Verfahren zum Verformen thermoplastischer Folien und Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verformen thermoplastischer Folien, bei dem das zu verformende Folienstück derart auf eine Form aufgebracht wird, dass es mit dieser einen luftdicht geschlossenen Raum mindestens teilweise begrenzt, worauf in diesem Raum ein Unterdruck erzeugt wird, so dass die vorher durch Erwärmen weich gemachte Folie durch den Atmosphärendruck gegen die Form gedrückt wird.
Bei der Durchführung bekannter For mungsverfahren dieser Art hat sich gezeigt, dass es erforderlich ist, dafür zu sorgen, dass die weichgemachte Folie vom Atmosphärendruck innert möglichst kurzer Zeit gegen die Form gedrückt wird. Es ist also erforderlich, den Unterdruck im genannten Raum so rasch als möglich zu erzeugen, d. h. die in diesem Raum zwischen der Folie und der Form eingeschlossene Luft so rasch als möglich abzuführen. Wird die Folie nur langsam gegen die Form gedrückt, so tritt während ihrer Verformung ein Fliessen des Folienmaterials ein, durch das in der Folie Falten und dünne Stellen hervorgerufen werden.
Überdies ist erforderlich, dass der Unterdruck im genannten Raum zwischen Folie und Form möglichst in seiner vollen Hohe auf reehterhalten bleibt, bis die verformte Folie abgekühlt und erstarrt ist. Ist dies nicht der Fall, so verlieren sich vor dem Erstarren der verformten Folie feinere Einzelheiten der Gestalt und Oberflachenbeschaffenheit, die ihr beim Verformen erteilt wurden.
Schliesslich ist auch wesentlich, dass nach dem Fertigformen eines Folienstückes der erforderliche Unterdruck nach möglichst kurzer Zeit wieder zur Wirkung gebracht werden kann, damit in gegebener Zeit auf der Form möglichst viele Folienstücke geformt und so die Kapital-und Lohnkosten pro verformtes Folienstück niedrig gehalten werden können.
Gemäss einem ersten bekannten Verfahren dieser Art wird der Unterdruck im Raum zwischen Folie und Form dadurch erzeugt, dass dieser Raum durch Offnen eines Ventils mit einem Behälter verbunden wird, in welchem vorher mittels einer Evakuationspumpe ein Unterdruck erzeugt wurde. Das hat den Vorteil, dass dieser Unterdruck augenblicklich im genannten Raum zur Wirkung gebracht werden kann ; allerdings geht ein Teil dieses Unterdruckes von Anfang an dadurch verloren, dass der mit Luft von Atmosphärendruck gefüllte Raum zwischen Folie und Form dem Unterdruckbehälter zugeschaltet wird.
Weil dieser Raum bei der Verformung der Folie kleiner wird, steigt ferner der Druck in diesem Raum und im Unterdruckbehälter weiter, so dass im Zeitpunkt des Erstarrens der verformten Folie zwischen dieser und der Form bei weitem nicht mehr der gleiche Unterdruck vorhanden ist wie am Anfang der Verformung der Folie. Dies beeinträchtigt, wie oben erwähnt, die exakte Gestaltung der verformten Folie und bedingt ferner, dass lange Zeit verstreichen muss, bis derursprüng- liche Unterdruck im Behälter durch die Pumpe wieder hergestellt ist. Um diesen Nachteilen abzuhelfen, müsste der Unterdruckbehälter im Verhältnis zum ursprünglichen Inhalt des Raumes zwischen Folie und Form sehr gross und die Evakuationspumpe sehr leistungsfähig sein, was mit hohen Kosten verbunden wäre.
Nach einem andern bekannten Verfahren wird der Unterdruck im Raum zwischen Folie und Form durch eine Evakuationspumpe erzeugt, deren Saugseite über ein Ventil unmittelbar mit diesem Raum verbunden ist.
Nach dem Öffnen dieses Ventils saugt die Pumpe nach Massgabe ihrer Leistungsfähig- keit die im Raum zwischen Folie und Form vorhandene Luft ab, so dass der Druck in diesem Raum erst allmählich gesenkt wird ; die weich gemachte Folie wird also nur langsam gegen die Form gedrückt, was die im zweiten Absatz erwähnten Nachteile mit sich bringt. Dagegen stellt sich nach der Verformung der Folie im genannten Raum ein staiker Unterdruck ein, der bis zum gänzlichen Erstarren der verformten Folie aufrechterhalten werden kann ; auch ist kein Unterdruckbehälter vorhanden, in welchem vor dem Formungsvorgang ein Unterdruck erzeugt werden müsste.
Das erfindungsgemässe Verfahren vermeidet die Nachteile der beschriebenen bekannten Verfahren und ist dadurch gekennzeichnet, dass man zum Verformen der Folie zuerst den genannten Raum sowohl mit einem Behälter, in welchem einUnterdruckherrscht, als auch mit der Saugseite einer Evakuationspumpe veibindet, so dass im genannten Raum ein Unterdrück erzeugt und die Folie vom Atmosphärendruck gegen die Foim gedrückt wird, dass man hierauf den genannten Raum vom Unterdruckbehälter absperrt, aber weiterhin mit der Saugseite der Evakuationspumpe in Verbindung hält, bis die verformte Folie erstarrt ist, und dass man schliesslich die Saugseite der Evakuationspumpe vom genannten Raum absperrt und mit dem Behälter in Verbindung setzt, um in diesem den ursprünglichen Unterdruck wieder herzustellen.
Gleichzeitig mit dem Absperren des genannten Raumes von der Saugseite der Evakuationspumpe kann jener mit einem andern Raum verbunden werden, in welchem mindestens Atmosphärendruck herrscht, um das Lösen der verformten und erstarrten Folie von der Form zu ermöglichen bzw. zu bewirken.
Die Erfindung umfasst ferner eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Formoberfläche über in der Form vorhandene Kanäle und eine ein erstes Absperrorgan enthaltende Leitung mit der Saugseite einer Evakuationspumpe und diese Leitung zwischen der Evakuationspumpe und dem ersten Absperrorgan über ein zweites Absperrorgan mit einem Behälter verbunden ist.
In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausfüh- rungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung schematisch dargestellt. An Hand dieser Figur und eines in Fig. 2 der Zeichnung wiedergegebenen Druckdiagiamms wird auch eine Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens beispielsweise erläutert.
In Fig. 1 der Zeichnung bezeichnet 1 eine beispielsweise aus Holz, Zement oder Metall bestehende Form, in deren im übrigen ebener Oberseite eine Formmulde 2 gebildet ist, deren Gestalt der Aussenfläche einer zu formenden Schale entspricht. Von dieser Mulde führen zahlreiche feine Kanäle 3 nach der Unterseite der Form. Diese ruht mittels einer rahmenförmigen Dichtung 4 auf einer ebenen Tragplatte 5. Sämtliche Kanäle 3 münden in den Raum 6, der von der Form 1, der Dichtung 4 und der Platte 5 umschlossen ist.
Dieser Raum 6 steht durch ein Loch 7 in der Platte 5 mit einer Leitung 8 in Verbindung, in der ein erstes Absperrventil 9 angeordnet ist und die an die Saugseite einer Evakua- tionspumpe 10 angeschlossen ist. Zwischen dem Absperrventil 9 und der Pumpe 10 ist die Leitung 8 über eine Zweigleitung 11, in der ein zweites Absperrventil 12 angeordnet ist, mit einem Unterdruckbehälter 13 verbunden. Der Inhalt dieses Behälters ist etwa doppelt so gross wie derjenige der Formmulde 2. Ferner mündet in die Leitung 8 zwischen ihrem an die Tragplatte 5 angeschlossenen Ende und dem Absperrventil 9 eine zweite Zweigleitung 14, die von einem Druckluftbehälter 15 kommt und in der ein drittes Absperrventil 16 angeordnet ist.
Der Behälter 15 könnte zu seiner Speisung an die Druckseite einer nicht dargestellten Luftpumpe oder der Evakuationspumpe 10 angeschlossen sein und enthält Luft von etwas höherem als Atmosphärendruck. Zum dichten Festhalten eines zu veiformenden Folienstückes 17 auf der ebenen Oberseite der Form 1 ist an dieser ein Metallrahmen 1S in nicht dargestellter Weise wegschwenkbar befestigt. Eine über der Form 1 angeordnete Heizvorrichtung 19 erlaubt, die derart festgehaltene Folie 17 zu erwärmen.
Das zu verformende ebene Folienstück 17 wird auf die Oberseite der Form 1 gelegt und mittels des Rahmens 18 festgespannt, so dass es ringsum die Formmulde 2 luftdicht an der Form l anliegt und mit dieser einen geschlossenen Raum in dei Formmulde 2 begrenzt.
Hierauf wird das Folienstück 17 mittels der Heizvorrichtung 19 gleichmässig auf eine Temperatur erwärmt, bei der es weich und verformbar ist. In diesem Zeitpunkt sind das erste und das dritte Absperrventil 9 bzw. 16 geschlossen, das zweite Absperrventil 12 offen, und die Evakuationspumpe 10 hält über den Endteil der Leitung 8 und die Leitung 11 im Behälter 13 einen starken Unterdruck pl (Fig. 2) aufrecht.
In der Formmulde 2 zwischen der Folie 17 und der Form 1 herrscht der Atmosphärendruck po, ebenso in den Kanälen 3, dem Raum 6 und dem anschliessenden Teil der Leitung 8. Nun wird die Heizvorrichtung ausgeschaltet und das Absperrventil 9 geoffnet, so daB die Formmulde 2 über die Anale 3, den Raum 6 und die Leitung 8 mit der Saugseite der Evakuationspumpe 10 und zugleich über die Zweigleitung 11 und das offene zweite Ventil 12 mit dem Unterdruckbehälter 13 verbunden wird. Es stellt sich dann in diesen miteinander kom- munizierenden Räumen ein Druck p2 ein, der zwischen dem Druck pl und dem Atmosphärendruck po liegt.
Durch den atmo- sphärischen Überdruck, der von oben auf die weiche Folie 17 wirkt, wird diese in die Formmulde 2 gedrückt. Dadurch wird Luft aus dieser verdrängt, so dass der Druck in ihr und in den mit ihr kommunizierenden Rumen, insbesondere im Behälter 13, auf einen Wert p3 steigt, der zwischen p2 und dem Atmo spharendruck po liegt. Diese Verformung der Folie geht sehr rasch vor sich, da sowohl der Druck p2 als auch der schliesslich erreichte Druck p3 noch erheblich unterhalb des Atmosphärendruckes liegen.
Kurz bevor sich die verformte Folie, wie bei 17a strichpunktiert angegeben, in der Mulde 2 gegen die Oberflache der Form 1 legt, wird das zweite Absperrventil 12 geschlossen ; die Evakuationspumpe saugt dann die in dem nunmehr verhältnismässig kleinen Raum zwischen verformter Folie 17a und Formoberfläche in den Kanälen 3, im Raum6 und in der Leitung 8 verbleibende Luft ab, so dass der Druck daselbst rasch auf den sehr niedrigen Wert p4 fällt und fast der volle Atmosphärendruck po die Folie gegen die Formoberfläche drückt. Dieser niedrige Druck p4 wird von der Pumpe 10 aufrechterhalten, bis sich die Folie abgekühlt hat und in ihrer verformten Gestalt 17a erstarrt ist.
Jede Einzelheit der Formoberiiäche wird dadurch der Gestalt und Oberflächenstruktur der Folie mitgeteilt und bleibt nach deren Erstarren erhalten.
Hierauf wird das erste Ventil 9 geschlossen, der Rahmen 18 von der Folie weggeklappt und das dritte Absperrventil 16 geöffnet. Es strömt dann Druckluft aus dem Behälter 15 durch die Leitung 14, einen Teil der Leitung 8, den Raum 6 und die Kanäle 3 in die Formmulde 2 und drückt die verformte Folie von der Oberfläche der Form 1 weg.
Gleichzeitig wird das zweite Absperrventil 12 geöffnet, so dass die Pumpe 10 Luft aus dem Behälter 13 ansaugt und in ihm allmählich den ursprünglichen Druck pl wieder herstellt.
Der Rauminhalt des Behälters 13 ist im Ver hältnis zur Leistung der Pumpe 10 so bemessen, dass diese Wiederherstellung des Druckes pl keine längere Zeit erfordert als die Wegnahme des verformten Folienstückes und das Aufspannen und Erwärmen eines neuen Folienstückes 17 auf die Form 1, so dass durch diese Wiederherstellung des Drukkes pl im Behälter 13 beim kontinuierlichen Arbeiten keine Zeit verloren geht.
In Fig. 2 zeigt die ausgezogene Kurve a den Verlauf des absoluten Druckes im Raum der Formmulde 2 zwischen der Folie 17 und der Form 1, und die gestrichelte Kurve b den Verlauf des absoluten Druckes im Unterdruckbehälter 13 in Abhängigkeit von der Zeit. Man erkennt, wie beim Offnen des Ventils 9 der Druck in der Mulde 2 vom Atmo- sphärendruck po auf den Wert p2 von beispielsweise 0,35 kg/em2 fällt und gleichzeitig der Druck im Behälter 13 vom Wert pl von beispielsweise 0,05 kg/cm2 auf diesen Wert p2 steigt.
Während die Folie durch den atmosphärischen Druck im Bruchteil einer Se- kunde in die Formmulde gepresst wird, steigt der Druck sowohl in dieser wie auch im Be hälter 13 auf den Wert p3 von etwa 0,55 kg/ cm2. Dann wird das Ventil 12 geschlossen, so dass der Druck im Behälter 13 konstant bleibt, während derjenige in der Formmulde durch die Pumpe 10 bald auf den Wert p4, der ungefähr gleich hoch ist wie der Wert pl, gesenkt und auf diesem. Wert gehalten wird.
Nach dem Erstarren der Folie wird der Druck in der Formmulde 2 durch das Zuschalten des Druckbehälters 15 über den Atmosphärendruck po erhöht, derjenige im Behälter 13 mittels der Pumpe 10 allmählich auf den Wert pl gesenkt.
Die strichpunktierte Linie c zeigt den zeitlichen Verlauf des Druckes, der in der Formmulde 2 erzielt werden könnte, wenn der Unterdruck in dieser in bekannter Weise lediglich mittels einer Evakuationspumpe von wirtschaftlich tragbarer Leistung ohne Zuhilfenahme eines Unterdruckbehälters erzeugt würde.
Würde der Unterdruck in der Formmulde in ebenfalls bekannter Weise mittels einer Evakuationspumpe von gleicher Leistung wie die Pumpe 10 erzeugt, mit deren Saugseite ein Unterdruckbehälter von gleichem Inhalt wie der Behälter 13 ständig in Verbindung steht, so entspräche der Druckverlauf in der Mulde bis zum Zeitpunkt, in dem der Druck p3 erreicht wird, der ausgezogenen Kurve a ; da dann der Unterdruckbehälter mit der Formmulde in Verbindung bliebe, würde hierauf der Druck unter der Folie und gleichzeitig auch im Unterdruckbehälter viel langsamer gesenkt als nach dieser Kurve a, beispielsweise nach der strichpunktierten Kurve d.
Wie ersichtlich, kann nach der hier beschriebenen Ausführungsart des erfindungsgemäBen Verfahrens ein rascheres Absinken des Druckes in der Formmulde im Anfang der Verformung erreicht werden als nach der Kurve c ; in der anschliessenden Phase, bei der die Verformung vollendet wird und die Abkühlung der Folie erfolgt, ist der erreichte Unterdruck wesentlich niedriger als derjenige nach den Kurven c und d. Alle Kurven der Fig. 2 deuten nur prinzipiell den zeitlichen Verlauf der betreffenden Drücke an und erheben keinen Anspruch auf maBstäbliche Genauigkeit.
Die Absperrventile 9,12 und 16 können von Hand oder automatisch betätigbar sein.
Im letzteren Falle wird das erste Absperr- ventil 9 zweckmässig selbsttätig geöffnet, wenn vom Einschalten der Heizvorrichtung 19 an die zum Erwärmen der Folie 17 notwendige Zeit verstrichen ist ; das zweite Absperrventil 12 wird zweckmässig entweder eine bestimmte Zeit nach dem Öffnen des ersten Ventils 9 oder im Augenblick, in dem der Druck im Behälter 13 auf den für p3 vorgesehenen Wert gestiegen ist, selbsttätig geschlossen. Das Offnen des dritten Ventils 16, das Schliessen des ersten Ventils 9 und das Wiederöffnen des zweiten Ventils 12 werden zweckmässig eine bestimmte Zeit nach dem Öffnen des ersten Ventils 9 bewirkt.
In gewissen Fällen kann auf den Druck luftbehälter 15 verzichtet und die das dritte Absperrventil 16 enthaltende zweite Zweigleitung 14 so angeordnet werden, dass über sie die Leitung 8 durch Öffnen des Ventils 16 mit der Aussenluft verbunden werden kann.
Mit einer solchen Anordnung käme nach dem Öffnen des Ventils 16 nur der Atmosphärendruck in der Formmulde 2 auf die Unterseite der verformten Folie 17a zur Wirkung. Die Folie würde dann nicht von der Oberfläche der Form 1 weggedrückt, doch wären die Driicke auf ihre Ober-und Unterseite aus geglichen, so dass sie ohne grossen Kraftaufwand von der Form abgehoben werden könnte.
In einer in der Zeichnung nicht dargestellten Variante der beschriebenen Einrichtung ist die Tragplatte 5 mit der Form 1 vertikal verschiebbar. Der Rahmen 18 ist dann nicht an der Form 1 bzw. an der Tragplatte 5 schwenkbar gelagert, sondern an einer feststehenden waagrechten Platte, die eine Öffnung besitzt, in welche die Form 1 von unten eintreten kann. Ferner ist der Rahmen 18 um so viel breiter als in Fig. 1 dargestellt, dass mit seiner Hilfe die zu verformende Folie 17 längs des Randes der erwähnten Öffnung auf der genannten Platte festgehalten werden kann. Diese Variante erlaubt, Formen zu verwenden, die an Stelle der Mulde 2 einen Vorsprung von beträchtlicher Höhe aufweisen.
Zum Verformen eines Folienstückes in einer derartigen Einrichtung mit Hilfe einer Form, die oben einen Vorsprung aufweist, geht man wie folgt vor : Man senkt zunächst die Formplatte 5 mit der Form 1 so weit, dass sich der Scheitel des Formvorsprunges unterhalb der Öffnung der feststehenden Platte befindet. Dann wird das zu verformende ebene Folienstück über die Öffnung der Platte gelegt, an deren Rand mittels des Rahmens 18 festgespannt und mittels der Heizvorrichtung 19 erwärmt. Hierauf wird die Form gehoben, so dass der Scheitel ihres Vorsprunges auf die weich gemachte Folie trifft und diese nach oben drückt. Bei der weitern Aufwärts- bewegung der Form wird die Folie zwischen dem Scheitel des Formvorsprunges und dem Rand der Plattenoffnung ausgezogen und vorgeformt.
Schliesslich trifft der den Vorsprung umgebende Rand der Form innerhalb der Plattenoffnung auf die Folie und drückt diese gegen den innern Randteil des Rahmens 18 ; die Randteile der Form und der Folie liegen dann luftdicht aneinander an. Durch Öffnen des ersten Absperrventils 9 wird dann in der bereits mit Bezug auf Fig. 1 im geschlossenen Raum zwischen der Form und der vorgeformten Folie ein Unterdruck erzeugt, so dass die noch immer weiche Folie vom Atmosphärendruck überall gegen die Formoberflache gedrückt wird. Dieser und alle folgenden Vorgänge bis zum Wegdrücken der verformten Folie von der Form erfolgen in gleicher Weise wie mit auf die Einrichtung nach Fig. 1 beschrieben.