DE2743058C2

DE2743058C2 - Verfahren zum Steuern der Bewegung eines über eine Kurvenscheibe angetriebenen Formtisches eines Thermoformautomaten und Thermoformautomat

Info

Publication number: DE2743058C2
Application number: DE2743058A
Authority: DE
Inventors: Guenther 7103 Schwaigern Kiefer
Original assignee: Adolf Illig Maschinenbau & Co 7100 Heilbronn GmbH
Current assignee: Adolf Illig Maschinenbau & Co 7100 Heilbronn GmbH
Priority date: 1977-09-24
Filing date: 1977-09-24
Publication date: 1979-12-20
Also published as: GB1600189A; DE2743058B1; US4170621A; FR2403877B1; IT1156764B; FR2403877A1; IT7849512A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Bewegung eines über eine Kurvenscheibe angetriebenen Formtisches eines Thermoformautomaten sowie den nach diesem Verfahren arbeitenden Thermoformautomat Der Thermoformautomat besteht aus einer Rollenaufnahme, einem taktweise arbeitenden Transport, einer Heizung zur Erwärmung von Abschnitten der Kunststoffolie, die anschließend in der Formstation durch Differenzdruck verformt wird und einer Kurvenscheibe mit Antrieb zur Hubbewegung des Tisches der Formstation. Die Formstation kann gleichzeitig Stanzstation sein, wenn formend und stanzende Werkzeuge eingebaut werden; es kann aber auch eine separate Stanzstation nachgeschaltet sein, die die geformten Artikel aus dem Folienband austrennt

Die Kurvenscheibe kann den Formtisch direkt antreiben, indem sie unter diesem angeordnet ist Es ist aber auch möglich, über die Kurvenscheibe ein Hebelgetriebe anzutreiben, das dann die Hubbewegung des Formtisches vornimmt Ein Beispiel eines solchen Antriebes zeigt die CA-PS 10 10 617.

Die Kurvenscheiben werden vorwiegend über Regelgetriebe angetrieben. Auf diese Weise ist es möglich, die Drehzahl der Kurvenscheibe und damit die Taktzahl des

Thermoformautomaten stufenlos einzustellen und dem Formteil anzupassen.

Um die Nachteile dieses Antriebsverfahrens darzulegen muß zunächst auf den Verfahrensablauf innerhalb eines Taktes näher eingegangen werden. Nach dem Eintransport eines erwärmten Folienabschntttes in die Formstation fährt der Formtisch mit dem Werkzeug-Unterteil aufwärts und die Folienbahn wird zwischen den beiden Werkzeughälften eingespannt Durch Druckluft wird nun das herzustellende Produkt geformt, indem sich die Kunststoffolie an die Formwand anlegt Ist dies erfolgt muß dieser Zustand eine gewisse Zeit aufrecht erhalten bleiben, damit die Folie abkühlen kann. Dann erfolgt die Abwärtsbewegung des Formtisches, gegebeis nenfalls nach einer kurzen, geringen Aufwärtsbewegung, durch die das Ausstanzen des Produktes vorgenommen wird. In geöffnetem Zustand wird der nächste Folienbahnabschnitt in die Formstation transportiert Dann beginnt der Ablauf des nächsten Taktes.
Es sind folgende wesentliche Zeiten bei einem Takt zu betrachten:

a) Zeit zum Anheben des Formtisches,

b) Verweilzeit zum Formen und Abkühlen,

c) Zeit zum Absenken des Formtisches,

d) Verweilzeit in unterer Lage für den Folientransport

Dabei ist vor allem die Verweilzeit b) sehr stark abhängig von der Folienart, der Folienstärke, der

μ Formentemperatur und der Teilegestalt Die Zeiten a) und d) sind im wesentlichen produktunabhängig, d. h. für eine bestimmte Thermoformmaschine können Mindestzeiten ermittelt werden. Sie hängen im wesentlichen ab von der installierten Leistung, von den zu beschleunigenden und abzubremsenden Massen, dem Tischhub und dem Folienvorschub. Die Zeit c) zum Absenken kann produktabhängig sein, zumindest zu Beginn der Abwärtsbewegung, da man bei einer gewissen Teilegestalt (senkrechte Wände, dünne Wände, Hinterschnitte) nicht beliebig schnell abwärts fahren kann, da sonst mit einer Beschädigung der Teile gerechnet werden muß. Am Ende der Abwärtsbewegung ist die Abwärtsgeschwindigkeit dann wieder begrenzt von den Massen, die zu bremsen sind.

Bei Teilen, die eine lange Verweilzeit b) und/oder ein langsames Absenken des Formtisches erforderlich machen, war es bisher nötig, die Drehzahl des Getriebes für die Kurvenscheibe gering einzustellen. Dies bedeutete eine geringe Taktzahl, da auch die Zeiten a)

so und d) verlängert, werden, was eigentlich weder von der Maschine noch vom Produkt her nötig wäre.

Zur Vermeidung dieses Nachteiles war es bisher nur bekannt, den Antrieb über eine Brems-Kupplungs-Kombination vorzunehmen und die Kurvenscheibe in der oberen Stellung des Formtisches für kurze Zeit stillzusetzen. Dadurch konnte zwar eine Verlängerung der Verweilzeit erreicht werden. Dieses Verfahren war jedoch nicht geeignet, auch eine Reduzierung der Abwärtsbewegung (Zeit c) herbeizuführen, so daß man

w) zumindest bei Teilen mit erforderlicher langsamer Entformung eine langsame Drehzahl für die Kurvenscheiben einstellen mußte. Außerdem hat das Abbremsen der Kurvenscheiben und wieder Anfahren bei Taktzahlen im Größenbereich von 30/min und mehr

*"> einen hohen Verschleiß von Bremse und Kupplung zur Folge, so daß in kurzen Zeitabständen viele Verschleißteile ausgewechselt werden müssen. Die Folge sind hohe Wartungszeiten und -kosten.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu finden, um den Bewegungsablauf so zu steuern, daß eine optimale Anpassung der Verweilzeit des Formtisches in oberer Stellung und/oder der Abwärtsgeschwindigkeit des Formtisches an das zu formende Produkt möglich ist, ohne daß dabei die Zeiten für die Aufwärtsbewegung des Formtisches und die Verweilzeit des Formtisches in unterer Lage beeinflußt werden, so daß diese Zehen produktunabhängig auf das Optimale — maschinenbezogen — eingestellt werden können. Es sollte damit eine Leistungssteigerung des Thermoformautomaten erreicht werden. Das Verfahren soll sich verschleißarm durchführen lassen.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Kurvenscheibe des Thermoformautomaten während eines Maschinentaktes mit zweierlei Drehzahlen angetrieben wird, und zwar mit einer ersten Drehzahl, die sich im wesentlichen an der mindest erforderlichen Verweilzeit des Formtisches in der unteren Lage und an seiner maximal möglichen Auffahrgeschwindigkeit orientiert und mit einer zweiten Drehzahl, die sich produktbezogen aus der minimal erforderlichen Kühlzeit für das fcYodukt in der oberen Lage des Formtisches und/oder aus seiner maximal zulässigen Abwärtsgeschwindigkeit ergibt, wobei die Umschaltung der Drehzahlen an einstellbaren Stellen in Abhängigkeit der Winkellage der Kurvenscheibe erfolgt.

Der Thermoformautomat, mit dem dieses Verfahren durchgeführt werden kann, weist dazu einen Antrieb auf, der auf verschleißarme Weise zweierlei Drehzahlen in hoher Taktfolge abgeben kann. Auf den Aufbau solcher Antriebe und die Möglichkeiten wird später näher eingegangen.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen und Diagramme näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Thermoformautomaten,

Fig.2—6 verschiedene Diagramme des Bewegungsablaufes des Formtisches.

Der Thermoformautomat besteht im wesentlichen aus einem Gestell 1, einer Rollenaufnahme 2, einem taktweise wirkenden Transport 3, einer Heizung 4, der Formstation 5, die im dargestellten Fall auch gleichzeitig Stanzstation ist, einer Kurvenscheibe 6 zur Hubbewegung eines Formtisches 7, der die untere Formhälfte 8 trägt und einem Antrieb 9 für die Kurvenscheibe 6. Der allgemeine Bewegungsablauf und die Verformungsabläufe bei einem Thermoformautomaten werden als bekannt vorausgesetzt und deshalb nicht näher beschrieben.

Verschiedene Bewegungsabläufe des Formtisches 7 sind in den F i g. 2—6 mittels Diagrammen dargestellt Generell finden immer folgende Funktionen des Formtisches 7 statt: Auffahren — Verweilen in oberer Lage — Abfahren — Verweilen in unterer Lage. Dk Kurvenscheibe ist in etwa so aufgeteilt, daß das Auffahren auf 60°, das Verweilen in oberer Lage auf 180°,das Abfahren auf 60° und das Verweilen in unterer Lage ebenfalls auf etwa 60" des Kurvenumfanges stattfindet, Mit diesen Werten sind die Diagramme F i g. 2—6 gezeichnet, wobei der Einfachheit wegen eine konstante Geschwindigkeit bei der Auf- und Abwärtsfahrt des Formtisches angenommen wurde. In der Praxis ergibt sich ein abgerundeter Verlauf an den Übergangsstellen, hervorgerufen durch das Beschleunigen und Abbremsen, doch spielt dies für die Betrachtung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine Rolle.

In F i g. 2 ist der zeitliche Ablauf dargestellt, wenn die

Kurvenscheibe 6 konstant mit 30 Umdrehungen/min, was 30 Takten pro Minute entspricht, bewegt wird. Gehen wir beispielsweise davon aus, daß der Thermoformautomat diese Taktzahl bei einer bestimmten konstruktiven Gestaltung unter Betracht der installierten Leistung und der zu bewegenden Massen fahren kann.

Wenn es nun nötig ist, vom herzustellenden Produkt aus gesehen, entweder die Form- und Abkühlzeit

ίο (Formtisch 6 oben) zu verlängern oder die Abfahrgeschwindigkeit zu verlangsamen oder beides, so ist es beim bisher bekannten Antrieb der Kurvenscheibe 6 mit zwar einstellbarer aber dann konstanter Drehzahl erforderlich, den Antrieb beispielsweise auf 20 Takte zu reduzieren. Das sich dann ergebende Diagramm ist in F i g. 3 dargestellt. Ein Takt dauert jetzt 3 Sekunden.

Der Bewegungsabiauf des Formtisches 6 gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bei den verschiedenen Forderungen in den F i g. 4—6 dargestellt !n F i g. 3 ist angenommen, daß nur die Ab^rtsbewegung des Formtisches 7 reduziert sein muß zur·: langsameren Entformen des fertigen Produkts. Hier wird nun die Kurvenscheibe 6 zunächst mit 30 U/min bewegt und dann zu Beginn der Tischabwärtsfahrt ab dem Punkt »A« a,£ 20 U/min reduziert Nach Beendigung der Abwärtsfahrt geht der Antrieb der Kurvenscheibe ab Punkt »B« wieder auf 30 U/min. Die Folge dieses Schrittes ist eine verlängerte Abwärtsfahrt analog der F i g. 2 bei sonst analogem Verlauf wie F i g. 1 mit einer

Taktzeit von nur 2,16 Sekunden, was einer Taktzahl des Thermoformautomaten von 27/min entspricht Die Drehzahl der Kurvenscheibe 6 ist im Diagramm F i g. 4

wie in den folgenden jeweils eingezeichnet

Im Diagramm F i g. 5 wird davon ausgegangen, daß

nur die Form- und Abkühlzeit verlängert werden muß, und zwar auf 1,5 Sekunden anstelle von 1 Sekunde, wie dies bei 30 Takten der Fall wäre. Hier wird nach beendeter Aufwärtsfahrt des Tisches ab Punkt *C« die Drehzahl der Kurvenscheibe auf 20 U/min gesenkt und erst zu Beginn der Abwärtsfahrt des Formtisches 7 wieder auf 30 U/min erhöht (Punkt »D«).

Ein Takt läuft damit in 2,5 Sekunden ab, was einer Taktzahl von 24 pro Minute entspricht

Fig.6 zeigt schließlich die Kombination beider

Forderungen, d. h. langsamere Form- und Abkühlzeit (1,5 see) und langsames Entformen. Hier wird die Drehzahl der Kurvenscheibe 6 zwischen den Punkten E und F auf 20 U/min abgesenkt Es ergibt sich eine Taktlänge von 2,6 Sekunden, was einer Taktzahl von 22,5/min entspricht

Zusammenfassend ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren eins mögliche Taktzahlerhöhung von 29/min auf 27/min, 24/min bzw. 22,5/min, was einer deutlichen Leistungssteigerung des Thermoformautomaten zwischen 35^c/b und 12,5% entspricht

Selbstverständlich ist es nicht immer nötig, die Drehzahländerung der Kurvenscheibe 6 von Beginn bis Ende einer der zwei Zeiten — Verweilen des Formtisches 7 in oberer Stellung bzw. Absenken —

H» wirken zu lassen, Es sind alle Möglichkeiten offen, beliebig zu beginnen und beliebig zu enden, je nach den Anforderungen an den Bewegungsablauf des Formtisches 7.
Prinzipiell ist es möglich, die Höhe der Drehzahlände-

"> rung konstant (im Beispiel 10U/min) zu wählen oder variabel zu gestalten. Genauso kann die Zeitdauer der Drehzahländerung entweder dadurch gesteuert werden, daß man Anfang und Ende in Abhängigkeit der Stellung

der Kurvenscheibe Festlegt, man kann aber auch nur den Beginn der Änderung auf diese Weise festlegen und dann über ein Zeitschaltwerk die Zeitdauer variieren. Jedenfalls ist es möglich, eine optimale Anpassung des Bewegungsablaufes an das herzustellende Produkt ■> durch Einstellung der Höhe der Drehzahländerung und/oder der Zeitdauer der Drehzahländerung herbeizuführen, was eine deutliche Leistungssteigerung bedeutet.

Der Thermoformautomat, mit dem dieses Verfahren κι durchgeführt werden kann ist gekennzeichnet durch einen Antrieb 9, der eine Änderung der Drehzahl innerhalb eines Taktes auf verschleißarme Weise herbeiführen kann. Solche Antriebe sind im Prinzip bekannt. So ist es möglich, einen entsprechend r> steuerbaren Gleichstromantrieb einzusetzen, der jedoch recht teuer ist.

Ferner ist es möglich, ein Drehzahl-Überlagerungs-Getriebe 10 einzusetzen, wie es beispielsweise in F i g. 1 eingezeichnet ist. Dieses Getriebe 10 hat einen Eingang, _>n einen Ausgang und einen Stellmotor 11. Der Eingang des Getriebes 10 wird vom Antriebsmotor 12 angetrieben, der Ausgang des Getriebes 10 treibt die Hauptwelle 13 mit der Kurvenscheibe 7 an. Wie diese Einheiten im einzelnen verbunden sind ist beliebig. So r> kann das Getriebe 10 direkt mit der Hauptwelle 13 oder direkt mit der Antriebswelle des Antriebsmotores 12 verbunden sein. Beim Antriebsmotor 12 kann es sich wahlweise um einen Motor mit konstanter Drehzahl, mit stufenweise einstellbarer Drehzahl oder um einen ic drehzahlregelbaren Motor handeln.

Am Getriebe i0 ist der Stellmotor 11 angeordnet, hier handelt es sich um einen relativ kleinen Bremsmotor. Seine Drehzahl kann konstant, stufenweise verstellbar oder regelbar sein. Wenn sich der Stellmotor 11 nicht r> dreht besteht ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl des Getriebes 10. Wenn sich der Antriebsmotor 12 mil einer eingestellten oder vorgegebenen Drehzahl dreht wird beispielsweise die Hauptwelle 13 und damit die Kurvenscheibe 7 mit einer Drehzahl von 30 U/min bewegt.

Schaltet man nun den Stellmotor 11 zeitweise und abhängig von der Lage der Kurvenscheibe 6 ein, so bewirkt sein Drehen eine Veränderung der Abtriebsdrehzahl des Getriebes 10, was beispielsweise dazu führt, daß die Kurvenscheibe 6 nur noch mit 20 U/min verdreht wird. Es besteht dabei ein festes Verhältnis zwischen der Drehzahl des Stellmotors 11 und der Drehzahlveränderung an der Abtriebsseite des Getriebes 10.

Der Ein- und Ausschaltpunkt des Stellmotors 11 wird vorzugsweise in Abhängigkeit der Winkellage der Kurvenscheibe 7 bestimmt. Dies ist beispielsweise durch eine in Lage und Form stufenlos verstellbare Schaltkurve 14 auf der Hauptwelle 13 möglich, die einen Grenztaster 15 betätigt. Es sind analog an sich bekannte induktive, kapazitive oder optische Schaltelemente einsetzbar, die die Lage der Kurvenscheibe 7 erfassen und dann ein Signal abgeben, das zur Betätigung des Stellmotors 11 dient.

In der Praxis dürfte die Kombination Regelgetriebe als Antriebsmotor 12 und Bremsmotor mit konstanter oder umschaltbarer Drehzahl als Stellmotor 11 gut geeignet sein.

Bei einer Neuentwicklung eines Antriebes geht man aus von einem Regelgetriebe und verstellt die Kraftübertragungselemente mittels eines Stellgliedes innerhalb eines Taktes, so daß der Abtrieb zwei vorgegebene Drehzahlen abgibt, die direkt auf die Kurvenscheibe übertragen werden können. Auch dieser Antrieb eignet sich gut zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1, Verfahren zum Steuern der Bewegung eines Ober eine Kurvenscheibe angetriebenen Formtisches eines Thermoformautoinaten, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (6) während eines Maschinentaktes mit zweierlei Drehzahlen bewegt wird, und zwar mit einer ersten Drehzahl, die sich im wesentlichen an der mindestens erforderlichen Verweilzeit des Formtisches in der unteren Lage und an seiner maximal möglichen Auffahrgeschwindigkeit orientiert und mit einer zweiten Drehzahl, die sich produktbezogen aus der minimal erforderlichen Kühizeit für das Produkt in der oberen Lage des Formtisches und/oder aus seiner maximal zulässigen Abwärtsgeschwindigkeit ergibt, wobei die Umschaltung der Drehzahlen an einstellbaren Stellen in Abhängigkeit der Winkellage der Kurvenscheibe (6) erfolgt

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der beiden Drehzahlen variiert werden kann.

3. Thermoformautomat zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem taktweise arbeitenden Transport, einer Heizung, einer Formstation für die Folie, einer Kurvenscheibe zur Bewegung des Formtisches und einem Antrieb für die Kurvenscheibe, dadurch gekennzeicnet, daß die Drehzahl des Antriebs (9) während eines Maschinentaktes über ein Stellglied variiert werden kann und daß SigiisJeinricfruingen (14, 15) in Abhängigkeit der einstellbaren Winkellage der Kurvenscheibe auf das Steilglied -wirken.

4. Thermoformautomat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb (9) ein Regelgetriebe mit nachgeschaltetem Drehzahl-Überlagerungsgetriebe (10) mit einem Stellmotor (11) verwendet wird, der ein Motor mit variierbarer Drehzahl sein kann.