DE2455256C3 - Aufweitbarer Formgebungsstempel zur Herstellung von Hohlkörpern aus Folien oder Filmen aus thermoplastischen Kunststoffen - Google Patents
Aufweitbarer Formgebungsstempel zur Herstellung von Hohlkörpern aus Folien oder Filmen aus thermoplastischen KunststoffenInfo
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein aufweitbarer Formgebungsstempel zur Herstellung von Hohlkörpern
aus Folien oder Filmen aus thermoplastischen Kunststoffen im Zusammenwirken mit einer Hohlform mit
vielen um die Steinpelachse nebeneinanderliegenden Segmenten und mit einer ilastist-.en, die Segmente
umgebenden, auf der Bodenplatte des Stempels befestigten Hülle, der dadurch gekeri ".zeichnet ist, daß
die Außenenden der an ihrem anderen, dem Hohlformboden abgewandten Ende in der Bodenplatte des
Formgebungstempels schwenkbar gelagerten Segmente beim Vorrücken des Stempels gegen die Folie oder
den Film in die Form durch Relativbewegung der Bodenplatte des Stempels gegenüber einer mit einem
Steuerorgan verbundenen, in der Stempelachse angeordneten Stange voneinander wegbewegbar sind, und
daß das Steuerorgan und die Segmente durch ein elastisches Rückführungsmittel in die Ausgangslage
bewegbar sind.
Der Formgebungsstempel nach der Erfindung kann zur Herstellung von Presslingen in Preßvorrichtungen
mit einer Hohlform oder mehreren Hohlformen, beispielsweise in Vakuum- oder in Differentialdruck-Thermoformungsvorrichtungen zur Herstellung von
Hohlkörpern, beispielsweise Behältern, Behälterverschlüssen oder Schalen, verwendet werden.
Man erhält mit ihm Hohlkörper von verbesserter Qualität, weil man deren Ausformung im Hinblick auf
ihre Wandstärke nach Wunsch programmieren oder steuern kann. Im besonderen kann man mit ihm
thermoverformte Hohlkörper mit Seitenwänden und Böden von im wesentlichen gleichmäßiger Dicke oder
von gesteuerter unterschiedlicher Dicke herstellen. Auf dieserart Fortsehritte zielt die Aufgabenstellung der
Erfindung.
Beispielsweise kann man in einem gut gesteuerten Preßverfahren mit einem vergrößerbaren oder entfaltbaren Formgebungsstempel nach der Erfindung Hohlkörper herstellen, deren Wandstärke in den Eckenbereichen der Seitenwände oder des Bodens gleich ist oder
über die der Seitenwände oder des Bodens sogar noch
hinausgeht. Man kann den Formgebungsstempel nach
der Erfindung aus Werkstoffen sehr verschiedener Art, beispielsweise aus Metall, wie Stahl oder Aluminium
oder aus Holz, Kunststoffen, beispielsweise Polyamid 5 oder aus Gummi herstellen.
Die die Segmente umgebende elastische Hülle soll insbesondere die Gefahr verringern, daß es an den mit
dem Formgebungsstempel hergestellten Hohlkörpern zu einer Dünnstellen- oder Riefenbildung kommt. Die
Hülle oder Haube kann man aus einem beliebigen flexiblen und elastischem Material herstellen. Bevorzugt
verwendet man jedoch Silikonkautschuk wegen seiner hohen Verschleißfestigkeit bei längerem Einsatz unter
hohen Temperaturen. Ferner kann man in den
'5 Formgebungsstempel nach der Erfindung auch Heiz-
und/oder Kühlmittel einbauen. Hierdurch läßt sich in den mit dem Formgebungsstempel hergestellten Hohlkörpern die Materialverteilung besser steuern.
Die Erfindung wird nachfolgend in Anlehnung an die
Zeichnungen in Einzelheiten beschrieben. In der
Zeichnung zeigt
Fig. 1 im Längsschnitt einen aufweitbaren Formgebungsstempel nach der Erfindung,
nach F i g. 1 in seiner aufgeweiteten Form,
Fig.3 im Längsschnitt den Formgebungsstempel
nacli der Erfindung ΐη einer abgewandelten Ausführungsform,
die Wirkungsweise des vergrößerten Formgebungssternpels nach Fig.! und 2 und die eines konventionellen Vollmetallstempels,
F i g. 5A einen Teilschnitt eines Plastikbehälters der üblichen Art,
F i g. 5B in einem Diagramm die Wandstärkenverteilung an Behältern die mit einem konventionellen
Vollmetallstempel bzw. mit dem entfaltbaren Formgebungsstempel nach F i g. 1 und 2 hergestellt sind.
Foringebungsstempel 10 in seiner nicht entfalteten bzw.
in seiner entfalteten Form dargestellt. Der gezeigte Stempel 10 ist seiner Konstruktion entsprechend für die
Herstellung von runden Hohlkörpern mit senkrechten oder schrägen Seitenwänden bestimmt. Jedoch können
Stempel von der gleichen Art wie der Stempel 10 auch für die Herstellung von andersgestaltigen Hohlkörpern,
beispielsweise solchen von ovaler, kubischer oder rechteckiger Form, konstruiert sein. Der Formgebungsstempel 10 kann im Zusammenwirken mit den in F i g. 1
und; 2 nicht gezeigten Preßformmatrizen von Einfachoder Mehrfachformmaschinen für die Herstellung von
Hohlkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen in Folien- oder Filmform verwendet werden. Man kann
den Stempel 10 aus jedem gewünschten Werkstoff
herstellen. Bevorzugt verwendet man dafür jedoch ein
Metall, beispielsweise Aluminium oder Stahl.
Der aufweitbare Formgebungsstempel 10 besteht zunächst aus einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden und eng aneinandergefügten Segmenten 12, die an
ihrem hinteren Ende 14 ausschwenkbar in die Bodenplatte 16 eingreifen und darin durch einen
Klemmring 18 festgehalten werden. Zu der Bodenplatte 16 gehören Befestigungsmittel 20, durch die der Stempel
10 mit dem Preßteil einer für die Herstellung von
Hohl'körpern verwendeten, in der Zeichnung nicht
dargestellten Preßvorrichtung verbunden wird. Der Stempel 10 befindet sich dabei in der gleichen Stellung
wie der in Preßvorrichtungen üblich verwendete
normale massive Stempel. Zum Stempel 10 gehören ferner ein konisches Steuerorgan 22, ein Stab 24, eine
Feder 26, verstellbare Hubbegrenzer 28 und eine um die Segmente 12 herumgelegte flexible und elastische HOlIe
oder Haube 30 aus Silikonkautschuk. Teil der HQlIe 30
ist ein Band 32. Dieses bewirkt, daß die Hülle 30 fest auf den Segmenten 12 aufliegt und diese in ihrer
Nebeneinanderlage hält, bevor der Stempel sich entfaltet. Teil der Hülle 30 ist ferner ein konkaver
Hüllenteil 34, der in den zwischen den vorderen Enden 36 der Segmente 12 gebildeten Hohlraum hinein
durchhängt und verhindern soll, daß sich während des Preßvoi gangs Kunststoffolie in diesem Raum festsetzt
und haften bleibt.
Während der Betätigung der mit dem Formgebungsstempel 10 ausgestatteten Presse entfalten sich durch
das Zusammenwirken des konischen Steuerorgans 22 und der Greiffläehen 38 der Segmente 12 diese an ihren
vorderen Enden 36. Wenn der Stempel 10 im Einsatz in die (nicht gezeigte) Preßform hinein vorrückt und
hierbei erwärmte Kunststoffolie in diese hineindrückt, wird das Steuerorgan 22 betätigt, sobald der Stempel 10
bis zu einer vorbestimmten Tiefe in die Γί-eßform eingedrungen ist, vorzugsweise sobald die Endeo 36 der
Segmente 12 mindestens etwa drei Viertel der Tiefe der Preßform erreicht haben. Betätigt wird das Steuerorgan
22 durch einen einfachen, in der Zeichnung nicht dargestellten Anschlagmechanismus an der Presse, der
verhindert, daß der Stab 24 weiter vorrückt, wenn der Stempel 10 in der Preßform die gewünschte Eindringtiefe
erreicht hat. Wenn der Stempel 10 aus der Preßform herausgezogen wird, führen die Feder 26, das Band 32
und die Anschlagmuttern 28 im Zusammenwirken die Segmente 12 in ihre ursprüngliche eingefaltete Nebeneinanderlage
zurück. Mit Hilfe der verstellbaren Anschlagmuttern 28 kann man auch eine gewisse
Veränderlichkeit in der Nebeneinanderlage der Segmente 12 in ihrer Ausgangsstellung bewirken und
hierdurch in erhöhtem Maß die Materialverteilung in den mit dem Stempel 10 hergestellten Hohlkörpern
steuern
Fig.3 zeigt eine andere Ausführungsform des entfaltbaren Formgebungsstempels nach der Erfindung.
Nach dieser besteht der Stempel 10 aus Segmenten 12 mit den hinteren Enden 14 und den vorderen Enden 36,
der Bodenplatte 16, dem Klemmring 18, den Befestigungsmitteln 20, dem konischen Steuerorgan 22, dem
Stab 24, der Feder 26, den verstellbaren Anschlagmuttern 28 und der Hülle 30 mit dem Band 32 und dem
konkaven Teil 34. Diese Elemente sind den entsprechenden Elementen des Stempels 10 nach Fig. 1 und 2 in
ihrer Konstruktion und Funktion gleich mit Ausnahme des die Entfaltung des Stempels bewirkenden Steuermechanismusses.
Bei der Ausführungsform nach Fig.3 werden die Segmente 12 mit ihren Enden 36 dadurch
auseinandergezogen, daß man den Stab 24 nach vorn bewegt. Dieser Steuermechanismus ist besonders
geeignet, wenn der Formgebungsstempel 10 in eine Presse feststehend eingebaut ist und die Preßform
während des Preßvorgangs auf ihn zu bewegt wird.
Es hat sich gezeigt, daß die Hüllen 30 mit denen man den Formgebungsstempel 10 umgibt, um zu verhindern,
daß sich in den erzeugten Hohlkörpern Dünnstellen oder Riefen dadurch bilden, daß die Kunststoffolie oder
der Kunststoffilm an den Enden 36 der Segmente 12 anhaftet und zwischen den bei der Entfaltung des
Stempels 10 auseinandergehenden Segmenten 12 zu einer dünnen Schicht ausgezogen wird, nicht notwendig
sind, wenn man eine große Anzahl, zweckmäßig etwa 200 bis 300, Segmente 12 verwendet. Jedoch empfiehlt
sich die Verwendung der Hüllen 30 aus praktischen Gründen, weil der Zusammenbau eines Formgebungsstempeis
aus vielen Segmenten 12 und seine Wartung mit Schwierigkeiten verbunden sind und weil das
elastische Verhalten der die Segmente 12 umgebenden Hüllen 30 eine ausgezeichnete radiale Ausdünnung der
Kunststoffolie oder des Kunststoffilms und darin ferner
ίο eine ausgezeichnete Materialverteilung an ihren vorderen
äußeren Berührungspunkten mit den Formgebungsstempeln 10 bewirken, wenn diese sich entfalten. Wenn
man den entfaltbaren Formgcbungsstempel ohne die Hülle 30 verwendet, kann das Hüllenbad 32 durch einen
flexiblen O-Ring aus Gummi der gebräuchlichen Art ersetzt werden.
Da bekannt ist, daß die Temperatur eines in Pressen verwendeten Formgebungsstempels ein wichtiger Faktor
bei der Steuerung der Materialverteilung in· Hohlkörpern ist, kann man die Formgebungsstempel 10
auch mit (in den Zeichnungen nicht d? gestellten) Heiz-
und/oder Kühlmitteln ausrüsten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Formgebungsstempel nach der
Erfindung gegen eine Temperatursteuerung viel weniger empfindlich sind als bekannte massive Stempelarten.
Die Verwendung von Heiz- und/oder Kühlmitteln zur Steuerung der Temperatur von entfaltbaren
Formgebungsstempeln, die nicht von einer Hülle 30 umgeben sind, wirkt überdies auch der an anderer Stelle
besprochenen Bildung von Dünnstellen und Riefen in den Hohlkörpern entgegen.
Der Unterschied in der Verwendung eines Vollmetallstempels und des Formgebu.igsstempels nach der
Erfindung in Pressen, beispielsweise in einer Vakuumthermoformvorrichtung,
ist zum Vergleich anschaulich in Fig.4 der Zeichnungen dargestellt. In ihren
Einzeldarstellungen zeigt F i g. 4 schematisch in vier Stufen (a-dund a'-d')die Herstellung eines Behälters
aus erwärmter Polystyrolfolie 74 in einer Vakuum;ireßform
70, wobei zur Formgebung im einen Fall ein Vollmetallstempel 72 und im anderen Fall ein Stempel
10 nach der Erfindung verwendet wird. Bei den Stufen a
und öist zu erkennen, daß sich die erwärmte Folie 74 an
den Boden und den unteren Teil der Seitenwände des Vollmetallstempels 72 anlegt, sobald sie mit diesem in
Berührung kommt. Dies hat eine DünnDödigkeit des Hohlkörpers in den Eckenbereichen 76 (Stufe d) zur
Folge, da, wie die Stufe c zeigt, die Folie 74 nur in eingeschränktem Maße zum Ausfüllen der Eckenbereiehe
76 verfügbar ist. Bei der Verwendung des Formgebungsstempels nach der Erfindung tritt dagegen,
wie in den Stufen a' — />'an den Punkten 78 und 79
gezeigt wird, ein höherer Druck zwischen der Folie 74 und de»" Preßform 70 auf, weil durch die Entfaltung des
Formgebungsstempels 10 eine bessere Materialverteilung bei der Folie 74 bewirkt wird. In den Stufen b'und
c' wird ferner gezeigt, wie durch die Verwendung des entfaltbaren Formgebungsstempels nach der Erfindung
die Folie 74 durch den Bodenteil des Stempels mechanisch in der, Eckenbereich 80 hineingedrückt
wird. Dies führt zu einer besseren Materialverteilung zwischen dem Behälterboden und dem Eckenbere'ch 80.
F i g. 5A zeigt einen Teilschnitt eines runden, schrägwandigen Behälters 90, wie er beispielsweise zum
f'5 Verpacken von Molkereiprodukten verwendet werden
kann, der im einen Fall mit einem Vollmetallstempe!, im anderen Fall mit einem aufweitbaren Formgebungsstempel nach der Erfindung hergestellt ist. F i g. 5B zeigt
dazu in einem Diagramm zum Vergleich von beiden Behältern die Stärkeverteilung in den Seitenwänden
und im Boden. Auf der Ordinate ist die Dicke des Behälters in 0,0254 mm Einheiten und auf der Abszisse
die in Fig. 5A markiertpn Stellen des Behälters. Die Behälter 90 wurden mit einem aufweitbaren Formgebungsstempel
nach der Erfindung bzw. einem Vollmetallstempel unter normalen Preßbedingungen in einer
Vakuumthermoformvorrichtung aus erwärmter Polystyrolfolie hergestellt. Sie wurden dann zerschnitten und
an den in Fig. 5A durch Ziffer 1 bis 20 markierten
Bezugspunkten auf ihre Stärke gemessen. Die festgestellten Stärkenmaße wurden dann mit einer starken
Linie 92 für den mit dem Formgebungsstempel nach der Erfindung hergestellten Behälter und mit einer dünnen
Linie 94 für den mit einem Vollmetallstempel hergestellten Behälter graphisch aufgetragen. Die Linien 92 und
94 lassen deutlich den Unterschied zwischen der dem Formgebungsstempel nach der Erfindung einerseits und
der dem Vollmetallstempel andererseits zuzuschreibenden Verteilung der Wand- und Bodenstärke der
Behälter erkennen. Besondere Beachtung verdient hierbei der Unterschied am Punkt 12 der Ziffernskala,
nämlich an der äußeren Bodenkante des Behälters 90. Mit dem Formgebungsstempel nach der Erfindung
bildet sich an dieser Stelie, an der der Behälter 90 im Gebrauch der stärksten Stoßbeanspruchung ausgesetzt
ist, eine Wandverdickung aus. Man kann daher mit dem Formgebungfstempel nach der Erfindung Behälter
herstellen, die in ihrer Gesamtfläche dünnwandiger und folglich leichter sind als die mit einem Vollmetallstempel
hergestellten Behälter, jedoch die Stoßfcstig-
i< keit dieser dickeren und schwereren Behälter haben
Ferner kann man mit dem Formgebungsstempel nach der Erfindung nach Wunsch und Bedarf Hohlkörper mil
unterschiedlichen Wandstärken herstellen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- 24 55 266Patentanspruch:Aufweitbarer Formgebungsstempel zur Herstellung von Hohlkörpern aus Folien oder Filmen aus thermoplastischen Kunststoffen im Zusammenwirken mit einer Hohlform mit vielen um die Stempelachse nebeneinanderliegenden Segmenten und mit einer elastischen, die Segmente umgebenden, auf der Bodenplatte des Stempels befestigten Hülle, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenenden (bei 36) der an ihrem anderen, dem Hohlformboden abgewandten Ende in der Bodenplatte (16) des Formgebungsstempels schwenkbar gelagerten Segmente (12) beim Vorrücken des Stempels gegen die Folie oder den Film in die Form durch Relativbewegung der Bodenplatte (16) des Stempels gegenüber einer mit einem Steuerorgan (22) verbundenen, in der Stempelachse angeordneten Stange (24) voneinander wegbewegbar sind, und daß das Steuerorgan (22) und die Segmente (12) durch ein elastisches Rückführungsmittel (26, 32) in die Ausgangslage bewegbar sind.
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