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Verarbeitung von Thermoplasten - Thermoformen

Thermoformen

Auszug aus
Christian Hopmann, Walter Michaeli

Einführung in die Kunststoffverarbeitung

05/2017, 338 Seiten, € 40,00
ISBN: 978-3-446-45355-5
S. 243-245

Die Herstellung dreidimensionaler Formteile aus flächenförmigen Kunststoffhalbzeugen (Folien und Platten) unter Einwirkung von Wärme und Druckluft oder Vakuum hat sich aus vornehmlich handwerklichen Anfängen zu Beginn der 50er Jahre zu einem voll automatisierbaren industriellen Fertigungsprozess entwickelt.

Prinzipiell kann dieser Umformvorgang mit einer Vielzahl von Verfahrenstechniken durchgeführt werden. Bei der Umformung thermoplastischer Kunststoffe hat es sich durchgesetzt, dass die Formänderungsenergie durch Vakuum und/oder Druckluft sowie durch mechanische Verstreckhilfen eingebracht wird. Die Umformung erfolgt im kautschukelastischen Bereich. Die Urformverfahren, Extrusion und Spritzgießen, werden dagegen in einem Temperaturbereich durchgeführt, bei dem die Materialien als Schmelze vorliegen. Kennzeichnend für Umformvorgänge ist, dass die Halbzeuge erst von Raum /Lager- auf Umformtemperatur gebracht werden müssen, weshalb sich im internationalen Sprachgebrauch „Thermoformen“ als Oberbegriff für alle Verfahrensvarianten eingebürgert hat.

Die Spanne der nach diesem Verfahren hergestellten Teile reicht von Verpackungsbehältern (Stückzahlen bis zu 100000/h) bis hin zu Großformteilen wie Schwimmbecken der Größe 8 × 4 × 1,50 m (Stückzahl 1,5/h). Außerdem ist es ein bedeutendes Verfahren für Automobilteile (Armaturentafeln, Türinnenverkleidungen).

Verarbeitet werden vorzugsweise amorphe Thermoplaste (PS, ABS, SAN, PMMA, PC, PVC) und teilkristalline Werkstoffe (PP, PE) sowie spezielle Verbundfoliensysteme, die die guten Eigenschaften mehrerer Kunststoffe in einer Folie preisgünstig vereinigen und – je nach Kombination – Barriereeigenschaften bezüglich Gas- oder Flüssigkeitsdiffusion im Lebensmittelverpackungsbereich aufweisen.

Maschinentechnik

Im Wesentlichen haben sich heute bei den industriellen Thermoformmaschinen zwei Systeme durchgesetzt:

  • Einstationenmaschinen,
  • Mehrstationenmaschinen.

Bei der Einstationenmaschine (Bild 1) finden Erwärmung und Formung in derselben Station statt. Zum Aufheizen wird das Heizsystem im Allgemeinen über die festeingespannte Platte gefahren und vor dem Verformen zurückgefahren; gelegentlich wird auch das eingespannte Halbzeug in die Heizzone eingefahren. Die Zeiten der einzelnen Verfahrensschritte Einlegen, Aufheizen, Ausfahren des Heizsystems, Vorformen, Ausformen, Kühlen und Entnehmen addieren sich zur Gesamtzykluszeit.

Bild 1:Aufbau einer Einstationenmaschine

Bei der Mehrstationenmaschine (Bild 2) findet das Aufheizen und Formen in räumlich getrennten Stationen statt. Der langsamste Verfahrensschritt bestimmt hierbei den Gesamtzyklus.

Wird das Halbzeug als Zuschnitt der Maschine zugeführt, so spricht man von einer Plattenmaschine. Zuführung und Entnahme kann sowohl manuell als auch automatisch erfolgen. Die Halbzeugdicke liegt dabei etwa zwischen 0,1 und 12 mm. In der Regel werden Einstationenmaschinen mit Platten bestückt und sind so universell einsetzbar.

Einfacher als die Beschickung vom Plattenstapel ist das Arbeiten von der Folienrolle mit einem Rollenautomaten. Im Allgemeinen lassen sich thermoplastische Halbzeuge bis zu einer Dicke von 2,5 mm von einer Rolle abwickeln. Anwendungen finden Rollenautomaten in der Serienproduktion, wie bei der Herstellung von Verpackungsmitteln oder Automobilinnenverkleidungen. Bild 2 zeigt eine Maschine mit einer von der Formstation getrennten Stanzstation, wie sie für nicht zu hohe Stückzahlen und nicht zu hohe Anforderungen an die Stanzgenauigkeit Verwendung findet. Bei höheren Anforderungen an die Genauigkeit wird das Stanzen auch in der Form, d. h. mit einem kombinierten Form- und Stanzwerkzeug, durchgeführt, wobei eine gleichbleibende zentrische Stanzung möglich ist und der sogenannte Stanzversatz sich verringern lässt. Die Werkzeuge sind allerdings aufwendiger und haben im Allgemeinen eine geringere Standzeit als reine Formwerkzeuge mit getrennter Stanze. Um den Abfallanteil zu minimieren, sind jedoch besonders aufwendige Werkzeuganordnungen und -konstruktionen gerechtfertigt.

Bild 2:Aufbau einer Mehrstationenmaschine

Auszug aus
Christian Hopmann, Walter Michaeli

Einführung in die Kunststoffverarbeitung

05/2017, 338 Seiten, € 40,00
ISBN: 978-3-446-45355-5
S. 243-245
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