DE1604708C2 - Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoffgegenständen aus thermoplastischen Folien durch Tiefziehen - Google Patents

Description

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zugsweise zwei um 180° versetzte Stäbe mit Quarzstrahlern an einer rotierenden Welle angeordnet ist und eine zweite Welle mit federnd gelagerten, mit Quarzstrahlern versehenen Stäben vorhanden ist, wobei bei der Rotation der den verschiedenen Wellen zugeordneten Stäbe diese auf einem Teil ihrer Umf angsbewegung einander anliegen. Durch diesen Vorschlag wird in gleicher Weise wie bei Anwendung der Stäbe mit Quarzstrahler in einer Trommel die Anbringung von Quarzschweißungen bei kontinuierlich bewegten Folienbahnen ermöglicht.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sie beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausbildungsformen, vielmehr sind weitere, im Rahmen der Erfindung liegende Abwandlungen möglich. Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in perspektivischer Darstellung,

F i g. 2 einen vertikalen Schnitt durch eine abgewandelte erfindungsgemäße Vorrichtung,

F i g. 3 einen vertikalen Schnitt durch eine weitere Abwandlung,

F i g. 4 einen vertikalen Schnitt durch eine weitere Abwandlung,

F i g. 5 einen vertikalen Schnitt durch eine weitere Abwandlung,

F i g. 6 in perspektivischer Darstellung die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung bei einer rotierenden Schweißtrommel,

F i g. 7 eine weitere Abwandlung der erfindungsgemäßen Wärmestrahler in Stirnansicht.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verschweißung der Lagen 10 und 11 aus thermoplastischer Kunststoffolie. Vorhanden ist der Stab 12, der vorzugsweise einstückig innen hohl ist zur Aufnahme eines Quarzstrahlers 13, bestehend aus einem Quarzrohr 14 mit einem in dessen Inneren angeordneten Widerstandsdraht 15. Der Stab 12 hat zur Aufnahme des Quarzstrahlers 13 einen ausreichenden Innenraum, so daß zwischen Außenwandung des Quarzstrahlers und Innenwandung des Stabes ein ausreichend bemessener Abstand vorhanden ist.

Der Quarzstrahler hat an seiner oberen Mantelfläche, die den miteinander zu verschweißenden Folienlagen 10 und 11 weggerichtet ist, eine Reflektionsschicht in Gestalt einer Goldauflage 16. Der Stab 12 weist an seiner den Folienlagen 10 und 11 zugerichteten Seite einen sich über die Länge des Quarzstrahlers erstreckenden Schlitz 17 auf, dessen Breite die Schweißnaht bestimmt. Ein breiter Schlitz ergibt eine breite Schweißnaht, ein schmaler Schlitz ergibt eine schmale Schweißnaht.

Der Stab 12 ist Wassergekühlt und weist zu beiden Seiten des Quarzstrahlers Kühlkanäle 18 auf. Der Stab 12 ist oben offen, um durch diese Öffnung 19 zur Kühlung beizutragen. In vielen Fällen kann die Anordnung nur eines Stabes 12 mit Quarzstrahler zur Schweißung von zwei Lagen ausreichend sein. Besonders vorteilhaft sind jedoch zwei gegenüberliegende Stäbe mit Quarzstrahlern angeordnet, zwischen denen die zu verschweißenden Folienlagen durchgeführt werden, wie das in F i g. 1 dargestellt ist. Die den Folienlagen zugerichteten Flächen der Stäbe können in einem geringen Abstand zu den Außenflächen der Folienlagen 10, 11 vorhanden sein. Sie können aber auch an den Außenflächen der Folienlagen anliegen.

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß die Vorrichtung anwendbar ist bei Folienlagen, die in Achsrichtung der Stäbe 12 bewegt werden und somit eine Längsschweißung ergeben, aber auch bei Folienlagen, die in angegebener Pfeilrichtung 20 quer zur Längserstreckung der Stäbe 12 bewegt werden, so daß Querschweißnähte 21 erhalten werden.

Die F i g. 2 bis 4 zeigen verschiedene Abwandlungen. Der Stab 12 wird wassergekühlt durch zwei an den Längsseiten angebrachte, in halbkreisförmige Rinnen eingelegte Kühlleitungen 22. Auch bei dieser Ausbildung ist der Stab 12 oben offen. Die Breite 17 des Schlitzes an der Stabseite, die den zu verschweißenden Folienlagen zugerichtet ist, bemißt auch hier die Breite der Schweißnaht.

F i g. 3 zeigt die Ausbildung nach F i g. 2 mit der Abwandlung, daß zwei nebeneinanderliegende Schlitze 17 vorhanden sind. Erreicht wird dies durch eine längsverlaufende Leiste 22 a, die einen breiten Schlitz unterteilt. Diese Leiste 22 a besteht vorteilhaft entweder aus einem sehr hochtemperaturbeständigen' Werkstoff, oder aber sie ist wassergekühlt.

Fig.4 zeigt die Anordnung von zwei übereinanderliegenden Quarzstrahlern, wobei ein 8-förmiges einstückiges Quarzrohr vorhanden ist und jedem Rohr zugeordnet Widerstandsdrähte 15 zugeordnet sind. Oberhalb des doppelten Quarzstrahlers ist ein sich über die Länge der Quarzstrahler erstreckender halbkreisförmig gebogener Reflektor 23 vorhanden. Durch die in F i g. 4 dargestellte Ausbildung und Anordnung des doppelten Quarzstrahlers wird erreicht, daß die Strahlung des oberen Quarzstrahlers überlagert und somit eine besonders intensive Strahlungswirkung erreicht wird, die es möglich macht, entsprechend dicke Folien miteinander zu verschweißen oder aber dünne Folien innerhalb sehr kurzer Zeit.

Bei der Anordnung nach Fig. 5 ist ein doppelter Quarzstrahler fläch liegend angeordnet. Hier sind die obenliegenden Mantelflächen der Quarzrohre mit einer Goldauflage 16 versehen. Vorhanden ist wiederum eine vorteilhaft wassergekühlte Leiste 22 a, die einen breiten Schlitz unterteilt, so daß zwei Schlitze 17 im Stab 12 vorhanden sind, die zu zwei nebeneinander und längsverlaufenden Schweißnähten 21 führen.

F i g. 6 zeigt eine Lösung zur Anbringung von Querschweißungen 21 bei fortlaufend bewegten Folienbahnen. Dazu werden die miteinander zu verschweißenden, in angegebener Pfeilrichtung 24 kontinuierlich bewegten Folien unterhalb der Umlenkrollen 24 und 25 geführt, so daß sie bei ihrer Wandung an einem Teil des Umfangs der Schweißwalze 27 anliegen. Die Mantelfläche 28 der Schweißwalze 27 ist mit einem sich in axialer Richtung erstreckenden Schlitz 29 versehen. Innen ist im nahen Bereich des Schlitzes 29 ein Stab 12 mit einem Quarzstrahler angeordnet. Der Schlitz 17 im Stab 12 kann wegfallen, sofern der Schlitz 29 so bemessen ist, daß seine Schlitzbreite die Breite der Schweißnaht bestimmt. Es ist auch möglich, den Schlitz 29 größer zu bemessen und als wirksame Schlitzbreite den vorbeschriebenen Schlitz 17 am Stab 12 zu wählen.

Fig.7 zeigt, daß jeweils um 180° zueinander versetzte Stäbe 12 mit Quarzstrahlern und Öffnungsschlitzen 17, die die Breite der Schweißnaht bestimmen, angeordnet sind an zugeordneten Wellen 30 und 31. Die Welle 30 rotiert in angegebener Pfeilrichtung 32 und die Welle 31 in angegebener Pfeil-

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richtung 33. Die Stäbe 12 führen die durch die angegebenen Kreise 34 und 35 dargestellten' Umfangsbewegungen aus. Die Wellen 30 und 31 rotieren synchron. Dadurch erfolgt jeweils bei einer Umdrehung von 180° eine Anlage der Stäbe 12, die den Wellen 30 und 31 zugeordnet sind und durch diese eine Verschweißung der zwischengelegten, in angegebener Pfeilrichtung bewegten Folien. Um eine Anlage der Stäbe 12 nicht nur im Scheitelpunkt zu erreichen, sondern auf einem Kreissektor, überschneiden sich die Kreisbewegungen 33 und 34. Um dies zu ermögliehen, sind die an der Welle 31 angebrachten Stäbe 12 auf zugeordneten Federn 37 gelagert, so daß sie bei der Anlage nach unten ausweichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoffgegenständen mit hoher Formbeständigkeit und guten Festigkeits- und Abdichtbarkeitseigenschuften auf Grund örtlich unterschiedlicher Wandstärke bei hoher Produktionsrate, wobei diese Gegenstände auf dem Wege des Tiefziehens von Platinen, die aus einer thermoplastischen, dem Verformungsvorgang mit lokal unterschiedlich erweichten Bereichen unterworfenen Kunststoffolie ausgestanzt werden, mit einer kombinierten Ausstanz-, Druck- und/oder Vakuum-Tiefziehformeinrichtung, ferner mit einer die Kunststoffolie dieser in Folgeschritten zuführenden Transporteinrichtung, ferner mit einer der Formeinrichtung vorgeordneten Erwärmungseinrichtung für die Kunststoffolie, die für einen mehrstufigen Aufheizvorgang, d. h. zum allmählichen Aufbau eines bestimmten Temperaturbildes in der Kunststoffolie in einem zeitlichen Nacheinander, in der Transportrichtung der Kunststoffolie aufeinanderfolgenden Einzelstationen mit mit gleichen Teilen (Platinen) der Kunststoffolie nacheinander in unmittelbare Berührung tretenden Berührungsflächen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstationen (10a bis iOj; 105, 107) die Erwärmungseinrichtung (9) bilden und an sich bekannte beheizte Platten (10a bis 1Oj; 105,107) sind, deren mit der Kunststoffolie (PW) in Berührung tretende Heizflächen unterschiedlich groß sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz- bzw. Berührungsflächen mit Aussparungen (105C, 107C^ — »kühle Zonen« — versehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz- bzw. Berührungsflächen der Einzelstationen (105, 107) kreis- und/oder ringförmig ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Heiz- bzw. Berührungsflächen jeweils unterschiedliche Außen- und/oder Innendurchmesser ^aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten aus thermisch gut leitfähigem Material bestehen und die Aussparungen (105C, 107Qmit thermisch isolierendem Material ausgefüllt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz- bzw. Berührungsflächen jeweils unterschiedliche Temperaturen im Sinne einer ansteigenden bzw. abfallenden Temperaturreihe aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz- bzw. Berührungsflächen in Transportrichtung der Kunststoffolie (PW) abnehmend kleiner oder zunehmend größer ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zu den Heizbzw. Berührungsflächen der Einzelstationen (10a bis 1Oy; 105, 107) entgegengesetzten Seite der Kunststoffolie (PW) Gegendruckelemente (146) mit elastischen Druckflächen angeordnet sind.

Bezugnehmend auf einen Stand der Technik im Sinne der US-PS 30 78 025 betrifft die Erfindung eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Bei der damit angesprochenen Vorrichtungsgattung liegt die Produktionsrate verhältnismäßig hoch, da sie von der Geschwindigkeit der Gesamterwärmung der umzuformenden Folienteile unabhängig ist. Die Kunststoffolie wird dort in Folgeschritten vorgeschoben und dabei während einer Vielzahl von Schnitten erwärmt.

ίο Im Falle der Vorrichtung nach der US-PS 30 78 025 wird die Folie von der Heizeinrichtung auf ihrer Gesamtfläche erwärmt, während Bereiche der auszustanzenden, zu den Kunststoffgegenständen tiefzuziehenden Platinen zur Festigkeitserhaltung und zur Bildung dickerer, festerer Werkstückbereiche mittels gekühlter Einzelstationen eine örtlich, d. h. innerhalb der einzelnen Platine, differenzierte Temperaturreduzierung erfahren. Dieses Temperaturbild der Platinen wird in Folgeschritten allmählich aufgebaut, so daß das fertige Temperaturbild ausreichend große Temperaturgradienten innerhalb der einzelnen Platinen und der fertige Gegenstand verdickte Werkstückbereiche an denjenigen Stellen aufweisen kann, an denen die Folie bzw. künftige Platine gezielt gekühlt wurde. Wegen der Gesamterwärmung der Folie, von der nach dem Ausstanzen der Platinen nur noch ein Netzwerk verbleibt, fehlt es der Folie bei diesem Stand der Technik an der für das schwierigkeitslose Einbringen in die Verformungsstation notwendigen Steifheit in gewissen Bereichen; wegen zu großer Temperaturgradienten im Kühlungsbereich stellen sich beim fertigen Gegenstand häufig unerwünschte Spannungen ein.

Es geht bei der Erfindung von der Aufgabe her darum, das Temperaturbild der Folie im Interesse der Erhaltung notwendiger örtlicher Versteifungen nicht durch Gesamterwärmung in Verbindung mit derartigen Kühl-Einzelstationen herbeizuführen; dies, wie gesagt, einmal aus Steifigkeitsgründen und ferner dazu, um Abschrekkungen mit überhöhter Temperaturgradientenbildung sowie mangelnder Spannungsfreiheit der fertigen Gegenstände zu vermeiden. Die Bereiche der Folie, die nicht verformt werden, sollen im Falle der Erfindung steif bleiben (vgl. das Gegenteil im Falle der DT-AS 11 80 118, Sp. 4, Z. 60 ff.).

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in der Lehre, die der kennzeichnende Teil des Hauptanspruchs vermittelt. Weitere Lehren ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung besteht mit anderen Worten nach der Lehre des Hauptanspruchs darin, daß das Temperaturbild thermisch gewissermaßen »von unten« her additiv durch bereichsweise verschiedenes Aufheizen gebildet wird, nicht aber — wie im bekannten Fall — gewissermaßen »von oben«, also subtraktiv, durch lokales Abkühlen. Das verbleibende Netzwerk der Folie bleibt dadurch kühl und steif und kann in der Vorrichtung problemlos weitertransportiert werden. Außerdem werden trotz der Erwärmung jeweils verhältnismäßig scharf abgegrenzter Folienbereiche in jeder Einzelstation große Temperatur- bzw. Erweichungsgradienten und Spannungen sowie die Gefahr der Rissebildung im fertigen Gegenstand vermieden.

Zum einschlägigen Stand der Technik wird vermerkt, daß es bekannt ist, beheizte Kontaktplatten mittels Aussparungen zu differenzierter Temperaturbildbildung bei thermoplastischen Folien heranzuziehen, die zu Kunststoffgegenständen umgeformt werden sollen. Dies zeigt die Zeitschrift »Plastic Engineering Handbook«, 1960/96, linke Spalte Mitte, die AU-PS 2 66 478