DE10220700B4 - Formwerkzeug zum Tiefziehen von Behältern aus thermoplastischem Kuststoff - Google Patents

Abstract

Formwerkzeug zum Tiefziehen von Behältern (6) aus einer erwärmten Folienbahn (7) aus thermoplastischem Kunststoff, bestehend aus Oberteil (1) und Unterteil (2), wobei das Unterteil (2) die Formeinsätze (5) trägt und das Oberteil (1) pro Formnest einen Niederhalter (14) und einen darin angeordneten, über eine Stange (16) verschiebbaren Streckhelfer (15) mit einer Axialbohrung (24) zum Zuleiten der Formluft, gekennzeichnet durch ein in jedem Streckhelfer (15) angeordneten, vom Druck der Formluft betätigten Formluftventil (42) mit einem über eine Feder (33) nachgiebig gehaltenen Sperrkolben (31), der gegen die Bohrung (34) zum Zuleiten der Formluft gedrückt wird und der beim Zuleiten der Formluft gegen die Federkraft verschoben wird.

Description

• Die Erfindung geht aus von einem Formwerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Mit diesem werden aus einer erwärmten Folienbahn aus thermoplastischem Kunststoff mittels Druckluft Behälter tiefgezogen und ggf. ausgestanzt.
• Aus der DE 199 56 506 A1 und der EP 0 457 664 A1 sind derartige Formwerkzeuge bekannt, bei denen jeder Vorstrecker als Kolben ausgebildet bzw. mit einem Kolben verbunden ist, der im Niederhalter gleitend und dichtend geführt ist. Die Druckluft zur Formung der Behälter wird durch die Stange des Streckhelfers zugeführt. Der Grund dieser Ausbildung liegt darin, dass Druckluft zum Formen der Behälter eingespart werden soll, indem der Innenraum des Niederhalters hinter dem Streckhelfer beim Zuleiten der Druckluft nicht mit dieser gefüllt werden muss, sondern einen niedrigeren Druck aufweisen kann. Zudem soll die Taktzahl durch diese Maßnahme positiv beeinflusst werden. Die Druckluft zum Formen der Behälter wird über ein nicht dargestelltes Formluftventil zu- und abgeführt, das in bekannter Weise außerhalb des Formwerkzeuges, in der Regel an der Oberbrücke der Formstation, angeordnet ist. Die Leitungswege sind entsprechend lang und müssen bei jedem Zuführen von Druckluft gefüllt werden. Beim Entlüften müssen sie entlüftet werden. Dies bedeutet einerseits einen Luftverbrauch, andererseits eine Verzögerung insbesondere beim Druckluftaufbau, der die Taktzahl des Formwerkzeuges reduziert.
• Aus der DE 201 16 922 U1 ist es bekannt, zur Beschleunigung des Druckaufbaus in den einzelnen Formnestern in der Trägerplatte der oberen Werkzeughälfte mehrere Elektromagnetventile anzuordnen, um die Formluft bis zu diesien Magnetventilen über ein nicht beschriebenes, aber zwingend erforderliches vorgeschaltetes Ventil unter Druck zuzuführen, um dann beim Zuschalten der Formluft zum Formen der Behälter außer den Formnestern selbst nur die kurzen Leitungen zwischen diesen Magnetventilen und den Formnestern füllen zu müssen.
• Nachteilig bei dieser Bauweise ist es, dass bei mehrreihigen Werkzeugen das Befüllen von mehreren Formnestern über ein Magnetventil erfolgt. So werden bei dreireihigen Formwerkzeugen drei Formnester über ein Magnetventil be- und entlüftet. Dies bedeutet – da die Druckluft zuerst ins erste Formnest strömt, von dort dann ins zweite Formnest und dann ins dritte Formnest – einen pro Formnest: zeitlich unterschiedlichen Druckaufbau mit der Folge unterschiedlicher Verfahrensbedingungen und damit unterschiedlicher Qualität der geformten Behälter je nach Behälterreihe.
• Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass die Magnetventile direkt an bzw. in der Trägerplatte des oberen Werkzeugteils sitzen, das auch die Matrize zum Ausstanzen der geformten Behälter trägt. Die unvermeidlichen Stanzschläge wirken direkt auf die Magnetventile, die anfällig sind, da in ihnen kleine Kolben elektromagnetisch verschiebbar gestaltet sind. Störungen und Beschädigung der Magnetventile treten recht häufig auf, da die Formwerkzeuge in bekannter Weise bis 40 Takte pro Minute betrieben werden. Baulich ist wenig Platz für Magnetventile mit großem Durchflussquerschnitt, sodass die Querschnitte relativ klein gewählt werden müssen, was die Belüftungszeit insbesondere bei mehrreihigen Formwerkzeugen und damit die Taktzahl negativ beeinflusst.
• Eine Reduzierung des Luftverbrauchs in den Formluftleitungen ist bei dieser Ausführung nicht gegeben, da über die Magnetventile und das vorgeschaltete Formluftventil auch die Entlüftung der Formnester erfolgt. Das vorgeschaltete, nicht dargestellte Hauptventil versorgt den mit Position 66 bezeichneten Strömungskanal mit Formluft bis zu den Magnetventilen Position 79. Beim Entlüften muss diese Luft im Strömungskanal 66 auch wieder entlüftet werden, bevor das Formwerkzeug öffnet, was nur über das Hauptventil erfolgen kann. Folglich muss die Leitung zwischen Hauptventil und den Magnetventilen bei jedem Takt neu belüftet werden. Eine Formlufteinsparung gegenüber einer Direktzufuhr der Formluft – also vom Hauptventil aus ohne Zwischenschaltung der Magnetventile – liegt damit nicht vor. Die Magnetventile haben lediglich die Aufgabe, einen rascheren Druckaufbau in den Formnestern zu bewirken, weil die" Leitung zwischen Hauptventil und den einzelnen Magnetventilen bereits während des Entformens der Behälter befällt werden kann. Es sind also kurze Leitungen beim Belüften der Formnester zu füllen, das Entlüften erfolgt nicht rascher als bei der Bauweise ohne Magnetventile.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden unter Beibehaltung des Vorteiles eines raschen Druckluftaufbaues in den Formnestern. Dabei sollte der Druckaufbau in allen Formnestern zur Erzielung einer guten Qualität der Behälter gleichzeitig erfolgen, auch bei mehrreihiger Bauweise des Formwerkzeuges. Die Störungsanfälligkeit der Ventile sollte reduziert und der Druckluftverbrauch verringert werden.
• Gelöst ist diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen.
• Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
• Das Formwerkzeug ist anhand der schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
• 1 einen Querschnitt durch das Formwerkzeug in geschlossener Stellung vor Einleitung des Tiefziehvorganges.
• 2 denselben Querschnitt nach teilweiser mechanischer Vorstreckung der Folienbahn durch den Streckhelfer.
• 3 denselben Querschnitt nach Abschluss der pneumatischen Formung und nach der Aufwärtsbewegung des Streckhelfers.
• 4 bis 7 eine Teilansicht des Ventils zur Steuerung der Formluftzufuhr in jedem Streckhelfer in verschiedenen Ausführungsformen und Stellungen.
• Das Formwerkzeug besteht aus dem Oberteil 1 und dem Unterteil 2. Letzteresumfasst eine Grundplatte 3, einen Kühlblock 4 und in diesen pro Formnest eingesetzte Formeinsätze 5 einreihig wie dargestellt oder mehrreihig mit der Ge statt der herzustellenden Behälter 6. Die Formeinsätze 5 sind einteilig oder zweiteilig ausgebildet und tragen bei kombiniert formenden und stanzenden Formwerkzeugen an der oberen, der Folienbahn 7 zugewandtem Seite, eine Schnittkante 8. Eine Kühlung der Formeinsätze 5 erfolgt über die Kammer 9 zwischen Kühlblock 4 und Außenform der Formeinsätze 5 in bekannter Weise. Zum Ausschieben der Behälter 6 aus den Formeinsätzen 5 dient ein verschiebbarer Formboden 10.
• Das Oberteil 1 setzt sich zusammen aus einer Kopfplatte 11, einer Zwischenplatte 12, der Matrize 13 und einem in jedem Formnest angeordneten Niederhalter 14. Jeder Niederhalter 14 ist federnd nachgiebig gehalten und schiebt nach dem Ausstanzen der Behälter 6 und nach dem Öffnen des Formwerkzeuges diese aus der Matrizenbohrung. Im Niederhalter 14 ist ein Streckhelfer 15 verschiebbar angeordnet in der Weise, dass zumindest im unteren, der Folienbahn i zugewandten Bereich, eine Abdichtung zwischen Streckhelfer 15 und Niederhalterbohrung 18 über eine Dichtung 25 gegeben ist. Abluftbohrungen 19, 20, 21 sind so angeordnet, dass der Innenraum des Niederhalters 14 ins Freie entlüftet werden kann.
• Die Streckhelfer 15 sind jeweils über eine Stange 16 mit einer gemeinsamen Halteplatte 17 verbunden. Diese kann über eine als Pfeil 39 dargestellte Antriebseinrichtung verschoben werden. Sie weist eine mit einer Druckluftquelle 41 über ein Hauptventil 40 in Verbindung stehende Bohrung 22 auf, die über eine Querbohrung 23 mit der Axialbohrung 24 in der Stange 16 in Verbindung steht.
• In jedem Streckhelfer 15 ist ein druckbetätigbares Formluftventil 42 angeordnet und näher in den 4 bis 7 (Detail „X" in 1) dargestellt. Dazu besteht der Streckhelfer 15 aus einer Halteplatte 26 und dem Streckstempel 27, die miteinander verbunden sind. In der Halteplatte 26 ist die Stange 16 befestigt (4, 5) oder Stange 16 und Halteplatte 26 sind aus einem Teil gefertigt, wie in den 6 und 7 links dargestellt.
• Gemäß der Ausführungsform in den 4 und 5 setzt sich die Axialbohrung 24 in der Stange 16 in der Haltplatte 26 fort als Bohrung 28 mit einem Durchmesser D1, die in den Konus 29 übergeht. Im Streckstempel 27 sitzt verschiebbar in einer Bohrung 30 ein Sperrkolben 31 mit dem Durchmesser D2, der mit einem Konus 32 auf dem Konus 29 in der Halteplatte 26 in geschlossener Stellung dichtend aufsitzt. Zum Andrücken dient die Feder 33, die in der Bohrung 34 sitzt und gegen den Boden 35 des Sperrkolbens 31 drückt. Eine Dichtung 36 verhindert, dass Formluft in die Bohrungen 30, 34 gelangt und ist so gestaltet, dass aus dieser bei Drucklosigkeit im Formnest Druckluft entweicht, sollte sich dort aus Gründen der Undichtigkeit ein Überdruck aufgebaut haben. Mit einem Lippenring als Dichtung 36 ist diese Funktionalität gegeben.
• In der Verbindungsfläche zwischen Halteplatte 26 und Streckstempel 27 sind Schlitze 37 oder Durchbrüche beliebiger Gestalt eingearbeitet, so dass bei abgehobenem Sperrkolben 31 eine Verbindung zwischen Axialbohrung 24 und Innenraum 38 besteht.
• Gemäß der Ausführungsform nach 6 besteht das Formluftventil 42 aus einer aus Montagegründen zweiteiligen Hülse 43, in der die Feder 33 und deiverschiebbare Sperrkolben 31 angeordnet sind. Die Hülse 43 ist in die Halteplatte 26 eingeschraubt, sodass ein Tausch der Streckstempel 27 ohne Demontage des Formluftventils 42 erfolgen kann. Im Streckstempel 27 ist eine entsprechende Freibohrung 44 eingearbeitet. In der Wandung der Hülse 43 verlaufen Bohrungen 45, die auf die Schlitze 37 im Streckstempel 27 treffen. Die Bohrung 28 mit dem Durchmesser D1 befindet sich im oberen Abschluss der Hülse 43, gegen sie: drückt der Konus 32 am Sperrkolben 31.
• Nach der in 7 dargestellten Ausführung wird vorgeschlagen, die Hülse 43 im Streckstempel 27 zu befestigen, z.B. durch Einschrauben in eine Bohrung 46. Wieder treffen die Bohrungen 45 in der Wand der Hülse 43 auf die Schlitze 37 oder entsprechende Durchbrüche im Streckstempel 27. Auch bei dieser Ausführung ist ein Tausch des Steckstempels 27 ohne Demontage des Formluftventils 42 möglich und dieses verbleibt im Streckstempel 27.
• Verfahrensmäßig findet folgender Ablauf statt: Nach dem Eintransport eines Abschnittes der erwärmten Folienbahn 7 zwischen die geöffneten Werkzeughälften 1, 2 wird dieses geschlossen. ( Lage in 1 dargestellt).
• Der Streckhelfer 15 wird über die als Pfeil 39 dargestellte Antriebseinrichtung nach unten bewegt bis in die 2 dargestellte Lage, in der eine Abdichtung zwischen Streckhelfer 15 und Bohrung 18 gegeben ist. Zwischen dieser Stellung und der untersten – gestrichelt dargestellten Lage – wird die Formluft zugeführt. Der optimale Zeitpunkt zur Erzielung einer gleichmäßigen Wandstärkenverteilung der Behälter 6 ist abhängig von vielen Faktoren, wie Behältergestalt, Folienart, Foliendicke, und wird durch Versuche ermittelt. Die Zufuhr der Druckluft erfolgt in der Weise, dass diese über das vorgeschaltete Hauptventil 40, das zwischen einer Sperrstellung und einer Durchgangsstellung geschaltet werden kann, in die Axialbohrung 24 geleitet wird. Wird dort beispielsweise ein Formdruck von 6 bar erreicht, öffnet der Sperrkolben 31 gegen die Feder 33, in dem Durchmesser D 1 und Federkraft der Feder 33 entsprechend aufeinander abgestimmt sind, um bei diesem Druck von beispielsweise 6 bar zu öffnen.
• Die Formluft strömt über die -Schlitze 37 in den Innenraum 38 und formt den Behälter 6, während eine weitere Abwärtsbewegung des Streckhelfers 15 bis in unterste Lage erfolgt.
• Es erfolgt die Aufwärtsbewegung des Streckhelfers 15 bis in die in 3 gezeichnete Lage, wobei, wenn die Dichtung 25 die Bohrung 18 verläßt und in der erweiterten Bereich eintritt, die Formluft automatisch über die Bohrungen 19, 20, 21 entweicht und der Formdruck auf Null bar abgebaut wird.
• Der Sperrkolben 31 wird bei einem Druck von beispielsweise 4 bar über die Feder 33 wieder gegen den Konus 29 gedrückt und dichtet ab. Da das Hauptventil 40 zuvor in Sperrstellung gebracht wurde, verbleibt in den Axialbohrungen 24 ein Restdruck von 4 bar, so dass beim nächsten Takt nur der Differenzdruck bis 6 bar aufgebaut werden muss. Dies geschieht rascher als ein Druckaufbau von 0 bar auf 6 bar und spart zwei Drittel an Druckluft ein. Durch die Gestaltung des Sperrkolbens 31 mit einem Durchmesser D2, der größer ist als der Durchmesser D1 der Bohrung 38, ergibt sich der Effekt, dass im Sperrzustand – Innenraum 38 entlüftet – eine Kraft als Produkt aus der Fläche mit D1 und dem Druck von 4 bar im Ruhezustand auf den Sperrkolben 31 drückt. Wenn dann der Druck in der Axialbohrung 24 erhöht wird, hebt der Sperrkolben 31 ab und jetzt wirkt auf ihn eine Kraft als Produkt aus der Fläche mit D 2 und dem höheren Formdruck. Die Kraft auf den Sperrkolben 31 wird also sofort nach dem Öffnen schlagartig erhöht, wodurch dieser seinen vollen Öffnungshub ausführt und die Formluft rasch in den relativ kleinen – weil nach oben durch die Dichtung 25 abgedichteten Innenraum 38 – einströmt.
• Es liegt also insgesamt ein sehr rascher Druckaufbau durch einen großen Einlassquerschnitt und einen geringen Druckluftbedarf vor.
• Nach dem Auskühlen der Behälter 6 werden diese bei kombiniert formenden und stanzenden Formwerkzeugen ausgestanzt (Lage in 3 dargestellt) und bei wieder geöffnetem Formwerkzeug ausgeworfen. Bei einem reinen Formwerkzeug bleiben sie mit der Folienbahn 7 verbunden und werden Nachfolgeeinrichtungen zugeführt.

Claims (7)

1. Formwerkzeug zum Tiefziehen von Behältern (6) aus einer erwärmten Folienbahn (7) aus thermoplastischem Kunststoff, bestehend aus Oberteil (1) und Unterteil (2), wobei das Unterteil (2) die Formeinsätze (5) trägt und das Oberteil (1) pro Formnest einen Niederhalter (14) und einen darin angeordneten, über eine Stange (16) verschiebbaren Streckhelfer (15) mit einer Axialbohrung (24) zum Zuleiten der Formluft, gekennzeichnet durch ein in jedem Streckhelfer (15) angeordneten, vom Druck der Formluft betätigten Formluftventil (42) mit einem über eine Feder (33) nachgiebig gehaltenen Sperrkolben (31), der gegen die Bohrung (34) zum Zuleiten der Formluft gedrückt wird und der beim Zuleiten der Formluft gegen die Federkraft verschoben wird.
2. Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D2) des Sperrkolbens (31) größer ist als der Durchmesser (D1) der Bohrung (34) zum Zuleiten der Formluft in der Halteplatte (26)des Streckhelfers (15).
3. Formwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageflächen zwischen Sperrkolben (31) und Halteplatte (26) als Konus (29, 32) ausgebildet sind.
4. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft der Feder (33) und der Durchmesser (D1) der Bohrung (34) zum Zuführen der Formluft und der Durchmesser (D2) des Sperrkolbens (31) so aufeinander abgestimmt sind, dass das Formluftventil (42) bei einem Formdruck von 6 bar in der Axialbohrung (24) der Stange (16) öffnet und bei einem Restdruck von 2 – 5 bar im Formnest wieder schließt.
5. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass das Formluftventil (42) durch eine Hülse (43) gebildet wird, in derern Innern die Feder (33) und der Sperrkolben (31) angeordnet sind.
6. Formwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (43) an der Halteplatte (26) befestigt ist.
7. Formwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (43) im Streckstempel (27) befestigt ist.