DE1192812B

DE1192812B - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkoerpern mit abwechselnd aufeinander-folgenden Wandabschnitten unterschiedlicher Staerke

Info

Publication number: DE1192812B
Application number: DEH36060A
Authority: DE
Inventors: Thomas Williamson Winstead
Original assignee: Hedwin Corp
Current assignee: Hedwin Corp
Priority date: 1958-12-12
Filing date: 1959-04-09
Publication date: 1965-05-13
Also published as: FR1224425A; US2985915A; GB906597A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Hohlkörpern mit abwechselnd aufeinanderfolgenden Wandabschnitten unterschiedlicher Stärke Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern nach Art eines Bechers oder einer Schale aus organischem thermoplastischem Kunststoff durch Tiefziehen einer vorgewärmten Platte aus diesem Werkstoff.
Bekannt ist ein Verfahren zum Herstellen von abschnittsweise verstärkten Stellenan Formkörpern aus Kunststoff, wobei der Formkörper örtlich begrenzt erwärmt wird. Infolge der thermischen Rückstellfähigkeit des Kunststoffes verformt sich die erwärmte Stelle im Sinne einer Rückbildung auf die ursprüngliche Gestalt. Ist der Formkörper z. B. durch Ziehen entstanden und während dieses Prozesses dünner geworden, dann erfährt die betreffende Stelle eine Verdickung. Dieses Verfahren läuft zweistufig ab. Der thermoplastische Kunststoff wird nämlich gereckt und anschließend bis unter seine Verformungstemperatur abgekühlt. Anschließend wird das Material zwecks Verdickung an ausgewählten Stellen an diesen Stellen örtlich erwärmt. Infolge der Rückstellfähigkeit zieht sich das Material an diesen Stellen unter Annahme seiner ursprünglichen Dicke zusammen.
Zum Unterschied hierzu verläuft das erfindungsgemäße Verfahren einstufig. Übereinstimmend mit dem Stand der Technik wird erfindungsgemäß eine zusätzliche thermische Behandlung vorgenommen, um im Hohlkörper abwechselnd aufeinanderfolgende Zonen mit verminderter und erhöhter Wandstärke zu erzielen. Die gestellte Aufgabe, dieses Ergebnis in einer einzigen Verfahrensstufe zu erzielen, wird dadurch erreicht, daß während des Tiefziehvorganges begrenzte Stellen der sich bildenden Hohlkörperwandung unter die Verformungstemperatur abgekühlt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit ein gesteuertes Tiefziehen dar. Ausgewählte Stellen des Hohlkörpers werden während der Verformung gezielt abgekühlt, so daß diese Stellen vermindert gestreckt werden und damit eine größere Wandstärke erhalten.
Gegenüber nach dem bekannten Verfahren hergestellten Hohlkörpern ergibt sich ein besseres Erzeugnis dadurch, daß durch die gesteuerte und gezielte Abkühlung derjenigen Abschnitte, die dicker werden sollen, diese Abschnitte auf ihrer gesamten Länge eine praktisch gleiche Wandstärke erhalten.
Dies ergibt sich durch eine Abkühlung der betreffenden Abschnitte auf ihrer gesamten Fläche. Bei dem bekannten Verfahren ist die Wandstärke der verstärkten Abschnitte jedoch nicht konstant, da diese von der ungesteuert verlaufenden natürlichen Rückstellung des Kunststoffes abhängt.
Als zweckmäßiges Mittel zum Abkühlen der Hohlkörperwandung ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die begrenzten Stellen der Hohlkörperwandung durch Berührung mit einer kalten Fläche gekühlt werden. Daraus ergibt sich, daß die zwischen den begrenzten Stellen liegenden Flächen ungekühlt bleiben und somit gestreckt werden.
Zum Durchführen des Verfahrens ist gemäß der Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Ziehstempel aus einem Formkopf und einem koaxial für sich verschiebbaren Formboden gebildet ist, wobei diese beiden Teile mit einer Kühlvorrichtung versehen sind.
In spezieller Ausbildung ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Formkopf und der Formboden mit Öffnungen versehen sind, die über Kanäle bzw.
Leitungen an eine Vakuumquelle anschließbar sind.
Zwischen dem Formkopf und dem Formboden sind gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung zu diesen beiden Teilen koaxial verschiebbare Scheiben angeordnet, die über gleitend geführte Bolzen aneinandergehängt sind.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung betrifft die Maßnahme, daß der Formboden gegenüber dem Formkopf axial vor- und zurückbewegbar ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zum abschnittweisen Kühlen der begrenzten Stellen vorgesehen, daß der Formsatz mehrere axial einstellbare zwischen dem Formkopf und dem Formboden liegende Scheiben enthält, um das thermoplastische Material in dessen zwischen den gekühlten Flächen liegenden Stellen durch Berührung zu kühlen und zu strecken.
Schließlich ist noch eine Ausführung vorgesehen, bei der der Formboden einen aufrecht stehenden Zylinder trägt, der in einer seiner Stellungen den Formkopf berührt, und wobei die Innenwand des Zylinders gegenüber dem Innenumfang von Formkopf und Formboden radial eingespart ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird sie an Hand einer Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Hohlkörpers; Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Wand des in F i g. 1 gezeigten Hohlkörpers; Fig.3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei sich die Formteile in der Anfangs- oder noch nicht auseinandergezogenen Lage befinden; Fig. 4 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3 mit auseinandergezogenen Formteilen, F i g. 5 ist eine schematische Ansicht der aufeinanderfolgenden Schritte bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; F i g. 6 ist eine Ansicht auf Formteile in abgeänderter Ausführung bei Verwendung einer Matrize; Fig. 7 ist ein Schnitt entlang der Linie 7-7 in F i g. 3, während Fig. 8 ein vergrößerter Teilschnitt ist, der eine mögliche Anordnung der den Hohlkörper berührenden Scheiben zeigt.
In Fig. 1 wird ein aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehender Hohlkörper 10 gezeigt, der eine Auskleidung für ein aus Fasern bestehendes Faß bildet. Die Auskleidung ist am oberen wie auch am unteren Ende und zwischendurch verstärkt. Bei der in F i g. 1 gezeigten Auskleidung besitzt die obere verstärkte Fläche A einen Flansch A', und die verstärkte Bodenfiäche B ist, wie in Fig.2 zu sehen ist, ein Stück nach oben gezogen. Aus F i g. 2 ergibt sich auch, daß die Wand der Auskleidung, über ihrer Höhe verteilt, in Abständen voneinander ringförmige Verstärkungen C mit dazwischenliegenden unverstärkten Flächen aufweist.
Die in den F i g. 3 und 4 gezeigte Ausführung der Vorrichtung enthält einen zylindrischen Formkopf 11 mit einer auf diesem liegenden und radial überstehenden Tragplatte 12 sowie einen unabhängig bebeweglichen Formboden 13, der an einer Kolbenstange 14 befestigt ist. Ein hydraulischer Druckzylinder 15, der einen Kolben führt, ist zentrisch über dem Forskopf 11 befestigt. Die Kolbenstange 14 ist mit dem Kolben des Zylinders 15 verbunden.
Ein Druckmitteltank 16 ist mit dem oberen und unteren Ende des Zylinders 15 über Druckleitungen 17 bzw. 18 verbunden. Ein Ventil 19 ist zur Steuerung der Bewegungsrichtung des Kolbens in dem Zylinder 15 und damit zur Steuerung der Bewegungsrichtung des Formbodens 13 vorgesehen.
Bei Zufuhr von Druck auf das obere Ende des Zylinders 15 wird der in diesem angeordnete Kolben nach unten gedrückt, wobei die Kolbenstange 14 mit dem Formboden 13 nach unten in die in F i g. 4 ge- zeigte Stellung verschoben werden. Bei der Zufuhr von Druck über die Leitung 18 wird der Kolben in dem Zylinder 15 gehoben, der die Kolbenstange 14 und den Formboden 13 mitnimmt, welche darauf in die in F i g. 3 gezeigte Lage zurückgezogen wird.
Der Formkopf 11 wie auch der Formboden 13 sind an eine Vakuumquelle angeschlossen und besitzen auf ihrem Umfang mehrere Öffnungen 20.
Diese Öffnungen in dem Formkopf 11 sind über Leitungen 21 an eine Vakuumquelle (nicht dargestellt) angeschlossen, während die Öffnungen 22 im Formboden 13 über Leitungen 23 mit dieser Vakuumquelle verbunden sind.
Läßt man die zwischen dem Formkopf 11 und dem Formbodenl3 angeordneten Scheiben 26 unberücksichtigt, welche eine Verfeinerung der vorliegenden Erfindung sind und nicht deren Hauptgegenstand bilden, ergibt sich die folgende Arbeitsweise der Vorrichtung, wie sie schematisch in Fig. 5 gezeigt ist. Eine auf Erweichungstemperatur erwärmte Platte 24 aus einem thermoplastischen Werkstoff, wie Polyäthylen, wird in einen Rahmen 25 gehängt, der zum Einschieben der Formteile (11, 13) eine große Mittelöffnung aufweist. Der Formkopf 11 wie auch der Formboden 13 können z. B. durch Wasser oder Luft gekühlt werden. Bei gewöhnlicher Raumtemperatur sind sie jedoch in für die Zwecke des Verfahrens ausreichendem Maß gekühlt. Die Formteile werden dann aus der in F i g. 5 mit X bezeichneten Stellung in die Stellung Y gesenkt, was in gestrichelten Linien angedeutet ist. Während der Abwärtsbewegung berührt der gekühlte Formboden 13 den mittleren Teil der Materialplatte 24, und durch diese Oberflächenberührung wird die Platte 24 genügend gekühlt, um ein weiteres Strecken zu vermeiden. Nachdem der Formboden 13 die Stellung Y erreicht hat, wird er und der Formkopf 11 mit der Vakuumquelle verbunden. Die Platte 24 wird dadurch aus der bei Position 24 a in gestrichelten Linien gezeigten in die bei Position 24b gezeigte Lage gezogen. Dort wird sie durch die Saugwirkung mit dem Formkopf 11 und dem Formboden 13 in Anlage gehalten. Die Berührung mit dem gekühlten Formkopf 11 kühlt den eingespannten ringförmigen Teil der Platte 24 ab, wodurch zwei in einem Abstand voneinander liegende gekühlte Abschnitte auf der Platte entstehen, an denen die Wandstärke festliegt und auch bei Dehnung nicht mehr verändert werden kann.
Anschließend wird der Formboden 13 mit Hilfe des Zylinders 15 nach unten gefahren. Die Abwärtsbewegung endet bei Auftreffen der Tragplatte 12 auf den Rahmen 25. Auf diese Weise wird der zwischen dem oberen und unteren gekühlten Ende der Platte 24 liegende Abschnitt unter Verringerung seiner Wand stärke gestreckt.
Nach Herunterschieben des Formbodens 13 bis auf die gesamte Länge der Auskleidung 10 wird der Abschnitt verringerter Wandstärke durch Beblasen mit Luft oder auf andere Weise gekühlt. Durch Betätigung des Ventils 19 und des Zylinders 15 werden dann die Formteile abgezogen, und die Auskleidung 10 ist fertig. Der Rand der Platte 24, der im Rahmen 25 eingeklemmt war, wird noch abgeschnitten.
Besonders bei verhältnismäßig tiefen Auskleidungen ist es erwünscht, zusätzlich zur Verstärkung des Bodens und des oberen Endes auch die Wandstärke über der gesamten Länge abschnittsweise unterschiedlich zu gestalten. Hierzu dient die in den F i g. 3 und 4 gezeigte Vorrichtung. Der mittlere Teil der Form enthält mehrere bewegliche Scheiben26, die konzentrisch zwischen dem Formkopf 11 und dem Formbodenl3 angeordnet sind. Jede Scheibe 26 ist vorzugsweise aus einzelnen Platten aufgebaut, wobei die mittlere Platte unter Bildung einer ringförmigen linienförmigen Berührungskante radial über die anderen übersteht.
Beim Zusammenschieben der Scheiben 26 liegen diese dicht aufeinander, und nur die mittleren Platten stehen radial über. In dieser Lage berühren nur diese überstehenden Kanten die Materialplatte 24 bei deren anfänglicher Streckung. In der in Fig.4 gezeigten Endlage der Form liegen die Scheiben 26 in gegenseitigem Abstand und im Abstand zu dem Formkopf 11 und dem Formboden 13. Ihre überstehenden Kanten befinden sich dabei in kühlender linienförmiger Berührung mit den anliegenden Teilen der Materialplatte 24. Zum schrittweisen Strecken der Materialplatte 24 müssen die Scheiben 26 so angeordnet werden, daß sie nacheinander getrennt werden können. Dies beginnt bei der obersten Scheibe und wird fortgesetzt, bis die einzelnen Scheiben 26 gemäß F i g. 4 in einem gegenseitigen Abstand liegen.
Ein Beispiel für eine Anordnung der Scheiben, die eine schrittweise Trennung gestattet, zeigt F i g. 8 im Zusammenhang mit F i g. 4. Jede Scheibe 26 ist mit den beiden benachbarten Scheiben 26 über Bolzen 27 verbunden, die gleitbar in Bohrungen 28 liegen.
Die Bolzen 28 haben eine Länge entsprechend dem gewünschten Endabstand der Scheiben 26. Sie liegen auf Unterlegscheiben 29, die ihrerseits in den Bohrungen 28 liegen und durch Muttern 30 gehalten werden. So hängt in auseinandergezogenem Zustand jede Scheibe 26 an der nächstoberen Scheibe 26, während im zusammengeschobenen Zustand die Bolzen 26 einschließlich der Unterlegscheiben 29 und Muttern 30 in vergrößerten Bohrungen 31 liegen, die in F i g. 8 erkennbar sind. Selbstverständlich sind die Bohrungen 31 axial aufeinander ausgerichtet.
Nachdem die Formteile die in Fig. 5 gezeigte Stellung Y erreicht haben und der Formboden noch weiter bewegt wird, werden die Scheiben 26 nacheinander in dem Maß bewegt, wie es der gewünschten Streckung eines Hohlkörperwandabschnittes zwischen beliebigen Scheiben 26 entspricht, wobei diese nacheinander, beginnend mit der obersten Scheibe 26, voneinander getrennt werden.
Die Scheiben 26 weisen noch Bohrungen 38 zur Aufnahme der Vakuumleitungen 23 auf, wie in F i g. 7 dargestellt ist.
An Stelle einer Patrize, wie sie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, kann auch eine Matrize verwendet werden. Fig. 6 zeigt ein Beispiel, wobei der Formsatz aus einem Formkopf 32 in Form eines Ringes und einem Formboden 33 besteht. Der Innendurchmesser von Formkopf 32 und Formboden 33 bestimmt den Durchmesser des herzustellenden Hohlkörpers. Vakuumleitungen 34 führen zu Öffnungen 35 am inneren Umfang des Formkopfes 32 und des Formbodens 33. Hierdurch wird die Materialplatte 24 angesaugt und festgehalten.
Vom Formboden 33 geht ein Zylinder 36 aus, der in der Ausgangsstellung an der Unterkante des Formkopfes 32 anliegt, wie dies in Fig.6 in ausgezogenen Linien dargestellt ist. Der Zylinder 36 ist gegenüber dem Formkopf 32 radial nach außen erweitert, so daß eine Fläche entsteht, die nicht mit der Materialplatte24 in Berührung steht. Wird deshalb die Platte 24 zu Beginn durch das an die Öffnung 35 angelegte Vakuum in die Form gesaugt, legt sich ihr oberes Ende an den Formkopf 32 und ihr unteres Ende an den Formboden 33 an. Durch diese fiächenmäßige Berührung wird die Platte 24 an diesen Stellen abgekühlt und damit die Stärke an diesen Stellen festgelegt. Wie in gestrichelten Linien angedeutet, wird anschließend der Formboden 33 vom Formkopf 32 entfernt, wobei die ungekühlten Abschnitte der Materialplatte zwischen den beiden verdickten Stellen auf die gewünschte Länge gestreckt wird. Nach Beendigung des Formvorganges wird der Hohlkörper insgesamt zur Stabilisierung seiner Dicke an allen Stellen gekühlt.
Zum Bewegen des Formbodens 33 kann jedes Mittel verwendet werden, z. B. ein an die in F i g. 6 gezeigte Stange 37 befestigter Mechanismus.
Zu den beiden gezeigten Ausführungen sei noch gesagt, daß das Vakuum von den nicht berührten Teilen der Materialplatte 24 abgeschaltet wird, wenn diese auf den Formkopf und den Formboden auftrifft und die entsprechenden Vakuumöffnungen in diesen verschließt.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern nach Art eines Bechers oder einer Schale aus organischem thermoplastischem Kunststoff durch Tiefziehen einer vorgewärmten Platte aus jenem Werkstoff, wobei durch eine zusätzliche thermische Behandlung die Wandung des Hohlkörpers in abwechselnd aufeinanderfolgende Zonen mit verminderter und verstärkter Wand verwandelt wird, dadurch gekennzeichn e t, daß während des Tiefziehvorganges begrenzte Stellen der sich bildenden Hohlkörperwandung unter die Verformungstemperatur abgekühlt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die begrenzten Stellen durch Berührung mit einer kalten Fläche gekühlt werden.
3. Vorrichtung, bestehend aus Ziehstempel und Ziehmatrize, zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehstempel aus einem Formkopf (11) und einem koaxial für sich verschiebbaren Formboden (13) gebildet ist, wobei diese beiden Teile mit einer Kühleinrichtung versehen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkopf (11) und der Formboden (13) mit Öffnungen (22, 20) versehen sind, die über Kanäle bzw. Leitungen (21, 23) an eine Vakuumquelle anschließbar sind.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Formkopf (11) und dem Formboden (13) zu diesen beiden Teilen koaxial verschiebbare Scheiben (26) angeordnet sind, die über gleitend geführte Bolzen (27) aneinandergehängt sind.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formboden (13) gegenüber dem Formkopf (11) axial vor-und zurückbewegbar ist.
7. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Formsatz mehrere axial einstellbare zwischen dem Formkopf (11) und dem Formboden (13) liegende Scheiben (26) enthält, um das thermoplastische Material in dessen zwischen den gekühlten Flächen liegenden Stellen durch Berührung zu kühlen und zu strecken.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Formboden (33) einen aufrecht stehenden Zylinder (36) trägt, der in einer seiner Stellungen den Formkopf (32) berührt, und die Innenwand des Zylinders (36) gegenüber dem Innenumfang von Formkopf (32) und Formboden (33) radial eingespart ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 875404; britische Patentschrift Nr. 751068.