DE3135206C1

DE3135206C1 - Verfahren zum Regeln der Temperatur des Ober- und Unterteils von Werkzeugen zur Herstellung von Behaeltern aus thermoplastischer Kunststoffolie und Werkzeuge zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3135206C1
Application number: DE3135206A
Authority: DE
Inventors: Jürgen 7100 Heilbronn Janke
Original assignee: Adolf Illig Maschinenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Adolf Illig Maschinenbau GmbH and Co KG
Priority date: 1981-09-05
Filing date: 1981-09-05
Publication date: 1982-10-28
Also published as: US4508670A; GB2106283A; GB2106283B; FR2512384B1; FR2512384A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Temperatur des Ober- und Unterteils von insbesondere formenden und stanzenden Werkzeugen zur Herstellung von Behältern aus thermoplastischer Kunststofffolie und ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens. In der Produktion wird ein solches Werkzeug in die Formstation einer Thermoformmaschine eingebaut, die eine Folienbahn von der Rolle abzieht, erwärmt und dann abschnittsweise in der Formstation mittels des Werkzeuges und mittels Differenzdruck verformt. Unmittelbar im Anschluß an das Verformen erfolgt mit demselben Werkzeug das Ausstanzen der Behälter. Sie werden nach Öffnen des Werkzeuges austransportiert, wofür es verschiedene bekannte Techniken gibt. Das Restgitter wird aufgewikkelt oder zerkleinert.

Angestrebt wird eine hohe Taktzahl der Thermoformmaschine und damit ein hoher Ausstoß an Behältern. Wesentlich beeinflußt wird die Taktzahl von der Kühlzeit der Behälter. Sie ist von verschiedenen Faktoren abhängig, z. B. von der Folienart, der Foliendicke, der Folientemperatur bei der Verformung und der Gestalt der Behälter insbesondere am oberen Rand.

Da die Folienbahn bei Temperaturen in der Größenordnung von ca. 150—200⁰C tiefgezogen wird, erwärmt sich das Werkzeug in der Produktion, wenn es nicht gekühlt wird, und zwar erwärmen sich Oberteil und Unterteil unterschiedlich. Die größere Erwärmung tritt normalerweise in dem Teil auf, das die eigentliche Behälterform trägt. Dies ist meist das Unterteil. In der Praxis ist es deshalb üblich, das Unterteil zu kühlen und dadurch die Taktzahl zu steigern.

Der kritische Punkt beim Abkühlen der Behälter liegt meist am Behälterrand, der dicker ist als die Wandung und deshalb länger zum Auskühlen benötigt. Ein zu frühes Entformen führt zum Verzug des Randes, der z. B. bei Siegelrändern nicht akzeptiert werden kann.

Bei dieser Kühlung von Oberteil und Unterteil des Werkzeuges (FR-PS 14 69 405 u. US-PS 27 97 179) sind nun zwei Kühlkreisläufe zu steuern, wozu der Thermoformmaschine in der Regel ein Kühlgerät mit der erforderlichen Kühlleistung beigestellt wird. Solche Kühlgeräte arbeiten meist mit Wasser, das auf etwa 3⁰C abgekühlt und dann den Werkzeughälften zugeleitet wird. Je nach Betriebsbedingungen ist es auf diese Weise möglich, das Werkzeug auf einer Temperatur von 20-40⁰C zu halten.

Die Forderungen nach immer höheren Leistungen von Thermoformmaschinen führten dazu, daß bei formenden und stanzenden Werkzeugen ohne weiteres Folienbreiten von 800 mm verarbeitet werden können und die Behälter in Mehrfachnutzen, auch mehrreihig, angeordnet werden. 8—10 Behälter pro Reihe sind durchaus, je nach deren Durchmesser, möglich.

Da die Behälter im Werkzeug nach dem Ausformen auch ausgestanzt werden, erfordern diese Werkzeuge eine hohe Präzision. Schnittstempel und Matrizenbohrungen müssen beim Stanzen genau fluchten, das Spiel zwischen beiden (Schnittspiel) liegt dabei in der Größenordnung von 0,04 mm.

Wenn bei großen Werkzeugbreiten in der Produktion der Temperaturunterschied von Werkzeugober- und -unterteil zu groß wird, wird dieses Schnittspiel durch unterschiedliche Wärmeausdehnung aufgezehrt und die äußeren Schnittstempel in der Reihe laufen auf die Matrize auf. Dies führt zur Beschädigung, damit zu hohen Kosten und Produktionsausfall.

Durch Drosselung der einzelnen Kühlströme zu Oberteil und Unterteil wäre es zwar möglich, eine z. B. an je einem Regler für Ober- und Unterteil eingestellte Temperatur an beiden Werkzeughälften zu erzielen. Dies würde bedeuten, daß in die Zuführleitung zu Oberteil und Unterteil jeweils eine Drossel eingebaut werden müßte, die in irgendeiner Weise gesteuert würde.

Dies hätte den Nachteil, daß zur Kühlung nicht der gesamte vom Kühlgerät mögliche und lieferbare Kühlwasserstrom verwendet würde, das Werkzeug also nicht auf die tiefstmögliche Temperatur gebracht werden könnte, die die optimale Kühlung der geformten Behälter und damit die max. mögliche Taktzahl ermöglichenjwürde. Diese Temperatur ist nämlich nicht bekannt und von vielen Faktoren abhängig.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren zum Regeln der Temperatur des Ober- und Unterteils so durchzuführen, daß der gesamte vom Kühlgerät gelieferte Kühlwasserstrom ohne Drosselung dem Werkzeug zugeführt wird und dadurch die max. mögliche tiefste Temperatur der Werkzeughälften zu erreichen, wobei die Temperatur von Oberteil und Unterteil genau gleich oder aber vorbestimmbar unterschiedlich sein sollte.

Normalerweise ist eine gleiche Temperatur von Oberteil und Unterteil anzustreben. Es gibt jedoch Fälle, bei denen eine geringe Differenz vorteilhaft wäre. Hierfür kann es folgende Gründe geben:

a) Entscheidende an der Wärmeausdehnung beteiligte Teile von Ober- und Unterteil sind aus unterschiedlichem Werkstoff mit unterschiedlicher Wärmeausdehnung.

b) Durch die mechanische Fertigung entstandene geringe Stichmaßunterschiede von Stempeln und Matrizenbohrung könnten auf diese Weise ausgeglichen werden.

c) Ein Problem ist immer, wie man die Temperaturfühler an Ober- und Unterteil montiert, um eine charakteristische Temperatur zu messen, die bestimmend ist für die Wärmeausdehnung der Werkzeughälfte. Es gibt immer kühlere und wärmere Zonen in den Einzelteilen der Werkzeughälften. Wenn man nun bei einer Werkzeughälfte den Fühler zu nahe an einer »kalten« Stelle, bei der anderen Werkzeughälfte zu nahe an einer zu »warmen« Stelle montiert hat, so kann durch die Einstellung einer vorgegebenen Temperaturdifferenz zwischen Ober-und Unterteil dieser »Fehler« korrigiert werden.

Zur Lösung der Erfindung werden die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruches vorgeschlagen.

Mehrere Temperaturfühler pro Werkzeughälfte sind vorteilhaft, um eine Mittelwertbildung der Temperatur herbeizuführen, was zu einer höheren Genauigkeit der Temperaturerfassung führt. Es ist bei diesem Verfahren unerheblich, welche absolute Temperatur Ober- und Unterteil einnehmen, interessant ist nur die Temperaturdifferenz. Die absolute Temperatur ist von vielen Faktoren abhängig (Lufttemperatur, Kühlwassertemperatur, Folientemperatur, Folienart, Foliendicke, Taktzahl) und schwankt während des Betriebes. Bei Produktionsbeginn hat sie Raumtemperatur und pendelt sich dann während des Betriebes auf einen bestimmten Wert ein.

In besonderer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß wenn die Temperaturdifferenz gegenüber dem vorgegebenen Wert eine zu hohe Abweichung erreicht, vom Temperaturdifferenzregler eine Meldung abgegeben wird, die entweder ein optisches oder akustisches Signal auslöst oder die Thermoformmaschine abschaltet. Auf diese Weise soll eine Beschädigung des Werkzeuges auf jeden Fall vermieden werden.

Das Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen Temperatur-Differenzregler, Fühler in Ober- und Unterteil und ein Verteilerventil in der Kühlmittelzuleitung.

Ein Ausführungsbeispiel ist anhand der schematischen Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine Längsdarstellung einer Thermoformmaschine, in die das Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens eingebaut wird,

F i g. 2 einen Querschnitt durch das Formwerkzeug, Fig.3 ein schematisches Blockschaltbild von Kühlmittelzuführung und Regelung.

Eine Thermoformmaschine zum Einbau des Werkzeuges zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus den Hauptteilen Gestell I₁ Rollenaufnahme 2, Transport 3, Heizung 4, Form/Stanzstation 5 und Antrieb 6 für den höhenbeweglichen Tisch 7, der das Unterteil 8 des Werkzeuges aufnimmt. Das Oberteil 9 wird an der starren Querbrücke 10 befestigt. Verfahrensmäßig wird eine Folienbahn ti von der Rolle 12 abgezogen, erwärmt und in der Form/Stanzstation 5 durch Differenzdruck tiefgezogen. Die ausgestanzten Becher 13 werden austransportiert, das Abfallgitter aufgewickelt oder zermahlen.

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein einreihiges Werkzeug zur Herstellung von Bechern 13. Das Unterteil 8 weist auf eine Grundplatte 14, einen Kühlblock 15 mit beispielsweise 8 Formeinsätzen 16 und je Formnest einen Boden 17 auf einer Stange 18. Am oberen Ende jedes Formeinsatzes 16 verläuft die Schnittkante 22, ein Abstreifer 23 kann ringsum angeordnet sein. Zur Kühlung der Formeinsätze 16 sind Bohrungen 19, 20 im Kühlblock 15 vorgesehen und zwischen den Wandungen von Kühlblock 15 und Formeinsatz 16 ist eine ringsum verlaufende Kammer 21 ausgespart, in die Querbohrungen 24 münden. Zum Beispiel kann die Bohrung 19 der Zuleitung von Kühlmittel dienen, die Bohrung 20 der Ableitung. Es ist aber auch eine Durchströmung von allen Kammern 21 nacheinander in einer Reihe möglich.

Das Oberteil 9 setzt sich zusammen aus der Kopfplatte 25, der Zwischenplatte 26, der Matrize 27, Abstreifern 28 und gegebenenfalls Streckhelfern 29 an Stangen 30. Eine Bohrung 31 zur Zufuhr und eine Bohrung 32 zur Abfuhr von Kühlmitteln verlaufen in der Matrize 27, Querbohrungen 33 führen zu Ringräumen 34, die in eingesetzte Buchsen 35 eingearbeitet sind. Auf diese Weise wird eine besonders innige Kühlung der Niederhalter 28 erzielt. Temperaturfühler 36, 37, z. B.

Thermoelemente, sind im Oberteil 9 und Unterteil 8, vorzugsweise in der Matrize 27 bzw. im Kühlblock 15 vorgesehen.

Das Verfahren zum Regeln der Temperatur des Oberteils 9 und des Unterteils 8 läuft wie folgt ab:

Von einem Kühlgerät 38 wird ein bestimmter

Volumenstrom V eines Kühlmittels mit einer bestimmten Temperatur geliefert und über die Zuleitung 39 einem Verteilerventil 40 zugeleitet. Dieses hat zwei Ausgänge und ist über die Zuleitung 41 mit dem Oberteil 9, d. h. mit der Bohrung 31, über die Zuleitung 42 mit der Bohrung 19 im Kühlblock 15 des Unterteils 8 verbunden.

Eine Rückleitung 43 führt das Kühlmittel zum Kühlgerät 38 zurück.

Im Oberteil 9 ist mindestens ein Temperaturfühler 36, im Unterteil 8 mindestens ein Temperaturfühler 37 angeordnet, beide, bzw. bei Einbau mehrerer Temperaturfühler 36, 37 alle, stehen mit einem Temperatur-Differenzregler 45 in Verbindung. An diesem kann an einem Einstellknopf 46 die gewünschte Temperaturdifferenz zwischen Oberteil 9 und Unterteil 8 vorgegeben werden. Der Temperatur-Differenzregler bildet aus b5 vorgegebener Abweichung und den tatsächlich gemessenen Temperaturen ein Ausgangssignal, das über die Leitung 47 dem Verteilerventil 40 zugeleitet wird. Es kann dort z. B. zum Antrieb eines Motors 44 dienen, der

eine Stellspindel und damit den Ventilteller 48 bewegt. Dies bedeutet eine andere Verteilung des Volumenstromes Kauf die beiden Werkzeughälften.

Stellt z. B. der Temperatur-Differenzregler bei vorgegebener Temperatur Abweichung »0° C« fest, daß das Oberteil 9 um 3°C wärmer ist als das Unterteil 8, so wird er den Motor 44 so bewegen, daß dem Oberteil 9 etwas mehr Kühlmittel zugeleitet wird, dem Unterteil 8 dementsprechend etwas weniger. Er bewegt den Ventilteller im dargestellten Beispiel also etwas nach unten. Wird bei dieser Stellung des Ventiltellers 48 eine Temperaturgleichheit erzielt, so bleibt er in dieser Stellung, bis sich durch irgendwelche Umstände eine Temperaturabweichung einstellt und nimmt dann eine entsprechende Veränderung vor. Die tatsächlichen Temperaturen von Oberteil 9 und Unterteil 8 sind hierbei völlig uninteressant, sie sind so tief als erzielbar bei dem vorhandenen Volumenstrom V mit entsprechender Temperatur. Eine Drosselung dieses Volumenstromes V erfolgt nirgends, dieser fließt bei allen Temperaturdifferenzen und bei allen tatsächlichen Temperaturen von Oberteil 9 und Unterteil 8 konstant ohne Beeinflussung.

Wenn nun z. B. durch Erhöhung der Taktzahl der Thermoformmaschine oder durch Erhöhung der Folientemperatur eine Erhöhung der Werkzeugtemperatur eintritt, so wird völlig automatisch die Temperaturdifferenz konstant gehalten, so daß keinerlei Gefahr besteht, daß es durch einseitige Erwärmung einer Werkzeughälfte und die damit verbundene Längenausdehnung zu einem Auflaufen der Schnittkante 22 auf die Matrizenbohrung vor allem an den äußeren Nutzen kommt.

Da mit den Temperaturfühlern 36, 37 nur die Temperatur eines Punktes des Oberteils 9 bzw. Unterteils 8 gemessen wird, ist es von Vorteil, mehrere Temperaturfühler pro Werkzeughälfte zu verwenden, hiervon für jede Werkzeughälfte einen Mittelwert zu bilden und diese Mittelwerte dann zu vergleichen. Diese Mittelwertbildung wird vom Temperatur-Differenzreg-"' ler 45 vorgenommen.

Da die Überschreitung einer bestimmten Temperaturdifferenz schwerwiegende Folgen haben kann, ist es vorteilhaft, den Temperatur-Differenzregler 45 über eine Leitung 49 mit einem optischen oder akustischen

i<> Melder 50 zu verbinden, der dann bei wesentlicher Überschreitung der vorgegebenen Temperaturdifferenz Alarm gibt. Selbstverständlich kann dieses Signal auch zur Abschaltung der Thermoformmaschine verwendet werden. Normalerweise wird zwar der Temperatur-Dif-

i) ferenzregler 45 eine solche Überschreitung verhindern, aber bestimmte Einflüsse (z. B. Defekte, Verstopfung einer der Zuleitungen 41, 42) können diese Überschreitung bewirken.

Es ist prinzipiell möglich, das Verteilerventil 40 an der

-¹» Auslaufseite der Werkzeughälften anzuordnen und dann dort zu regeln, welcher Anteil des Volumenstromes Vdurch das Oberteil 9, welcher durch das Unterteil 8 abfließt. Die hat keine Auswirkungen auf das Wesen der Erfindung.

·?> Eine Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahrens bei nur formenden Werkzeugen ist in bestimmten Fällen sinnvoll, um auch dort eine vorgegebene Temperatur-Differenz Oberteil-Unterteil zu erhalten. Dabei geht es dann weniger darum, die Wärmeausdeh-

-so nung zu beherrschen, vielmehr sollen die mit der Folie in Berührung kommenden Teile etwa gleiche Temperatur aufweisen, um eine zu starke einseitige Abschreckung der Folie zu verhindern. Besonders bei der Verformung von Schaumfolie mit Form und Gegenform ist dies

wichtig.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regeln der Temperatur des Ober- und Unterteils von Werkzeugen zur Herstellung von Behältern aus thermoplastischer Kunststoffolie im Tiefziehverfahren, die beide von Kühlmittel durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß man die im vorgegebenen Temperaturbereich liegenden Temperaturen von Oberteil (9) und Unterteil (8) mit Temperaturfühlern ι ο (36, 37) mißt, diese Temperatur durch einen Temperatur-Differenzregler (45) erfaßt und dieser dann ein Verteilerventil (40) so steuert, daß der volle Volumenstrom (V) des Kühlmittels so auf Oberteil (9) und Unterteil (8) aufgeteilt wird, daß eine vorgegebene Temperaturdifferenz zwischen beiden entsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zu großen Temperaturdifferenz zwischen Oberteil (9) und Unterteil (8) gegenüber dem vorgegebenem Wert ein optischer oder akustischer Melder (50) vom Temperatur-Differenzregler (45) angesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zu großen Temperaturabweichung zwischen Oberteil (9) und Unterteil (8) gegenüber dem vorgegebenen Wert von Temperatur-Differenzregler (45) ein Signal abgegeben wird, das zur Stillsetzung der Thermoformmaschine führt.

4. Werkzeug zum Herstellen von Behältern aus thermoplastischer Kunststoffolie mit gekühltem Ober- und Unterteil zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 —3, gekennzeichnet durch mindestens je einen Temperatur-Fühler (36, 37) im Oberteil (9) und Unterteil (8), einen mit J diesem in Verbindung stehenden Temperatur-Differenzregler (45) und ein Verteilerventil (40), das in die Zuleitung (39, 41, 42) für das Kühlmittel eingebaut ist, und das vom Temperatur-Differenzregler (45) in Abhängigkeit der vorgegebenen Temperatur-Differenz gesteuert wird.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen akustischen oder optischen Melder (50), der mit dem Temperatur-Differenzregler (45) in Verbindung steht und der bei einer zu großen Temperatur-Differenz gegenüber dem vorgegebenen Wert zwischen Oberteil (9) und Unterteil (8) wirksam wird.