DE1454962B1

DE1454962B1 - Vorrichtung zur Vakuumverformung eines thermoplastischen Kunststoffbandes

Info

Publication number: DE1454962B1
Application number: DE19641454962
Authority: DE
Inventors: Gaylord W Brown; Donald J Rise
Original assignee: Brown Machine Co
Current assignee: Brown Machine Co
Priority date: 1963-07-10
Filing date: 1964-07-03
Publication date: 1970-09-03
Also published as: BE650270A; CH435686A; US3346923A; FR1413120A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Vakuumverformung eines thermoplastischen Kunststoffbandes mit einem oberhalb des Bandes angeordneten evakuierbaren Formwerkzeug und einem von unten an das zu verformende Band andrückbaren Formwerkzeug, durch das Druckluft von unten her auf das Band zur Einwirkung bringbar ist.
In bekannter Weise enthalten solche Vorrichtungen Gruppen von Heizeinrichtungen, die oberhalb und unterhalb der Ebene der in die Maschine eingeführten Folie angeordnet sind, um das Kunststoffband auf die Verformungstemperatur aufzuheizen.
Darüber hinaus verwenden Formmaschinen dieser Art gewöhnlich ein Paar von Platten, von denen die eine oberhalb und die andere unterhalb des Kunststoffbandes liegt und die zur Befestigung von Formwerkzeugen dienen, welche zusammenwirken, um in dem vorgeformten Kunststoffband entsprechend der Ausführungsform der Form die Erzeugnisse herzustellen. Solche Maschinen können Flachziehmaschinen sein, wie sie sich beispielsweise zur Herstellung von Schalen, Schüsseln u. dgl. eignen, oder Tiefziehmaschinen, wie sie beispielsweise zur Herstellung von Bechern u. dgl. dienen. Im allgemeinen sind in Tiefziehmaschinen die einen Formwerkzeuge Stempel, welche die Bewegung der Teile des plastischen Kunststoffbandes in die Hohlform des anderen Formwerkzeugs unterstützen. An dieses ist eine Vakuumpumpe angeschaltet, die das in Eingriff mit den Wandungen stehende Kunststoffband einsaugen. Befestigungsketten dienen zweckmäßig dazu, um die Seiten des Kunststoffbandes festzuklemmen und in bestimmten Zeitabschnitten aufeinanderfolgend Längen dieses Bandes von der Heizzone in eine Lage zwischen den Formwerkzeugen zu ziehen.
Durch die Erfindung soll eine Vorrichtung zur Vakuumverformung eines thermoplastischen Kunststoffbandes so verbessert werden, daß mit einem minimalen Aufwand an Steuer- und Regeleinrichtungen ein hoher Grad an Arbeitsgeschwindigkeit und an Funktionssicherheit, also an Wirtschaftlichkeit, erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Druckluftzuleitung zu dem unteren Formwerkzeug ein durch das Druckmittel betätigbarer Druckschalter angeordnet ist, der bei Erreichen einer vorherbestimmten Druckhöhe in dem unteren Formwerkzeug anspricht und eine weitere Zufuhr von Druckluft in das untere Formwerkzeug unterbindet. Mit diesen einfachen Mitteln kann die Arbeitsgeschwindigkeit der Vorrichtung gegenüber bekannten Vorrichtungen beträchtlich erhöht und sichergestellt werden, daß ein vorzeitiges Nachlassen der Preßfunktion nicht eintritt. Die Druckluft kann sehr viel schneller und mit höherem Druck dem unteren Formwerkzeug zugeführt werden, wobei eine Überhöhung des Drucks in dem unteren Formwerkzeug infolge des Druckschalters ausgeschlossen ist.
Die Vorrichtung, die im folgenden näher erläutert wird, vermag ein Kunststoffband zu verarbeiten, das näher an der Erstarrungstemperatur liegt, und gestattet die Verwendung einer Form, die sich im wesentlichen auf Zimmertemperatur befindet, da unter Druck stehende Luft zusammen mit den Saugkräften Verwendung findet, um eine vollkommene Berührung des Kunststoffbandes mit den oberen Formwerkzeugen und damit einen ganzflächigen Wärmeübergang zwischen den Oberflächen des oberen Formwerkzeugs und dem Kunststoffband sicherzustellen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung wiedergegeben.
F i g. 1 ist eine Seitenansicht eines Teils der Vorrichtung; F i g. 2 ist eine Vorderansicht derselben; F i g. 3 zeigt einen vergrößerten Querschnitt, wobei die Formwerkzeuge dem Kunststoffband gegenüberliegen; F i g. 4 zeigt eine Draufsicht auf das untere Formwerkzeug und die Stempel; Fig. 5 zeigt eine noch stärker vergrößerte Teilansicht der Fig. 3; F i g. 6 zeigt eine Ansicht eines elektropneumatischen Kreises zur Steuerung der Druckluft durch den Druckschalter; F i g. 7 zeigt eine schematische Ansicht des Druckschalters.
Ein thermoplastisches Kunststoffband 10, beispielsweise aus Polystyrol, ist nach den F i g. 2 und 3 zwischen einem oberen und einem unteren Formwerkzeug 11 und 12 angeordnet. Das obere Formwerkzeug 11 weist im Abstand befindliche Ausnehmungen 13 von solchen Abmessungen auf, daß kegelstumpfförmige, dünnwandige Becher in dem Kunststoffband 10 entstehen, die man nach Abtrennen vom Band als Trinkbecher verwenden kann. Man erkennt, daß das untere Formwerkzeug 12 im Abstand befindliche Stempell4 in senkrechter, axialer Flucht mit den Ausnehmungen 13 aufweist. Die im Kunststoffband 10 hergestellten Becher werden in umgekehrter Lage geformt und das geformte Band wird dann durch eine gesonderte Beschneidepresse geführt, welche die Becher vom Band abtrennt.
Der Rahmen der Formmaschine enthält obere und untere Längsträger 15 und 16, die an beiden Enden durch senkrechte Träger 17 und obere und untere Querträger 18 verbunden sind. In den F i g. 1 und 2 ist nur das vordere Ende der Maschine wiedergegeben, Es ist jedoch selbstverständlich, daß der Rahmen F längliche Form aufweist und daß das linke Ende ebenfalls Abschlußträger enthält. Zwischen den Enden des Rahmens sind senkrechte Säulen 19 angeordnet, welche an den unteren Längsträgern 16 an ihren unteren Enden angeschlossen und durch eine Traverse 20 an ihren oberen Enden verbunden sind. Die Säulen 19 führen das obere und untere Formwerkzeug 11 bzw. 12 und ermöglichen ihnen eine senkrechte Laufbewegung entlang von Führungen 19 a.
Auf der Traverse 20 befindet sich ein Druckmittelzylinder 26 mit einer Kolbenstange 26 a, welche mit einer Platte 21 gekuppelt ist, an der über Schienen 22 das obere Formwerkzeug 11 befestigt ist. Wird ein Druckmittel, beispielsweise Druckluft, in das obere Ende des doppelt wirkenden Druckmittelzylinders 26 eingeführt, dann wird die Platte 21 in Richtung auf das Kunststoffband 10 abgesenkt.
Eine untere Platte 27 ist ebenfalls an den Führungen 19 a in vertikaler Richtung verschiebbar geführt.
Das untere Formwerkzeug 12 ist über Schienen 27b mit der Platte 27 verbunden. Ein Profilträger 30 verbindet die unteren Enden der Säulen 19 und nimmt einen doppelt wirkenden Druckmittelzylinder 31 auf, dessen Kolbenstange 32 an die untere Platte 27 angeschlossen ist.
Das Kunststoffband 10 wird absatzweise zwischen die unteren und oberen Formwerkzeuge 11 und 12 durch ein Paar übereinanderliegender oberer und unterer endloser Ketten 34 bzw. 35 zugeführt, weI-che absatzweise das Kunststoffband 10 von einer Heizstation 36 her zuführen, so daß ein erhitzter Teil des Kunststoffbandes 10 in eine Lage zwischen die Formwerkzeuge 11 und 12 durch die Ketten 34 und 35 vorgerückt wird, die Formwerkzeuge 11 und 12 senkrecht auf das Kunststoffband 10 zu bewegt werden und nunmehr der Verformungsvorgang vor sich gehen kann.
Das obere Formwerkzeug 11 enthält eine Unterdruckverteilerkammer 47, welche an die Ausnehmungen 13 mit Hilfe von Kanälen 48 angeschlossen ist.
Eine Leitung 49 dient zur Verbindung der Unterdruckverteilerkammer 47 mit einer Vakuumkreiselpumpe und einem Vorratsbehälter.
Das untere Formwerkzeug 12 enthält ein Glied 50, welches die Stempel 14 in Abstand trägt, sowie einen herumlaufenden Klemmrahmen 51. Selbstverständlich ist ein Spiel von etwa 3 mm zwischen dem Klemmrahmen 51 und dem Glied 50 vorhanden, und das Glied 50 enthält einen Rand 52 mit einer elastischen Dichtung 53, welche eine luftdichte Abdichtung zwischen dem Kunststoffband 10 und dem Glied 50 aufrechterhält. Das Glied 50 kann durch Thermostaten aufweisende Widerstandsheizelemente 50a elektrisch aufgeheizt werden. Unter einem Druck von etwa 5,6 atü stehende Druckluft wird mit 0,4 m2/min dem unteren Formwerkzeug 12 über eine Leitung 55 zugeführt, an welche Leitungen 56 anschließen, die zu Bohrungen 57 im Glied 50 führen. Wie man aus Fig. 5 erkennt, sitzen Prallplatten 58 über jeder Bohrung 57 auf getrennten Stiften 59, so daß der durch die Bohrung 57 strömende Luftstrom seitlich abgelenkt wird und nicht unmittelbar auf das Kunststoffband 10 trifft. Dies verhindert die Bildung kalter Stellen auf dem Kunststoffband 10, welche damit nicht mehr verformbar wären und keine Einzelheiten der Ausnehmungen 13 annehmen würden. An den Schienen 27b sind in einer Stellung, in der der Klemmrahmen 51 nach oben in Eingriff mit dem Kunststoffband 10 gedrückt wird, Druckmittelzylinder 60 befestigt, deren Kolbenstangen 61 an Konsolen 62 angeschlossen sind, welche mit dem Klemmrahmen 51 verbunden sind. Im Zylinder 60 wird ein Druck von etwa 5,6 atü aufrechterhalten, und der Zylinder ist über Leitungen 60a an seinem unteren Ende an eine Druckluftquelle angeschlossen.
Damit die Platten 21 und 27 in fester Abdichtung während des Formvorgangs mit dem Kunststoffband 10 verbleiben, ist ein Kniehebelmechanismus vorgesehen, welcher die Platten 21 und 27 aufeinander zu drückt und sie in dieser Lage versperrt.
Die die Folie vorrückenden Ketten 34 und 35 werden nach Beendigung des Formvorgangs betätigt und nachdem die Platten 21 und 27 in vertikaler Richtung zurückgezogen sind.
In Fig. 6 ist ein Kreis mit den LeitungenL1 und L2 und elektrischen und pneumatischen Bauelementen wiedergegeben, die zur Steuerung der Druckluftzufuhr Verwendung finden.
Zur Versorgung des unteren Formwerkzeugs 12 mit Luft ist ein normalerweise geschlossenes Ventil 100 mittels einer Leitung 101 mit der biegsamen Leitung 55 verbunden, die zum unteren Formwerkzeug 12 führt. Es enthält eine Magnetspule 102, die in Reihe mit Schalterkontakten 103 in der Leitung c liegt. In der Leitung c liegen außerdem normalerweise geschlossene Kontakte 104 eines Druckschalters 105, dessen Kontakte offenstehen, wenn ein vorbestimmter Druck, beispielsweise 2,8 atü, im unteren Formwerkzeug 12 erreicht ist. Der Druckschalter 105 wird im Glied 50 in einer Öffnung 105 a montiert, wie man aus F i g. 4 erkennt. Eine schematische Wiedergabe des Druckschalters 105 läßt sich aus Fig.7 entnehmen. Er enthält einen Zylinder 105b, in dem sich eine Membran 105 c befindet, auf deren Schaft 105 d einer der Kontakte 104 befestigt ist, welcher normalerweise in Eingriff mit dem anderen festen Kontakt 104 durch eine Feder 105 e vorbestimmter Federkraft gedrückt wird. Die Kontakte 104 sind vom Zylinder 105 b isoliert und im Zylinder 105 b ist für den Druckmittelzutritt eine Öffnung 105! vorgesehen. Ein normalerweise offenes Luftventil 106 steht mit der Leitung 55 über eine Leitung 107 und mit der Atmosphäre durch einen Kanal 110 in Verbindung und eine Magnetspule 108 ist in einem Kreis d in Reihe mit normalerweise offenen Kontakten 109 geschaltet.
Sind die Ketten 34 und 35 so bewegt worden, daß sie einen noch nicht verformten Teil des Kunststoffbandes 10 zwischen die Formwerkzeuge 11 und 12 transportiert haben, dann erfaßt der Klemmrahmen 51 das Kunststoffband 10, um es fest zwischen sich und dem oberen Formwerkzeug 11 einzuklemmen, und anschließend führt eine weitere Aufwärtsbewegung der Kolbenstange 32 und der Platte 27 zur Verformung des Kunststoffbandes 10, sobald die Stempel 14 in die Ausnehmungen 13 einzudringen beginnen. Sobald das Kunststoffband 10 in die Ausnehmungenl3 einzudringen beginnt, wird die Luft aus den Ausnehmungen 13 mit vorbestimmter Geschwindigkeit entsprechend der Verdrängung der Luft innerhalb der Ausnehmungen, die durch die Stempel 14 und das in die Ausnehmungen 13 eintretende Kunststoffband 10 verursacht wird, entlüftet. Sobald die Formwerkzeuge 11 und 12 ganz geschlossen sind, werden die Kontakte 103 in der Leitung c geschlossen und das normalerweise geschlossene Ventil 100 wird geöffnet, um Druckluft von einem Kompressorakkumulatorbehälter zur Leitung 55 und in das Innere des unteren Formwerkzeugs 12 zu richten.
Kurz bevor die Kontakte 103 geschlossen sind und das Ventil 100 geöffnet ist, wird die restliche Luft aus dem oberen Formwerkzeug 11 entfernt. Gleichzeitig werden die Kontakte 109 und das Luftventil 106 geschlossen. Auf diese Weise finden sowohl der im unteren Formwerkzeug 12 entwickelte Luftdruck als auch die Vakuumkräfte dazu Verwendung, um das Kunststoffband in innige Berührung mit den Formwandungen zu bringen, um damit sicherzustellen, daß das verformte Kunststoffband 10 bis in Einzelheiten der Kontur der Ausnehmungen 13 entspricht.
Da die Ausnehmungen 13 im wesentlichen auf Zimmertemperatur gehalten werden, erstarrt der Kunststoff unmittelbar bei Berührung mit dem Metall des oberen Formwerkzeugs 11, und die Erstarrung erfolgt gleichmäßig über die gesamte Fläche des in den Ausnehmungen 13 eingebrachten Kunststoffes, weil der Kunststoff in innige Berührung mit allen Teilen der Formwerkzeugoberfläche kommt. Aus diesem Grund ist es nur erforderlich, die Formwerkzeuge 11 und 12 für einen Augenblick geschlossen zu halten. Wenn der Druck innerhalb des unteren Formwerkzeugs 12 einen vorbestimmten Wert, beispielsweise 2,8 atü, erreicht, dann wird der Druckschalter 105 betätigt, um die normalerweise geschlossenen Kontakte 104 im Kreis c zu öffnen und die Magnetspule 102 stromlos zu machen, so daß das normalerweise geschlossene Ventil 100 unmittelbar schließt. Auf diese Weise wird verhindert, daß sich Druck bis zu einem Druckwert ausbildet, bei dem er die Formwerkzeuge 11 und 12 trennen würde, wobei die Druckströme durch die Prallplatten 58 abgelenkt werden und durch den Luftstrom keinerlei kalte Stellen erzeugt werden können, die zu einer örtlichen Erstarrung des Kunststoffbandes 10 während des Formvorgangs führen würden. Die eindringenden Stempell4 werden auf geeigneter Temperatur gehalten, so daß sie ebenfalls bei Eingriff mit dem Kunststoffband 10 keinerlei örtliche Härtung verursachen. Ist einmal das Kunststoffband 10 in der beschriebenen Weise vollständig verformt, dann können die normalerweise offenen Kontakte 109 in der Leitung d geöffnet werden, um die Magnetspule 108 des Luftventils 106 stromlos zu machen und das Luftventil 106 zu öffnen und damit die Luft aus dem unteren Formwerkzeugl2 in die Atmosphäre austreten zu lassen.

Claims

Patentanspruch: Vorrichtung zur Vakuumverformung eines thermoplastischen Kunststoffbandes mit einem oberhalb des Bandes angeordneten evakuierbaren Formwerkzeug und einem von unten an das zu verformende Band andrückbaren Formwerkzeug, durch das Druckluft von unten her auf das Band zur Einwirkung bringbar ist, d a d u r c h g e -k e n n z ei c h n e t, daß in der Druckluftzuleitung zu dem unteren Formwerkzeug (12) ein durch das Druckmittel betätigbarer Druckschalter (105) angeordnet ist, der bei Erreichen einer vorherbestimmten Druckhöhe in dem unteren Formwerkzeug anspricht und eine weitere Zufuhr von Druckluft in das untere Formwerkzeug unterbindet.