DE4430824A1 - Verfahren zum Regeln der Temperatur eines Werkzeuges zum Tiefziehen und Ausstanzen von Behältern aus einer thermoplastischen Kunststoffolie und Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Regeln der Temperatur eines Werkzeuges zum Tiefziehen und Ausstanzen von Behältern aus einer thermoplastischen Kunststoffolie und Formwerkzeug zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Tempera
tur eines Werkzeuges zum Tiefziehen und Ausstanzen von Behäl
tern aus einer thermoplastischen Kunststoffolie nach der
Gattung des Hauptanspruches sowie ein Formwerkzeug zur Durch
führung des Verfahrens.
Aus der DE-PS 31 35 206 ist es bekannt, beide Hälften eines
Werkzeuges zum Tiefziehen und Ausstanzen von Behältern zu
kühlen. Dabei wird die Temperatur der beiden Werkzeughälften
über Temperaturfühler erfaßt und ein zugeführter Kühlwasser
strom wird über ein Verteilerventil so auf die beiden Werk
zeughälften aufgeteilt, daß die Temperaturdifferenz der
beiden Werkzeughälften möglichst gering bleibt. Der Grund
liegt darin, daß bei formenden und stanzenden Werkzeugen bei
bestimmten Kunststoffen sehr enge Schnittspalte zwischen
Stempel und Matrize eingehalten werden müssen, um ein saube
res Austrennen zu erzielen. Bei Temperaturunterschieden
zwischen den Werkzeughälften und aufgrund der damit verbunde
nen Längenausdehnung gibt es bei Werkzeugbreiten ab ca.
400 mm Probleme, weil die äußeren Schnittstempelkanten auf
die Matrizenbohrung auflaufen. Ein starker Verschleiß und
Standzeitreduzierung oder sogar eine Beschädigung der Werk
zeugteile sind die Folge. Die Längenänderungsprobleme sind
besonders gravierend, wenn Teile des Werkzeuges aus unter
schiedlichen Werkstoffen bestehen, z. B. aus Aluminium und
Stahl.
Eine Schwierigkeit bei der Temperaturerfassung der Werkzeug
hälften liegt darin, daß die Werkzeughälften keine durchge
hend homogene Temperatur aufweisen. Bei einem Werkzeug wurde
gemessen, daß die Schnittkante des Schnittstempels bei der
Produktion eine Temperatur von 38°C annahm. Die Temperatur
der Schnittkante der Matrize betrug 31°C. Das durch die
Kühlbohrungen der Werkzeughälften fließende Kühlwasser hatte
eine Temperatur von 10°C. Das bedeutete, daß innerhalb
einer Werkzeughälfte Temperaturen zwischen 31°C und 10°C
bzw. zwischen 38°C und 10°C herrschten. Das Problem be
steht nun darin, den Ort zur Anbringung eines Temperaturfüh
lers zu finden, der die Durchschnittstemperatur der Werkzeug
hälfte aufweist, also die Temperatur, die zur Ermittlung
einer Längenänderung herangezogen werden könnte.
In der Praxis ist es nicht möglich, diesen Ort zu definie
ren, da er von vielen Parametern abhängt. Selbst wenn man
ihn durch aufwendige Untersuchungen oder Messungen ermitteln
könnte, wären immer noch konstruktive Grenzen gesetzt, da
sich nicht alle Stellen des Werkzeuges zur Anbringung eines
Thermoelementes eignen. In der Praxis wählt man deshalb
einen konstruktiv günstigen bzw. möglichen Platz mit der
beschriebenen Mangelhaftigkeit.
Beim Abstellen des Werkzeuges, z. B. bei Betriebsunterbre
chungen bzw. Störungen, ändern sich die Temperaturverhält
nisse, auch wenn man die Kühlmittelzufuhr stoppt. Es tritt
eine Vergleichmäßigung der Temperaturen ein. Beim Wiederan
schalten der Maschine stellt sich nach einiger Zeit wieder
eine stabile Temperaturverteilung ein. Ein Temperaturfühler
kann immer nur die Temperaturen einer Stelle messen, die
nichts aussagt Weber die Temperatur benachbarter Bereiche,
die für die Längenänderung aber mit ausschlaggebend sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu
finden, um diese Unzulänglichkeiten der Temperaturmessung zu
umgehen. Dies sollte auf einfache und zuverlässige Weise
erfolgen. Eine aufwendige elektrische Steuerung sollte nicht
erforderlich sein.
Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, die Längenverände
rung von bestimmten Bauteilen der Werkzeughälften zu messen
und aufgrund dieser Längenänderung ggf. eine Veränderung der
Temperierung der Werkzeughälften vorzunehmen. Als Bauteile
bieten sich hier einerseits die Schnittplatte, andererseits
der Kühlblock als Träger der Schnittstempel an. Da die Län
gendehnung in der Größenordnung von nur wenigen 100stel mm
beträgt, sind besondere Maßnahmen und Einrichtungen erforder
lich, um eine sichere Messung dieser geringen Längendehnung
zu erzielen und diese für eine Regelung der Werkzeugtempera
tur heranzuziehen. Das Werkzeug zur Durchführung des Verfah
rens ist mit Einrichtungen versehen, um diese Längenverände
rung von Werkzeugteilen zu messen und diese für die Steue
rung der Kühlmittelzufuhr heranzuziehen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und vorteilhafte Aus
bildungen sind anhand der schematischen Zeichnungen näher
beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Formwerkzeug,
Fig. 2 eine Längsdarstellung des Werkzeuges,
Fig. 3 eine Darstellung des Kühlkreislaufes eines
Werkzeuges,
Fig. 4 eine Längsdarstellung des Werkzeuges mit einer
anderen Einrichtung zur Erfassung der Längsdeh
nung,
Fig. 5 eine Längsdarstellung eines Werkzeuges mit
einer dritten Ausführungsform der Einrichtung
zur Längenmessung.
In Fig. 1 ist der Aufbau eines Formwerkzeuges, das zum
Tiefziehen und Ausstanzen von Teilen aus thermoplastischer
Kunststoffolie dient, im Querschnitt dargestellt. Es besteht
aus zwei Werkzeughälften 1, 2, zwischen beiden verläuft die
Folienbahn 14 aus thermoplastischem Kunststoff, aus der
Teile 15 durch Differenzdruck tiefgezogen und ausgestanzt
werden. Dabei setzt sich die untere Werkzeughälfte 2 im
wesentlichen aus einer Grundplatte 3, einem Kühlblock 4 und
mehreren eingesetzten Schnittstempeln 5 mit je einem Auswer
ferboden 6 zusammen. Die obere Werkzeughälfte 1 besteht aus
der Kopfplatte 7, einer Zwischenplatte 8, der Matrize 9,
Niederhaltern 10 und Streckhelfern 11. Das Kühlen der beiden
Werkzeughälften 1, 2 erfolgt durch Zufuhr von Kühlmitteln
über Bohrungen 12, 13 und entsprechende Aussparungen an den
zu kühlenden Teilen.
Entscheidend für die einwandfreie Funktion eines Werkzeuges
ist die Wärmedehnung von Matrize 9 und Kühlblock 4, die
möglichst gleich sein sollte, da zwischen einem Schnittstem
pel 5 und der zugehörigen Matrizenbohrung nur ein sehr gerin
ger Schnittspalt sein darf, um gute Schnittergebnisse erzie
len zu können.
An Matrize 9 und Kühlblock 4 sind Einrichtungen angeordnet,
um deren Längenveränderung zu erfassen. Gemäß Fig. 2 beste
hen diese Einrichtungen aus einem Sensor 16 auf z. B. indukti
ver oder kapazitiver Basis - auch Lasereinrichtungen sind
geeignet - angeordnet auf zwei gegenüberliegenden Seiten der
Matrize 9. Sie wirken auf eine Fläche 17 des Kühlblockes 4.
Ausgehend von einem Referenzpunkt bzw. Nullpunkt, der bei
Raumtemperatur aller Werkzeugteile erfaßt wird, registrieren
die Sensoren 16 eine positive oder negative Längenverände
rung je nachdem, ob die Matrize 9 ein höheres oder niederes
Wärmeniveau aufweist als der Kühlblock 4. Dieses von den
Sensoren 16 gemeldete Signal wird einer Steuerung 18 zugelei
tet, die ein entsprechendes Signal einem Verteilerventil 19
zuleitet im Sinne einer Regelung. Das Verteilerventil 19
wird entsprechend so verstellt, daß eine intensivere Kühlung
der längeren Werkzeughälfte erfolgt und umgekehrt. Anstelle
des Einwirkens auf ein Verteilerventil 19 ist es selbstver
ständlich auch möglich, auf je ein Drosselventil oder Ab
sperrventil in der Zuleitung zu jeder Werkzeughälfte 1, 2
einzuwirken. Auch ist es möglich, den Kühlblock 4 mit einer
konstanten Kühlwassermenge zu durchströmen und die Kühlwas
sermenge der Matrize 9 so anzupassen, daß deren Längenverän
derung der Längenveränderung des Kühlblockes 4 angepaßt
wird.
Unter bestimmten Voraussetzungen kann die Verwendung eines
Sensors 16 ausreichen, wenn von einer symmetrischen Ausdeh
nung der Werkzeugteile ausgegangen wird. Dies kann z. B.
durch eine entsprechende Befestigung von Matrize 9 und Kühl
block 4 erreicht werden.
Fig. 4 zeigt eine andere Möglichkeit der Messung der Längen
veränderung von Matrize 9 und Kühlblock 4. Auf beiden Teilen
ist je ein Meßstab 20 einseitig in einem Lager 21 gehalten.
Diese Meßstäbe 20 sind aus einem Material, das eine sehr
geringe Wärmeausdehnung aufweist. Auf dem Markt sind solche
Maßstäbe 20 z. B. unter der Bezeichnung "Vacodil 36" erhält
lich. Das freie Ende der Meßstäbe wird von je einem Sensor
21 erfaßt, der ebenfalls an der Matrize 9 bzw. am Kühlblock
4 befestigt ist. Wieder ausgehend von einem Referenzpunkt
bei Raumtemperatur melden die Sensoren eine Längenverände
rung von Matrize 9 bzw. Kühlblock 4, bei einer abweichenden
Temperatur der Werkzeughälften 1, 2, da sich zwar Kühlblock
4 und Matrize 9 in der Länge verändern, die Maßstäbe 20 aber
nur eine unbedeutende Längenveränderung erfahren. Die Meßwer
te werden wieder einer Steuerung 18 zugeführt, die bei Diffe
renzen der Längenveränderung eine Beeinflussung der Kühlwas
serzuführung in bekannter Weise im Sinne einer Regelung
herbeiführt.
Eine dritte Lösung besteht darin (Fig. 5), auf Matrize 9
und Kühlblock 4 dünne Drähte 23 aufzubringen, vergleichbar
mit dem Aufbau von Dehnmeßstreifen. Bei einer Längenverände
rung ändert sich der Querschnitt der Drähte und damit deren
Widerstand. Diese Widerstandsänderung wird von der Steuerung
18 erkannt. Bei einer Abweichung zwischen den beiden Werk
zeughälften 1, 2 erfolgt die Beeinflussung der Kühlung.
Die Meßergebnisse werden um so genauer, je größer die Meß
strecke ist. Es ist also vorteilhaft, die ganze oder annä
hernd die ganze Breite von Matrize 9 und Kühlblock 4 in die
Messung mit einzubeziehen. Prinzipiell ist es aber auch
denkbar, nur Teile der Werkzeugbreite zu messen, in dem die
Meßeinrichtungen entsprechend ausgelegt werden. Eine Verbil
ligung und auch eine Normung dieser Einrichtung ist dann
durchführbar. So könnte man die Längenveränderung von Werk
zeugen in einen Breitenbereich von 700 bis 1000 mm mit Maß
stäben 20 bzw. Drähten 23 messen, die für eine Meßlänge von
700 mm ausgelegt sind.
Das in eine Formstation einer Thermoformmaschine eingebaute
Formwerkzeug ist im Betrieb Erschütterungen ausgesetzt,
hervorgerufen durch mechanische Bewegungen und den Stanz
schlag. Diese Erschütterungen können Auswirkungen auf das
Meßergebnis der Längenveränderung haben, die sich ja im
µm-Bereich abspielt. Um diese Auswirkungen auszuschalten,
wird vorgeschlagen, die Messung in einer definierten Lage
der Werkzeughälften 1, 2 zueinander taktweise vorzunehmen,
z. B. immer dann, wenn die Formstation geöffnet oder gerade
geschlossen ist, also z. B. in einer Ruhephase der Werkzeug
bewegung. Es wird ferner vorgeschlagen, diese einzelnen
taktmäßig erhaltenen Meßwerte mit vorhergehenden Meßwerten
zu vergleichen und Ausreißer zu eliminieren. Ferner ist es
denkbar, mehrere Meßwerte zu addieren und den Mittelwert zu
bilden, wobei dann die Mittelwerte verglichen und zur Rege
lung herangezogen werden. Auf diese Weise wird verhindert,
daß Meßfehler, die bei dieser Art der Messung auftreten
können, keine negative Beeinflussung der Kühlstromregelung
zur Folge haben. Sie werden eliminiert oder vergleichmäßigt.
In der Regel wird man eine gleichmäßige Ausdehnung von Kühl
block 4 und Matrize 9 anstreben. Es ist denkbar - z. B. bei
Fertigungstoleranzen der Werkzeugstichmaße - diese dadurch
zu kompensieren, daß man eine entsprechende Kühlung an
strebt. In einem solchen Fall wird eine gewollte unterschied
liche Längenveränderung von Matrize 9 und Kühlblock 4 vorge
geben.
Claims (12)
1. Verfahren zum Regeln der Temperatur eines Werkzeuges zum
Tiefziehen und Ausstanzen von Behältern aus einer thermo
plastischer Kunststoffolie, bei dem beide Werkzeughälften
von einem Kühlmedium durchströmt werden und eine Beein
flussung der Kühlung beider Werkzeughälften in Abhängig
keit der Temperaturdifferenz der Werkzeughälften erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Längenveränderung von
Teilen der beiden Werkzeughälften gemessen und zur Beein
flussung beider Werkzeughälften herangezogen wird, um die
Längenveränderung gleich oder auf einem vorgegebenen
Unterschied zu halten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Längenveränderung der Teile beider Werkzeughälften ge
trennt erfaßt und der Steuerung zugeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur
die Differenz der Ausdehnung der Teile beider Werkzeug
hälften erfaßt und dieser Wert der Steuerung zugeleitet
wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Erfassen der Längenänderung nur zu
einem bestimmten Zeitpunkt während eines jeden Taktes
erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß Mittelwerte der Meßwerte über einen bestimm
ten Zeitraum gebildet und diese Mittelwerte zur Verarbei
tung in der Steuerung (18) herangezogen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß zu stark von zuvor gemessenen Wer
ten abweichende Meßwerte unterdrückt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Längenveränderung der gesamten
Breite der Matrize (9) bzw. des Kühlblockes (4) gemes
sen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß Teilbereiche der Breite von Matrize
(9) bzw. Kühlblock (4) zur Längenmessung herangezogen
werden.
9. Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach An
spruch 1, bestehend aus einer oberen Werkzeughälfte mit
einer Kopfplatte und einer Matrize sowie einer unteren
Werkzeughälfte mit Grundplatte, Kühlblock und eingesetz
ten Stempeln, wobei Matrize und Kühlblock von Kühlmit
tel durchströmt werden, gekennzeichnet durch Einrichtun
gen zur Erfassung der Längenveränderung der Matrize (9)
und des Kühlblockes (4).
10. Formwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Matrize (9) ein oder zwei Sensoren (16)
befestigt sind, die je eine Meßfläche (17) am Kühlblock
(4) abtasten.
11. Formwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß an Kühlblock (4) und Matrize (9) je ein Sensor (21)
angeordnet ist, der die Länge eines Meßstabes (20) aus
einem sich unter Wärme gering ausdehnenden Materials
erfaßt.
12. Formwerkzeug nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch auf
der Matrize (9) und dem Kühlblock (4) aufgebrachte
dünne Drähte (23), die mit einer Stromquelle in Verbin
dung stehen und deren Widerstand erfaßt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944430824 DE4430824C2 (de) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | Verfahren zum Regeln der Temperatur eines Werkzeuges zum Tiefziehen und Ausstanzen von Behältern aus einer thermoplastischen Kunststoffolie und Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19944430824 DE4430824C2 (de) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | Verfahren zum Regeln der Temperatur eines Werkzeuges zum Tiefziehen und Ausstanzen von Behältern aus einer thermoplastischen Kunststoffolie und Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4430824A1 true DE4430824A1 (de) | 1996-03-07 |
DE4430824C2 DE4430824C2 (de) | 1998-08-13 |
Family
ID=6526960
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944430824 Expired - Lifetime DE4430824C2 (de) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | Verfahren zum Regeln der Temperatur eines Werkzeuges zum Tiefziehen und Ausstanzen von Behältern aus einer thermoplastischen Kunststoffolie und Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4430824C2 (de) |
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- 1994-08-31 DE DE19944430824 patent/DE4430824C2/de not_active Expired - Lifetime
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