Verfahren zum plastischen Verformen einer Folie, Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, und nach dem Verfahren erzeugtes Gebilde
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verformen einer Folie, insbesondere einer Folie aus thermoplastischem Kunstharz, bei welchem die zu verformende Folie über einer Öffnung einer Wand einer Verformungseinrichtung angeordnet und längs des Umfanges dieser Öffnung dicht an dieser Wand befestigt wird, hierauf eine Patrize derart gegen die genannte Wand vorgeschoben wird, dass mindestens ein vorspringender Teil der Patrize durch die genannte Öffnung hindurchtritt, worauf in einem einerseits von der Patrize, anderseits von der Folie begrenzten Absaugraum ein Unterdruck erzeugt wird, so dass die Folie vom Druck, dem sie auf der von der Patrize abgewandten Seite ausgesetzt ist, in der Regel vom Druck der Aussenluft,
gegen die Oberfläche der Patrize gedrückt wird. Besteht die zu verformende Folie aus thermoplastischem Kunstharz, so muss sie selbstverständlich, um das Hindurchtreten des vorspringenden Teils der Patrize durch die Wandöffnung zu ermöglichen und um gegen die Oberfläche der Patrize gedrückt werden zu können, vorgängig auf ihre Erweichungstemperatur gebracht worden sein, was zweckmässig durch Wärmebestrahlung nach ihrem Befestigen längs des Umfanges der genannten Öffnung geschieht.
Bei der bisher üblichen Durchführungsart dieses Verfahrens sind während des Vorschiebens der Patrize die einander zugewandten Seiten der Folie und der Patrize zunächst der Aussenluft ausgesetzt. Beim Hindurchdringen des vorspringenden Teils der Patrize durch die genannte Wandöffnung berührt dann der vorspringende Teil der Patrize die Folie mit dem in Vorschubrichtung vordersten Teil seiner Oberfläche, so dass sich die Folie an diesen anlegt. Beim weiteren Vordringen der Patrize vergrössert sich der Teil der Patrizenoberfläche, an welchem die Folie anliegt, gegen den Rand der Wandöffnung hin, während der zwischen dem an der Patrize anliegenden Teil und dem Rand der Wandöffnung befindliche Teil der Folie gestreckt wird.
Dabei nimmt die Dicke der Folie hauptsächlich im derart gestreckten Teil und in den jeweiligen Randpartien des an der Patrize anliegenden Teils ab, während sie in der Mitte des letztgenannten Teils nahezu unvermindert bleibt, weil das Gleiten des Folienmaterials über die Patrizenoberfläche durch die Reibung zwischen Folie und Patrize gehemmt wird. Wenn beim nachfolgenden Erzeugen eines Unterdruckes im genannten Absaugraum zwischen Folie und Patrize auch der bisher noch nicht an der Patrize anliegende Teil der Folie gegen die Oberfläche der Patrize gedrückt wird, ändert sich die Dickenverteilung in der Folie nicht mehr wesentlich, da ja der Druck, dem die bereits an der Patrize anliegenden Teile der Folie auf ihrer entgegengesetzten Seite ausgesetzt sind, senkrecht zur Pratizenoberfläche wirkt.
Diese Verhältnisse sind besonders dann nachteilig, wenn die Folie zu einem wannenartigen Gebilde mit flachem Boden verformt wird, da dann die Wanddicke der Zarge des wannenartigen Gebildes viel kleiner ausfällt als die des Bodens und in den kleinen Krümmungsradius aufweisenden Partien mit der Patrize zugewandter Hohlseite der Zarge und des Übergangs zwischen Boden und Zarge die Wanddicke so gering wird, dass das Material beim Verformen oder später im Gebrauch oft reisst.
Diesem Nachteil kann gemäss der Erfindung dadurch begegnet werden, dass während des Vorschiebens der Patrize durch Kolbenwirkung des Patrizenträgers in einem an die genannte Wand angeschlossenen Druckkasten ein Überdruck erzeugt und dadurch die Folie im Bereich der Wandöffnung von der Pa trize weggewölbt wird. Dadurch kann das Anliegen der Folie an die Patrize während des Vorschiebens der letzteren hintangehalten werden; durch das Wölben der Folie wird diese ausserdem gedehnt, so dass eine gleichmässige, allseitige Wandstärkeverminderung erzielt wird, bevor die Folie an der Patrize zum Anliegen kommt. Da die vorgeschobene Patrize gegen eine gewölbte Folienfläche zu liegen kommt, ergibt sich nur noch Linienberührung zwischen Folie und Patrize.
Die Folie haftet demnach weniger an der Patrize, so dass das Gleiten der Folie über die Patrizenoberfläche nicht mehr oder nur noch in erwünschtem Masse durch die Reibung zwischen Folie und Patrize gehemmt wird. Es kann somit bewirkt werden, dass am Ende der Vorschubbewegung der Patrize die in der Vorschubrichtung vor dem vorspringenden Teil der Patrize befindlichen Teile der Folie eine geringere Dicke und die seitlich dieses Teils der Patrize befindlichen Teile der Folie eine grössere Dicke aufweisen als bei der bekannten Ausführungsart des Verfahrens, so dass die Wanddicken des verformten Gebildes gleichmässiger ausfallen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer eine Öffnung aufweisenden Wand, einer Vorrichtung zum dichten Festhalten einer zu verformenden Folie längs des Umfanges der genannten Öffnung, einer gegen diese Wand vorschiebbaren Patrize mit mindestens einem vorspringenden Teil, der beim Vorschieben der Patrize durch die genannte Öffnung hindurchtreten kann, und Mitteln zum Absaugen von Fluidum durch einen Teil der Oberfläche der Patrize hindurch. Bei bekannten Einrichtungen dieser Art ist der Zwischenraum zwischen der die Öffnung aufweisenden Wand und der Patrize seitlich offen, so dass in ihm kein Überdruck erzeugt werden kann.
Demgegenüber ist die erfindungsgemässe Einrichtung gekennzeichnet durch einen an die genannte Wand angeschlossenen Druckkasten mit einem die Patrize tragenden Kolben und durch Mittel zum Vorschieben des Kolbens gegen die Wandöffnung hin, um, wenn die genannte Öffnung durch die zu verformende Folie verschlossen ist, im Druckkasten einen die Folie nach aussen wölbenden Überdruck zu erzeugen.
Schliesslich umfasst die Erfindung auch ein durch plastisches Verformen einer Folie nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugtes Gebilde.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung schematisch dargestellt. An Hand dieser Zeichnung wird auch eine Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens beispielsweise erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch die Einrichtung nach dem Einspannen einer zu einer Wanne zu verformenden Folie,
Fig. 2 einen entsprechenden Schnitt während des Vorschiebens der Patrize,
Fig. 3 einen entsprechenden Schnitt nach beendetem Vorschieben der Patrize, und
Fig. 4 einen entsprechenden Schnitt nach beendetem Verformen der Folie.
Das Gehäuse der in der Zeichnung dargestellten Einrichtung besitzt eine rahmenartige waagrechte Wand 1, die eine Öffnung 2 aufweist und als Auflage für eine zu verformende Folie 3 aus thermoplastischem Kunstharz dient. Zum Festhalten dieser Folie auf der Wand 1 ist ein Rahmen 4 mittels Scharnieren 5 am Gehäuse aufklappbar gelagert. Schrauben 6 mit Flügelmuttern 7 erlauben, den Rahmen 4 gegen die Wand 1 zu ziehen, um die Folie 3 längs des Umfanges der Öffnung 2 dicht an die Wand 1 anzupressen. Das Gehäuse der Einrichtung weist ferner vier senkrechte Wände 8 auf, die zusammen einen oben durch die Wand 1 begrenzten Schacht von rechteckigem Querschnitt umgeben. In diesem Schacht ist eine rechteckige Tragplatte 9 für eine Verformungspatrize 10 angeordnet.
Die Ränder dieser Tragplatte 9 schliessen annähernd luftdicht an die Wände 8 an, so dass die Tragplatte zusammen mit der von ihr getragenen Patrize 10 im genannten Schacht einen Arbeitsraum 11 begrenzt. Die Tragplatte 9 sitzt auf einer mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung, zum Beispiel eines in einem Druckzylinder pneumatisch verschiebbaren Kolbens, senkrecht verschiebbaren Säule 12, die einen in der Oberseite der Platte 9 ausmündenden Längskanal 13 aufweist. Dieser Kanal 13 ist unten in nicht dargestellter Weise über Leitungen und Ventile an einen Unterdruckbehälter, an eine Evakuationspumpe und an einen Druckluftbehälter angeschlossen, so dass er wahlweise mit jedem dieser Behälter und mit der Saugseite der Evakuationspumpe verbunden werden kann.
Die Patrize 10 hat oben einen vorspringenden Teil 14, dessen Form derjenigen der Hohlseite eines wannenförmigen Gebildes entspricht, zu dem die Folie 3 verformt werden soll. Rings um diesen vorspringenden Teil läuft eine ebene Sitzfläche 15. In der Unterseite der Patrize 10 ist eine Höhlung 16 gebildet, die mit dem Kanal 13 in Verbindung steht.
Von dieser Höhlung 16 führen zahlreiche kleine Kanälchen 17 nach dem von der Sitzfläche 15 umschlossenen Teil der Oberfläche der Patrize.
In einer der Wände 8 ist unterhalb der waagrechten Wand 1 eine Öffnung 18 vorhanden, deren Querschnitt mittels eines in Führungen 19 verschiebbaren Schiebers 20 verstellbar ist.
Oberhalb des Rahmens 4 ist in Fig. 1 schematisch eine mit Heizwiderständen versehene Heizplatte 21 eingezeichnet, die auf waagrechten Schienen 22 läuft.
Zum Verformen eines Folienstückes 3 zu einem wannenförmigen Gebilde, dessen Form durch die der Patrize 10 gegeben ist, geht man wie folgt vor:
Zuerst legt man das zu verformende Folienstück 3 bei hochgeklapptem Rahmen 4 derart auf die Wand 1, dass es sich quer über deren Öffnung 2 erstreckt, klappt den Rahmen 4 über das Folienstück 3 nieder und befestigt dieses luftdicht längs des Umfanges der Öffnung 2 an der Wand 1, indem man den Rahmen 4 mittels der Flügelmuttern 7 auf den Schrauben 6 nach unten presst (Fig. 1). Dann fährt man die Heizplatte 21 auf den Schienen 22 über den sich über die Öffnung 2 erstreckenden Teil der Folie 3 und bewirkt mittels dieser Heizplatte dessen Erwärmung auf eine Temperatur, die höher ist als die Erweichungstemperatur des thermoplastischen Kunstharzes, aus dem die Folie besteht.
Dann wird der Heizstrom der Heizplatte 21 ausgeschaltet und diese wieder zur Seite geschoben.
Hierauf verschiebt man die Tragplatte 9 mit der Patrize 10 mittels der erwähnten nicht dargestellten Vorrichtung nach oben; die unten vom Kanal 13 ausgehende Leitung bleibt abgesperrt. Die Platte 9 und die Patrize 10 bilden dann zusammen einen Verdrängungskörper, der in den Arbeitsraum 11 eindringt und Luft aus diesem durch die Öffnung 18 verdrängt. Der Querschnitt der letzteren wird mittels des Schiebers 20 so eingestellt, dass der Luftdruck im Arbeitsraum 11 bei der gegebenen Verschiebungsgeschwindigkeit der Platte 9 in gewünschtem Masse über den Druck der Aussenluft steigt. Durch diesen Überdruck im Arbeitsraum 11 wird die plastisch gewordene Folie 3, wie dies Fig. 2 zeigt, über der Öffnung 2 der Wand 1 durch die Öffnung des Rah- mens 4 hindurch nach oben ausgewölbt.
Wenn der vorspringende Teil 14 der Patrize durch die Öffnung 2 hindurchtritt, trifft er somit erst später auf die Folie 3, als wenn diese, wie in Fig. 1 gezeigt, im Bereich der Öffnung2 eben wäre. Ausserdem berührt er dann die Folie 3 nicht mit seiner ganzen ebenen Stirnfläche 14a, sondern nur mit seinen gerundeten Kanten 1 4b; der von der Spannung der Folie herrührende Berührungsdruck zwischen der Folie 3 und der Patrize 10 an diesen Kanten 1 4b ist iiberdies infolge der Wirkung des im Arbeitsraum 11 erzeugten Über- druckes wesentlich geringer, als wenn dieser Überdruck nicht vorhanden wäre.
Die Folie 3 kann somit über die Kanten 14b gleiten und behält in ihrem vor der Stirnfläche 14a befindlichen Teil 3a (Fig. 3) annähernd die gleiche Dicke wie in ihrem seitlich des vorspringenden Patrizenteils 14 befindlichen Teils 3b.
Die Aufwärtsbewegung der Platte 9 wird fortgesetzt, bis die Sitzfläche 15 der Patrize 10 in der Öffnung 2 auf die Folie 3 trifft und sich luftdicht an diese anlegt (Fig. 3). Dadurch wird ein als Absaugraum zu bezeichnender Raum 23 längs der in Umfangsrichtung geschlossenen Sitzfläche 15 vom Arbeitsraum 11 abgetrennt. Die Platte 9 mit der Patrize 10 kommt dann zum Stillstand. Der Druck im Absaugraum 23 bleibt zunächst erhalten, während derjenige im Rest des Arbeitsraumes 11 durch weiteres Abströmen von Luft durch die Öffnung 18 auf den Druck der Aussenluft sinkt.
Unmittelbar nach diesem Augenblick wird der Kanal 13 und somit die Höhlung 16 durch Öffnen eines Ventils mit dem oben erwähnten Unterdruckbehälter verbunden. Der Druck in der Höhlung 16 sinkt dann plötzlich bis unter den Druck der Aussenluft. Diese Drucksenkung teilt sich durch die vielen Kanälchen 17 auch dem Absaugraum 23 mit. Die auf die von der Patrize 10 abgewandte Seite der immer noch plastischen, über der Öffnung 2 nach oben gewölbten Folie 3 wirkende Aussenluft drückt dann die Folie gegen die Oberfläche der Patrize 10, so dass die Folie die Form dieser Oberfläche annimmt (Fig. 4).
Sobald der Druck im Absaugraum 23 gleich demjenigen im genannten Unterdruckbehälter geworden ist, sperrt man diesen zweckmässig vom Kanal 13 ab und verbindet diesen mit der Saugseite der Evakuationspumpe. Dadurch lässt sich der Luftdruck im Absaugraum 23 zwischen Folie und Patrizenoberfläche noch wesentlich senken, da dieser Absaugraum durch das Anliegen der Folie an der Patrize sehr klein geworden ist. Die Folie wird dadurch von der Aussenluft noch stärker gegen die Patrize gedrückt, was erlaubt, der Folie alle Feinheiten der Form der Patrizenoberfläche mitzuteilen.
Hierauf lässt man die Folie bis zum Erstarren abkühlen, sperrt den Kanal 13 von der Evakuationspumpe ab und verbindet ihn schliesslich vorübergehend mit der Druckbehälter. Dadurch wird der in letzterem herrschende Luftdruck durch die Höhlung 16 und die Kanälchen 17 auf die Unterseite der verformten Folie zur Wirkung gebracht, so dass diese von der Patrizenoberfläche weggedrückt wird. Wäh- rend die Platte 9 mit der Patrize 10 in ihre Ausgangsstellung gesenkt wird, wird das durch die Verformung der Folie aus dieser entstandene wannenförmige Gebilde nach Lösen der Flügelmuttern 7 und Hochklappen des Rahmens 4 weggenommen.
Gegenüber bekannten Einrichtungen hat die hier beschriebene nicht nur den Vorteil, dass sich die Verteilung des Materials über die Patrizenfläche beeinflussen lässt, sondern auch den, dass die Aussenluft durch die Seitenwände 8 des erwähnten Schachtes daran verhindert ist, an die Unterseite der Folie zu gelangen, wodurch eine unerwünschte Kühlung der letzteren vermieden wird.