DE2854393A1

DE2854393A1 - Heating thermoplastics before moulding - moving radiant heat source and workpiece relative to each other

Info

Publication number: DE2854393A1
Application number: DE19782854393
Authority: DE
Inventors: Friedrich Hanstein; Theodor Peter Moench
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1978-12-16
Filing date: 1978-12-16
Publication date: 1980-07-03

Abstract

Thermoplastic/thermoelastic material is shaped applying radiant heat. The heat irradiator or the mounted material is moved in/along the heating zone until the moulding temp. is reached, the material is then moulded in conventional manner. Uniform or, if required, non-uniform heating an optimum heat energy consumption are achieved. Relative movement of heat source and work can be linear or e.g. rotational and can be motorised, it can be arranged to suit the shape of the workpiece.

Description

Verfahren zum Umformen von KunststoffenProcess for forming plastics

Das Umformen von Kunststoffhalbzeug in der Wärme stellt eine ebenso vielseitige wie weithin angewendete Verarbeitungsmethode für Kunststoffe dar.The forming of semi-finished plastic products in the heat is another versatile and widely used processing method for plastics.

Kunststoffhalbzeug wird im wesentlichen in Form von Tafeln, Rohren und Profilstangen angeboten. Als Material kommen thermoplastische Kunststoffe wie z.B. Polystyrol, Polyvinylchlorid, Celluloseacetat, Acetobutyrat, Celluloid, Polyäthylen, Polypropylen, Polymethacrylat und Polycarbonat infrage.Semi-finished plastic products are mainly in the form of sheets and pipes and profile bars are offered. Thermoplastics such as e.g. polystyrene, polyvinyl chloride, cellulose acetate, acetobutyrate, celluloid, polyethylene, Polypropylene, polymethacrylate and polycarbonate are possible.

In der Literatur wird betont, daß die Qualität und die Kapazität der Umformvorrichtungen mit der Leistung der Heizaggregate steht und fällt.In the literature it is emphasized that the quality and capacity of the Forming devices stand or fall with the performance of the heating units.

Dabei sind an die Heizung folgende Forderungen zu stellen: a) Gleichmäßige Durchheizung der Kunststoff-Folie bzw. Platte in allen Zonen der Formungsfläche, insbesondere bei großflächigen Formungen, b) die Möglichkeit zur Einstellung einer zonenmäßig schaltbaren, unterschiedlichen Durchheizung in bestimmten Formungsfällen, c) die Möglichkeit die Heizleistung an unterschiedliche Materialtypen und -dicken anzugleichen. (A. Thiel, Grundzüge der Vakuumformung S. 24, Verlag R. rechner, 2. Auflage, 1961).The following requirements must be placed on the heating system: a) Uniform Through heating of the plastic film or plate in all zones of the forming surface, especially in the case of large-scale formations, b) the possibility of setting a zone-wise switchable, different heating in certain molding cases, c) the possibility of adapting the heating output to different material types and thicknesses. (A. Thiel, Grundzüge der Vakuumformung p. 24, Verlag R. Rechner, 2nd edition, 1961).

Die Erwärmung des Kunststoff-Halbzeugs, insbesondere des Plattenmaterials auf Umformtemperatur, wird im allgemeinen in einem Wärmeschrank mit Luftumwälzung, der elektrisch oder durch Verbrennungswärme beheizt sein kann, oder mittels Infrarot-Strahlern vorgenommen.The heating of the semi-finished plastic product, in particular the plate material at forming temperature, is generally in a heating cabinet with air circulation, which can be heated electrically or by combustion heat, or by means of infrared heaters performed.

Im Interesse einer gleichmäßigen Erwärmung ist es erforderlich, die gesamte Fläche der Kunststoffplatten unter einem entsprechend dimensionierten Strahlerfeld anzuordnen oder die Kunststoffplatte als ganzes in einem Infrarottunnel bzw. einem Wärmeschrank zu erwärmen.In the interests of uniform heating, it is necessary that entire area of the plastic plates under a correspondingly dimensioned radiator field to arrange or the plastic plate as a whole in an infrared tunnel or a Warming oven.

Die aufzuwendende Energie ist in jedem Felle sehr beträchtlich. So rechnet man im allgemeinen bei allen bisher angewandten Erwärmungstechniken mit Anschlußwerten von ca. 15 Kw pro m Flalbzeugfläche. In der Praxis kann die Umformung von Halbzeug, das vorgängig in der beschriebenen Weise auf Umformtemperatur erwärmt wurde, gewisse Probleme mit sich bringen.The energy to be expended is very considerable in every skin. So In general, this is included in all heating techniques used so far Connection values of approx. 15 Kw per m of flat panel area. In practice, the forming can of semi-finished products that are previously heated to forming temperature in the manner described would cause certain problems.

Wird beispielsweise eine solche, gleichmäßig auf Umformtemperatur erwärmte Platte mittels Druck bzw. Vakuum umgeformt, so werden in der Regel diejenigen Partien, die nach der Umformung räumlich am weitesten von ihrer Ausgangs-position entfernt sind~, die größte Reduktion ihrer Wandstärke erfahren. Dies sind aber nicht selten gerade die exponierten Partien des durch Umformung erzeugten fertigen Gegenstands nach der Umformung.If, for example, such a, uniformly on the forming temperature heated plate is reshaped by means of pressure or vacuum, so in the rule those parts which after reshaping are the furthest from their starting position removed ~ experienced the greatest reduction in their wall thickness. But these are not seldom precisely the exposed parts of the finished object produced by forming after forming.

Es wurde nun gefunden, daß man thermoplastische Kunststoffe zum Zweck der anschließenden Umformung in hervorragender Weise dadurch thermisch konditionieren kann, daß Wärmequelle und umzuformendes Halbzeug relativ zueinander eine Bewegung ausführen. Die Bewegung kann vorzugsweise eine gleichförmige oder gegebenenfalls auch ungleichförmige Drehung sein, sie kann aber auch linear (in sich zurückkehrend) mit einer Amplitude, die zweckmäßig an der Reichweite bzw.It has now been found that thermoplastics can be used for the purpose thermal conditioning of the subsequent forming process in an excellent manner that the heat source and the semi-finished product to be formed move relative to one another carry out. The movement can preferably be uniform or optionally also be irregular rotation, but it can also be linear (returning to itself) with an amplitude that is expediently based on the range or

der Energie der Strahler orientiert ist, verlaufen. Die entsprechenden Geschwindigkeiten bzw. Takte lassen sich mit Hilfe der einschlägig verwendeten Motoren (insbesonders Elektromotoren) und Schaltungen ohne Schwierigkeiten einstellen. In der überwiegenden Zahl der Fälle wird dabei der Abstand der Ebenen, in denen sich die Wärmequelle einerseits und das umzuformende Halbzeug andererseits befinden, zu Anfang des Verfahrens in zweckmäßiger Weise fixiert und während des Erwärmungsprozesses beibehalten. Es ist jedoch auch möglich, den Abstand diskontinuierlich zum Zweck der stärkeren oder schwächeren aber im Resultat vorprogrammierten Erwärmung zu verändern, oder aber ihn kontinuierlich zu ändern, um dadurch an bevorzugten Stellen des Halbzeugs eine stärkere bzw. schwächere Erwärmung herbeizuführen. Die Bewegung kann in gewissen Fällen auch um eine in der Ebene der größten Flächenausdehnung des Halbzeugs oder parallel zu dieser liegenden Achse erfolgen. Für Drehbewegungen gilt: In der Regel wird man zur Erzielung reproduzierbarer Werte eine gleichförmige Rotation des bewegten Elements anstreben. Es ist für den angestrebten Erfolg gleichbedeutend, ob man die Wärmequelle oder das umzuformende Halbzeug die Drehbewegung ausführen läßt. Man kann z.B. das umzuformende Halbzeug rotieren lassen, das zweckmäßigerweise auf einem geeignet dimensionierten Drehteller in geeigneter Halterung fixiert wird. In der Regel wird dabei die Wärmequelle in geeignetem Abstand oberhalb des umzuformenden Halbzeugs angebracht sein.the energy of the radiators is oriented. The corresponding Speeds or cycles can be adjusted with the help of the relevant motors Adjust (especially electric motors) and circuits without difficulty. In The vast majority of cases will be the distance between the levels in which there are the heat source on the one hand and the semi-finished product to be formed on the other hand, appropriately fixed at the beginning of the procedure and during the heating process maintained. However, it is also possible to use the spacing discontinuously for the purpose the stronger one or weaker but preprogrammed in the result To change warming, or to change it continuously in order to get preferred Place the semi-finished product to bring about a stronger or weaker heating. the In certain cases, movement can also be around one in the plane of the greatest surface area of the semi-finished product or parallel to this lying axis. For rotary movements The following applies: As a rule, to achieve reproducible values, a uniform one is used Aim for rotation of the moving element. It is synonymous for the desired success, whether the heat source or the semi-finished product to be formed perform the rotary movement leaves. For example, the semi-finished product to be formed can be rotated, which is expedient is fixed on a suitably dimensioned turntable in a suitable holder. As a rule, the heat source is at a suitable distance above the area to be reshaped Be attached to semi-finished products.

Vorteilhafterweise wird dann unterhalb der Ebene, in der sich das Halbzeug befindet, in geeignetem Abstand eine die Wärme gleichmäßig reflektierende Schicht angebracht, beispielsweise aus Aluminiumfolie. Weiter besteht die Möglichkeit die Wärmequelle Drehbewegungen ausführen zu lassen.Advantageously, below the level in which the Semi-finished product is located at a suitable distance from a uniformly reflecting heat Layer attached, for example made of aluminum foil. There is also the possibility make the heat source rotate.

Die Wärmequelle besteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise aus einem Infrarot-Strahler geeigneten Leistung bzw. Strahlungsintensität. Grundsätzlich wirkt weder die gemäß den verschiedenen Aspekten der Erfindung geforderte Beweglichkeit (Drehbeweglichkeit) der Wärmequelle noch die Beweglichkeit (Drehbeweglichkeit) des umzuformenden Halbzeugs limitierend auf die Abmessungen der erfindungsgemäß verwendbaren Vorrichtungen, so daß in beiden Fällen Halbzeug in den in der Technik üblichen Abmessungen bearbeitet werden kann. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung ist darin zu sehen, daß sich diese mit Hilfe konventioneller Bauteile bzw. Vorrichtungen mit einem Minimum an konstruktivem und materiellem Aufwand realisieren lassen.The heat source is preferably present in the method according to the invention from an infrared emitter suitable power or radiation intensity. Basically neither does the mobility required according to the various aspects of the invention (Rotational mobility) of the heat source nor the mobility (rotational mobility) of the semifinished product to be reshaped, limiting the dimensions of the semifinished product that can be used according to the invention Devices, so that in both cases semi-finished products in the dimensions customary in technology can be edited. A particular advantage of the method according to the invention and the device can be seen in the fact that this is done with the help of conventional Components or devices with a minimum of constructive and material effort can be realized.

Eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der geometrische Mittelpunkt der Strahlungsquelle das geometrische Zentrum des Halbzeugs und das Rotationszentrum in dieselbe (gedachte) vertikale Achse fallen. Je nach den Abmessungen und der Leistung der Wärmequelle kann dabei ein vom Zentrum des bewegten Halbzeugs her abfallender Wärmegradient auftreten. Ein bevorzugter Fall liegt z.B. dann vor, wenn das auf einem Drehtisch fixierte Halbzeug hinsichtlich seines geometrischen Mittel- punktes koaxial zur geometrischen Mitte der Wärmequelle, speziell des Infrarot-Strahlers rotiert. Grundsätzlich ist durch das bei der vorliegenden Erfindung angewendete Prinzip des Bewegens während der Erwärmung eine gleichmäßigere Erwärmung des Körpers bzw. der Partien, die auf Umformtemperatur gebracht werden sollen, möglich, als bei konventionellem Xrorgehen.There is one possible embodiment of the method according to the invention in that the geometric center of the radiation source is the geometric center of the semi-finished product and the center of rotation fall into the same (imaginary) vertical axis. Depending on the dimensions and the power of the heat source, one from the center of the moving semi-finished product, falling heat gradients occur. A preferred one This is the case, for example, when the semi-finished product fixed on a turntable is its geometric mean point coaxial to the geometric Center of the heat source, especially the infrared emitter, rotates. Basically is by the principle of moving during used in the present invention the warming a more even heating of the body or the parts that are on Forming temperature should be brought, possible than with conventional Xrorgehen.

Erfahrungsgemäß kommt man infolge der gleichmäßigen Verteilung der Wärmestrahlung und der Ausnutzung der Reflexion an der auf einer Ebene unterhalb des zu erwärmenden Halbzeugs angebrachten wärmereflektierenden Schicht mit Infrarot-Strahlern von relativ geringer Stromaufnahme auS. So haben sich zur Erwärmung von Halbzeug, das auf einem Drehtisch vonl m Durchmesser fixiert werden kann und das eine Materialdicke von3/3 mm besitzt, auf Umformtemperatur Anschlußwerte der Infrarot-Beheizwtg in der Größenordnung von 2 Kw in der Regel als völlig ausreichend erwiesen.Experience has shown that because of the even distribution of the Thermal radiation and the exploitation of the reflection on the one level below of the semi-finished product to be heated with a heat-reflecting layer with infrared emitters from relatively low power consumption. So for the heating of semi-finished products, which can be fixed on a turntable with a diameter of 1 m and which is one material thickness of 3/3 mm, connected values of the infrared heating circuit in of the order of 2 Kw has generally proven to be completely sufficient.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsart der Erfindung liegt darin, daß die geometrischen Mittelpunkte des Halbzeugs und der Strahlungsquelle nicht koaxial zueinander und zum Drehzentrum angeordnet sind, d.h. im speziellen Fall, daß der Strahler exzentrisch zur rotierenden Platte angeordnet ist.A particularly preferred embodiment of the invention is that the geometric centers of the semi-finished product and the radiation source are not are arranged coaxially to each other and to the center of rotation, i.e. in the special case, that the radiator is arranged eccentrically to the rotating plate.

Durch die letztgenannte Anordnung wird es möglich, bestimmte Zonen des Halbzeugs, beispielsweise die Randzonen präferentiell zu erwärmen. Mittels dieser präferentiellen Erwärmung läßt sich z.B. die Wanddickenverteilung des Fertigteils in im voraus abschätzbarer Weise beeinflussen. Mit Hilfe dieser relativ einfachen Anordnung wird erfindungsgemäß die eingangs erwähnte von der Fachwelt aufgestellte Forderung gemäß Punkt b) in vielen Fällen nahezu optimal erfüllt.The latter arrangement makes it possible to define certain zones of the semi-finished product, for example to preferentially heat the edge zones. By means of this preferential heating, e.g. the wall thickness distribution of the precast part influence in a way that can be estimated in advance. With the help of this relatively simple According to the invention, the arrangement mentioned at the beginning is set up by those skilled in the art Requirement according to point b) fulfilled almost optimally in many cases.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Normalfall (konventionelle) Wärmequellen, in der Regel Infrarotstrahler, des zum Umformen gebräuchlichen Typs angewendet. Wird eine partielle (präferentielle) Erwärmung des umzuformenden Halbzeugs angestrebt, so läßt sich aus der Projektion des Strahlungseinfalls auf das Werkstück die geeignete Position der Strahlungsquelle hinsichtlich des Abstands in beiden räumlichen Achsen vorherbestimmen, gegebenenfalls mittels eines einfachen Vorversuches. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt allerdings die keineswegs gering einzuschätzende praktische Erfahrung des Fachmanns voraus, ohne die auch das Umformen von Kunststoffen nach herkömmlichen Methoden nicht zum Ziele führt.To carry out the method according to the invention are normally (Conventional) heat sources, usually infrared emitters, of those commonly used for forming Type applied. If there is a partial (preferential) heating of the If a semi-finished product is sought, then from the projection of the incidence of radiation on the workpiece the appropriate position of the radiation source with regard to the distance predetermine in both spatial axes, if necessary by means of a simple one Preliminary test. However, the application of the method according to the invention sets the by no means insignificant practical experience of the expert beforehand, without which also does not aim at forming plastics using conventional methods leads.

So können ~.B. quantitative Aussagen über die im konkreten Fall einzuhaltenden Bedingungen wie Stärke der Wärmeemission bzw. Leistung der Heizquelle im Verhältnis zum Abstand vom umzuformenden Gegenstand und von der Bestrahlungsdauer und der Winkelgeschwindigkeit der Rotation nur mit großen Vorbehalten gemacht werden. Es versteht sich von selbst, daß die spezifischen Materialeigenschaften wie Wärmekapazität und vor allem der thermoplastische Temperaturbereich des Werkstoffs in die Bedingungen mit eingehen. Daneben spielt auch der Grad der Wärmereflexion durch die reflektierende Schicht eine gewisse, wenn auch untergeordnete Rolle.So can ~ .B. quantitative statements about what must be observed in the specific case Conditions such as the strength of the heat emission or the power of the heat source in relation the distance from the object to be formed and the duration of the irradiation and the angular velocity the rotation can only be made with great reservations. It goes without saying that the specific material properties such as heat capacity and above all the thermoplastic temperature range of the material are included in the conditions. In addition, the degree of heat reflection through the reflective layer also plays a role a certain, albeit subordinate role.

Es kann jedoch ohne Vorbehalte erwartet werden, daß der Fachmann den richtigen Zeitpunkt, in dem das Werkstück als ganzes oder in den für die Umformung vorgesehenen Bereichen die für die Umformung günstige Temperatur erreicht hat, erkennt, sei es durch Beurteilung des optischen Erschcinungsbildes oder mit Hilfe geeigneter Meßvorrichtungen (Thermofühler) oder einfach durch Ausprobieren. Bei Einhaltung der für geeignet erkannten Randbedingungen läßt sich die Umformung -wie nicht anders zu erlsarten - beliebig reprodt#zieren.However, it can be expected without reservation that the skilled person will right time in which the workpiece as a whole or in the for the forming the intended areas has reached the temperature favorable for the forming process, be it by assessing the visual appearance or with the help of suitable ones Measuring devices (thermocouples) or simply by trying out. With compliance of the boundary conditions recognized as suitable, the deformation cannot be done otherwise to be sold - reproduce as desired.

Zur Di#rchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung bei Rotation des umzuforrienden Halbzeugs ist somit eine horizontal und vertikal verstellbare halterungsvorrichtung (3) für die Wärmequelle (Infrarotstrahler) (2) erforderlich. Das umzuformende Halbzeug (1) ist mit Hilfe einer Haltevorrichtung (4) auf einer drehbaren Platte (5) angeordnet. Zwischen dem Halbzeug (1) und der drehbaren Platte (Drehtisch) (5) ist vorzugsweise eine reflektierende Schicht (6) angebracht. Die drehbare Platte (5) ist zweckmäßig so dimensioniert, daß zwischen der Begrenzung des umzuformenden Halbzeugs (1) und dem Rand der Platte (5) noch ein gewisser Abstand besteht.For carrying out the method according to the present invention when the semi-finished product to be re-frozen is rotated, it is horizontal and vertical adjustable bracket (3) for the heat source (infrared heater) (2) required. The semi-finished product (1) to be formed is with the help of a holding device (4) arranged on a rotatable plate (5). Between the semi-finished product (1) and the rotatable plate (turntable) (5) is preferably a reflective layer (6) appropriate. The rotatable plate (5) is expediently dimensioned so that between the limitation of the semi-finished product (1) to be formed and the edge of the plate (5) there is a certain distance.

Die reflektierende Schicht (6) kann in einer einfachen Ausführungsart aus einer - im Interesse einer gleichmäßigen Reflexion -"zerknitterten" Aluminiumfolie bestehen.The reflective layer (6) can be implemented in a simple manner made of a - in the interest of an even reflection - "crumpled" aluminum foil exist.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die zur präferentiellen Erwärmung der Randzonen eines Flalbzeugs auf Umformtemperatur besonders geeignet ist, geht aus der Zeichnung hervor.An embodiment of the method according to the invention which is used for the preferential Heating the edge zones of a flat product to the forming temperature is particularly suitable is evident from the drawing.

LeerseiteBlank page

Claims

Process for forming plastics Patent claims 1.) Process for reshaping thermoplastic or thermoelastic semi-finished products with heating Forming temperature by means of a heat radiator, characterized in that the Heat radiator or the suitably held thermoplastic semi-finished product within the spatial area defined by the range of thermal radiation and in one distance suitable for heating with heating until the forming temperature is reached moves and then the thermoplastic semi-finished product which is at the forming temperature reshaped in a manner known per se.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Radiant heaters or the suitably mounted thermoplastic bs. thermoelastic Semi-finished product within the spatial defined by the range of thermal radiation Area and at a distance suitable for heating until the forming temperature is reached keeps turning.

3. The method according to claim 1, characterized in that the Radiant heaters or the thermoplastic or thermoelastic one held on a base Semi-finished product within the spatial defined by the range of thermal radiation Area and at a distance suitable for heating while heating until it is reached the forming temperature in an approximately uniform, if necessary also more unevenly Rotation stops.

4. The method according to claims 1 and 2, characterized in that that the suitably held thermoplastic or

thermoelastic semi-finished products within the by the range of the Thermal radiation defined spatial area and in a suitable for heating Distance with heating until the forming temperature is reached in one movement with periodic reversal of direction.

5. The method according to claim A, characterized in that the suitably held thermoplastic or thermoelastic semi-finished product linearly below periodic reversal of direction moves

6. The method according to the claims 1 to 3, characterized in that the geometric center of the heat emitter, the geometrical center of the semi-finished product and the center of the rotational movement in the same (imag-te-l fall vertical axis.

7. The method according to claims T to 3, characterized in that that the geometric center of the heat radiator and that of the thermoplastic to be reshaped respectively.

the-rmoelastic semi-finished product -and the turning center is not in the same tge-thought) vertical axis fall.

8. The method according to claim 7, characterized in that the heat radiator eccentric to the thermoplastic held in approximately uniform rotation or thermoelastic semi-finished product is attached.

9. The method according to claims 1 to 8, characterized in that that below the thermoplastic or thermoelastic semi-finished product to be reshaped a heat-reflecting layer is arranged parallel to its surface area is.

10. Device for reshaping thermoplastic semi-finished products with heating to forming temperature by means of a heat radiator according to claims 2 and 3, formed from a horizontally and vertically continuously adjustable mounting device (~) for the radiant heater (2) and a rotatable plate (5) on which the Semi-finished product Cf) is arranged with the aid of a holding device (4).

11. The device according to claim 10, characterized in that between the rotatable plate (5) and the semi-finished product (1) to be formed is a heat-reflecting Layer (6) is attached.