DE2455256C3

DE2455256C3 - Aufweitbarer Formgebungsstempel zur Herstellung von Hohlkörpern aus Folien oder Filmen aus thermoplastischen Kunststoffen

Info

Publication number: DE2455256C3
Application number: DE2455256A
Authority: DE
Inventors: Lewis Smith Midland Mounts; Reuben Alfred Bay City Tigner
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1973-12-03
Filing date: 1974-11-22
Publication date: 1978-03-30
Also published as: IT1023444B; JPS5087162A; US3901640A; FR2278469A1; CA1019918A; DE2455256B2; FR2278469B1; NL7415408A; GB1489418A; DE2455256A1; BE822842A

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,

Fig.2 im Längsschnitt den Formgebungsstempel

nach F i g. 1 in seiner aufgeweiteten Form,

Fig.3 im Längsschnitt den Formgebungsstempel nacli der Erfindung ΐη einer abgewandelten Ausführungsform,

F i g. 4 in schematischer Darstellung zum Vergleich

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.

In den F i g. 1 und 2 ist ein vergrößerbarer

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

24 55 266

Patentanspruch:

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.