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Verfahren und Einrichtung zum Herstellen tiefgezogener Werkstücke
aus thermoplastischer Kunststoffolie Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum vorzugsweise
taktweisen Herstellen tiefgezogener Werkstücke aus thermoplastischer Kunststoffolie,
bei dem ein Folienzuschnitt auf Tiefziehtemperatur erwärmt, in erwärmtem Zustand
in die gewünschte Form gezogen und abgekühlt wird.
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Es gibt automatisch und halbautomatisch ablaufende sowie weitgehend
manuell zu bedienende Herstellungsmaschinen zum Tiefziehen von Kunststoffolien.
In jedem Fall war die Erwärmungstemperatur fest einjustiert; die Folie wurde in
einem Zug von der Raumtemperatur auf die Tiefziehtemperatur aufgeheizt. Die erforderliche
Erwärmung der Folie wurde entweder durch messung der Folientemperatur oder durch
Ablauf einer einjustierten Zeit angezeigt. Zur Vermeidung einer Folienüberhitzung
und eines Ausschußstückes bei der
Fertigung war es erforderlich,
daß die Folie bei Erreichen er Tiefziehtemperatur unverzüglich in die Tiefziehstation
weiterbefördert und tiefgezogen wurde. Diese Bedingung des sofortigen Entfernens
der Folie aus der Aufwärmstation in die Tiefziehstation war aber im Störungsfalle
nicht einzuhalten. Die Folge war, daß jede Störung im Zeitablauf bei der Jierstellung
wenigstens ein Ausschußteil verursachte.
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Bei lierkstüclsen lhit großen liinterschneidungen, die manuell ausgeformt
werden müssen, sind aber gelegentliche Störungen im Zeitablauf der Fertigung unvermeidbar.
Wegen dieser nicht auszuschließenden Störungen war es aus Gründen der Brandgefahr
nicht möglich, die Folie zweiseitig, sondern nur von der Oberseite zu erwärmen.
Eine überhitzte Folie, die von der Ober- und von der Unterseite erwärmt werden wurde,
würde sich aufgrund des Fließens der Folie durch ihr Eigengewicht in den unteren
Strahler absenken und durch ihn entzündet werden. Aufgrund einer nur einseitigen
Erwärmung sind aber die taktzeitbestiinmeiiden Aufwärmzeiten wesentlich größer als
bei beidseitiger Brlçarmung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verfahrensweise beim Ilerstellen
thermoplastischer Tiefziehteile anzugeben, bei der auch im Störungsfalle Ausschuß
vermieden und bei der auch eine beidseitige Aufwärmung der Folie ohne Drandgefahr
zugelassen werden könnte. Um dies zu erreichen wird erfindungsgemäß in der Weise
verfahren, daß die Folie zunächst nur auf eine Temperatur (Bereitstellungstemperatur)
unterhalb der Tiefziehtemperatur erwärmt, auf dieser Temperatur
gehalten
und erst auf ein besonderes Signal hin vollends auf die Tiefziehtemperatur erwärmt
wird.
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Die Bereitstellungstemperatur ist so gewählt, daß sie zwar möglichst
dicht unterhalb der Tiefziehtemperatur liegt, aber doch niedrig genug ist, damit
die an den Seitenkanten gehaltene Folie zäh genug ist, um ihr Eigengewicht über
längere Zeiträume ohne zu fließen halten zu können. Die Aufwärmung erfolgt gewissermaßen
in Stufen, und zwar in einer großen Stufe von der Raumtemperatur auf die Bereitstellungsteinperatur
und in kleiner Stufe von dieser auf die Tiefziehtemperatur. Die letzte kleine Aufheizstufe
wird erst freigegeben, wenn die Tiefziehstation bereit für die Aufnahme einer neuen
Folie ist. In diesem kurzen Zeitintervall können von der Bedienungsseite her sowieso
keine Störungen auftreten und Störungen innerhalb des automatischen Ablaufes sind
in diesem Zeitintervall so gut wie ausgeschlossen, zumindest können etwaige Folgeerscheinungen
ohne weiteres in Kauf genommen werden.
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Von der apparativen Seite her gesehen geht die Erfindung aus von einer
Einrichtung zum Herstellen tiefgezogener Werkstücke aus thermoplastischer Kunststoffolie
mit einer Aufwäristation und einer Tiefziehstation sowie mit Mitteln in der Aufwärmstation
zum Beeinflussen der Wärmeabgabe an die Folie und mit Transportmitteln zum Hinein-
und Herausbewegen der Folie in die bzw. aus der Aufwärmstation.
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Unter dem apparativen Aspekt liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Einrichtung anzugeben, die ein gefahrloses zeitliches Unterbrechen oder Verzögern
des Herstellungsablaufes ermöglicht. Dxs wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß in der Aufwärmstation wenigstens ein zugleich auf zwei unterschiedlich hohe
Temperatursollwerte einstellbarer Folienthermometer angeordnet ist und daß die Steuerung
der Aufwärmstation hinsichtlich der Wärmeabgabe an die Folie in der Weise ausgebildet
und mit dem Folienthermometer gekoppelt ist, daß die Wärmeabgabe bei Erreichen des
unteren Sollwertes auf einen zeitlichen Elittelwert reduziert wird, der für die
Konstanthaltung des unteren Temperatursollwertes genügt und daß auf ein gesondertes
von außen einzuführendes Signal hin die Wärmeabgabe wieder auf hohe Werte gesteigert
wird und bei Erreichen des oberen Temperatursollwertes die Folie aus der Aufwärmstation
herausbewegt wird.
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Bei dem oder den Folienthermometer(n) kann es sich entweder um ein
Gerät handeln, an dem zugleich zwei Sollwerte einstellbar sind oder um zwei separate
Geräte, die jeweils für sich auf einen Sollwert einstellbar sind. Die Folienthermometer
werden auf eine solche Stelle der Folie gerichtet sein, die erfahrungsgemäß am wärmsten
ist oder aus sonstigen Gründen eine für den Erwärmungszustand der Folie charakteristische
Temperatur aufweist. Selbstverständlich können auch mehrere Folienthermometer vorgesehen
sein, die die Folientemperatur an mehreren Stellen ermitteln und wobei der Sollwert
als ein Mittelwert der mehreren Meßstellen
entsteht. Derartige Folienthenmdmeter,
die vorzugsweise auf der Grundlage der ler.lpera-turstrahlung beruhen, sind bekannt.
Die Wärmeabgabe an die Folie kann auf mehrerlei Weise erfolgen, z. B. durch Warmluftgebläse
oder durch Strahler.
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Die Einflußnahme auf das Ausraaß der Wärmeabgabe kann in beiden Fällen
z. B. durch Jalousien oder durch bewegliche Lochblech erfolgen, die in einem Fall
als Strömungs- im anderen Fall als Strahlungshindernis ausgebildet sind. Bei der
Strahlungsheizung besteht darüber hinaus die Nöglichkeit, die Wärmeabgabe durch
Verschwenken wenigstens eines Teiles der Einzelstrahler aus einer Strahlerbatterie
lçurzfristig zu senken. Neuere zeitlich wenig träge reagierende elektrisch gespeiste
Strahler sind in ihrer Heizleistung durch entsprechende Einflußnahme auf den Heizstrom
kurzfristig beeinflußbar.
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Dank der erfindungsgemäßen Temperatursteuerung ist es möglich, Wärmequellen
beiderseits der Folie in der Aufwärmstation gefahrlos anzuordnen.
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Die Erfindung ist anhand zweier in den Zeichnungen dargesteller Ausführungsbeispiele
im folgenden noch etwas erläutert; dabei zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel
der Temperatursteuerung mit zwei Paaren von Zweipunktregelungen u n d Fig. 2 ein
anderes Ausführungsbeispiel mit zwei Einpunktsteuerungen und unterschiedlichen Leistungsniveaus
unterhalb bzw. oberhalb der Ansteuerungapunkte.
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Bei dem in Fig. 1 scherlsatisch dargestellten Ausführungsbeispiel
einer Temperatursteuerung ist ein Paar von Leistungstyristoren 1 vorgesehen, mit
dem Folie effektive an den Strahlern 2 wirksame Spannung gegenüber der Spannung
aus dem Netz 3 variiert werden kann. In dem Beispiel nach Fig. 1 sind die Strahler
- die ober- und unterhalb der aufzuwärmenden Folie 4 angeordnet sind - in Serie
geschaltet.
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Die Steuerspannung für den Tyristor ist mit den Schiebewiderstand
5 einstellbar. Durch Offnen und Schließen des Schalters 6 ist die Steuerspannung
anlegbar bzw. abklemmbar, so daß durch Öffnen und Schlieren die vom Tyristor durchgelassene
Leistung zwischen einem bestimmten Wert und Null pcndelt. Der Schalter 6 kann durch
Erregung der Spule ; geschlossen oder sonst geöffnet werden.
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Auf die Oberflache der Folie ist das Objektiv eines Strahlung thennometers
8 gerichtet, der elektrisch auf ein Anzeigeinstrument 9 geschaltet ist, dessen Anzeigeskala
in Temperaturgraden geeicht ist und dessen Zeiger io durch berührungsfreie verschiebbare
Taster 11 bzw. 12 abtastbar ist. Die Taster sind als Zweipunkttaster ausgebildet,
die bei Überschreiten der unteren Tastmarken einen kontakt schließen und bei Überschreiten
der oberen Marke ihn wieder öffnen. Das Leitungspaar 11' ist bei Stellung des Zeigers
innerhalb des Tastmarkenpaares des unteren Tasters 11 kurzgeschlossen und das Leitungspaar
t t bei entsprechender Zeigerstellung innerhalb des oberen Tasters 12. Durch den
Schalter 13 ist wahlweise das eine oder andere Leitungspaar der beiden Leitungspaare
11' oder 1' auf die Lrregerspu le 7 schaltbar und somit wahlweise der untere (11)
oder der obere Taster 12 wirksam gemacht. Der Schalter ist durch eine
Feder
14 selbsttätig in die als Grundstellung zu betrachtende dargestellte Schaltstellung
gedrückt, in der der untere Taster il wirksam ist. In dieser Schaltstellung wird,
solange der Zeiger lo noch unterhalb der oberen Tastmarke des unteren Tasters 11
ist, die volle Heizleistung durch die Strahler auf die Folie 4 aufgebracht. Bei
tberschreiten der oberen Tastmarke an dem Taster 11 wird mittelbar aufgrund einer
Trennung des Leitungspaares 11' im Innern des Gerätes 9 die Heizleistung weggenommen,
wodurch sich die Folie langsam wieder abkühlt. Wird die untere Tastmarke unterschritten,
so wird wieder die Heizleistung eingeschaltet, bis der Zeiger die obere Tastmarke
erreicht usw. Die Ileizleistung wird aufgrund dieser Zweipunktregelung im zeitlichen
Mittel auf einem Wert gehalten, bei der die Folie ebenfalls im zeitlichen Mittel
eine Temperatur einnimmt, die zwischen den beiden Tastmarken des unteren Tasters
11 liegt. Diese Temperatur (Bereeitstellungstemperatur) liegt etwa 20 bis 30 °C
unterhalb der Tiefziehtemperatur, die ihrerseits je nach Art und der Dicke der Folie,
nach deren Farbe und nach demrforderlichen Tiefziehgrad zwischen etwa 140 bis 170
OC liegt. Die Bereitstellungstemperatur ist fallweise nach Erfahrung und Beobachtung
so einzustellen, daß diese Temperatur ohne Beeinträchtigung und ohne Wärmedehnung
über längere Zeiträume von der Folie ertragen werden kann.
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Durch besonderes Signal - im dargestellten Ausführungsbei spiel durch
Druck auf den Schalterknopf 15 - wird der Schalter 13 auf das Leitungspaar 12' umgeschaltet
(End-Aufheizstellung), wodurch der obere Taster 12 wirksam wird, der auf
die
Tiefziehtemperatur eingestelltg ist. Der Schalter 13 wirl in der End-Aufheizstellung
durch das Klinkenpaar 16 gehalten, deren eine nachgiebig und durch eine L:rreger
spule 17 elektromagnetisch zurückziehbar ist. In der End-Aufheizsteilung des Schalters
13 ist die volle Heizleistt'ing wieder angeschaltet, bis die obere Tastmarke des
oberen Tasters 12 erreicht wird, <1. h., die Folie auf Tiefziehtemperatur erwärmt
ist; jetzt wird das Leitungspaar 12' getrennt und dadurch mittelbar die Iieizleistung
weggenommen und statt dessen das Leitungspaar 19 kurzgeschlossen. Durch das Kurzschließen
des Leitungspaares 12" wird die Spule 17 und die Erregerspule eines weiteren Relais
18, welches einen rotor 19 einschaltet, erregt. Bei Erregung der Spule 17 und kurzzeitigem
Rückzug der einen Zinke springt der Schalter 13 aufgrund der Feder 14 in seine Grundstellung
zurück, so daß wieder der untere Taster 11 für die Temperatursteuerung wirksam wird.
Der Fiotor 19 ist der Antrieb für die Vorwärtsbewegung der Folie durch die Tiefziehanlage,
was durch den strichpunktierten Linienzug angedeutet werden soll. Zwar wijd durch
das Zurückspringen des Schalters 13 in die Grundstellung das Leitungspaar i wieder
getrennt. Der Motor ist jedoch so geschaltet - was jedoch nicht mehr dargestellt
ist -, daß nach Abfallen des Relais 18 der Antrieb aufgrund eines anderen Schalters
weiterläuft, bis die Folie um eine Taktlänge innerhalb der Anlage weiterbewegt ist.
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Das in Fig. 2 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel einer Temperatursteuerung
stimmt in weiten Teilen mit dem nach Fig. 1 überein und es sind insoweit gleiche
Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet worden, so daß insoweit auf die voraufgegangene
Beschreibung verwiesen werden kann. An Unterschieden besteht folgendes: Die Heizstrahler
2 sind hier auf der Ober- bzw. der Unterseite der Folie zueinander elektrisch parallelgeschaltet.
Die werschiebbaren berührungsfrei wirksamen Taster an dem Anzeigegerät 9 des Strahlung
ometers 8 sind Einpunkttaster llabzw. 12a, die die zugeordneten Leitungspaare iia'
bzw. 12a' beim Uberschreiten schließen und beim Unterschreiten öffnen. In der Leistungseinstellung
der Tyristoren 1 sind zwei Schiebewiderstände 5a und 5b vorgesehen, die durch den
Vierfachschalter 6a wechselweise einschaltbar sind.
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Die Wirkungsweise dieser Temperatursteuerung ist nun kurz folgende:
Solange an der Folie ! und dem
ometer noch eine Temperatur unterhalb der Bereitstellungstemperatur (Stellung des
Tasters lia) gemessen wird, liegt die volle Leistung an den Strahlern an. Wird die
Bereitstellungstemperatur erreicht - Koinzidenz von Zeiger lo und Taster iia -,
so wird mittelbar auf eine niedrigere Heizleistung am Tyristor bzw. dessen Leistungssteuerung
umgeschaltet, die durch Erfahrung und Beobachtung mittels des zugehörigen Schiebewiderstandes
(5a bzw. 5b) so eingestellt werden kann, daß sie die Bereitstellungstemperatur gerade
aufrechtzuerhalten vermag, ohne die Folie aufzuheizen. Durch Druck auf den
1andknopf
15 wird dann aufgrund eines Umschaltens auf den oberen Taster 12a mittelbar die
volle Ileizleistung wieder eingeschaltet und die Endaufheizphase beginnt. Nach Erreichen
der Tiefziehtemperatur - koinzidenz von Zeiger io und Taster 12a - springt der Schalter
13 wie schon beschrieben in die Gnindstellung und die Folie wird durch den Hotor
19 aus der Aufwarmstation in die anschließende Tiefziehstation ausgeworfen.
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Dos Ausführungsbeispiei nach Fig. 2 hat gegenüber dem nach Fig. 1
den Vorteil geringer Schalthäufigkeit an den Strahlern, so daf diese geschont werden.
Jedoch erfordert das Einstellen der jeweiligen lieizleistung für das Einhalten der
Bereitstellungstemperatur eine große Erfahrung und auch eine bessere Beobachtung
der Arbeitsweise beim Aufile izen.
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Die für die beschriebenen Ausführungsbeispiele geeigneten lleizstrahler
müssen trägheitsarme Strahler sein, die im Sekundenbereich auf Spannungsänderungen
ansprechen. Derartige Strahler strahlen meist mit großer Helligkeit. Zwar sind grundsätzlich
auch träge Wärmestrahler verwendbar, diese strahlen meist dunkel. Die kurzfristige
Beeinflussung der Heizleistung träger Strahler muß dann jedoch mechanisch erfolgen
durch Verändern des Strahlerabstandes, durch Einschieben von Strahlungsschirmen
(Rollos, Klapp jalousien, Schiebebleche o. dgl.) oder durch Wegschwenken der Strahler
in eine unwirksame Richtung.
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Aufgrund der Möglichkeit einer beidseitigen Wärme zufuhr kann die
Konstanthaltung der Bereitstellungstemperatur auch dadurch erfolgen, daß die einerseits
angeordneten Strahler völlig abgeschaltet und die gegenüberliegenden Strahler allein
auf eine der Bereitstellungstemperatur entsprechende Leistung wenigstens im zeitlichen
Mittel eingeschaltet werden. Diese Möglichkeit ist deswegen gegeben, weil bei beidattiger
Beheizung zwei die ganze Folienfläche lückenlos erfassende Heizbatterien vorhanden
sind-und bei Abschaltung einer dieser Batterien nicht eine örtliche unkontrollierte
Abkühlung mit unzulässigem Teoperaturprofil auf der Folie sich einstellt. Es kann
z. B. die untere Heizung ständig auf eine solche Heizleistung bzw. einen solchen
Strahlerabstand eingestellt sein, daß sie bei alleiniger Einschaltung für das Aufrechterhalten
der Bereitstellungstemperatur ausreicht; durch einfaches Zu- und Abschalten der
oberen Heizung kann das rasche Aufheizen auf die Bereitstellungstempera tur bzw.
auf die Tiefziehtemperatur oder das Stehenlassen der Temperatur auf der Bereitstellungstemperatur
bewirkt werden.