DE4328963A1 - Herstellung von Tiefziehprodukten aus Kunststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffprodukten mittels Tiefziehen des thermoplastischen Kunststoffes.

Tiefziehteile aus Kunststoff wie z. B. Joghurtbecher werden aus einer erweichten thermoplastischen Kunststoffolie hergestellt, die mittels eines Vorreckkolbens muldenartig in eine Matrize gedrückt und anschließend mittels Preßluft vollständig in die Matrize gepreßt wird. Nach seiner Ausformung verbleibt das Kunststoffprodukt so lange in der Matrize, bis durch Abkühlung die notwendige Formstabilität zur Entnahme des Produktes erreicht ist. Insbesondere dickwandige Bereiche und solche mit Materialanhäufung an den Kantenstellen erfordern längere Abkühlzeiten und tragen somit zur Erhöhung der Zyklusdauer bei.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mittels derer die Zykluszeit bei der Herstellung von Tiefziehprodukten aus Kunststoff bei gleichbleibender oder verbesserter Qualität der Kunststoffprodukte herabgesetzt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest ein Teil des Kunststoffs nach seiner Ausformung in der Matrize mittels eines Kühlmediums gekühlt wird.

Eine entsprechende Vorrichtung zum Tiefziehen thermoplastischer Kunststoffe mit einem Vorreckkolben, der den folienartigen thermoplastischen Kunststoff in eine Matrize eindrückt, wird erfindungsgemäß dergestalt ausgeführt, daß die Hubstange des Vorreckkolbens eine Hohlbohrung aufweist, die über eine Leitung mit einem Vorratsbehälter für ein Kühlmedium verbunden ist, und die durch den Vorreckkolben oder oberhalb desselbigen über Austrittsöffnungen nach außen geführt ist.

Erfindungsgemäß wird durch die Kühlung des in der Matrize befindlichen Kunststofformteils die Zykluszeit beträchtlich herabgesetzt, ohne daß die Qualität der Tiefziehteile irgendwelche Einbußen aufweist. Die Einrichtung zur Kühlung ist erfindungsgemäß in die Tiefziehanlage integriert, so daß separate zusätzlich zu bewegende Teile entfallen. Zusätzliche mechanische Bauelemente könnten andernfalls den durch die Kühlung erzielten Zeitgewinn wieder aufheben und zudem die Kosten erhöhen.

Erfindungsgemäß ist die Hubstange des Vorreckkolbens hohlgebohrt. Die Hohlbohrung endet in Austrittsöffnungen im Vorreckkolben oder oberhalb desselbigen, durch die ein Kühlmedium nach außen strömen kann. Das austretende Kältemittel kühlt zumindest einen Teil des ausgeformten Tiefziehproduktes. Als Kältemittel lassen sich tiefkalte Flüssigkeiten oder verflüssigte tiefsiedende Gase, wie Stickstoff, Argon, Kohlendioxid etc., einsetzen.

Als besonders geeignet erweist sich die Verwendung von Kohlendioxid als Kühlmedium. Das Kohlendioxid wird vorteilhaft in flüssiger Form unter Druck bei Umgebungstemperatur in einem Vorratsbehälter gespeichert und von dort in die Hohlbohrung der Hubstange des Vorreckkolbens geleitet. Durch Austrittsöffnungen am Vorreckkolben oder darüber, an die in diesem Fall Entspannungsdüsen angebracht sind, tritt das Kohlendioxid ins Freie. Aufgrund der Entspannung entstehen Trockenschnee und Kohlendioxidgas bei Temperaturen von nahezu -80°C. Bis zu den Entspannungsdüsen kann das Kohlendioxid bei Raumtemperatur gefördert werden. Das Gas/Schnee-Gemisch kühlt zumindest einen Teil des noch warmen plastischen Kunststoffproduktes ab. Der Trockenschnee sublimiert durch Aufnahme der Wärme, ohne Rückstände auf dem Produkt zu hinterlassen. Die Kälte des verflüssigten Kohlendioxids entsteht erst beim Austritt der Flüssigkeit aus der Entspannungsdüse, womit der Vorteil entsteht, daß die Hubstange selbst nicht auf tiefe Temperaturen abgekühlt wird, wodurch Verzug, Versprödung und Vereisung auftreten könnten. Die Menge an aus dem Vorreckkolben austretendem Kühlmittel läßt sich mittels der Taktung eines Magnetventils und Art und Anzahl der Entspannungsdüsen einfach steuern.

Das Kühlmedium wird mit Vorteil gezielt auf Kunststoffbereiche mit Materialanhäufung aufgebracht. Derartige Materialanhäufungen bestehen an den dickwandigen Bereichen sowie an den Kanten des Kunststoffproduktes. Diese kritischen Stellen lassen sich direkt durch Aufbringen des Kühlmediums kühlen. Dazu werden die Austrittsöffnungen am Vorreckkolben oder darüber in einer Höhe angebracht, die den Bereichen mit Materialanhäufung des Tiefziehproduktes entsprechen.

Weitere vorteilhafte Varianten bei der Ausgestaltung der Düsen können darin bestehen, daß der Düsenaustritt schlitzartig geformt ist. Der Kühlmittel-Strahl wird dadurch flach aufgefächert, wodurch ein größeres Segment des in der Matrize befindlichen Kunststoffes mit Kältemittel überdeckt wird. Außerdem können die Düsen tangential endend ausgeführt sein. Dadurch entsteht in der Kunststofform eine Drallströmung, die die Kühlwirkung verbessert. Schließlich können in der Nähe der Düsen Leitbleche am Vorreckkolben oder oberhalb desselbigen angebracht sein. Durch die Leitbleche wird zusätzlich eine stärkere Konzentration des Kühlmittel s auf die kritischen Stellen der Kunststofform erzielt.

Im folgenden sollen anhand der einzigen Zeichnung das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtung näher erläutert werden.

In der Zeichnung ist schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage zum Tiefziehen thermoplastischer Kunststoffe dargestellt. Der Vorreckkolben 7 ist an einer auf- und abbeweglichen Hubstange 3 befestigt. Bei einer Abwärtsbewegung der Hubstange 3 taucht der Vorreckkolben 7 ein Stück in das Innere der Matrize 9. Erfindungsgemäß weist die Hubstange 3 eine Hohlbohrung 10 auf, die über Leitung 1 mit einem Vorratsbehälter für ein Kühlmedium verbunden ist. Der Zustrom des Kühlmediums läßt sich über ein Magnetventil 2, das von einer Steuerleitung 11 angesteuert wird, steuern. Im Freistich des Gewindes für den Vorreckkolben 7 befinden sich erfindungsgemäß mehrere Austrittsöffnungen 5, die von der Hohlbohrung 10 nach außen führen. An diese Austrittsöffnungen 5 sind Düsen 12 angebracht. Außerdem sind Leitbleche 4 und 6 ober- und unterhalb der Düsen 12 befestigt, um eine gerichtete Strömung des aus den Düsen 12 austretenden Kühlmediums zu erreichen.

Mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich das Tiefziehprodukt 8 nach seiner Ausformung in der Matrize 9 optimal kühlen. Eine von einem Wärmestrahler erhitzte thermoplastische Kunststoffolie wird über der Matrize 9 plaziert, worauf sich der Vorreckkolben 7 senkt und die Folie ein Stück weit in die Matrize eindrückt. Der Vorreckkolben 7 verbleibt in dieser Position und der Raum zwischen Hubstange 3 und Matrize 9 wird luftdicht abgeschlossen. Aus Düsen austretende Preßluft strömt am Vorreckkolben 7 vorbei und preßt die Kunststoffmulde vom Vorreckkolben 7 weg und vollständig in die Matrize 9 hinein. Der Druck in diesem Bereich liegt in der Größenordnung von 6 bar.

Erfindungsgemäß wird nunmehr zumindest ein Teil des Tiefziehproduktes 8 nach seiner Ausformung in der Matrize 9 mittels eines Kühlmediums gekühlt. Dazu wird nach Entlüftung des abgeschlossenen Raumes flüssiges Kohlendioxid über die Leitung 1 bei geöffnetem Ventil 2 in die Hohlbohrung 10 der Hubstange 3 eingeleitet und zum Vorreckkolben 7 geführt. Dort tritt das Kohlendioxid aus gleichmäßig über den Umfang verteilten Düsen 12 aus und entspannt sich. Das entstehende Schnee/Gas-Gemisch trifft dann auf den oberen Bereich des Tiefziehproduktes 8. Aufgrund der Materialanhäufung an den Kanten im oberen Bereich ist in erster Linie dort die Kühlung von Wichtigkeit. Ein Teil des dort auftreffenden Kohlendioxidschnees fällt in den unteren Bereich des Tiefziehproduktes 8 und kühlt dort den Boden und die unteren Knickstellen. Der etwa -80°C kalte Kohlendioxidschnee sublimiert rasch durch Aufnahme der Wärmeenergie des Tiefziehproduktes 8 und hinterläßt keine Rückstände. Das Tiefziehprodukt 8 kann früher als bisher aus der Matrize 9 entnommen werden, da es durch die Kühlung in kürzerer Zeit die notwendige Formstabilität erlangt. Vor der Entnahme des Tiefziehproduktes 8 wird der Vorreckkolben 7 wieder aus der Matrize 9 entfernt, und der Zyklus kann von neuem beginnen.

Durch die Leitbleche 4 und 6 wird eine stärkere Konzentration des Schnee/Gas-Gemisches auf den dickwandigeren oberen Teil des Tiefziehproduktes 8 bewirkt. Die etwa 3 bis 5 gleichmäßig über den Umfang verteilten Düsen 12 sind schlitzartig ausgebildet und tangential zum Vorreckkolben geführt, so daß im oberen Bereich der Matrize zwischen den Leitblechen 4 und 6 eine Drallströmung entsteht. Diese Drallströmung trägt zu einem verbesserten Wärmeübergang bei.

Erfindungsgemäßes Verfahren und Vorrichtung verkürzen die Zyklusdauer bei der Herstellung von Tiefziehprodukten erheblich. Dadurch kommt es zu einer Produktionssteigerung ohne den Einsatz von aufwendigen Zusatzeinrichtungen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von Kunststoffprodukten mittels Tiefziehen von thermoplastischem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Kunststoffs nach seiner Ausformung mittels eines Kühlmediums gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmedium Kohlendioxid verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Umgebungstemperatur verflüssigtes Kohlendioxid entspannt und als Kühlmedium verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium gezielt auf Kunststoffbereiche mit Materialanhäufung aufgebracht wird.

5. Vorrichtung zum Tiefziehen thermoplastischen Kunststoffs mit einem Vorreckkolben, der folienartigen thermoplastischen Kunststoff in eine Matrize eindrückt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubstange (3) des Vorreckkolbens (7) eine Hohlbohrung (10) aufweist, die über eine Leitung (1) mit einem Vorratsbehälter für ein Kühlmedium verbunden ist, und die durch den Vorreckkolben (7) oder oberhalb desselbigen über Austrittsöffnungen (5) nach außen geführt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Austrittsöffnungen (5) Düsen (12) angebracht sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenaustritt schlitzartig geformt ist.

8. Vorrichtung nach einem der beiden Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (12) tangential endend ausgeführt sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Düsen (12) oder der Austrittsöffnungen (5) Leitbleche (4, 6) am Vorreckkolben (7) oder oberhalb desselbigen angebracht sind.