrijs, zoals getoond in figuur 2. Met verwijzingscijfer 10 is die klemming aangegeven in figuur 10 2. De gehele omtreksrand rondom de vormholte 6 vormt een rand, waarbij het kunststof tussen onder- en bovenmatrijs wordt geklemd.

Na het klemmen van de kunststoffen laag tussen onder- en bovenmatrijs 2,3 wordt de voorstrekker 4 volgens pijl 8 15 bewogen in de vormholte 6. Tevens wordt de druk verhoogd, bijvoorbeeld door invoer van een gas volgens pijl 11 in de bovenmatrijs. Door de verhoogde druk zal het product gevormd worden doordat de kunststoflaag 5 de vorm aanneemt van de wand 12 van de vormholte 6 en daarbij zal de kunststoflaag 20 een vlies 13 vormen op die wand 12. De wand 12 kan op bekende wijze worden gekoeld, waardoor het kunststof uithardt.

De voorstrekker 4 is voorzien in de getoonde uitvoeringsvorm van acht sensoren 14-21. De sensoren kunnen zijn ingericht voor het meten van verschillende 25 eigenschappen, zoals een afstandmeting, een temperatuurmeting, een drukmeting, een (directe of indirecte) dikte meting of andere te meten eigenschappen.

In de getoonde uitvoeringsvorm zijn bij voorkeur de getoonde sensoren 14,15,18,16 en 21 uitgevoerd als 30 meetsensoren voor de dikte van het materiaal. Een voorbeeld hiervan zijn meetsensoren die een afstand meten. Een uitvoering van een diktemeetsensor is een sensor die 9 bijvoorbeeld met ultrasone technieken of andere technieken de dikte van het kunststofmateriaal direct kunnen meten.

De sensoren 14,15,18 en 16 meten de afstand vanaf een buitenwand 23 van de voorstrekker tot het eerste obstakel. In 5 figuur 2 is getoond dat het eerste obstakel dat gemeten kan worden het vlies 13 van het gevormde product is. Hiermee is de afstand tussen sensor en vlies meetbaar. Met sensor 21 kan de afstand tot een wand 24 van de bovenmatrijs 2, in het bijzonder de drukflens, worden gemeten, welke afstand met 10 verwijzingscijfer 25 is aangegeven. Hierdoor is nauwkeurig meetbaar in welke positie de voorstrekker is gebracht, na beweging van de stangen 7 volgens pijl 8.

Een eerste ijkingsmeting kan worden uitgevoerd zonder een productlaag 5 tussen onder- en bovenmatrijs 2 en 3 te 15 plaatsen, of althans alleen een product te plaatsen op de klemrand 10. Vervolgens is het mogelijk bij verschillende afstanden 25 een meting uit te voeren, waarbij de afstand tussen de respectievelijke sensoren 14,15,18,16 en de wand 12 van de vormholte 6 wordt bepaald. Met deze ijkingsmeting, kan 20 een tabel worden samengesteld van meetwaarden van een 'lege vormholte. Deze waarden kunnen worden vergeleken met de gemeten waarden van de respectievelijke sensoren in de toestand, zoals getoond in figuur 2. Het verschil tussen de twee waarde komt overeen met de dikte van het vlies 13 van 25 het gevormde product.

In een bijzondere uitvoering kunnen meerdere van dergelijke ijkingsmetingen plaatsvinden bij telkens verschillende afstanden 25. Hierdoor wordt een vergelijking mogelijk, onafhankelijk van de dikte van de kunststof laag.

30 De gemeten waarden kunnen telkens worden vergeleken met de gemeten ijkingswaarden bij dezelfde afstand 25.

Met een sensor 17 wordt bij voorkeur een temperatuur gemeten. Hierdoor wordt de temperatuur nabij het in figuur 1 10 en 2 onderste uiteinde van de vormholte 6 meetbaar. Ook sensor 19 is bij voorkeur een temperatuurmeter, terwijl sensor 20 bij voorkeur een druksensor is.

Naast de sensoren die zijn aangebracht in de 5 voorstrekker, en welke een wanddeel vormen van de voorstrekker, is een externe sensor 26 geplaatst. Met deze sensor is de afstand meetbaar, welke de drukflens van de bovenmatrijs is bewogen bij het klemmen van de productlaag 5 tussen boven- en ondermatrijs. In een 10 voorkeursuitvoeringsvorm is de ondermatrijs 3 vast verbonden met een gestel en de bovenmatrijs 2 beweegbaar volgens pijl 8. In een andere uitvoering kan de ondermatrijs 3 bewegen naar de bovenmatrijs toe.

Met de sensor 26, welke tevens de afstandmeter is die 15 contactloos werkt, is het mogelijk de dikte van de productlaag 5 te meten tussen de drukflens en ondermatrijs. Immers tijdens een ijkingsmeting kan de afstand worden gemeten tussen sensor 26 en de bovenzijde van de bovenmatrijs 2, wanneer er geen product 5 geklemd is tussen drukflens en 20 bovenmatrijs, en deze kan worden vergeleken met de gemeten afstand wanneer er wel een productlaag aanwezig is, zoals volgens figuur 2.

Figuur 3 toont een tweede uitvoeringsvorm van een thermovorminrichting 40, die een vergelijkbare opbouw heeft, 25 waarbij een voorstrekker 42 voorzien is van acht sensoren 43-50, welke zijn ingericht om eigenschappen te meten in de vormholte 51 van de ondermatrijs 52 wanneer de voorstrekker 42 in de vormholte 51 is bewogen.

Volgens de uitvinding kunnen de sensoren op de 30 voorstrekker zowel eigenschappen in de vormholte meten, als een eigenschap buiten de vormholte, zoals de afstand 25 getoond in figuur 2 met sensor 21.

11

Alhoewel de uitvinding is beschreven aan de hand van een tweetal uitvoeringsvoorbeelden, zal het de vakman duidelijk zijn dat verschillende uitvoeringsvormen mogelijk zijn met de sensoren volgens de uitvinding, welke zijn aangebracht op de 5 voorstrekker.

1033300

Claims (11)

1. Thermovorminrichting voor het thermovormen van een kunststof laag tot een of een aantal producten omvattende een 5 ondermatrijs met een vormholte en een bovenmatrijs voorzien van een voorstrekker, welke in de vormholte gebracht kan worden, waarbij ten minste een sensor in de thermovorminrichting is aangebracht voor het meten van ten minste een omgevingsparameter of een eigenschap van het 10 gevormde product, met het kenmerk dat de sensor is opgenomen in de voorstrekker.

2. Thermovorminrichting volgens conclusie 1, waarbij de sensor een deel vormt van het buitenoppervlak van de 15 voorstrekker.

3. Thermovorminrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij een aantal sensoren voor een aantal eigenschappen in de voorstrekker zijn opgenomen. 20

4. Thermovorminrichting volgens één van de conclusies 1-3, waarbij ten minste een sensor is ingericht voor het meten van een afstand.

5. Thermovorminrichting volgens conclusie 4, waarbij ten minste één sensor is ingericht voor het meten van een afstand tussen de voorstrekker en de bovenmatrijs of een drukflens.

6. Thermovorminrichting volgens één van de voorgaande 30 conclusies, waarbij ten minste een van de sensoren in de voorstrekker een sensor is voor een dikte meting. 1033300

7. Thermovorminrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij ten minste een van de sensoren in de voorstrekker een temperatuursensor is.

8. Thermovorminrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij ten minste een van de sensoren in de voorstrekker een druksensor is.

9. Werkwijze voor het thermovormen van een product 10 omvattende het verschaffen van een kunststof laag, het tussen een ondermatrijs en bovenmatrijs opnemen van de kunststof laag, het bewegen van een voorstrekker van de bovenmatrijs in een vormholte van de ondermatrijs, het vormen van het product door de kunststof laag op een wand van een vormholte te 15 brengen, en het uit de vormholte verwijderen van het gevormde product, gekenmerkt doordat de werkwijze verder omvat het op de voorstrekker verschaffen van een meetinstrument en het met het meetinstrument meten van ten minste één eigenschap in de vormholte voordat het gevormde product wordt verwijderd. 20

10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij de werkwijze verder omvat het met een voorstrekker in een vormholte van de ondermatrijs brengen van de kunststof laag.

11. Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, waarbij een afstand wordt gemeten tussen voorstrekker en bovenmatrijs of drukflens vóór het verwijderen van het gevormde product. 1033300