DE1180118B - Vorrichtung zur Durchfuehrung eines Verfahrens zur Vakuumverformung von Folien in Blatt- oder Bahnform aus thermoplastischem Kunststoff - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.:

Nummer: Aktenzeichen: Anmeldetag: Auslegetag:

Deutsche Kl.: 39 a2 -17/02

1180118
T17358 X/39 a2
19. Oktober 1959
22. Oktober 1964

In der Hauptpatentanmeldung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vakuumverformen von Folien in Blatt- oder Bahnform aus thermoplastischem Kunststoff mittels eines oberhalb des Blattes bzw. der Bahn angeordneten evakuierbaren Werkzeuges beschrieben. Nach der Hauptpatentanmeldung soll die zu verformende Folie außerhalb des Formwerkzeuges so weit erhitzt werden, bis zufolge des Eigengewichtes der Folie ein sackartiger Durchhang eintritt; in diesem Zustand wird die Folie unter das Verformungswerkzeug geführt, woraufhin das Formwerkzeug und die Folie durch eine stoßartige senkrechte Relativbewegung unter Bildung eines Luftkissens zu luftdichtem Abschluß des Formhohlraumes gegeneinander bewegt werden.

Die Erfindung stellt eine Verbesserung und Weitergestaltung des Gegenstandes der Hauptpatentanmeldung dar. Für den Gegenstand der Hauptpatentanmeldung ist es von wesentlicher Bedeutung, daß die Folie aus thermoplastischem Kunststoff so weit erwärmt wird, daß sie im gesamten Bereich der zu verformenden Fläche fast vollständig ihre elastischen Eigenschaften verliert und an die Grenze des plastischen Zustandes gebracht wird, in dem sie keine nennenswerte eigene Formelastizität mehr aufweist. Hierfür ist es von wesentlicher Bedeutung, daß der gesamte zu verformende Bereich der Folie einer entsprechend eingestellten örtlichen Erwärmung unterworfen wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die der horizontal aufgehängten, zu erhitzenden Folie in Form von Infrarotstrahlen zugeführte Wärme in ihrer örtlichen Intensitätsverteilung zur Erzeugung eines möglichst großen, gleichmäßigen sackartigen Durchhanges unter Aufrechterhaltung der Transportfähigkeit der Folie zu regeln.

Es ist bereits bekannt, die örtliche Intensitätsverteilung von Infrarotstrahlen zum Aufheizen von im Tiefziehverfahren zu verformender Kunststoffolie dadurch zu regeln, daß über die gesamte Strahlerfläche verteilte Infrarotlampen oder sonstige Strahlerelemente entsprechend der gewünschten Intensitätsverteilung zum Teil eingeschaltet und zum übrigen Teil ausgeschaltet bleiben. Diese bekannte Art der örtlichen Intensitätsregelung durch Ein- oder Abschalten von einzelnen Strahlern oder Strahlergruppen ist aber bei weitem nicht genau und fein genug, um die genaue und sichere Ausbildung eines sackartigen Durchhanges zu regeln und den ordnungsgemäßen Ablauf des Verformungsverfahrens nach der Hauptpatentanmeldung sicherzustellen. Die Erfindung schlägt daher zur Lösung der gestellten Aufgabe vor, Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Vakuumverformung von Folien in Blattoder Bahnform aus thermoplastischem Kunststoff

Zusatz zur Anmeldung: T14382 X / 39 a—
Auslegeschrift 1126 589

Anmelder:
AIf ons Thiel, Mainz, Raimundistr. 11

Als Erfinder benannt:
Alfons Thiel, Mainz

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 4. November 1958
(771864)

die Heizeinrichtung aus einer Mehrzahl von Infrarotstrahlern aufzubauen, die innerhalb eines den Gesamtwirkungsbereich der Heizeinrichtung umgrenzenden Strahlergehäuses in einer zur Aufhängung der Folie parallelen Ebene gegeneinander verschiebbar gelagert sind.

Durch die verschiebbare Lagerung von Strahlerelementen, insbesondere röhrenförmigen Infrarotstrahlern, lassen sich alle gewünschten Formen der Intensitätsverteilung praktisch absolut genau einstellen. Es lassen sich auch insbesondere die am Rand auftretenden Störungen der Intensitätsverteilung durch einfaches Einstellen des gegenseitigen Abstandes der Strahlerelemente ausgleichen. Die Intensitätsverteilung läßt sich dabei durch empirisches Nachstellen so genau einregeln, daß selbst geringe Unterschiede in den Strahleigenschaften der einzelnen Strahlerelemente ausgeglichen werden können. Die Vorrichtung nach der Erfindung hat noch den Vorteil, daß sie wesentlich einfacher aufgebaut ist als die bekannten Strahlerheizflächen. Vor allem wird bei der Heizvorrichtung nach der Erfindung kein besonderer Aufwand für elektrische Schalter usw. benötigt. Die Heizvorrichtung nach der Erfindung kann in besonders einfacher Ausführungsform aus röhrenförmigen Infrarotstrahlern aufgebaut sein, die sich in ihrer Länge über die gesamte Länge bzw. die gesamte Breite des Strahlergehäuses erstrecken und quer zu ihrer Längsrichtung innerhalb des Strahlergehäuses verschiebbar gelagert sind.

Wird mindestens ein Strahlergehäuse oberhalb und mindestens ein Strahlergehäuse unterhalb der zu er-

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hitzenden Folie benutzt, so ist es im Rahmen der Erfindung besonders vorteilhaft, die röhrenförmigen Strahler des oberen Strahlergehäuses mit ihrer Längsrichtung quer zur Längsrichtung der Strahler im unteren Strahlergehäuse zu verlegen.

Um bei mehrstufigem Aufheizen der Folie in den ersten Heizstufen Infrarotstrahlen größerer Wellenlänge zu benutzen als in der letzten Heizstufe, können die röhrenförmigen Infrarotstrahler in der letzten Heizstufe stärker aufgeheizt sein als in den davor angeordneten Heizstufen. Hierdurch erreicht man, daß die Infrarotstrahlen größerer Wellenlänge, die ein größeres Eindringungsvermögen in das Material aufweisen, die Folie von innen her aufwärmen, während die äußeren Oberflächen gegen Überhitzen gesichert sind. Erst für das letzte Aufheizen sollen dann auch die äußeren Oberflächen erweicht werden, so daß sich dann sehr bald in der letzten Heizstufe der sackartige Durchhang ausbilden kann. Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung beispielsweise dargestellt.

F i g. 1 zeigt eine Vakuumverformungsvorrichtung mit einstufiger Heizeinrichtung nach der Erfindung; F i g. 2 zeigt die in F i g. 5 benutzte Heizeinrichtung nach der Erfindung ohne die eigentliche Verformungsvorrichtung in perspektivischer Darstellung; F i g. 3 zeigt in einer Teildarstellung die verschiebbare Lagerung der Heizelemente;

F i g. 4 zeigt eine Vakuumverformungsvorrichtung mit zweistufiger Heizeinrichtung nach der Erfindung. Nach F i g. 1 kann die Verformungsvorrichtung 1 in gleicher oder ähnlicher Weise aufgebaut sein, wie dies in A b b. 6 der Hauptpatentanmeldung angedeutet ist. Unterhalb des Formwerkzeuges 1 ist auch in diesem Beispiel ein Spannrahmen 21 um eine Achse 2 nach unten ausschwenkbar gelagert, um beim Transport des sackartig durchhängenden Bandes 2 aus Kunststoff, beispielsweise Polyvinylchlorid, Polyäthylen od. dgl., die Bewegungsbahn für dieses Band 2 völlig freizugeben. Dies ist um so wichtiger, als es bei dem Verfahren nach der Hauptpatentanmeldung und der vorliegenden Erfindung wesentlich darauf ankommt, das zu verformende Kunststoffband 2 in dem zu verformenden Bereich möglichst gleichmäßig und so weitgehend zu erwärmen, daß es seine elastischen Eigenschaften fast völlig verliert und die Restelastizität gerade eben noch ausreicht, um ein Reißen des durchhängenden Bandes zu vermeiden. Die Erfindung geht von der Feststellung aus, daß die Temperaturbeständigkeit eines geformten Kunststoffgegenstandes bei der Temperatur liegt, bei der die Formung dieses Gegenstandes vorgenommen worden ist. Es liegt daher dem Verfahren nach der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das zu verformende Kunststoffband 2 auf möglichst hohe Temperatur zu bringen und bei möglichst hoher Temperatur zu verformen. Eine Abschreckung von Teilen des erhitzten Bandes 2, beispielsweise durch Berührung mit dem Spannrahmen 21, würde dazu führen, daß nicht allein die Verformung selbst in Frage gestellt wäre und unter Umständen das durchhängende Band 2 reißen könnte, sondern es wird vor allem in jedem Fall die Temperaturbeständigkeit der aus solchen abgeschreckten Bandteilen hergestellten Erzeugnisse stark herabgesetzt.

Zur Lösung der Aufgabe, das Kunststoffband vor dem Verformen auf diejenige Temperatur, die soeben für das Bandmaterial noch zulässig ist, zu erwärmen, wird nach der Erfindung eine Regelung der örtlichen Intensitätsverteilung der zum Aufheizen benutzten Infrarotstrahlen vorgeschlagen. Hierzu ist in Wanderrrichtung des Bandes 2 unmittelbar vor dem Formwerkzeug 1 in dem in F i g. 1 gezeigten Beispiel eine von oben und unten wirkende Infrarotstrahler-Heizeinrichtung 14 vorgesehen. Diese Infrarot-Heizeinrichtung 14 besteht aus einem oberhalb des Bandes 2 angeordneten Strahlergehäuse 101 und einem

ίο unterhalb des Bandes angeordneten Strahlergehäuse 102. Jedes dieser Strahlergehäuse 101 und 102 enthält eine Mehrzahl an sich bekannter röhrenförmiger Heizelemente 103, die mit elektrischem Strom betrieben werden, wie er jedem üblichen Lichtnetz entnommen werden kann.

Die Heizelemente 103 sind in der dargestellten Ausführungsform der Erfindung im oberen Strahlergehäuse 101 quer zur Wanderrichtung des Bandes 2 angeordnet und erstrecken sich über die gesamte Breite des Strahlergehäuses 101. Im unteren Strahlergehäuse 102 sind dagegen die Heizelemente 103 längs zur Wanderrichtung des Bandes 2 angeordnet und erstrecken sich über die gesamte Länge des Strahlergehäuses 102. Wie insbesondere F i g. 2 zeigt, sind die äußeren Heizelemente 103 α enger angeordnet als die inneren Heizelemente 103 A, um dadurch Randverluste der Strahlergehäuse 101 bzw. 102 auszugleichen. Man erhält hierdurch die Möglichkeit, die Heizelemente 103 in solchem gegenseitigem Abstand innerhalb einer waagerecht liegenden Ebene derart einzustellen, daß die Intensitätsverteilung der Infrarotstrahlung auf der Oberfläche des bestrahlten Bandes eine solche wird, die einen größtmöglichen sackartigen Durchhang des Bandes und eine höchstmögliehe Erwärmungstemperatur des Materials zuläßt. Allerdings läßt sich außer der obengenannten engeren Anordnung der äußeren Heizelemente 103 α keine allgemeingültige Regel für die Heizelementeanordnung aufstellen, vielmehr kann die günstigste Einstellung der Heizelemente 103 unmittelbar vor Ingangsetzen der gesamten Anlage durch den Fachmann dadurch festgestellt werden, daß am stehenden Band unter Berücksichtigung der gewünschten Dauer der Vorschubintervalle ein gleichmäßiger symmetrischer Durchhang des Materials erzeugt wird. Ein solcher gleichmäßiger, möglichst großer Durchhang deutet darauf hin, daß auf der gesamten bestrahlten Oberfläche praktisch gleiche Temperatur herrscht.

Diese empirische Einstellung der Bestrahlungsintensität ist deshalb unumgänglich, weil die sich einstellende örtliche Temperaturverteilung weitgehend auch von der Dicke des Kunststoffbandes 2 und der Art des Kunststoffmaterials abhängig ist.

Die Einstellung jedes Heizelementes 103 quer zu seiner Längsrichtung innerhalb der Strahlergehäuse 101 und 102 wird nach der Erfindung beispielsweise durch eine Lagerung der Heizelemente 103 ermöglicht, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist. In diesem dargestellten Beispiel sind die Heizelemente 103 mit ihren stirnseitigen Anschlußkappen 104 bzw. 105 zwischen je zwei an elektrische Spannung gelegte Anschluß- und Kontaktstreifen 106 eingeklemmt. Diese Streifen 106 sind auf ihre ganze Länge federnd ausgebildet oder federnd gelagert, so daß ein bloßes Verschieben der stirnseitigen Anschlußkappen 104 und 105 ausreicht, um die Heizelemente 103 quer zu ihrer Längsrichtung zu verschieben und gleichzeitig den elektrischen Anschluß sicherzustellen.

Im Beispiel der F i g. 4 ist eine mehrstufige Heizeinrichtung 14 vorgesehen, nämlich in diesem speziellen Beispiel eine zweistufige Heizungsvorrichtung, aber es können auch mehr als zwei Stufen vorgesehen sein. Die verschiedenen Heizstufen folgen unmittelbar aufeinander, aber sie sind unabhängig voneinander ausgebildet. Im Beispiel der F i g. 4 sind die beiden Heizstufen 111 und 211 aus gleichen Bauelementen aufgebaut, wie sie in Verbindung mit Fig. 1 bis 3 erläutert wurden. Die Anordnung ist hier so getroffen, daß sich die röhrenförmigen Heizelemente 103 im oberen Strahlergehäuse 101 der letzten Heizstufe 111 quer zur Wanderrichtung des Bandes 2 und im unteren Strahlergehäuse 102 der letzten Stufe 111 längs zur Wanderrichtung des Bandes erstrecken. In der vorhergehenden Heizstufe 211 ist die umgekehrte Anordnung getroffen, d. h., die röhrenförmigen Heizelemente 203 erstrecken sich im oberen Strahlergehäuse 201 längs zur Wanderrichtung des Bandes 2 und im unteren Strahlergehäuse 202 quer zur Wanderrichtung des Bandes 2.

Die beiden Stufen sind im vorliegenden Fall so geregelt, daß die Temperatur in der zweiten Stufe 111 merklich höher als in der ersten Stufe 211 ist. Hierdurch erhält die Infrarotstrahlung der ersten Heizstufe 211 eine beträchtlich größere Wellenlänge, um das Kunststoffband zunächst in seinem inneren Material stärker zu erwärmen als an seiner Oberfläche. Man erhält dadurch eine verhältnismäßig weitgehende Erwärmung des Kunststoffbandes von innen her, ohne daß die die Durchhängefestigkeit des Bandes wesentlich beeinflussenden äußeren Materialbereiche wesentlich erweicht werden. Das Kunststoffband kann deshalb die ihm zugeführte verhältnismäßig große Wärmemenge bereits aufnehmen, ohne daß ein Durchhang des Materials eintritt. Die so zugeführte Wärmemenge kann ebenso wie im Fall der zweiten Stufe 111 in ihrer örtlichen Verteilung so eingeregelt werden, daß der erwärmte Bereich des Bandes möglichst gleichmäßig die Temperatur annimmt. Das Vorheizen in der ersten Stufe 211 kann in der Weise eingeregelt werden, daß das Band diese Vorheizstufe 211 in einem Zustand verläßt, der gerade eben vor der Bildung eines sackartigen Durchhanges liegt. Dieser sackartige Durchhang wird dann in der zweiten Heizstufe 111 ausgebildet, in der eine Infrarotstrahlung kürzerer Wellenlänge benutzt wird, deren Wirkung sich dann im wesentlichen auf die Bandoberflächen erstreckt. Um einen richtigen Bandtransport von der ersten Stufe 211 in die zweite Heizstufe 111 sicherzustellen, kann eine Führungsrolle 212 vorgesehen sein, die sich quer über die gesamte Bandbreite erstreckt und drehbar zwischen den beiden Heizeinrichtungen 111 und 211 gelagert ist. Diese Führungsrolle kann an ihrer Oberfläche mit geringer Wärmeleitfähigkeit ausgebildet sein. Im übrigen tritt eine Abschreckung der vorgeheizten Folie deshalb nicht ein, weil durch die verhältnismäßig kühl gehaltenen Bandoberflächen kein allzu großer Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche des Bandes 2 und der Oberfläche der Rolle 212 besteht.

Außer den dargestellten Ausführungsformen der Erfindung sind noch weitere Ausführungsformen denkbar, ohne vom Wesen der Erfindung abzugehen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Vakuumverformung von Folien in Blatt- oder Bahnform aus thermoplastischem Kunststoff mittels eines oberhalb des Blattes bzw. der Bahn angeordneten evakuierbaren Werkzeuges, bei welchem die zu verformende Folie außerhalb des Formwerkzeuges so weit erhitzt wird, bis zufolge des Eigengewichtes der Folie ein sackartiger Durchhang eintritt und die Folie in diesem Zustand unter das Verformungswerkzeug geführt wird und bei welchem das Formwerkzeug und die Folie durch eine stoßartige senkrechte Relativbewegung unter Bildung eines Luftkissens zum luftdichten Abschluß des Formhohlraumes gegeneinander bewegt werden, nach Patentanmeldung T 14382 X/39 a, wobei die der horizontal aufgehängten, zu erhitzenden Folie in Form von Infrarotstrahlen zugeführte Wärme in ihrer örtlichen Intensitätsverteilung zur Erzeugung eines möglichst großen, gleichmäßigen sackartigen Durchhanges unter Aufrechterhaltung der Transportfähigkeit der Folie geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung aus einer Mehrzahl von Infrarotstrahlern aufgebaut ist, die innerhalb eines den Gesamtwirkungsbereich der Heizeinrichtung umgrenzenden Strahlergehäuses in einer zur Aufhängung der Folie parallelen Ebene gegeneinander verschiebbar gelagert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung aus röhrenförmigen Infrarotstrahlern aufgebaut ist, die sich in ihrer Länge über die gesamte Länge bzw. die gesamte Breite des Strahlergehäuses erstrecken und quer zu ihrer Längsrichtung innerhalb des Strahlergehäuses gelagert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 mit mindestens einem Strahlergehäuse oberhalb und mindestens einem Strahlergehäuse unterhalb der zu erhitzenden Folie, dadurch gekennzeichnet, daß die röhrenförmigen Strahler des oberen Strahlergehäuses mit ihrer Längsrichtung quer zur Längsrichtung der Strahler im unteren Strahlergehäuse verlegt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für mehrstufiges Aufheizen der Folie oberhalb und gegebenenfalls unterhalb der Folie eine der Anzahl der Heizstufen entsprechende Anzahl von Strahlergehäusen gleichen Aufbaues angeordnet ist, wobei die Strahler in jedem einzelnen Strahlergehäuse unabhängig von den Strahlern anderer Strahlergehäuse gegenseitig verschiebbar gelagert sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung langwelligerer Strahlung in der bzw. den ersten Heizstufen die röhrenförmigen Infrarotstrahler in der letzten Heizstufe stärker aufgeheizt sind als in den davor angeordneten Heizstufen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 569 340.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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