Verfahren zur Formung eines doppelwandigen Behälters mit einfachem Boden, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie Behälter, geformt nach dem Verfahren
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Formung eines doppelwandigen, mit einem einfachen Boden versehenen Behälters, vorzugsweise eines kombinierten Aussen- und Innengehäuses für einen Kühlschrank, aus einer erwärmten, ebenen Folie aus wärmehärtendem Kunststoff, in einem Stück, um eine im wesentlichen gleichmässige Materialdicke in dem Boden sowie in den Aussen- und Innenwänden des Behälters zu schaffen. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sowie auf einen Behälter, der nach dem Verfahren hergestellt ist.
Die Eigenschaften gewisser wärmehärtender Kunststoffe machen diese für die Formung von Folien mit verhältnismässig komplizierter Form dadurch geeignet, dass die erwärmte Folie einem Überdruck auf die eine Seite ausgesetzt wird oder dadurch, dass auf mechanischem Weg eine Ausdehnung zustande gebracht wird oder durch eine Kombination dieser beiden Verfahren und eine nachfolgende Abkühlung der geformten Folie, die sie zum Erstarren bringt, so dass sie die neue Form beibehält. Wenn es sich um die Herstellung von Behältern von der Form handelt, die für ein Kühlschrankgehäuse aus einem Stück erfordert wird, stösst man jedoch auf bedeutende Schwierigkeiten.
Diese sind in erster Hand dadurch bedingt, dass die gewünschte Form hier nicht mehr nur verhältnismässig kompliziert, sondern sehr kompliziert ist und eine Fläche hat, die 5- bis 6mal grösser ist als die Fläche der ebenen Folie, die das Ausgangsmaterial bildet, und dass gleichzeitig die Aussen- und Innenwände durch Ausdehnung der Folie in einander ganz entgegengesetzte Richtungen hergestellt werden sollen.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese Schwierigkeiten zu überwinden. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass durch ein kastenförmiges Werkzeug, dessen Vorderkante der auf der Frontfläche des herzustellenden Behälters gelegenen Grenzlinie zwischen den Aussenwänden und den Innenwänden des Behälters entspricht, und welche Vorderkante zum Festhalten der Folie dient, die Folie nach Erwärmung in eine Form eingeführt wird, wobei das entstehende Gebilde innerhalb der Werkzeugvorderkante die Form einer Ebene und ausserhalb die Form einer abgestumpften Pyramidenwand erhält, wonach der Druck auf beide Seiten des innerhalb der Vorderkante gelegenen Teiles der Folie so eingestellt wird, dass dieser Teil in die Form einer in den Innenraum des Werkzeuges ragenden Glocke gebracht wird,
wonach die Folie durch das Werkzeug mit Spielraum in allen Richtungen zwischen dem Werkzeug und der Form weiter in die Form eingeführt wird, bis die Vorderkante des Werkzeuges in der Nähe des der Frontfläche des Behälters entsprechenden Formteiles liegt, worauf schliesslich die Folie durch Vakuum in der Form an die Innenseite der Form bis in die Schlusslage gezogen wird.
Die Erfindung soll im folgenden näher beschrieben werden unter Hinweis auf eine als Beispiel gewählte, in der Zeichnung schematisch dargestellte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Hierbei werden auch Vorteile der Erfindung hervorgehoben.
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht schräg von der Vorderseite ein Kühlschrankgehäuse.
Fig. 2 zeigt einen horizontalen Schnitt durch dasselbe Kühlschrankgehäuse der Ebene II-II in Fig. 1 entlang.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung dieses Kühlschrankgehäuses.
Fig. 4-8 zeigen den Arbeitsverlauf mit der Vorrichtung nach Fig. 3 in verschiedenen Arbeitsstellungen, und
Fig. 9 zeigt eine Modifikation der Vorrichtung nach Fig. 3-8.
Das Perspektivbild in Fig. 1 zeigt ein Kühlschrankgehäuse aus einem Stück. Das Gehäuse besteht aus vier Aussenwänden, wovon die obere 10 und die linke 11 in Fig. 1 gesehen werden und die linke 11 und die rechte 12 in Fig. 2 geschnitten sind, während die Aussenwand 12 nur in Fig. 2 ersichtlich ist. Ferner umfasst das Gehäuse einen Vorderteil 14 mit einem im wesentlichen ebenen Rahmen 15 und einem sich nach innen erstreckenden Rahmen 16, dessen Innenkante im Abstand von der Ebene des Vorderteiles 15 liegt. Das Innere des Behälters wird von vier Innenwänden 17, 18 (Fig. 1), 19 (Fig. 2), wovon die obere in Fig. 1 und 2 nicht sichtbar ist, sowie einer Hinterwand 20 begrenzt.
Wird das Kühlschrankgehäuse als ein Behälter betrachtet, so kann dieser als mit einem Boden (der Hinterwand 20) versehen und doppelwandig auf allen vier Seiten angesehen werden.
Als Ausgangsmaterial für die Herstellung eines Behälters nach Fig. 1 und 2 wird eine ebene Folie aus wärmehärtendem Kunststoff in der Form eines Quadrats oder eines rechteckigen Vierecks, je nach der Form des Behälters, verwendet. Man rechnet dann mit einer ausdehnbaren Fläche der Folie von etwa derselben Grösse wie die Fläche, die von der hinteren Kante des Behälters begrenzt wird. Die Fläche des Behälters kann berechnet werden, und man findet dann, dass die Fläche der Folie etwa 5- bis 6mal vergrössert werden soll, um die ganze Behälterfläche zu ergeben.
Bei der Flächenvergrösserung tritt eine Verdünnung der Folie ein, und man wünscht selbstverständlich, dass diese Verdünnung überall dieselbe wäre, so dass man eine gewisse Wanddicke für den Behälter wählen und danach von einer Dicke der Folie ausgehen könnte, die so viel grösser ist als die Gesamtfläche des fertigen Produktes grösser ist als die Fläche, die von der Hinterkante begrenzt wird.
Bei Verwendung der vorliegenden Erfindung kann man diesem idealen Zustand sehr nahe kommen und jedenfalls so kleine Dickenvariationen erreichen, dass die hergestellten Behälter ganz befriedigend ausfallen.
In Fig. 3 wird ein Beispiel einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung gezeigt. Eine ebene Folie 21 von einer berechneten Dicke ist durch einen Rahmen 22 gegen den Oberrand 23 in Form 24 festgespannt, die in der Figur in einem senkrechten Schnitt gezeigt wird. Das Innere der Form 24 entspricht der Form eines fertigen Behälters bis auf die Kante 25, die abgerundet ist und von welcher die Form noch etwas aufwärts ausgedehnt und erweitert ist. In dem gewählten Beispiel wird angenommen, dass die Fläche des fertigen Ge fässes sechsmal der Fläche des Quadrates oder des rechteckigen Vierecks ist, das von der Kante 25 begrenzt wird. Die Absicht ist, dass die Folie unter der Kante 25 eine Dicke zeigen soll, die nur ein Sechstel der Dicke der ursprünglichen Folie ist.
Bei der Formung tritt eine Verdünnung bis auf diese Dicke ein, aber da eine plötzliche Verdünnung von 6 mm auf 1 mm nicht erfolgen kann, bezweckt der Abstand zwischen der Festspannungskante 23 und der Kante 25 einen allmählichen Übergang zwischen diesen beiden äussersten Werten der Foliendicke. Unter der Form 24 liegt eine Platte 27 und zwischen dieser und der Form eine abdichtende Packung 26. An der Platte 27 ist eine Rohrleitung 28 angeschlossen, die zu einem Dreiweghahn 29 führt. Der Hahn ist durch Leitungen 30, 31 und 32 an ein kleines Vakuum, Atmosphärendruck und ein kräftigeres Vakuum angeschlossen.
Die Form ist an zweckmässigen Stellen, beispielsweise rund um den Teil, wo der Vorderteil 14 der Folie und der Boden 20 liegen werden, mit einer Anzahl Löchern 33 versehen, so dass das Innere 34 der Form denselben Druck erhält wie der, zwischen dem den Bodenteil des Behälters entsprechenden Teil 35 der Form und der Platte 27 eingeschlossene Raum 36, welcher Druck somit durch den Hahn 29 geregelt werden kann.
Über der Form wird, gleichfalls im Schnitt, ein kastenförmiges, in die Form verschiebbares Werkzeug 37 gezeigt, das solche Dimensionen hat, dass es in die Form 24 durch den Rahmen 22 hindurch eingeschoben werden kann mit verhältnismässig grossem Spielraum zwischen dem Werkzeug 37 und der Form 24 auf allen Seiten, während gleichzeitig seine Kante 39 ein Quadrat oder ein rechteckiges Viereck ist, das mit dem Quadrat oder dem rechteckigen Viereck kongruent ist, das in der Hauptsache die Grenzlinie zwischen den äusseren und den inneren Teilen des fertiggeformten Behälters bildet. Das Innere 38 des Werkzeuges 37 bildet einen Raum, der nur auf der Seite offen ist, die von der Vorderkante 39 begrenzt wird, und der durch eine Rohrleitung 41 an einem Zweiweghahn 40 angeschlossen ist. Der Hahn ist durch Leitungen 44 und 45 an ein kleineres Vakuum bzw. an den Atmosphärendruck angeschlossen.
Die Erwärmung der Folie geschieht zweckmässigerweise wenn sie eingespannt ist durch eine Erwärmungseinrichtung bekannter Art, die nach dem Einspannen über die Folie geführt wird und eine zweckmässige Wärmemenge abgibt.
Würde man nach der Erwärmung der eingespannten Folie 21 das Werkzeug 37 ohne weiteres gegen die Folie und in die Form 24 hinunterführen, so würde die beispielsweise quadratische oder rechteckige Kante 39 des Werkzeuges die Folie 21 verhältnismässig nahe an der Einspannungsstelle treffen und mitführen, so dass zu wenig Folienmaterial ausserhalb der Werkzeugkante 39 zwischen dieser und der Einspannungsstelle zu liegen käme. Die Aussenwände des Behälters würden dann eine zu kleine Dicke aufweisen. Die Linie auf der ebenen Folie, die der Grenzlinie zwischen den Aussenwänden und den Innenwänden des mit im wesentlichen gleichförmiger Materialverteilung fertiggeformten Produktes entspricht, liegt innerhalb der Kante 39 des Werkzeuges 37.
Man muss es somit zustande bringen, dass die Werkzeugkante 39 die Folie längs der obenerwähnten, auf der inneren Folie festgelegten, theoretischen Teilungslinie trifft, festhält und hineinführt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass man, wie in Fig. 4 gezeigt, den Hahn 29 in die Lage stellt, in der das kleinere Vakuum durch die Leitung 30 mit dem Inneren 34 der Form 24 verbunden wird. Die erwärmte Folie 21 wird dann in die Form zu einer Schale einer solchen Grösse hineingesaugt, dass die früher erwähnte, auf der ebenen Folie festgelegte Teilungslinie nun in der Horizontalprojektion oder nahe an der Horizontalprojektion der Kante 39 des Werkzeugs 37 liegt. Wenn das Werkzeug 37 in die Form hinuntergeführt wird, werden die Ecken der Kante 39 zuerst die Folie treffen, da die Kante 39 in einer Ebene liegt.
Die Materialdicke in den Ecken, ist bedeutend grösser als die Materialdicke in der Mitte der beiden Längsseiten. Wenn die Kante 39 mit der Folie in Berührung gekommen ist, wird das Vakuum dadurch ausgeschaltet, dass man durch den Hahn 29 die Form mit der Aussenluft verbindet, wie in Fig. 5 gezeigt.
Die Schale fängt dann verhältnismässig langsam an, die ebene Form wieder anzunehmen, aber das Werkzeug 37 setzt während der ganzen Zeit seine Abwärtsbewegung fort, wobei die Kante 39 mehr und mehr mit der Teilungslinie zusammenfällt, bis sie schliesslich in Berührung mit oder beinahe in Berührung mit der Teilungslinie ist. Wenn dies geschieht, hat der Boden der Folienschale durch sein sogenanntes Rückbildungsvermögen seine ebene Form wieder angenommen, so dass die ganze Öffnung des Werkzeuges 37 von einer ebenen oder beinahe ebenen Folie nach Fig. 5 bedeckt ist.
Wenn das Werkzeug bis zur vorgesehenen Stelle eingeführt worden ist, beispielsweise wie in Fig. 5 gezeigt, wird der Hahn 40 umgestellt, so dass das Innere 38 des Werkzeuges mit dem kleineren Vakuum verbunden wird, wie in Fig. 6 gezeigt, wobei eine Glocke 43 innerhalb des Werkzeuges 37 von der Folie gebildet wird. Hierdurch wird die Folie gegen die Werkzeugkante 39 gedrückt und dort fixiert. Dies ist in solcher Weise geschehen, dass die Materialverteilung ausserhalb der Werkzeugkante der Materialmenge entspricht, die auf die Aussenwände zu verteilen ist, während die Glocke 43 im Werkzeug 37 die Materialmenge enthält, die den Innenseiten und dem Boden des fertigen Behälters entspricht. Beide Materialmengen werden gewissermassen zur Herstellung des Vorderrahmens 14 des Behälters beitragen.
Wenn die Folie an der Werkzeugkante 39 fixiert worden ist, wie in Fig. 6 gezeigt, wird das Vakuum im Werkzeug 37 durch Umstellung des Hahns 40 auf offene Lage aufgehoben, wie in Fig. 7 gezeigt, und die Bewegung des Werkzeuges in die Form etwa bis auf die in Fig. 7 gezeigte Lage fortgesetzt. Jetzt ist das Folienmaterial in der Form verteilt, dass man durch Umstellung des Hahns 29 in die in Fig. 8 gezeigte Lage, in der das Innere 34 der Form an volles Vakuum geschaltet wird, die Folie ganz nach den Innenseiten der Form 24 formen kann. Danach wird das Werkzeug 37 aus der Form zurückgeführt, und eine gewisse Abkühlung der geformten Folie erfolgt, ehe sie aus der Form genommen wird.
Es können Fälle eintreten, wo die Behältertiefe so gross ist, dass der Formteil 35 beim Einsaugen der Folie in die Form nach Fig. 4 im Wege liegt. Dies geschieht, wenn die Behältertiefe gross ist und der Boden 20 des Behälters nahe an der Ebene der Au ssenwände bei der hinteren Öffnung liegt. Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, kann man beispielsweise den Formteil 35' innerhalb der Form 24 verschiebbar machen, wie in Fig. 9 gezeigt wird. Der Formteil 35' ist wie ein Kolben mit einer Stange 46 ausgeführt und die Platte 27' mit einer entsprechenden Packung 47 versehen. Vor dem Einsaugen der Folie in dem der Fig. 4 entsprechenden Moment wird der Formteil 35' näher an die Platte 27' gezogen.
Wenn der Druck ausgeglichen oder das Werkzeug 37 an Vakuum geschaltet wird, wird der Formteil 35' in die Schlusslage geführt, wo er während der fortgesetzten Formung der Folie bleibt.
Das beschriebene Verfahren ist für die Schaffung einer solchen Materialverteilung vorgesehen, dass die Wanddicke des fertigen Behälters praktisch überall dieselbe wird.