DE3026810C2

DE3026810C2 - Vorrichtung zum Herstellen eines dünnwandigen tiefgezogenen Behälters

Info

Publication number: DE3026810C2
Application number: DE3026810A
Authority: DE
Inventors: Kyosuke Yokohama Miki; Toshio Yokohama Suzuki; Masahiro Yamato Takeuchi
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1979-07-16
Filing date: 1980-07-15
Publication date: 1985-04-18
Also published as: NL8004049A; DE3026810A1; US4404162A; GB2055324B; GB2055324A; FR2461652A1; FR2461652B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines dünnwandigen, tiefgezogenen Behälters nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Mit einer derartigen bekannten Vorrichtung zum Herstellen eines becherförmigen Behälters wird eine PoIypropylen-Fofife m festem Zustand bei einer Temperatur, die niedriger liegt als der Schmelzpunkt der Folie, mit Hilfe eines Formstempels vorgestreckt und anschließend einer Druckverformung innerhalb einer Matrize unterworfen (DE-OS 21 59 886).
Für die Herstellung eines dünnwandigen, napfförmigen Behälters mit großer Einformtiefe aus einer Kunst-

stoffolie ist seit langem das Preßformverfahren unter Verwendung eines Formstempels bekannt (vgl. JP-OS 1» 489/1972). Dabei wird eine dünne Folie aus Polyolefin auf eine den Schmelzpunkt der Folie nicht übersteigende Temperatur vorgewärmt und dann dem Formstempel-unterstützten Preßfffmen unterworfen, wobei eine Faltenbildung aufgrund eines Durchhangs der vorgewärmten Folie im Flanschteil des so geformten, dünnwandigen, napfförmigen Behälters verhindert wird.

Bei dieser Herstellung eines tiefgezogenen Behälters besteht jedoch eine deutliche Tendenz dahingehend, daß beim Verformen mit Hilfe des Fonnstempels der mit letzterem in Berührung gebrachte Mittelteil der Folie dick bleibt, während die nicht mit ihm in Berührung stehenden Randteile der Folie stark gedehnt und dadurch dünn werden. Beim -Festphasen-Preßformen von Polypropylen-Folie findet sich dieser Unterschied in den Wanddikken auch im fertigen Formteil, und durch diesen Dickenunterschied ergibt sich eine auffällige Linie bzw. Streifen

an der Grenzfläche zwischen den /erschieden dicken Wandteilen, wodurch das Aussehen des Behälters oder sogar die Steifheit seiner oberen Seitenwand beeinträchtigt wird. Diese Tendenz ist besonders bei der Formung von Behältern mit großer Einformtiefe zu beobachten. Aus diesem Grund erwies es sich bisher als schwierig, einen tiefgezogenen Behälter mit gleichmäßiger Wanddicke durch Thermo- oder Warmformen einer Folie herzustellen. Wenn zudem nach dem bisherigen Preßformen mit Formstempel ein extrem tiefgfzogener Behäl-

ter mit hohem Verhältnis von Einformtiefe zu Öffnungskaliber bzw. -durchmesser aus dicker Kunststoff-Folie hergestellt wird, wird die Wanddicke im hohlen Teil des Behälters klein, während die Dicke seines Flanschteils der ursprünglichen Foliendicke entspricht und mithin ein großer Dickenunterschied zwischen Flanschteil und Hohlteil vorhanden ist; es ist also schwierig, auf diese Weise einen dünnwandigen, tiefgezogenen Behälter mit in der Praxis zufriedenstellender Wanddickenverteilung zu formen.

Aus den US-PS 28 91 280,35 10 913 und 40 59 380 sind jeweils tiefgezogene Behälter bzw. Vorrichtungen zu deren Herstellung entnehmbar, bei denen eine vorgeheizte Folie mit einem Formstempel teilweise in den Formraum einer Matrize hineingezogen und dann mit einem zusätzlichen Druckmittel auf die endgültige Form gebracht wird. Die Folie wird dabei aber nicht unmittelbar mittels Prägemitteln am Rand der Matrizenöffnung geprägt sondern weit außerhalb des Flanschteiles, teilweise über mehrere Matrizen hinweg, gespannt. Der Rand

so des Behälters muß dann erst nach dem Tiefziehen auf das vorgesehene Maß geschnitten werden, was verhältnismäßig viel Abfall ergibt Durch dieses Festhaken der Folie weitab vom Rand der Matrize kann außerdem nicht eine gleichmäßige Verformung in den Matrizenraum hinein gewährleistet werden, da von dem Randstück über den Rand der Matrizenöffnung hinweg während des Einfahrens des Formstempels noch Materia! nachgezogen, jedoch nicht genauso gleichmäßig wie das bereits innerhalb der Matrize befindliche Material verformt wird.

Weiterhin beschreibt die FR-OS 22 36 634 die Verarbeitung eines vorgeformten Kunststoffteiles, welches auf einen Formstempel aufgesteckt, dann erwärmt und mit einem Druckmedium weiter verformt wird. Der vorgeformte Behälter besitzt dabei eine unebene Oberfläche mit Kanälen oder Vertiefungen, um eine gleichmäßige Verteilung der Druckluft zu gewährleisten. Die Verarbeitung einer flachen Folie ist nicht vorgesehen.
Schließlich ist aus der DE-OS 16 79 918 eine Vorrichtung zum Herstellen eines dünnwandigen tiefgezogenen

Behälters aus einer erwärmten Kunststoffolie, mit einer eine Formöffnung aufweisenden Matrize, deren Innenabmessungen den Außenabmessungen des Behälters entsprechen, mit einem in die Formöffnung der Matrize eintauchbar angeordneten Formstempel und mit einer Einrichtung zum Einbringen eines Druckmediums von der Seite des Formstempels her für das Fertigformen des Behälters, bekannt, wobei der Formöffnung der Matrize zwei Ringe zugeordnet sind, zwischen denen ein von der Kunststoffolie abgetrennter Folienabschnitt

zum Halten des Folienabschnittes anordenbar ist, und wobei der die Querschnittskontur des Formstempels im eingetauchten Zustand in Höhe der Formöffnung kleiner ist als die Querschnittskontur der Formöffnung. Für diese Merkmale an sich wird kein Schutz begehrt, sondern nur im Zusammenhang mit den übrigen Merkmalen fft des Patentanspruchs.

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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Herstellen eines dünnwandigen, tiefgezogenen Behälters aus einer Kunststoffolie zu schaffen, die bei möglichst geringem Abfall eine gleichmäßige WanddickenveTteUung der Behälter gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentaimpruches erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Herstellung von Behältern mit möglichst wenig Abfall bzw. Verschnitt, da der eingespannte Bereich selbst noch als Flanschteil des Behälters benutzt wird.

Bei einem mit der erfindurgsgemäßen Vorrichtung hergestellten, extrem tiefgezogenen Behälter mit einem Einformtiefen/Öffnungskaliber-Yerhältnis von 2 oder mehr erreicht das Verhältnis von Innenwandfläche des Behälters nach dem Formen zur Oberfläche der Folie vor dem Formen (im folgenden auch als »Flächendennungsverhältnis« bezeichnet) den Wert 9 oder mehr, so daß der Behälter so stark orientiert ist, daß er mit einer biaxial orientierten Folie vergleichbar ist, wobei der Behälter verbesserte Eigenschaften, wie Gasundurchlässigkeit, Steifheit, Glanz und Transparenz besitzt

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht so die Herstellung eines dünnwandigen Behälters mit gleichmäßiger Wanddickenverteilung, großer Einformtiefe, ausgezeichneter Transparenz bzw. Durchsichtigkeit usw. aus einer Folie aus kristallinem Kunststoff, wie Styrolharz, Vmylchloridharz, Polyolefinen, einschließlich Polyäthylen, Polypropylen oder dgl. und Polyesterharz, wobei die Folie auch mehrlagig sein kann.

Der Beiiälter selbst weist an seinem oberen bzw. Öffnungsende einen ringförmigen Flanschteil auf und hat ein ; Behälter- bzw. Einformtiefen/Kaliber-Verhältnis von 2,0 oder mehr, eine mittlere Dicke von 0,1— 0,6 mm an |i Seitenwand und Boden und eine Flanschdicke von 0,6—1,4 mm.

K Zum Herstellen des Behälters wird eine thermoplastische Kunstharzfolie mit einer Dicke voü 1.2 mm oder

is mehr auf eine Temperatur erwärmt, bei der sie formbar ist Von oben und unten wird dann mktels eines f \ Formringes und eines Prägeringes, deren Innenform und -größe der Gestalt und Größe des Öffnungsendes eines Formraums einer Matrize entsprechen, ein Gesamtdruck von 10 N/cm² an der Prägefläche auf die vorgewärmte Folie ausgeübt wobei der Umfangsteil der Folie zu einem ringförmigen Flanschteil gepreßt bzw. geprägt und [| abgekühlt wird. Die Folie wird, während der Flanschteil mittels des Äingpaars fest verspannt ist mit Hilfe eines Metall-Formstempels, der auf einer Temperatur von (T_s + 10)°C bis (T₅ — 40)°C (mit T_s = Temperatur der vorgewärmten Folie) gehalten wird, bis zu einer Tiefe von 80% oder mehr, bezogen auf die Tiefe des Matrizen-Formraums, in den Formraum der Matrize hinein gestreckt um den innerhalb des Flanschteils gelegenen Teil der ursprünglichen Folie vorzurecken, und sodann wird die Folie von der Seite des Formstempels her mit einem Druckmittel beaufschlagt wobei der innerhalb des Flanschteils gelegene Folienteil durch den Druckunterschied gereckt bzw. gedehnt und dabei die Folie an die Oberfläche des Matrizen-Formraums angeformt wird.

Der benutzte Ausdruck »Einformtiefe« bezieht sich auf die Länge vom offenen Ende bis zum Boden des Behälters, während sich der Ausdruck »Kaliber« auf den größten Innendurchmesser der Behälteröffnung bezieht Im Fall eines zylindrischen Behälters entspricht das Kaliber dem Öffnungsdurchmesser, während es im Fall eines Behälters mit einer elliptischen Öffnung der längeren Achse der Ellipse entspricht; bei einem rechtekkigen Behälter entspricht das Kaliber der Diagonallänge an der öffnung.

Die Vorrichtung eignet sich besonders vorteilhaft für die Herstellung eines dünnwandigen Behälters mit einem Einformtiefen/Öffnungskaliber-Verhältnis von 2,0 oder mehr, einer Flanschdicke von 1,4 mm oder weniger und eine» Seitenwanddicke von 0,10—0,60 mm aus einer dicken Kunststoffolie mit einer Dicke von 2 mm oder mehr.

Der für die Folie verwendete thermoplastische Kunststoff ist ein üblicherweise für thermisch verformbare Folien verwendeter Kunststoff, wie ein Polyolefin (ζ. B. Polyäthylen oder Polypropylen), ein Polyester, ein Polyamid, Polystyrol oder ein Vinylchloridharz, vorzugsweise ein kristalliner Kunststoff. Es wird eine eintägige oder eine mehrlagige, im wesentlichen aus den genannten Kunststoffen bestehende Folie verwendet

Die dicke Folie aus thermoplastischem Kunststoff kann durch Strangpressen, Spritzgießen u. dgl. hergestellt werden; das betreffende Herstellungsverfahren unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, obgleich ein T-Spritzkopf-Schmelzstrar.gpreßverfahren mittels eines Extruders bevorzugt wird.

Für die Herstellung eines extrem tiefgezogenen, dünnwandigen Polypropylen-Behälters mit großer Steifheit und insgesamt ausgezeichneten Eigenschaften bezüglich Transparenz, Glanz und Wanddickenverteilung wird so die Folie nach dem folgenden Verfahren hergestellt:

Beispielsweise kann ein kristallines Polypropylen mittels eines T-Spritzkopfes nach einem Schmelzstrangpreßverfahren in Folienform extrudiert werden. Sodann wird die unmittelbar nach dem Austritt aus dem Spritzkopf eine Temperatur von 210—270° C besitzende Folie durch eine Kühleinrichtung geleitet in welcher sie langsam mit einer Kühlgeschwindigkeit von 10°C/Sekunde oder weniger ?uf eine Temperatur von etwa 140— 180° C abgekühlt wird. Hierauf wird die Folie mit einer oder mehreren Kühlwalzen in Berührung gebracht und dadurch schnell mit einer Kühlgeschwindigkeit von 30°C/Sekunde oder mehr unter Erstarrung auf eine Folientemperatur von 40—100°C abgekühlt. Auf diese Weise wird eine Folie bzw. ein Folienabschnitt hergestellt. Wenn eine breite, ununterbrochene Folie zu der Formvorrichtung transportiert vorgewärmt und geformt wird, ergeben sich zeitweilig Schwierigkeiten, wie Welligkeit der Folie im Vorwärmvorgang aufgrund von Aufspulkräuselung oder Ungleichmäßigkeit beim Vorwärmen. Wenn mehrere Formvorrichtungen in einer Formmaschine angeordnet sind und zahlreiche Behälter gleichzeitig aus einer solchen breiten Fr;!ienbahn hergestellt werden sollen, bildet der außerhalb des zum Behälter zu verformenden Teils befindliche Folienteil ein Abfallstück, wobei die Abfallmenge häufig 40—70% der gesamten Ausgangsfolie beträgt

Wenn der Behälter aus einer dicken Folie hergestellt werden soll, empfiehlt es iich daher, die Folie im voraus zu Stücken mit einer Fläche, welche der Öffnungsfläche des Behälters, einschließlich des Flanschteils, entspricht oder etwas größer ist als-rftese Fläche, zu schneiden, das zurech tgeschnittene Folienstück vorzuwärmen und zur Formvorrichtung zu überführen. Eine breite Folie kann entsprechend der Form und Größe der Formvorrich-

tung zu runden oder rechteckigen Stücken gestanzt werden. Vorzugsweise wird jedoch die extrudierte Folie während des Abkühlens oder anschließend zu rechteckigen Stücken geschlitzt bzw. geschnitten, die dann zur Vorwärmeinrichtung der Formvorrichtung gefördert werden.

Rechteckige Folienstücke lassen sich ebenfalls einfach handhaben, solange sie eine Dicke von 2 mm oder mehr besitzen. Ebenso ist es möglich, vorgewärmte Folienstücke zur Formvorrichtung zu überführen.

Wenn der Behälter aus einem Folienstück hergestellt werden soll, dessen Größe der Öffnungsfläche des Behälters mit seinem Flanschteil entspricht, kann die Abfallmenge im Fall eines einen rechteckigen Querschnitt besitzenden Behälters auf 10% oder weniger und im Fall eines Behälters mit rundem Querschnitt auf 25% oder weniger verringert werden. Bei der Herstellung eines extrem tiefgezcgenen Behälters aus einem dicken Folien-

ίο stück ergibt sich also der wichtige Vorteil, daß der entstehende Abfallanteil im Vergleich zur üblichen Thermoformung beträchtlich verringert werden kann.

Obgleich die Vorwärmeinrichtungen für die Folienstücke keinen besonderen Einschränkungen unterworfen sind, werden ein Heizstrahler, eine Kontakt-Heizplatte, ein Heißluftumwälzofen o. dgl. bevorzugt. Für die kontinuierliche Erwärmung dicker Folienstücke bei ihrer Förderung zu einer Formvorrichtung wird eine in einem Förderband angeordnete Kontakt-Heizplatte bevorzugt In diesem Fall können die Folienstücke gleichmäßig erwärmt werden, indem sie zwischen zwei Förderbänder eingeführt und zwischen einem Heizplattenpaar hindurchgefördert werden, während sie dabei in leichter Andruckberührung mit den Heizplatten stehen.

Bei der Erwärmung einer Folie aus kristallinem Kunststoff, wie Polypropylen, Polyäthylen oder Polyester, auf eine den Schmelzpunkt des Kunststoffes nicht übersteigende Temperatur ist insbesondere eine gleichmäßige Erwärmung der Folie von Bedeutung, weil ein Behälter mit großer Einformtiefe aus einem plattenförmigen Folienstück nur dann geformt werden kann, wenn das Folienstück gleichmäßig erwärmt worden ist

Die Folienstücke werden zwischen oberer und unterer Heiß-Preßplatte mit einem solchen Druck verpreßt, daß etwaige Kräuselung bzw. Wölbung der Folie beseitigt wird und die gesamte Ober- und Unterseite jedes Folienstücks entweder unmittelbar oder mittelbar mit der Oberfläche der betreffenden Preßplatte in Berührung gebracht wird

Beim Formvorgang wird zunächst der Flanschteil des Behälters durch die oberen und unteren Prägeteile geformt Der auf die Prägefläche ausgeübte Druck sollte bei lOOü N/mm² oder mehr liegen. Bei einem Druck von weniger als 1000 N/mm² wird der Flanschteil nicht einwand'iei geformt Für die Ausbildung eines vergleichsweise dünnen, sorgfältig auf die Wanddicke des Aufnahmeteils des Behälters abgestimmten Flanschteils

erfolgt das Prägen (Verpressen) im Fall von Polypropylenfolie unter einem Druck von etwa 1500—3000 N/mm². In einem solchen Prägevorgang kann die Dicke des Flanschteils um etwa 70—20% der ursprünglichen Foliendikke reduziert werden.

Der im Prägevorgang dünner ausgebildete Flanschteil erfordert einen hohen Grad an Kristallorientierung, damit ein transparenter bzw. durchsichtiger Flanschtcil auch aus einer undurchsichtigen, dicken Folie aus Polypropylen oder Polyäthylen geformt werden kann. Nach dem Prägevorgang besitzt der Flanschteil vorteilhaft eine Dicke von 70—30% der ursprünglichen Foliendicke. Wenn beispielsweise ein runder Behälter mit einem Tiefen/Kaliber-Verhältnis von 2,0 (Kaliber bzw. Durchmesser 60 mm. Tiefe 120 mm) aus einer Polypropylenfolie mit einer Dicke von 2 mm hergestellt wird, verringert sich die mittlere Wanddicke des hohlen bzw. Aufnahmeteils auf etwa 0,22 mm. Ein am offenen Ende des hohlen Teils angeformter, ringförmiger Flansch mit einer Breite von etwa 3 mm besitzt dagegen vorteilhaft eine Dicke von 1,4—0,6 mm. Wenn die Dicke des Flanschteils zu groß ist verliert der Behälter seine konstruktive Ausgewogenheit Im Fall eines zu dünnen Flanschteils ist der Öffnungsteil nicht steif genug.

Die Querschnittsform des Flanschteils kann durch Änderung der Form der Prägemittel in weiten Grenzen variiert werden. Wenn der Flanschteil durch Prägen oder Verpressen eines vorgewärmten Folienstücks geformt

wird, können die Prägemittel gewünschtenfalls im voraus erwärmt werden, um die Querschnittsform des Flanschteils zu verändern. In diesem Fall empfiehlt es sich im Hinblick auf die Abkühlung des hohlen Teils der Matrize, letztere in eine Hohlform und eine Prägeform zu unterteilen.

Beim Prägen eines Flanschteils ist es vorteilhaft, die Matrize sicher festzulegen, die Hilfsform schnell gegen die Matrize vorzuschieben und den Flanschteil augenblicklich unter der Wirkung von Schlagkräften zu prägen. In

so diesem FaI! müssen die Hilfsform und die Matrize eine ausreichende Festigkeit besitzen, um die für das Prägen des Flanschteils ues Behälters erforderliche Kraft aushalten zu können.

Der Formstempel besteht vorzugsweise aus Metall, und er weist in seinem Inneren ein Heizelement auf. Vorzugsweise ist die Oberfläche des Formstempels durch Verchromung spiegelglatt ausgebildet oder mit einem Fluorkohlenstoff harz beschichtet

Entsprechend der Form des herzustellenden Behälters besitzt die Matrize eine runde, rechteckige oder ähnliche Querschnittsform. Form und Abmessungen der Matrize müssen der Konfiguration und den Abmessungen des Formstempels angepaßt sein. Obwohl die Wahl des Werkstoffs für die Matrize nicht besonders kritisch ist besteht die Matrize vorzugsweise aus einem Metall, wie Eisen, mit inneren Kühlwasserkanälen. Erforderlichenfalls wird die Matrize in eine Prägeform und in einen Formraum unterteilt die unabhängig voneinander betätigt werden und von denen nur die Prägeform erwärmt wird.

Die Hilfsform wird bevorzugt aus Eisen hergestellt Obgleich die Druckluft-Zufuhrleitung an der Oberseite der Hilfsform vorgesehen ist kann Druckluft aus dem Inneren des Fonnstempels über kleine Bohrungen in seiner Vorder- oder Rückseite unmittelbar auf die Oberfläche des Folienstücks aufgeblasen werden. Obgleich der Außenumfang des Flanschteils entweder gleichzeitig mit dem Formvorgang oder vor diesem zurechtgcstanzt werden kann, wird der Flanschte?! vorzugsweise zunächst durch den Prägevorgang dünner gestaltet und anschließend gestanzt, wenn das Folienstück so dick ist daß sich das Stanzen als schwierig erweist Auf diese Weise wird der Stanzvorgang vereinfacht weil nur noch eine Folie mit einer Dicke entsprechend 70—20% der ursprünglichen Foliendicke gestanzt zu werden braucht

Nach dem Prägen des Flanschteils wird der Formstempel, während der Flanschteil zwischen oberen und unteren Prägemitteln festgehalten wird, von der Oberseite der Folie in den Formraum der Matrize bis zu einer Tiefe von 80% oder mehr des Formraums eingeführt, wobei der innerhalb des Flanschteils liegende Abschnitt der ursprünglichen Folie bis zu einem Flächen-Dehnungsverhältnis von 5 oder mehr vorgereckt wird. Vorzugsweise erfolgt das Ziehen der Folie in den Formraum der Matrize durch den Formstempel innerhalb von 2 Sekunden nach dem Prägen des Folienumfangs mittels der beiden Prägeformen. Wenn diese Zeitspanne mehr als 2 Sekunden beträgt, kann die Wand des hergestellten Behälters am Übergang zwischen dem Flanschteil und dem /-jrmraum dicker werden als in den anderen Bereichen, worunter das Aussehen dieses Übergangsteils leidet, in diesem Fall kann außerdem die Seitenwand des resultierenden Behälters zu dünn und von ungenügender Steifheit werden. Nach dem Prägen und Kühlen des Flanschteils des Behälters kühlt der restliche Abschnitt to der Folie allmählich ab, wenn die Folie in u'em Zustand verbleibt, in welchem der Flanschteil verspannt ist Aus diesem Grund erfolgt das Herabfahren des Formstempels vorzugsweise möglichst bald, bevor der Innenteil des FolienstUcks abgekühlt ist. Da der Behälterflanschteil im voraus geformt und anschließend das Folienstück, während der Flanschteil durch die Prägeformen sicher verspannt ist, durch den herabfahrenden Formstempel vorgereckt wird, besteht keine Gefahr dafür, daß der den Flanschteil bildende Abschnitt des Folienstücks beim is Niederfahren des Formstempels in den Formraum hineingezogen wird. Die Grenzlinie zwischen dem Flanschteil und dem hohlen Teil des Behälters ist somit eindeutig definiert, und der hohle Behälterteil besitzt eine gleichmäßige Wanddicke auch in der Nähe des offenen Endes und am Boden. Da weiterhin der Formstempel bis zu einer -τ-ί-Γ- ..„- όλο/. „J»- ~.k_ Α— t?_n-_.-....~... ;·. ^ι:»._η ~i~~~tnu-t .·;.-λ ...ku.—j λ— η.>»ι.ι»ι —:♦ ~.~n— ι/·--γ· fl 1^^ t ^* W ^ Pf t ^^^^ fV ^^^^^^ t t ti^&t tt ^rf^rf^ Λ *ι ^J f t ttt %t fcffC 11^9 ttt V1t^rf J\xt i ^&ti tfL·^wt ^ΛΛ tt I H iX ^^t W C&fl IC ^* 11^J ^Λ^rf 1 Λ t%t t iiT^^11 l^rff M HHl flL·% ^Jt&^&t t^L Λ CH I

verspannt ist, und der innerhalb des Flanschteils liegende Folienabschnitt bis zu einem Flächen-Dehnungsverhältnis von 5 oder mehr vorgereckt wird, wird der innerhalb des Flanschteils befindliche Folienabschnitt, mit Ausnahme des das Vorderende des Formstempels berührenden Teils, ausreichend gleichmäßig gestreckt bzw. gereckt. Bei der anschließenden Drucklufteinführung wird hauptsächlich der an der Spitze des Formstempels anliegende Teil des Folienstücks stark gedehnt.

Wenn die Formtemperatur der Folie mit T_s bezeichnet wird, wird die Temperatur des Formstempels Vorzugsweise im Bereich von (T₅ + 10)° C bis (T₃ — 40)" C gehalten. Wenn bei der Verformung einer kristallinen Polypropylenfolie deren Kristallschmelzpunkt mit T_n, bezeichnet wird, wird die Folie vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von T_n, bis (T_n, — 50)" C vorgewärmt, und der Flanschteil wird bei dieser Temperatur geprägt bzw. verpreßt, worauf ein auf eine Temperatur im Bereich von (T_n, — 5)^eC bis (T_n, — 50)° C vorgewärmter Metall-Formstempel von der Oberseite des Folienstücks her in die Matrize eingeführt wird, um das Folien- stück innerhalb der Matrize vorzurecken.

Die Preß- oder Prägeeinheit besteht aus einem an der Seite der Innenform bzw. Matrize vorgesehenen Formring, der am öffnungsende des Hohlraums der Matrize angeordnet ist, wobei Innenform und -größe dieses Formringes der Form und Größe des Matrizen-Formraums entsprechen, sowie aus einem Prägering, welcher dem matrizenseitigen Formring zugeordnet und gegen dessen Fläche vorschiebbar ist

Der Formstempel genügt vorzugsweise folgenden Bedingungen: (a) Er besteht aus einem vorderen und einem hinteren TeiL von denen ersterer einen Abschnitt mit gekrümmter Kontur in allen Formstempelquerschnitten besitzt, welche die Mittelachse längs der Bewegungsrichtung des Formstempels und parallel zu dieser Mittelachse einschließen, wobei die Konturlinie des Vorderteils gleichmäßig bzw. stufenlos in die Konturlinie des hinteren Teils übergeht und letzterer aus einem im wesentlichen linearen, vorzugsweise z. B. leicht nach außen gekrümm- 4C ten konturierten Teil besteht, der zum hinteren Endabschnitt des Formstempels gerichtet ist (b) Die Kontur eines senkrecht zur Mittelachse des Formstempels geführten Querschnitts ist dieselbe wie die Kontur des Öffnungsendes der Matrize auf derselben' Höbe-wie dieses öffnungsende, während die Größe dieser Kontur gegenüber der Kontur des Öffnungsendes der Matrize über den gesamten Umfang hinweg um einen praktisch der Dicke der Folie entsprechenden Betrag kleiner ist, so daß die vorgewärmte, in den Hohl- oder Formraum der Matrize hinein verzogene Folie sich mit ihrer gesamten, dem Formstempel zugewandten Seite in der Endstellung des in die Matrize eingeführten Formstempels an letzteren anlegen kann, (c) Der Durchmesser des Formstempels verringert sich fortschreitend vom hinteren zum vorderen Ende.

Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigen:

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung,

F i g. 2a bis 2d eine Teilansicht der Vorrichtung nach F i g. 1 in größerer Darstellung in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten,

F i g. 3 die Teilansicht der Vorrichtung nach F i g. 2b in größerer Darstellung und

F i g. 4 die Lage der Wanddicken-Meßpunkte an einem mit der Vorrichtung nach F i g. 1 hergestellten Behälter sowie eine Aufsicht und eine Seitenansicht des bei der Formung anfallenden Abfallstücks in größerer Darstellung.

Die Vorrichtung umfaßt eine Zufuhreinrichtung 1 für Folienabschnitte 2, ein oberes und ein unteres Förderband 3 bzw. 4, eine obere und eine untere Heiß-Preßplatte 5 bzw. 6, eine Überfuhrungseinrichtung 7 für vorgewärmte Folienabschnitte 2, einen Druckluftzylinder 8 zur Förderung der Folienabschnitte 2, eine Hilfsform 9, einen Druckluftzylinder 10 zum Vorschieben der Hilfsfonn 9, einen Formstempel 11, einen Druckluftzylinder 12 zum Vorschieben des Formstempels 11, eine Matrize 13 und einen Druckluftzylinder 14 zum Ausstoßen eines hergestellten Behälters 16 aus der Matrize 13.

In F i g. 4 ist ein Abfallstück 39 dargestellt, während mit A bis / die Punkte bezeichnet sind, an denen die Wanddicke gemessen wird.

Die durch die Zufuhreinrichtung 1 geförderten Folienabschnitte 2 werden auf das Förderband 4 aufgelegt Zwischen oberem und unterem Förderband 3 bzw. 4 durchlaufen die Folienabschnitte 2 den Zwischenraum zwischen der oberen und der unteren Heiß-Preßplatte 5 bzw. 6, die jeweils mit inneren Heizelementen ausge-

stattet sind. Unter Kontaktierung mit den Heiß-Preßplatten 5 und 6 werden die Folienabschnitte 2 zum Auslaßende der Folien-Vorwärmeinrichtung gefördert

Die Förderbänder 3 und 4 bestehen aus mit einem Fluorkohlenstoffharz imprägniertem Glasfasertuch. Die auf Formtemperatur erwärmten Folienabschnitte 2 werden hierauf in die Überführungseinrichtung 7 ausgetragen.

Nach dem Austritt aus der Überführungseinrichtung 7 wird jeder Folienabschnitt 2 durch den Druckluftzylinder 8 zur Matrize 13' gefördert.

Die Hilfsform 9 wird dann herabgefahren, wobei die Folie 2 geprägt und gleichzeitig zwischen dem einen Prägering 34 und einem Formring 35 von Hilfsform 9 und Matrize 13 unter Formung eines Flanschteils 36 des Behälters 16 abgekühlt wird. Hierauf wird (F i g. 2b) der Formstempel 11 aus einer Position über dem Folienab schnitt 2 in den Formraum der Matrize 13 vorgeschoben, um den Folienabschnitt 2 vorzurecken, worauf Druckluft über eine Zufuhrleitung 37 in der Hilfsform eingeleitet wird, um den Folienabschnitt 2 mittels des Druckunterschieds sich zur endgültigen Formung an die Fläche des Matrizen-Formraums anlegen zu lassen (F i g. 2c). Hierauf werden gemäß Fi g. 2d die Hilfsform 9 und der Formstempel 11 hochgefahren, worauf der gebildete Behälter 16 mittels des Druckluftzylinders 14 aus der Matrize 13 ausgeworfen und seitlich abgeführt

Das Ausstanzen des Abfallstückes 39 vom Umfang des Flanschteiles 36 kann gleichzeitig mit dem Prägen oder nach dem Formvorgang erfolgen.

In allen Querschnitten des Formstempels 11, welche die Mittelachse 42 in Bewegungsrichtung des Formstempels 11 schneiden und welche parallel zur Mittelachse 42 liegen, ist der Vorderteil 41 des Formstempels 11 im

wesentlichen halbelliptisch, wobei die Mittelachse 42 auf der kurzen bzw. Nebenachse der KÜipse liegt und die Grenzlinie 43 zwischen Vorderteil 41 und hinterem Teil 40 nahezu der langen bzw. Hauptachse der Ellipse entspricht; wenn die Länge der Hauptachse mit a und die Länge der Nebenachse mit b bezeichnet werden, liegt die Form der Konturlinie 44 des Vorderteils 41 im Bereich von 5 > a/b £ 1. Bevorzugt gehen die Konturlinie 44 des Vorderteils 41 und die Konturlinie 45 des hinteren Teils 40 des Formstempels 11 stufenlos ineinander über, wobei die Konturlinie 45 von der Grenzlinie 43 zwischen vorderem und hinterem Teil des Formstempels 11 ausgeht und sich praktisch linear zum hinteren Ende des Formstempels 11 erstreckt. Das Verhältnis zwischen der Länge von der Ebene des Öffnungsendes der Matrize 13 bis zum Vorderende bzw. zur Spitze des Formstempels U auf der Mittelachse 42 und der Tiefe vom öffnungsende der Matrize 13 bis zu ihrem Boden liegt in der endgültigen Formstempel-Einführstellung in der Matrize 13 im Bereich von 0,85—0,98. Das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Fonnstempels U und dem Innendurchmesser der Matrize 13 in Höhe der Grenzlinie 43 zwischen vorderem und hinterem Teil des Formstempels 11 liegt im Bereich von 0,7—0,95.

In der Höhe (Linie 47) des Öffnungsendes 46 der Matrize 13 fällt die Form oder Lage der Konturlinie des senkrecht zur Mittelachse 42 des Formstempels 11 liegenden Querschnitts mit dem öffnungsende 46 zusammen, wobei die Größe dieses Querschnitts um den gesamten Umfang herum um einen der Dicke des Folienabschnit-

tes 2 entsprechenden Betrag kleiner ist als die Abmessung dieses Öffnungsendes 46. Der Formstempel 11 verjüngt sich fortlaufend vom hinteren Ende 49 in Richtung auf den Vorderteil 41, so daß die in den Matrizen-Formraum verzogene, vorgewärmte Folie sich in der endgültigen Einführstellung des Formstempels 11 in der Matrize i3 gemäß F i g. 3 an die gesamte Außenfläche des Formstempeis i i anlegen kann. Im folgenden ist ein hergestellter Behälter 16 in Beispielen erläutert

Beispiel 1

Ein tiefgezogener Behälter 16 mit rundem Querschnitt wurde mittels der Vorrichtung aus einer Polypropylenfolie hergestellt

Die hierfür verwendete Folie wurde durch Schmelzextrudieren eines kristallinen Polypropylens mit einem Schmelzpunkt von 165° C und einem Schmelzindex von 1,0 durch einen T-Spritzkopf hergestellt. Die unmittelbar nach dem Austritt aus dem Spritzkopf eine Kunstharz-Temperatur von 230⁰C besitzende Folie wurde mittels Kühltrommeln allmählich auf 169° C abgekühlt und dann durch drei gekühlte Walzen geleitet und schnell auf 65°C gekühlt, wobei eine Ausgangs-Folie mit einer Dicke von 2,0—23 mm, einer Breite von 600 mm und einer Länge von 600 mm erhalten wurde. Die Folie wurde zu quadratischen Stücken mit einer Seitenlänge von 74 m geschnitten, und die Folienstücke wurden in eine Vorwärmeinrichtung eingebracht Anschließend wurden die Folienstücke mittels oberseitiger und unterseitiger Förderbänder zwischen Heiß-Preßplatten hindurchgeleitet und dabei über ihre Gesamtoberfläche hinweg auf etwa 155°C erwärmt und ein Behälter 16 geformt Aus einem Ausgangs-Folienstück mit einer Dicke von 2,0 mm wurde ein tiefgezogener Behälter 16 mit der

Form gemäß Fig.4 hergestellt, der einen größten Durchmesser von 60 mm, eine Tiefe von 120 mm und ein Tiefen/-Kaliber-Verhältnis von 2,0 besaß. Der Anteil des Abfallstückf. 39 an dem Folienabschnitt 2 war etwas kleiner als 30%. Die Wanddicke des Behälters 16 wurde an den Punkten A—/gemäß Fi g.4 gemessen. In den betreffenden, mit den Buchstaben A-J bezeichneten Ebenen wurde die Dicke jeweils an vier Stellen in Abständen von 90% um den Umfang herum gemessen, und aus diesen Daten wurde die mittlere Dicke an den

Punkten A —/bestimmt

Aus einem Ausgang-Folienstück mit einer Dicke von 2$ mm wurde ein tiefgezogener Behälter 16 mit der Form gemäß Fig.4 hergestellt der ein Kaliber bzw. einen größten Durchmesser von 60mm, eine Tiefe von 180 mm und ein Tiefen/Kaliber-Verhältnis von 3,0 besaß. Die Wanddicke des Behälters 16 wurde wiederum an den Punkten A —/gemessen.

In der folgenden Tabelle 1 sind die mittleren Wanddickcn an den Punkten A —/ für die beiden oben erwähnten Behälter 16 aufgeführt Jeder dieser Behälter 16 zeigte eine gute Wanddickenverteilung bei ausgezeichneter Transparenz und Zähigkeit bzw. Festigkeit

1.1	1,4
0.32	0,28
0.23	03
0,22	0,23
0,20	0,19
0,20	0,18
0,21	0,17
0,26	0,13
034	0,26
0,40	030
	Beispiel 2

ου ΖΌ οιυ

TabeiiC- 1

Tiefen/Kaliber-Verhältnis 2,0 3,0 Dicke der Ausgangsfolie (mm) 2,0 2,5

Behälter-Wanddicke (mm) A B

C 0,23 03

D E F G

H 0,26 0,13

/ J

Ein tiefgezogener Behälter 16 mit rundem Querschnitt sowie mit einem Öffnungskaliber von 60 mm und einer Einformtiefe von 120 mm wurde mittels der Vorrichtung gemäß F i g. 1 hergestellt.

Für die Herstellung des Behälters 16 wurden Kunststoff-Folien aus Polypropylen, Polyäthylen und mehrlagiger Folie des Polypropylen-Typs verwendet.

Die Herstellung der Polypropylen-Folie erfolgte durch Schmelzextrudieren (T-Spritzkopf) eines kristallinen Polypropylens (Schmelzpunkt 160⁰C), das durch Zugabe von 25 Gewichtsteilen eines beliebigen Propylen-Mischpolymeren (MI = 7,0) zu 100 Gewichtsteilen eines Propylen-Homopolymeren (MY-1,0) erhalten wurde. Die Folie wurde unmittelbar nach ihrem Austritt aus dem T-Spritzkopf mit einer Kunstharz-Temperatur von 240° C durch Förderung durch eine Folien-Kühleinrichtung langsam auf 170°C abgekühlt und anschließend durch den Spalt zwischen zwei Kühlwalzen hindurchgeleltet und dabei schnell auf eine Temperatur von 60^s C gekühlt, wobei eine Folie mit einer Dicke von 2,2 mm und einer Breite von 160 mm erhalten wurde. Aus dieser Folie wurde ein quadratisches Folienstück von 75 mm Seitenlänge ausgeschnitten und für die Formung benutzt

Die Polyäthylenfolie wurde durch Schmelzextrudieren hergestellt, indem ein hochdichtes Polyäthylen (Schmelzpunkt 128° C) mit einer Dicke von 0,96 g/cm³ durch einen T-Spritzkopf extrudiert wurde. Die erhaltene Folie besaß eine Dicke von 2,5 mm und eine: Breite von 160 mm. Auf ähnliche Weise, wie vorher beschrieben, wurde ein für die Behälterformung zu benutzendes, quadratisches Stück von 75 mm Seitenlänge ausgeschnitten.

Die mehrlagige Polypropylenfoiie bestand aus einer fünftägigen Folie (Polypropylen oben beschriebener Art/Polypropylen als Klebmittel/verseiftes Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerharz/Polypropylen als Klebmittel/Polypropylen oben beschriebener Art) mit einer Dicke von 23 mm und einer Breite von 160 mm; diese Folie wurde durch gemeinsames Extrudieren bzw. Strangpressen unter, denselben Zieh- und Kühlbedingungen hergestellt, wie sie oben für die Polypropylenfolie angegeben sind.-Aus dieser mehrlagigen Folie wurde wiederum ein quadratisches Stück von 75 mm Kantenlänge ausgeschnitten und für die Behälterformung benutzt

Die Wanddicke jedes Behälters<16 wurde an den Punkten A -r/gemäß F i g. 4 gemessen. In den jeweiliger, mit A —J bezeichneten Ebenen wurde die Wanddicke an vier um 90° umfangsmäßig versetzten Stellen gemessen, und anhand dieser Meßdaten wurde die mittlere Dicke an den Punkten A —/bestimmt

In der folgenden Tabelle sind die mittleren Wanddicken an den Punkten A —J, das Vorhandensein oder Fehlen von Linien bzw. Streifen in der Seitenwand'sowie die Auswertungsergebnisse bezüglich der Steifheit der mittels des Formstempels 11 bzw. mittels eines nach dem Stand der Technik bekannten Formstempels hergestellten tiefgezogenen Behälter aufgeführt Das Vorhandensein oder Fehlen von Linien oder Streifen in der Seitenwand wurde mit dem unbewaffneten Auge festgestellt« während der Steifheitsgrad durch Griffprüfung festgestellt wurde.

	TsbeHe2-	FoBe	Formstempel	Poryäthylen	Formstempel	Mehrlagige Folie des	Formstempel
	Prüfpunkt	Polypropylen	gem. SLd. T.	Form	gem. SLd. T	Polypropylen-Typs	gem. SLd. T.
		Form		stempel 11		Form
		stempel 11				stempel 11
5			034		038		030
	Behälter-		032	035	034		037
	Wanddicke (mm)	032	022	029	024	0,92	023
	A	028	0,19	025	0,18	027	020
10	B	023	0,17	024	0,19	024	0,18
	C	022	0,17	024	0,17	024	0.18
	D	023	0,45	023	0.48	023	0,44
	E	021	030	022	032	022	029
	F	022	028	026	030	023	028
15	G	024	032	027	033	025	030
	H	025	C	032	C	026	C
	I	031		B		029
	J	A	C		C	A	C
20	Aussehen der			A
	*Seitenwand )**	B				B
	*Steifheit ')**
25	Anmerkung:
	*) 4-Punktprüfung

30 35 40

A: Keine Streifenbildung bei der Formung des Behälters. B: Praktisch keine Streifenbildung bei der Formung des Behälters. C: Einige Streifen im Behälter zu beobachten. D: Zahlreiche Streifen im Behälter zu beobachten.

**) 4-Punktprüfung

A: groß.

B: ziemlich groß. C: ziemlich gering.

D: gering.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

45

50

55

60

65

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Herstellen eines dünnwandigen tiefgezogenen Behälters aus einer erwärmten Folie aus kristallinem Kunststoff, mit einer eine Fonnöffnung aufweisenden Matrize, deren Innenabmessungen den

Außenabmessungen des Behälters entsprechen, mit einem in die Formöffnung der Matrize eintauchbar angeordneten konischen Formstempel, dessen der Folie zugewandter Stirnabschnitt konvex mit abgerundetem Obergangsabschnitt ausgebildet ist, und mit einer Einrichtung zum Einbringen eines Druckmediums von der Sehe des Fonnstempels her für das Fertigformen des Behälter?;, dadurch gekennzeichnet, daß der Formöffnung der Matrize (13) ein Formring (35) und ein Prägering (34) zugeordnet sind, deren Inneniorm

to und -große der Formöffnung entsprechen und zwischen denen ein von der Folie abgetrennter Folienabschnitt (2) gehalten und zum Formpressen des Behälterrandes anordenbar ist, und daß die Querschnittskontur des Formstempels (11) im eingetauchten Zustand in Höhe der Formöffnung um die umlaufende Wanddikke des Behälters (16) in der gleichen Höhe kleiner ist als die Querschnittskontur der Formöffnung.