NL2004904C2

NL2004904C2 - Koppelsysteem, samenstelbaar matrijsonderdeel en thermovorminrichting.

Info

Publication number: NL2004904C2
Application number: NL2004904A
Authority: NL
Inventors: Gijsbertus Adrianus Johannes Baptist Smeulders
Original assignee: Bosch Sprang Beheer B V
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2011-12-19
Also published as: US20130251840A1; WO2011159155A2; WO2011159155A3; EP2582510A2

Description

Koppelsysteem, samenstelbaar matrijsonderdeel en thermovorminrichting

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een 5 koppelsysteem, een samenstelbaar matrijsonderdeel en een thermovorminrichting. De uitvinding is bijzonder geschikt voor thermovorminrichtingen waarvan een matrijs een samengesteld matrijsonderdeel omvat dat uit twee of meer elementen bestaat die gekoppeld of samengesteld zijn door 10 het koppelsysteem volgens de uitvinding.

Thermovormen is een bekende techniek. Het maakt gebruik van het feit dat bij voldoende verwarming de vorm van thermoplastische materialen zoals polipropyleen (PP), polystyreen (PS) of polyetheen (PET), veranderd kan worden. 15 Een typische thermovorminrichting, om het verwarmde materiaal te vormen, omvat twee matrijzen, een boven- en ondermatrijs, waarbij het verwarmde kunststof materiaal, bij voorkeur in de vorm van een plaat of folie, tussen de twee matrijzen wordt gebracht.

20 Als de matrijshelften dicht zijn wordt het kunststof materiaal door een voorstrekker in de vormholtes van de matrijs gebracht. Deze vormholtes worden gedefinieerd door de wanden van een vormbus. In de vormbus is tevens een vormbodem opgenomen voor de vorming van de bodem van het 25 product. Een verhoogde druk wordt toegepast om de kunststof tegen de wand en de bodem van de vormholte te drukken. Doordat de wand en de bodem van de holte op relatief lage temperatuur worden gehouden zal de kunststof een vaste vorm aannemen. Veelal omvat de combinatie van boven- en 30 ondermatrijs meerdere vormholtes, en dus ook meerdere vormbodems en voorstrekkers. Hierdoor kunnen uit één plaat of folie meerdere producten gevormd worden.

2

Tijdens de productie komt het regelmatig voor dat de voorstrekkers uit de matrijs gehaald moeten worden. Voorbeelden hiervan zijn dat er producten met een andere producthoogte of productgeometrie geproduceerd moeten 5 worden, dat de voorstrekkers schoon gemaakt moeten worden of dat de betreffende delen beschadigd zijn. Het is voor de vakman bekend dat de staat en de vorm van een voorstrekker belangrijk zijn voor de materiaalverdeling en de kwaliteit van het product. Het demonteren en monteren van deze 10 onderdelen wordt bij voorkeur zo snel en eenvoudig mogelijk uitgevoerd om de tijd van productiestilstand te minimaliseren.

In de meeste gevallen wordt een voorstrekkerkern in de voorstrekker aangebracht om deze met een voorstrekkeras te 15 kunnen verbinden. De voorstrekkerassen zijn bevestigd aan een voorstrekkerplaat die mechanisch kan worden aangedreven. Door het gebruik van een voorstrekkerplaat kunnen meerdere producten tegelijk gevormd worden.

Binnen de context van de huidige uitvinding is de 20 combinatie van een voorstrekkeras en een voorstrekker een voorbeeld van een samenstelbaar matrijsonderdeel. In samengestelde toestand bepaalt dit matrijsonderdeel gedurende het thermovormen de vorm van het te vormen product ten minste ten dele.

25 Een probleem van bekende thermovorminrichtingen, en dan vooral van de samengestelde matrijsonderdelen, is dat het wisselen van een voorstrekker te lang duurt en te arbeidsintensief is. Het grote aantal van dit soort onderdelen in de matrijs, doorgaans meer dan 10, 30 gecombineerd met de tijd per onderdeel die nodig is om het onderdeel te wisselen en/of aan te passen, maakt het gebruik van bovenstaande productielijnen minder effectief.

3

Het is een doel van de onderhavige uitvinding een koppelsysteem te verschaffen, in het bijzonder geschikt voor samenstelbare matrijsonderdelen, waardoor bovenstaande problemen zich niet tot nauwelijks voordoen.

5 Dit doel wordt bereikt met een koppelsysteem volgens de uitvinding. Een dergelijk systeem kan tevens worden gezien als een samenstelling van koppeldelen welke gekoppeld kunnen worden.

Het systeem omvat een eerste zich in een koppelrichting 10 uitstrekkend koppeldeel welke is voorzien van een taps toelopend uiteinde met conische schroefdraad. Verder omvat het systeem een tweede koppeldeel voorzien van een geleider voor het in de koppelrichting geleiden van het eerste koppeldeel door een opening in de geleider en een op de 15 opening aangesloten taps toelopende holte voorzien van conische schroefdraad. Het eerste en tweede koppeldeel zijn koppelbaar door onderlinge aangrijping van de conische schroefdraden.

De uitvinding wordt gekenmerkt doordat het eerste 20 koppeldeel een aanslagelement omvat en het tweede koppeldeel een aanslag waarvan de positie in de koppeldelen zodanig is gekozen dat contact tussen aanslagelement en aanslag volledige aangrijping van de conische schroefdraden voorkomt, en doordat de geleider is ingericht bij contact 25 tussen aanslag en aanslagelement de koppeldelen ten opzichte van elkaar te fixeren in een richting loodrecht op de koppelrichting.

Bij thermovormen is een juiste productdefinitie zeer belangrijk. Een voorbeeld hiervan is de hoogte van het te 30 maken product of de dikte of verdeling van de kunststof in het product. Deze eigenschappen hangen mede af van de matrijsonderdelen. In het geval van bovengenoemde samenstelbare matrijsonderdelen is het daarom belangrijk dat 4 de koppeling constant is en dat met name de afstand tussen de te koppelen elementen constant blijft in de tijd.

Door gebruik te maken van conische schroefdraad in plaats van rechte schroefdraad kan worden bereikt dat de 5 koppeldelen snel te koppelen zijn, dat wil zeggen met een zeer gering aantal omwentelingen. Hierdoor wordt een koppelsysteem verkregen waarmee de verschillende elementen, zoals een voorstrekkeras en voorstrekker, snel gekoppeld en ontkoppeld kunnen worden. Productiestilstand kan hierdoor 10 worden verminderd.

Conische schroefdraad wordt voornamelijk gebruikt voor het verbinden van pijpsegmenten. Hierbij heeft een pijpsegment een taps verlopend uiteinde met conische schroefdraad. Dit uiteinde kan in een ander pijpsegment 15 worden gestoken wat een taps verlopende wand heeft. Door de segmenten ten opzichte van elkaar te roteren kunnen de segmenten gekoppeld worden. De koppeling is gereed indien verdere omwenteling niet meer mogelijk is. In dit geval is er geen tot nauwelijks speling tussen de verschillende 20 schroefdraden. Dit is vooral belangrijk bij verbindingen voor een bepaald medium zoals een vloeistof of gas waarbij de verbinding niet mag resulteren in lekkage.

Bij indiening van onderhavige aanvrage was het gebruik van conische schroefdraad niet bekend voor 25 matrijsonderdelen. Een ander aspect is dat conische schroefdraad zoals gebruikt bij pijpsegmenten niet toepasbaar is voor vormbepalende samenstelbare matrijsonderdelen. Allereerst is een dergelijke verbinding slijtage gevoelig omdat relatief veel kracht op de tanden 30 van de schroefdraad komt te staan om voldoende fixatie te verkrijgen. Verder is het moeilijk dezelfde afstand tussen de te koppelen elementen te garanderen indien er meerdere samenstelbare matrijsonderdelen gebruikt worden.

5

Productiespreiding en de invloed van slijtage resulteren in een spreiding van bijvoorbeeld de afstand tussen voorstrekkeras en voorstrekker. Hierdoor zal de uniformiteit van de gevormde producten afnemen.

5 Bij het koppelsysteem volgens de onderhavige uitvinding wordt gebruik gemaakt van een aanslag en aanslagelement om te voorkomen dat de aangrijping tussen de conische schroefdraden volledig is. Bij afwezigheid van aanslag en aanslagelement zou een verdere rotatie mogelijk zijn.

10 Net als bij rechte schroefdraad zijn bij niet volledige aangrijping tussen de conische schroefdraden de koppeldelen in de koppelrichting toch gefixeerd. Echter, in een richting loodrecht hierop is beweging nog mogelijk. Er is immers nog ruimte tussen de tanden van de conische schroefdraad.

15 Derhalve is de geleider ingericht bij contact tussen aanslag en aanslagelement de koppeldelen ten opzichte van elkaar te fixeren in een richting loodrecht op de koppelrichting. Het is dus de combinatie van geleider en de onderlinge aangrijping van de conische schroefdraden die voor voldoende 20 fixatie zorgt.

De afstand tussen de koppeldelen wordt volgens de uitvinding bepaald door de positionering van het aanslagelement en de aanslag. Bij contact tussen aanslag en aanslagelement is de op de tanden uitgeoefende kracht minder 25 doordat de aangrijping van de conische schroefdraad niet volledig is. Hierdoor ontstaat minder slijtage en blijft een goede definitie van de afstand tussen de koppeldelen in de tijd gewaarborgd en dienen de onderdelen minder snel vervangen te worden.

30 Het aanslagelement en de aanslag zijn bij voorkeur gevormd door het inspringen van respectievelijk het eerste koppeldeel en een wand van het tweede koppeldeel in een richting loodrecht op de koppelrichting. Het aanslagelement 6 kan gevormd worden door de buitenafmeting van het eerste koppeldeel abrupt dan wel zeer snel te laten afnemen in de koppelrichting. Op vergelijkbare wijze kan de aanslag gevormd worden door een soortgelijke buitenafmeting van de 5 holte en/of opening van de geleider te laten veranderen.

Het biedt voordelen indien het aanslagelement en de aanslag vlakke randprofielen vormen. Bij contact tussen aanslagelement en aanslag bestaat er een groot contactoppervlak resulterend in een aanzienlijke 10 wrijvingskracht welke rotatie tussen de koppeldelen voorkomt. Dit is belangrijk aangezien de voorstrekker thermisch en dynamisch wordt belast tijdens het thermovorm proces.

Bij een voordelige uitvoeringsvorm van het 15 koppelsysteem is de aanslag gevormd op of nabij de overgang tussen de geleider en de taps toelopende holte en is het aanslagelement geplaatst achter de conische schroefdraad gezien vanuit het uiteinde van het eerste koppeldeel. Op deze wijze worden de functies van aanslag en conische 20 schroefdraad gescheiden.

De opening van de geleider is bij voorkeur langgerekt in de koppelrichting en sluit bij koppeling tussen eerste en tweede koppeldeel nauw aan op het eerste koppeldeel. Hierbij vervult de opening tevens een uitlijnfunctie om het eerste 25 koppeldeel in de juiste positie te brengen alvorens de conische schroefdraden met elkaar in contact te brengen. Dit verhoogt de uniformiteit van de koppeling van matrijsonderdeel tot matrijsonderdeel en voorkomt excessieve asymmetrische krachten op de tanden van de schroefdraden 30 door onjuiste uitlijning.

Het biedt voordelen indien het koppelsysteem verdere koppelmiddelen omvat welke zijn ingericht om na verbreking van de aangrijping van de conische schroefdraden het eerste 7 en tweede koppeldeel gekoppeld te houden, waarbij de koppeling voldoende sterk is ontkoppeling tussen het eerste en tweede koppeldeel als gevolg van de zwaartekracht te voorkomen. In het geval van een voorstrekker, welke veelal 5 is opgenomen in de bovenmatrijs van een thermovorminrichting, leidt het losdraaien van de voorstrekker dus niet tot een situatie waarbij de voorstrekker onder invloed van de zwaartekracht naar beneden valt en mogelijk beschadigt. In plaats hiervan blijft deze 10 gekoppeld aan de voorstrekkeras, zij het dat het hier een losse koppeling betreft.

Een dergelijke koppeling kan worden gerealiseerd met een uitsparing in het eerste of tweede koppeldeel en een hiermee samenwerkende veerkrachtige o-ring in het andere 15 koppeldeel. De o-ring kan aangrijpen op de uitsparing, bijvoorbeeld door de uitsparing in te dringen, waardoor de koppeldelen gekoppeld blijven.

Bij voorkeur is de o-ring aan een binnenzijde van de geleider geplaatst en is de uitsparing gezien vanuit het 20 uiteinde van het eerste koppeldeel boven het taps toelopende uiteinde geplaatst.

Het uiteinde van het eerste koppeldeel en de holte van het tweede koppeldeel verlopen taps ten opzichte van de koppelrichting bij voorkeur onder een hoek tussen 10 en 25 25 graden, meer bij voorkeur onder een hoek tussen de 12 en 20 graden, en meest bij voorkeur onder een hoek tussen de 13 en 17 graden. Met name in combinatie met een spoed van de conische schroefdraad welke ligt tussen de 5 en 15, en meer bij voorkeur tussen de 9 en 10, omwentelingen per 1 cm wordt 30 een voordelig koppelsysteem bereikt dat enerzijds snel koppelbaar is maar anderzijds voldoende sterkte biedt om de krachten tijdens het thermovormproces te weerstaan. Tevens kan gebruik worden gemaakt van meergangige schroefdraad.

8

Hierdoor zijn er minder omwentelingen nodig om de verbinding te (de)monteren. De lengte in de koppelrichting langs welke de conische schroefdraden elkaar aangrijpen bij contact tussen aanslagelement en aanslag is ten minste 3 mm en meer 5 bij voorkeur ten minste 6 mm.

De tanden van de conische schroefdraad strekken zich bij voorkeur loodrecht uit vanuit een wand van het eerste koppeldeel dan wel een wand van het tweede koppeldeel.

Groter oplegvlak van de (schroefdraad)tand, waardoor een 10 betere verbinding wordt verkregen.

Het koppelsysteem volgens de uitvinding kan worden gebruikt in een thermovorminrichting. In dat geval omvat de thermovorminrichting een samenstelbaar matrijsonderdeel met het eerste en tweede koppeldeel zoals gedefinieerd in een 15 van de voorgaande conclusies.

Een voorbeeld van een dergelijk samenstelbaar matrijsdeel omvat een voorstrekker en een voorstrekkeras. Hierbij is het eerste koppeldeel opgenomen in de voorstrekkeras en het tweede koppeldeel in de voorstrekker.

20 In het hiernavolgende zal de uitvinding in meer detail worden besproken onder verwijzing naar de bijgevoegde figuren, waarbij identieke verwijzingscijfers worden gebruikt om identieke of soortgelijke delen aan te duiden, en waarbij: 25 Figuren 1A-1B een voorstrekker tonen omvattende het koppelsysteem volgens de uitvinding in respectievelijk gekoppelde en ontkoppelde toestand;

Figuren 2A-2C dwarsdoorsneden tonen van de voorstrekker uit figuren IA en 1B; 30 Figuren 3A-3B detailweergaves zijn van respectievelijk figuur 2B en 2C; en

Figuur 4 een mogelijke detailweergave van het uiteinde van het eerste koppeldeel toont.

9

Figuur IA toont een voorstrekker 1 welke gekoppeld is aan een voorstrekkeras 2. Het koppelsysteem volgens de uitvinding is in dit matrijsonderdeel opgenomen.

Voorstrekker 1 omvat het tweede koppeldeel, zichtbaar in 5 figuren 2A-2C, en voorstrekkeras 2 omvat het eerste koppeldeel. Verder is voorstrekker 1 voorzien van een moervormig deel 3 waardoor voorstrekkeras 2 eenvoudig met een steeksleutel losgedraaid kan worden.

In figuur 2A is een dwarsdoorsnede weergegeven van de 10 voorstrekker uit figuur IA. Zichtbaar in voorstrekker 1 zijn een geleider 4 met een opening 5. Een taps toelopende holte 6 is op opening 5 aangesloten. Op het grensvlak van opening 5 en holte 6 springt een wand van de holte/opening in waardoor een aanslag 7 ontstaat met een randprofiel, zie 15 figuur 3A voor detailweergave. Verder is de wand van holte 6 voorzien van conische schroefdraad 8.

De voorstrekkeras 2 omvat het eerste koppeldeel. Het heeft een taps toelopende uiteinde met een conische schroefdraad 9. Voorstrekkeras 2 is in hoofdzaak cilindrisch 20 met uitzondering van het uiteinde en een uitsparing 10. Deze uitsparing kan samenwerken met een o-ring 11, zoals later zal worden toegelicht. Op de grens tussen het cilindrisch deel en het taps toelopende uiteinde springt as 2 in waardoor een aanslagelement 12 wordt gevormd. Net als 25 aanslag 7 is dit element in de vorm van een randprofiel.

Figuur 2A toont de voorstrekker in ontkoppelde toestand. Om tot een samengestelde toestand te komen wordt de voorstrekker 1 over het uiteinde van voorstrekkeras 2 geplaatst in de koppelrichting. Hierdoor zal o-ring 11 30 uitsparing 10 aangrijpen. Dientengevolge ontstaat een koppeling tussen voorstrekker 1 en voorstrekkeras 2 die voldoende is om ontkoppeling door zwaartekracht te voorkomen. Zoals zichtbaar in figuur 2B is in dit stadium 10 nog geen contact tussen aanslag 7 en aanslagelement 12. Vervolgens wordt voorstrekker 1 geduwd richting voorstrekkeras 2 en gedraaid. Hierdoor zullen de conische schroefdraden van beide delen elkaar aangrijpen. Uitsparing 5 10 en o-ring 11 kunnen zodanig zijn uitgevoerd dat deze tijdens de duw- en draaibeweging beweging gekoppeld blijven.

Na een gering aantal draaibewegingen zullen aanslag 7 en aanslagelement 12 elkaar raken waardoor verder draaiing wordt geblokkeerd. Deze situatie is weergegeven in figuren 10 2C en 3B. Het is belangrijk op te merken dat bij afwezigheid van aanslag 7 en aanslagelement 12, voorstrekker 1 nog verder gedraaid kan worden alvorens de conische schroefdraden elkaar volledig aangrijpen. Dit houdt in dat bij contact tussen aanslag 7 en aanslagelement 12 er nog 15 speling aanwezig is in richtingen loodrecht op de koppelrichting. Deze speling wordt opgevangen door geleider 4. Deze sluit nauw aan op voorstrekkeras 2 waardoor beweging van deze as in richtingen loodrecht op de koppelrichting wordt voorkomen dan wel zeer beperkt. Fixatie in de 20 koppelrichting zelf wordt bewerkstelligd door de onderlinge aangrijping van conische schroefdraden 8, 9, en dan met name de tanden hiervan.

Doordat aanslag 7 en aanslagelement 12 vlak zijn uitgevoerd is er een relatief groot contactoppervlak. De 25 wrijvingskracht die hiermee gerealiseerd wordt neemt de kans op rotatie van voorstrekker 1 ten opzichte van voorstrekkeras 2 tijdens bedrijf van de thermovorminrichting af.

Figuur 4 toont een detailweergave van het tapse 30 uiteinde van het eerste koppeldeel van voorstrekkeras 2.

Deze figuur toont de loodrechte opstelling van de tanden zoals aangeduid door pijl 13. Verder geniet het de voorkeur de hoek van het tapse uiteinde ongeveer 15 graden ten 11 opzichte van de koppelrichting te kiezen, zoals aangeduid door pijl 14. Hierbij komt de koppelrichting overeen met de axiale richting van voorstrekkeras 2.

Uit bovenstaande beschrijving blijkt dat de uitvinding 5 een koppelsysteem verschaft dat een eenvoudige, snelle en betrouwbare wisseling en/of aanpassing van matrijsonderdelen mogelijk maakt. Uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding zijn besproken met behulp van de bij gevoegde figuren. Het moge de vakman duidelijk zijn dat verscheidene 10 wijzigingen mogelijk zijn zonder hierbij af te wijken van de beschermingsomvang welke wordt gedefinieerd door de hiernavolgende conclusies.

15

Claims

1. Voorstrekker samenstelling, omvattende 5 een voorstrekker; een voorstrekkeras aan welke de voorstrekker gekoppeld kan worden; waarbij de voorstrekkeras voorzien is van een eerste zich in een koppelrichting uitstrekkend koppeldeel welke is 10 voorzien van een taps toelopend uiteinde met conische schroefdraad; waarbij de voorstrekker een tweede koppeldeel omvat dat is voorzien van een geleider voor het in de koppelrichting geleiden van de voorstrekkeras door een opening in de 15 geleider en een op de opening aangesloten taps toelopende holte voorzien van conische schroefdraad; waarbij het eerste en tweede koppeldeel koppelbaar zijn voor het koppelen van de voorstekker aan de voorstrekkeras door onderlinge aangrijping van de conische schroefdraden; 20 met het kenmerk, dat het eerste koppeldeel een aanslagelement omvat en het tweede koppeldeel een aanslag waarvan de positie in de koppeldelen zodanig is gekozen dat contact tussen aanslagelement en aanslag volledige aangrijping van de 25 conische schroefdraden voorkomt, waarbij het aanslagelement en de aanslag zijn gevormd door het inspringen van respectievelijk het eerste koppeldeel en een wand van het tweede koppeldeel in een richting loodrecht op de koppelrichting, en 30 dat de geleider zich uitstrekt vanaf de aanslag en weg van de taps toelopende holte in het tweede koppeldeel en ingericht is om bij contact tussen aanslag en aanslagelement de koppeldelen ten opzichte van elkaar te fixeren in een richting loodrecht op de koppelrichting.

2. Voorstrekker samenstelling volgens conclusie 1, waarbij het aanslagelement en de aanslag vlakke randprofielen vormen.

3. Voorstrekker samenstelling volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de aanslag gevormd is op of nabij de overgang tussen de geleider en de taps toelopende holte en waarbij het aanslagelement is geplaatst achter de conische schroefdraad gezien vanuit het uiteinde van het 10 eerste koppeldeel.

4. Voorstrekker samenstelling volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de opening van de geleider langgerekt is in de koppelrichting en bij koppeling tussen 15 eerste en tweede koppeldeel nauw aansluit op het eerste koppeldeel.

5. Voorstrekker samenstelling volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende verdere koppelmiddelen 20 welke zijn ingericht om na verbreking van de aangrijping van de conische schroefdraden het eerste en tweede koppeldeel gekoppeld te houden, waarbij de koppeling voldoende sterk is ontkoppeling tussen het eerste en tweede koppeldeel als gevolg van de zwaartekracht te voorkomen. 25

6. Voorstrekker samenstelling volgens conclusie 5, waarbij de verdere koppelmiddelen een uitsparing in het eerste of tweede koppeldeel omvatten en een veerkrachtige o-ring in het andere koppeldeel, waarbij de o-ring kan aangrijpen op 30 de uitsparing voor het genoemde gekoppeld houden.

7. Voorstrekker samenstelling volgens conclusie 6, waarbij de o-ring aan een binnenzijde van de geleider is geplaatst en de uitsparing gezien vanuit het uiteinde van het eerste koppeldeel boven het taps toelopende uiteinde is geplaatst.

8. Voorstrekker samenstelling volgens een van de 5 voorgaande conclusies, waarbij het uiteinde van het eerste koppeldeel en de holte van het tweede koppeldeel taps verlopen ten opzichte van de koppelrichting onder een hoek tussen 10 en 25 graden, bij voorkeur onder een hoek tussen de 12 en 20 graden, en meest bij voorkeur onder een hoek 10 tussen de 13 en 17 graden.

9. Voorstrekker samenstelling volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij een spoed van de conische schroefdraden ligt tussen de 5 en 15, en meer bij voorkeur 15 tussen de 9 en 10, omwentelingen per 1 cm en/of dat de conische schroefdraden meergangig zijn uitgevoerd.

10. Voorstrekker samenstelling volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de lengte in de 20 koppelrichting langs welke de conische schroefdraden elkaar aangrijpen bij contact tussen aanslagelement en aanslag ten minste 3 mm, en meer bij voorkeur ten minste 6 mm, is.

11. Voorstrekker samenstelling volgens een van de 25 voorgaande conclusies, waarbij tanden van de conische schroefdraad zich loodrecht uitstrekken vanuit een wand van het eerste koppeldeel dan wel een wand van het tweede koppeldeel.

12. Thermovorminrichting omvattende een voorstrekker samenstelling volgens een van de voorgaande conclusies.