DE19726768C2 - Verfahren zum Kühlen eines Behälters aus thermoplastischem Kunststoff und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines aus einer thermoplastischen Kunststofffolie tiefgezogenen Behälters mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Das Zuführen der Formluft ins Innere eines Formwerkzeuges erfolgt in bekannter Weise (DE 31 09 415 C1) über ein Ventil, das nach Schließen des Formwerkzeuges geöffnet wird. Formluft mit einem eingestellten Druck strömt ins Innere und drückt den eingespannten Abschnitt einer Folienbahn an die Formwand. Das Abkühlen des geformten Behälters erfolgt einerseits über die gekühlte Formwand, andererseits an der Innenwand über die Formluft. Nach einer bestimmten Zeit lässt man die Formluft entweichen und öffnet das Formwerkzeug.

Um die Kühlzeit zu minimieren ist es bekannt, die sich im Innern des Formwerkzeugs befindliche Formluft auf möglichst niedrige Temperatur zu bringen, um eine gute Kühlwirkung zu erzielen. In der DE 43 28 963 A1 wird vorgeschlagen, nach dem Formen des Behälters die Formluft entweichen zu lassen und ein Kühlmedium zuzuführen, z. B. flüssiges Kohlendioxyd, das verdampft wird.

Abgesehen von den hohen Kosten dieses Verfahrens, bedingt u. a. durch das Kühlmedium, den erforderlichen Isolierungen, den erforderlichen Bauteilen für Tieftemperaturen und den einzuhaltenden Sicherheitsvorschriften, wird dadurch nicht die gewünschte Taktzeitreduzierung erreicht. Dies rührt daher, dass zwischen dem Druckabbau der Formluft und dem Zuführen des Kühlmediums eine Zeitspanne vergeht, während der kein Druck im Forminnenraum herrscht, der die Folie an die Formwand presst. Dadurch wird die Abkühlung des Behälters über die Formwand zeitweise verschlechtert.

Auch die in der DE 21 60 854 A beschriebene Methode der Innenkühlung von Kunststoffbehältern ist sehr aufwendig und teuer. Es wird dabei ein Luft/Wassergemisch ins Behälterinnere geleitet. Dabei besteht die Gefahr, dass sich Wasser auf der Behälterinnenseite abscheidet, was sich störend auf den weiteren Verfahrensprozess des Verpackens/Füllens der Behälter auswirkt.

In der DE 25 47 477 B2 wird vorgeschlagen, Formluft ins Innere des Behälters einströmen zu lassen und den Druck soweit aufzubauen, bis sich ein Deckel abhebt und die Formluft ins Freie strömt. Dieses Abströmen von Luft ins Freie verursacht einen hohen Lärm und führt zur ungleichmäßigen Abkühlung der Folienbahn vor der Formstation mit der Folge von qualitativ schlechten Behältern. Die abströmende Luft wirbelt Staub auf, der sich auf der manchmal statisch geladenen Folienbahn absetzt, was hygienische Probleme zur Folge hat.

In der JP 72 37 262 AA wird die Formluft nach einer bestimmten Zeit über ein zweites Ventil ins Freie abströmen lassen. Durch den erhöhten Druckluftbedarf erhöhen sich die Produktionskosten der Behälter. Dieselben Nachteile weist das in der JP 5104615 AA gezeigte Verfahren auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kühlen der geformten Behälter auf der Innenwand kostengünstig zu verbessern ohne einen erhöhten Luftverbrauch in Kauf nehmen zu müssen. Während der ganzen Phase des Formens und Kühlens des Behälters sollte der Formdruck aufrecht erhalten bleiben. Die Gefahr einer Abkühlung der Folienbahn und einer Verunreinigung durch aufgewirbelten Staub, hervorgerufen durch ausströmende Formluft, sollte nicht gegeben sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 5.

Ausgehend von der Erkenntnis, dass bewegte Luft einen wesentlich besseren Kühleffekt bewirkt als stehende Luft, wird die unter Druck stehende Formluft umgewälzt. Sie wird an einer Stelle des Formwerkzeuges abgesaugt und an anderer Stelle wieder zugeführt, wozu ein Gebläse eingesetzt ist. Die Luftführung erfolgt in der Weise, dass ein Umströmen der Behälterinnenwand gegeben ist.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch zwei Formluftanschlüsse am Formwerkzeug zur Zu- bzw. Ableitung der Formluft sowie durch ein Gebläse, das die Formluft umwälzt und das Bestandteil des Formwerkzeuges oder Bestandteil der Thermoformmaschine sein kann, in die das Formwerkzeug eingebaut ist.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der schematischen Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 Einen Querschnitt durch ein Formwerkzeug, das formend und stanzend arbeitet.

Fig. 2 Einen Querschnitt durch ein nur formendes Formwerkzeug.

Das Formwerkzeug 1 für formenden und stanzenden Betrieb gemäß Fig. 1 besteht aus einem Unterteil 2 mit der eigentli­ chen Form 3, die auch Schnittstempel ist und dem Oberteil 4. Dieses Oberteil 4 weist eine Schnittplatte 5, eine Kopfplat­ te 6, eine Zwischenplatte 37, einen Niederhalter 7 und einen Streckhelfer 8 auf.

In der Regel sind mehrere Formnester in einem Werkzeug angeordnet und alle Streckhelfer 8 stehen über eine Stange 9 mit einer Trägerplatte 10 in Verbindung. Über einen Anschluß 11 und eine Bohrung 12 in der Zwischenplatte 37 sowie einen Ringkanal 39 und Bohrungen 38 im Niederhalter 7 kann Druck­ luft ins Innere des Formwerkzeuges 1 geleitet werden. Eine Ableitung der Formluft ist in der Weise vorgesehen, daß jeder Streckhelfer 8 und jede Stange 9 mit einer zentralen Bohrung 13, 14 versehen ist, die in eine Querbohrung 15 in der Trägerplatte 10 und damit beim Anschluß 40 münden.

Die Formluftzufuhr erfolgt über eine Druckluftquelle 16, ein Ventil 17 und eine Leitung 18 zum Anschluß 11 in der Zwi­ schenplatte 37. Andererseits steht der Anschluß 40 über eine Leitung 19 mit einem Gebläse 20 in Verbindung, wobei die Druckseite des Gebläses 20 über eine Leitung 21 in die Leitung 18 mündet. In der Leitung 21 kann ein Ventil 22 zur Absperrung dieser Leitung 21 eingebaut sein, so daß das Gebläse 20 dauernd in Betrieb gehalten werden kann.

Das Formverfahren läuft wie folgt ab:
Das in eine Thermoformmaschine eingebaute Formwerkzeug 1 wird geschlossen und spannt den erwärmten Abschnitt einer Folienbahn 23 ein. Formluft wird durch Öffnen des Ventils 17 gleichzeitig mit oder kurz nach dem Start des Streckhelfers 8 in den Forminnenraum geleitet. Ein Behälter 24 wird ge­ formt und gegen die Wandung der Form 3 gepreßt. Gleichzeitig mit dem Öffnen des Ventils 17 oder kurze Zeit danach öffnet das Ventil 22, so daß die unter Druck stehende Formluft umgewälzt wird, an der Behälterinnenwand entlang streicht und eine gute Kühlung bewirkt, solange der Streckhelfer 8 in unterer Position steht.

Nach Ablauf der Kühlzeit schließt das Ventil 22, der Streck­ helfer 8 fährt nach oben, das Ventil 17 schaltet um und läßt die Formluft ins Freie entweichen. Dann kann das Formwerk­ zeug 1 öffnen, das kurz zuvor durch eine geringe Aufwärtsbe­ wegung das Ausstanzen des Behälters 24 vorgenommen hat.

Selbstverständlich ist es in gleicher Weise möglich, die Formluft über den Anschluß 40 zuzuleiten und über den An­ schluß 11 in der Zwischenplatte 37 abzuführen. Die Strömungs­ richtung ist dann umgekehrt.

Fig. 2 zeigt ein nur formendes Formwerkzeug 41, bestehend aus Unterteil 27 mit einer Grundplatte 25, einer Trägerplat­ te 26 und den Streckhelfern 28. Ferner bestehend aus dem Oberteil 30 mit Kopfplatte 31 und den Formen 32. Der Unter­ rahmen 29 und der Oberrahmen 33 zum Einspannen der Folien­ bahn 23 können Teil der Thermoformmaschine sein und separat bewegt werden oder Teil des Formwerkzeuges 30. Die Formluft wird bei diesem Aufbau am Anschluß 42 durch eine Bohrung 34 zugeführt, die sich verzweigt und Druckluft auf jeder Seite eines Streckhelfers 28 ausströmen läßt. Die Ableitung er­ folgt auf der anderen Seite des Streckhelfers 28 über Bohrun­ gen 35 und 36 und den Anschluß 43. Der Verfahrensablauf ist analog zum Form-/Stanzwerkzeug nach Fig. 1, wobei zuerst die Spannrahmen 29, 33 schließen und danach die restlichen Werkzeugteile. Ein Austrennen der Behälter 24 findet im Formwerkzeug 30 nicht statt, sie werden in einer nachfolgen­ den Stanzstation ausgetrennt.

Claims (8)

1. Verfahren zum Kühlen eines Behälters aus thermoplastischem Kunststoff, der aus einer erwärmten Folienbahn durch Form­ luft mit einem vorgegebenen Druck in einem Formwerkzeug geformt wird, wobei die Formluft während des Formvorganges unter Druckaufrechterhaltung abgeleitet und neue Formluft zugeführt wird, bevor vor dem Öffnen des Formwerkzeuges die Formluft ins Freie abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Formvorganges abgeleitete Formluft an anderer Stelle des Formwerkzeuges im Sinne eines Umwälzens wieder zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung der Formluft durch die dem Boden des Behälters (24) zugewandte Stirnseite des Streckhelfers (8) erfolgt, die Zuleitung durch die der Form (3) gegen­ überliegende Werkzeughälfte (4) oder umgekehrt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung der Formluft seitlich an der Rückseite des Streckhelfers (28) erfolgt, die Ableitung auf der gegen­ überliegenden Seite des Streckhelfers (28) durch diesel­ be Formwerkzeughälfte (27) oder umgekehrt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (20) zur Umwälzung der Formluft im Dauerbetrieb läuft und die Umwälzung über ein Ventil (22) taktweise geschaltet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, bestehend aus einem Formwerkzeug mit der Form des herzustellenden Behälters und einem Anschluß für die Zuleitung der Formluft, gekennzeichnet durch einen zweiten Anschluß für die Formluft und ein Gebläse (29), das die Formluft zwischen beiden Anschlüssen (11, 40, 42, 43) umwälzt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß einer der Anschlüsse (40) für die Formluft an der Stirn­ seite des Streckhelfers (8) mündet, der andere Anschluß (11) in einem Ringkanal (39), von dem aus Bohrungen (12) ins Innere des Niederhalters (7) führen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß einer der Anschlüsse (42, 43) für die Formluft auf der Rückseite des Streckhelfers (28) mündet, der andere auf der gegenüberliegenden Seite des Streckhelfers (28).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7 gekennzeich­ net durch ein Ventil (22) in der Ringleitung zwischen den beiden Anschlüssen (11, 40, 42, 43).