Thermoformenin der Praxis

2. Auflage

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Thermoformenin der Praxis2. Auflage

Peter Schwarzmann

Der Herausgeber:Illig Maschinenbau GmbH & Co., Mauerstraße 100, 74081 Heilbronn, Deutschland

Der Autor:Peter Schwarzmann, Illig Maschinenbau GmbH & Co., Heilbronn, Deutschland

Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek:

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ISBN: 978-3-446-40794-7

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© Carl Hanser Verlag, München 2008Herstellung: Steffen JörgSatz: Manuela Treindl, LaaberCoverabbildung: Illig Maschinenbau GmbH & Co., HeilbronnCoverconcept: Marc Müller-Bremer, www.rebranding.de, MünchenCoverrealisierung: Stephan RönigkDruck und Bindung: Kösel, KrugzellPrinted in Germany

Vorwort zur 2. Auflage

Der Erfolg der 1. Auflage, die auch in die Sprachen Englisch, Französisch, Chinesisch undRussisch übertragen wurde, die umfangreichen technologischen Veränderungen in der Ther-moformung und neue Anwendungen führten zu einer in wesentlichen Teilen überarbeitetenund erweiterten 2. Auflage. Die ursprüngliche Zielsetzung des Buches wurde durch den Autor,Herrn Peter Schwarzmann, konsequent weitergeführt.

Heilbronn, im Oktober 2008 ILLIG Maschinenbau GmbH & Co. KG

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Vorwort zur 1. Auflage

Die Fertigungsverfahren der Thermoformung werden in der industriellen Produktion in einemvor wenigen Jahrzehnten noch nicht für möglich gehaltenen Ausmaß angewandt.

Neben den traditionellen Gebieten, der Vakuumformung von Platten für Displays, Kühl-schränke oder Automobilteile hat sich das Thermoformen bei der Druckluftformung vonVerpackungen einen bedeutenden Marktanteil erobert. Ständig verbesserte Thermoplasteerlauben mit modernsten Maschinen und Werkzeugen eine Steigerung der Mengenleistungbei gleichzeitig erhöhter Präzision der Formteile.

Das ursprünglich mehr handwerkliche Thermoformen hat sich als Fertigungsverfahren etab-liert, das wissenschaftliche Erkenntnisse der Werkstoffkunde, der Mess- und Regelungstechnikkonsequent nutzt. Die Reproduzierbarkeit der Verfahrensparameter erlaubt den Einsatz desVerfahrens in Hochleistungsanlagen für den industriellen Einsatz.

Neben zahlreichen Zeitschriftenveröffentlichungen werden die Grundlagen des Thermofor-mens seit Jahrzehnten in Lehrgängen der ILLIG Maschinenbau GmbH & Co. KG vermittelt.Es fehlt jedoch eine zusammenfassende Darstellung der Grundlagen und Verfahren, die gleich-zeitig den Studierenden und den bereits in der Praxis stehenden Ingenieuren und Technikerneine Einführung in das Fachgebiet ist und das Grundwissen zur vertieften Behandlung vonEinzelfragen vermitteln kann.

Die aufgezeigte Lücke mit der genannten Zielsetzung zu schließen, ist das Anliegen des Buches„Thermoformen für die Praxis“.

Neben den Thermoplasten werden alle Verfahrensschritte beim Thermoformen, die wesentli-chen Maschinentypen und Grundlagen für den Bau von Formen und Werkzeugen umfassendgeschildert und mit Praxisbeispielen erläutert.

Die Entstehungsgeschichte dieses Buches ist eng mit der 50-jährigen Firmengeschichte derFirma ILLIG verbunden. Dementsprechend ist eine Vielzahl von Anregungen und Erfahrungeneingeflossen, für deren umfassende Darstellung dem Autor, Herrn Peter Schwarzmann meinbesonderer Dank gilt.

Für die kritische Durchsicht des Manuskriptes, zahlreiche Verbesserungsvorschläge und Er-gänzungen danke ich dem langjährigen Leiter der Entwicklung und Konstruktion bei ILLIG,Herrn Günther Kiefer und Herrn Prof. Dr. Günther Harsch.

Herausgeber und Autor hoffen, dass „Thermoformen für die Praxis“ die Einarbeitung in dasThermoformen erleichtert und bei der Lösung von Problemen eine nützliche Hilfe ist.

Heilbronn, im Januar 1997 Adolf Illig

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Inhaltsverzeichnis

Vorwort zur 2. Auflage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V

Vorwort zur 1. Auflage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII

1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1 Verfahrensablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2 Positiv- und Negativformung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.3 Umformdruck, Ausformdruck, Ausformschärfe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.4 Vorblasen, Vorsaugen, Druckausgleich, Belüften. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.5 Formfläche, Einzugsfläche, Spannrand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.6 Niederhalter, Hochhalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.7 Entformungsschrägen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.8 Entlüftungsquerschnitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.9 Markierungen, Schreckmarken, Abrisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.10 Der Werkzeugsatz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.11 Umform- und Verstreckungsverhältnis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.12 Faltenbildung beim Thermoformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.13 Verhindern der Faltenbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.13.1 Verhindern von Falten an Positivformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.13.2 Verhindern von Falten an Negativformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.13.3 Verhindern von Flächenfalten infolge starken Foliendurchhangs. . . . . . 19

2.14 Wanddickenberechnung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3 Thermoplastische Halbzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.1 Aufbau und Struktur der Thermoplaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.2 Aufnahme von Feuchtigkeit im Halbzeug. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.3 Reibverhalten beim Thermoformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.4 Verhalten beim Aufheizen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.5 Ausdehnung und Durchhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.6 Umformtemperaturbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.7 Ausformschärfe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.8 Schrumpfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.9 Schwindung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.10 Orientierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.11 Statische Aufladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.12 Folgen des viskoelastischen Verhaltens der Thermoplaste. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.13 Abkühlverhalten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.14 Toleranzen von Halbzeugen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.15 Herstellungsverfahren für thermoplastische Halbzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

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X Inhaltsverzeichnis

3.15.1 Herstellung von Folien und Platten durch Extrudieren . . . . . . . . . . . . . . 363.15.2 Herstellen von Folien auf Kalandern. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.15.3 Gießen von thermoplastischen Folien und Platten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.15.4 Sonderverfahren zur Herstellung von thermoplastischen

Halbzeugen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383.15.5 Veredlungsverfahren für thermoplastisches Halbzeug . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.16 Tabelle für den Thermoformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383.17 Thermoplaste für das Thermoformen im Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.17.1 Polystyrol (PS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423.17.2 Schlagfestes Polystyrol (PS-HI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.17.3 Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymer (SBS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.17.4 Orientiertes Polystyrol (OPS). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.17.5 Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.17.6 Acrylnitril-Styrol-Acrylester-Copolymer (ASA). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473.17.7 Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.17.8 Polyvinylchlorid (PVC-U). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.17.9 Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.17.10 Polypropylen (PP). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503.17.11 Extrudiertes Polymethylmethacrylat (PMMA). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513.17.12 Gegossenes Polymethylmethacrylat (PMMA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533.17.13 Polycarbonat (PC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.17.14 Polyamid (PA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.17.15 Polyethylenterephthalat, nicht kristallisierend (PET-G) . . . . . . . . . . . . . . 563.17.16 Amorphes Polyethylenterephthalat (APET) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573.17.17 Kristallisierbares Polyethylenterephthalat (CPET). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583.17.18 Polysulfon (PSU). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.17.19 EPE und EPP-Schaumfolien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603.17.20 Biokunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613.17.21 Halbzeuge mit Barriereschichten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613.17.22 Sonstige thermoformbare Halbzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4 Heizungstechniken im Thermoformen – Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654.1 Strahlungsheizungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.1.1 Prinzip der Wärmeübertragung durch Infrarotstrahlung . . . . . . . . . . . . 654.1.2 Durch Strahlung übertragbare Wärmemenge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674.1.3 Auswirkung der Strahlergröße auf das Heizergebnis. . . . . . . . . . . . . . . . . 694.1.4 Gleichmäßiges Beheizen mit Strahlungsheizungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714.1.5 Ausspiegeln und Temperieren von Spannrahmen in Plattenmaschinen

und Folientransporten in Rollenautomaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724.1.6 Auswirkung des Abstandes zwischen den Strahlern

auf das Heizergebnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754.1.7 Auswirkung der Transportschritte unter einer langen Heizung . . . . . . . 764.1.8 Überfahreffekt bei Strahlungsheizungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774.1.9 Einfluss der Kühlgebläse auf das Heizbild in einer Plattenmaschine . . . 784.1.10 Einfluss von Luftzug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 784.1.11 Keramik-, Quarzgut- und Hellstrahler im Vergleich . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

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XIInhaltsverzeichnis

4.1.12 Die wesentlichen Unterschiede zwischen Keramik-, Quarz- undHellstrahlern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

4.2 Verbesserung der Reproduzierbarkeit von Heizergebnissen derStrahlungsheizungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834.2.1 Die Problematik der Reproduzierbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834.2.2 Kompensation der nicht beeinflussbaren Außeneinflüsse

auf den Heizprozess im Fall von Strahlungsheizungen . . . . . . . . . . . . . . . 854.3 Kontaktheizungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 874.4 Konvektionsheizungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

5 Heizungen in Plattenmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 895.1 Grundlagen der isothermengeregelten Heizung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

5.1.1 Fachbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 895.1.2 Details zur Temperaturregelung von Keramikstrahlern . . . . . . . . . . . . . . 925.1.3 Vorteile von pilotstrahlergeregelten Heizungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

5.2 Joystickteilung des Heizbilds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935.3 Mehrstellungsschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 945.4 Strahlertemperaturregelung mit überlagerter Prozent-Stellung . . . . . . . . . . . . . . 965.5 IR-Messeinrichtung zur Temperaturmessung oder Steuerung in temperatur-

geregelten Heizungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

6 Heizungen in Rollenautomaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 996.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 996.2 Pilotstrahlergeregelte Heizungen in Rollenautomaten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

6.2.1 Heizung mit Temperatur-Längsreihenregelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1006.2.2 Heizung mit Temperatur-Gesamtfeldregelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1016.2.3 Heizung mit Querreihen-Beeinflussung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

7 Beheizen von mehrfarbigen und vorbedruckten Halbzeugenmit IR-Strahlungsheizungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1037.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1037.2 Wahl der Infrarot-Strahler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

8 Thermoformverfahren auf Plattenmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1058.1 Positivformung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

8.1.1 Positivformung mit mechanischem Vorstrecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1068.1.2 Positivformung mit Vorblasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1078.1.3 Positivformung mit Vorblasen gegen ein Brett . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1108.1.4 Positivformung mit Vorsaugen und Abrollen der Blase

auf das Formwerkzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1118.1.5 Positivformung mit Vorsaugen in eine Glocke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1128.1.6 Einsatz von Eckenblasdüsen bei der Positivformung. . . . . . . . . . . . . . . . 113

8.2 Negativformung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1138.2.1 Negativformung ohne Vorstreckstempel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1138.2.2 Negativformung mit Vorstreckstempel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

8.3 Positiv-Negativ-Formung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

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XII Inhaltsverzeichnis

8.4 Zweikammerverfahren (3K-Verfahren). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1178.5 Twinsheetformung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

8.5.1 Allgemeine Regeln für die Twinsheetformungauf Serien-Thermoformmaschinen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

8.5.2 Verfahrensablauf Twinsheetformung,UA-Maschine mit Handbeschickung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

8.5.3 Schweißnahtgestaltung für Twinsheetteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1248.5.4 Maschinenvarianten für die Twinsheetformung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

8.6 Klebekaschieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1268.6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1268.6.2 Kaschierverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

8.7 Herstellen von glasklaren technischen Teilen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1298.7.1 Einflussfaktoren beim Formen von glasklaren Teilen . . . . . . . . . . . . . . . 1298.7.2 Ausformen mit Skelettwerkzeugen ohne Formvakuum . . . . . . . . . . . . . 1308.7.3 Ausformen mit Vakuum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1308.7.4 Verarbeiten von Platten mit Schutzfolie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1308.7.5 Herstellen eines Ziehteils mit einer Wölbung ohne Formkontakt . . . . 1318.7.6 Werkstoffauswahl für das Formwerkzeug für das Formen

von glasklaren Teilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1318.7.7 Kühlzeiten beim Formen von glasklaren Teilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1328.7.8 Verfahrensbeispiele – Herstellen von glasklaren Teilen . . . . . . . . . . . . . . 132

9 Thermoformverfahren auf Rollenautomaten – Ausstanzen der Formteilemit Bandstahlschnittlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1359.1 Prinzipieller Ablauf in der Formstation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

9.1.1 Eintransport der beheizten Folie in die Formstation. . . . . . . . . . . . . . . . 1359.1.2 Spannen der Folie für den Formprozess. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1359.1.3 Vorformen des Formteils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1379.1.4 Ausformen des Formteils. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1379.1.5 Kühlen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1389.1.6 Entformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1389.1.7 Austransport der geformten Teile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

9.2 Universal-Ablaufdiagramm für den Formungsablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1389.3 Maschinenausstattungen mit Auswirkung auf die Formungsverfahren

und die Taktzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1409.4 Auswahl des richtigen Formungsverfahrens und des Werkzeugaufbaus . . . . . . 1419.5 Hinweise für die Beeinflussung der Wanddickenverteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

9.5.1 Negativformung ohne Vorstrecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1429.5.2 Positivformung ohne Vorstrecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1429.5.3 Negativformung mit Vorstreckstempel;

die Form überfährt nicht oder nur geringfügig dieEinspannebene. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

9.5.4 Positiv-/Negativformung mit Vorstreckstempel;die Form überfährt stark die Einspannebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

9.5.5 Verfahren mit besonders großer Einflussmöglichkeitauf die Wanddickenverteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

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XIIIInhaltsverzeichnis

10 Thermoformverfahren auf Rollenautomaten mit Form-Stanzwerkzeugenmit Scherschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14910.1 Die Kinematik der Form-Stanz-Station eines Rollenautomaten

mit Form-Stanzwerkzeug mit Scherschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14910.2 Die Besonderheiten einer mechanischen Kurvensteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . 15110.3 Ablaufdiagramm einer Formstation mit Negativ-Form-Stanzwerkzeug

mit Scherschnitt (Becherformung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15210.3.1 Zuschalten der Formluft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15310.3.2 Die Formluftreduzierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15310.3.3 Niederhalter-Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

10.4 Ablaufdiagramm einer Formstation mit Positiv-Form-Stanzwerkzeugmit Scherschnitt (Deckelformung). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

11 Sonderverfahren mit kombinierten Form-Stanzwerkzeugen in Rollenautomaten 15711.1 Auskleiden von Bechern, Trays, usw. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

11.1.1 Verfahrensablauf Auskleiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15711.1.2 Voraussetzungen für das Auskleiden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15811.1.3 Vorteile des Verfahrens. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

11.2 Etikettieren im Formwerkzeug (In-Mould-Labeling IML) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15811.2.1 Verfahrensablauf IML-T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15911.2.2 Anforderungen an die Etiketten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

11.3 Form-Stanzwerkzeug für randlose Formteile. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16111.4 Thermoformen von Hohlboden-Bechern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16211.5 Thermoformen mit Form und Gegenform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

12 Thermoformen von vorbedruckten Halbzeugen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16512.1 Druckbildvarianten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16512.2 Anforderungen an die Druckfarbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16512.3 Anforderungen an die Halbzeuge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16612.4 Anforderungen an die Thermoformmaschine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16612.5 Anforderungen an das Formwerkzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16712.6 Hinweise auf das Umformverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16812.7 Hinweise für die Zerrdruckbild-Gestaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

12.7.1 Entfall des Zerrdrucks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16812.7.2 Ermittlung des Zerrdrucks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

13 Kühlen der geformten Teile. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17313.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17313.2 Messen der Entformtemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17313.3 Beeinflussende Faktoren für die Kühlzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17413.4 Berechnen der Kühlzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

14 Entformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17714.1 Entformtemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17714.2 Druckausgleich. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17714.3 Lösen des Formteils vom Formsegment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

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XIV Inhaltsverzeichnis

14.4 Entformen von Hinterschnitten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17814.5 Entformungsbewegung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

15 Stapeln von Teilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18115.1 Beurteilung der Stapelbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18115.2 Der Stapelabstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18215.3 Der Seitenabstand im Stapel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18215.4 Die Stapellänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18315.5 Der Stapelhinterschnitt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

15.5.1 Formteilstapelung mit Stapelhinterschnitt oben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18415.5.2 Formteilstapelung mit Stapelhinterschnitt unten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

15.6 Stapeln von Deckeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18615.7 Wechselstapelung in der Stapelstation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

16 Nachbearbeitung an thermogeformten Teilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18916.1 Trennen, Schneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

16.1.1 Sägen mit Trennsägen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18916.1.2 Stanzen mit Bandstahlschnittlinien (Messerschnitt) . . . . . . . . . . . . . . . . 19016.1.3 Stanzen mit Durchfallschnittwerkzeugen (Scherschnitt) . . . . . . . . . . . . 19116.1.4 Grobbeschnitt mit Zackenmesser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19116.1.5 Dreidimensionale Schnitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

16.2 Entgraten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19216.3 Verbinden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

16.3.1 Schweißen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19316.3.2 Kleben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19316.3.3 Nieten, Schrauben. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19316.3.4 Versteifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19416.3.5 Oberflächenbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

16.4 Recycling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

17 Stanzen von thermogeformten Teilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19717.1 Messerschnitt – Begriffe, Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

17.1.1 Das Messerschnitt-Schneidverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19717.1.2 Messerformen und Stanzgegenlagen für Messerschnittwerkzeuge . . . . 19817.1.3 Beispiele für Messerschnittwerkzeuge, Skizzen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19917.1.4 Beispiele für Messerschnittwerkzeuge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

17.2 Scherschnitt – Begriffe, Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20417.2.1 Das Scherschnitt-Schneidverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20417.2.2 Merkmale der Scherschnittwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20517.2.3 Beispiele für Scherschnittwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

17.3 Messer- und Scherschnittwerkzeuge im Vergleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21117.4 Vergleich Messerschnitt im Form-Stanzwerkzeug und Messerschnitt

im separaten Stanzwerkzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21217.5 Vergleich Scherschnitt im Form-Stanzwerkzeug und Scherschnitt

im separaten Stanzwerkzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21317.6 Einflussfaktoren auf das Stanzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

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XVInhaltsverzeichnis

17.7 Engelshaarbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21517.7.1 Schematische Erklärung der Engelshaarbildung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21617.7.2 Materialien mit Neigung zur Engelshaarbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21817.7.3 Verringerung der Engelshaarbildung

beim Stanzen mit Messerschnittwerkzeugen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21817.7.4 Verringerung der Engelshaarbildung

beim Stanzen mit Scherschnittwerkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21817.8 Unsaubere Schnitte – Bartbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

17.8.1 Materialien mit Neigung zur unsauberen Schnitten und Bartbildung. 21917.8.2 Beeinflussung der Bartbildung

beim Stanzen mit Messerschnittwerkzeugen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22017.8.3 Beeinflussung der Bartbildung beim Stanzen mit Scherschnitt-

werkzeugen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22017.9 Stanzkräfte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

17.9.1 Schnittkräfte für Messerschnittwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22017.9.2 Folgen der Materialverdrängung beim Schneiden mit Messerlinien . . 22017.9.3 Schnittkräfte für Scherschnittwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

17.10 Schlussfolgerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22317.10.1 Messerschnitt-Stanzwerkzeuge für separate Stanzstationen. . . . . . . . . . 22317.10.2 Scherschnitt- Stanzwerkzeuge für separate Stanzstationen . . . . . . . . . . 22317.10.3 Form-Stanzwerkzeuge mit Messerschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22417.10.4 Form-Stanzwerkzeuge mit Scherschnitt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

17.11 Verwandte Schneidverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22517.11.1 Verwandte Schneidwerkzeuge mit Messerschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22517.11.2 Verwandte Schneidwerkzeuge mit Scherschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

18 Deformation von thermogeformten Teilen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22918.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22918.2 Ursachen von Deformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

18.2.1 Einfluss der Wanddickenverteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22918.2.2 Einfluss der Kühlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23018.2.3 Isotrope und anisotrope Halbzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23218.2.4 Einfluss des Schrumpfverhaltens über die Dicke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23218.2.5 Ergänzende Ursachen am Beispiel Deformationen von Bechern . . . . . 23418.2.6 Ergänzende Ursachen am Beispiel Kaschieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23418.2.7 Ergänzende Ursachen am Beispiel Etikettieren im Werkzeug

im Thermoformverfahren (IML-T) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23518.3 Regeln zur Beeinflussung der Verarbeitungsschwindung und der

Deformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

19 Thermoformwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23919.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23919.2 Werkstoffwahl für Thermoformwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

19.2.1 Holzwerkzeuge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24119.2.2 Harzwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24119.2.3 Aluminiumwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

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XVI Inhaltsverzeichnis

19.2.4 Stahlwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24319.2.5 Sonderwerkstoffe für Thermoformwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

19.3 Gestaltungsrichtlinien für Thermoformwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24419.3.1 Seitenwandschrägen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24419.3.2 Radien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24519.3.3 Oberflächenrauheit der Formwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24519.3.4 Abluftquerschnitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24619.3.5 Hohlräume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24719.3.6 Werkzeugtemperierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24819.3.7 Auslegung der Formfläche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24819.3.8 Werkzeuge für Filmscharniere und Schnappverschlüsse. . . . . . . . . . . . . 251

19.4 Vorstreckstempel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25819.4.1 Stempelwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25819.4.2 Gestaltung von Vorstreckstempeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

19.4.2.1 Vorstreckstempel für Negativwerkzeuge bzw.Negativbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

19.4.2.2 Vorstreckstempel für Positivwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

20 Werkzeuge für Rollenautomaten mit Bandstahlschnitttechnik. . . . . . . . . . . . . . . . . . 26320.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26320.2 Aufbau eines Formwerkzeugs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

20.2.1 Beispiel für Aufbau eines Schalenwerkzeugsals Form-Stanzwerkzeug mit Bandstahlschnitt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

20.2.2 Beispiel für Aufbau eines Deckelwerkzeugsals Form-Stanzwerkzeug mit Bandstahlschnitt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

20.3 Stapeln von Teilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27020.3.1 Prinzipieller Ablauf. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

21 Werkzeugtechnik für Rollenautomaten mit Durchfallschnitttechnik . . . . . . . . . . . . 27121.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

21.1.1 Merkmale der Einsatztechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27321.1.2 Merkmale der Kompakttechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27321.1.3 Beispiele für Becherrandformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

21.2 Der Schnittstempel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27521.2.1 Die Funktion des Schnittstempels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27521.2.2 Schnittspiel und Lebensdauer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27521.2.3 Die Abdeckschulter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27521.2.4 Kühlung der Schnittstempel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276

21.3 Der Formeinsatz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27621.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27621.3.2 Kühlung des Formeinsatzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27621.3.3 Auslegung/Gestaltung des Formteileinsatzes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27621.3.4 Gestaltung der Trennkante zwischen Schnittstempel und

Formeinsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27721.3.5 Formen eines Siegelwalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

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XVIIInhaltsverzeichnis

21.4 Der Niederhalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27821.4.1 Niederhalterbetätigung mit Druckfeder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27821.4.2 Niederhalterbetätigung durch Druckluft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27921.4.3 Niederhalter mit Druckverstärkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280

21.5 Der Werkzeugboden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28121.5.1 Funktionen eines Werkzeugbodens. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28121.5.2 Vakuumanschluss im Bodenbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28121.5.3 Schnellwechsel des Bodens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

21.6 Vorstreckstempel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28221.6.1 Werkstoffe für Vorstreckstempel, speziell für diese Werkzeugart . . . . . 28221.6.2 Eigenschaften der einzelnen Vorstreckstempelwerkstoffe. . . . . . . . . . . . 282

21.7 Formluftreduzierung für Form-Stanzwerkzeuge mit Durchfallschnitt . . . . . . . 284

22 Temperieren von Thermoformwerkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28522.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285

22.1.1 Begriffe beim Temperieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28522.1.2 Einflüsse der Werkzeugtemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28522.1.3 Wann kann die Werkzeugtemperierung entfallen?. . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

22.2 Temperiermedien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28622.3 Werkstoffe für temperierbare Thermoformwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28722.4 Varianten der Kühlkreisläufe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

22.4.1 Geschlossener und offener Temperierkreislauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28822.4.2 Direkte oder indirekte Werkzeugkühlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28822.4.3 Direkte, indirekte und kombinierte Formsegmentkühlung . . . . . . . . . . 28822.4.4 Beispiele für Kreisläufe in Thermoformmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

22.4.4.1 Geschlossene Kreisläufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28822.4.4.2 Kreislauf geschlossen zum Werkzeug, offen für indirekte

Kühlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28922.4.4.3 Kühlung im offenen Kreislauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

22.5 Kühlverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29122.5.1 Kontinuierliche Kühlung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29122.5.2 Impulskühlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29122.5.3 Dynamische Kühlung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

22.6 Der Kühlbedarf eines thermogeformten Teils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29222.6.1 Das Enthalpie-Diagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29222.6.2 Enthalpie-Tabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29222.6.3 Erforderliche Kühlleistung eines Werkzeugs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

22.7 Auslegung der Temperierung eines Formwerkzeugs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29422.7.1 Zu kühlende Materialmenge (Materialdurchsatz) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29422.7.2 Erforderliche Kühlleistung während der Produktion . . . . . . . . . . . . . . . 29522.7.3 Kühlwasserbedarf für die Werkzeugkühlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29522.7.4 Erforderliche Kontaktfläche für das Kühlwasser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29622.7.5 Gesamtlänge der Kühlkanäle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29722.7.6 Wassergeschwindigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29822.7.7 Resultierender Druckabfall im Werkzeug. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

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XVIII Inhaltsverzeichnis

22.7.8 Druckabfall beim Anschließen des Formwerkzeugs in derMaschine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30022.7.8.1 Anschlussmöglichkeiten im Vergleich. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30122.7.8.2 Beispiel für Druckabfall in Schnellkupplungen . . . . . . . . . . . . 301

22.8 Druckabfall in der Maschinenverrohrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30222.9 Druckabfall im gesamten Temperierkreislauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30322.10 Prüfung der Förderleistung des angeschlossenen Temperier- oder

Kühlgeräts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30422.10.1 Prüfung der Pumpe mit der grafo-analytischen Methode . . . . . . . . . . . 30522.10.2 Prüfung der Pumpe mit analytischer Methode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30522.10.3 Beurteilen des Prüfergebnisses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

22.11 Konstruktive Auslegungsmöglichkeiten bei der Wärmeübertragung . . . . . . . . . 30522.11.1 Gestalten von Kühlkanälen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

22.12 Der Einfluss der Luftkühlung auf die Werkzeugkühlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

23 Fehler im Thermoformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30723.1 Gestaltungsfehler am Formteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30723.2 Fehler am Halbzeug. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31223.3 Auswahl der richtigen Thermoformmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31323.4 Fehler beim Aufstellen der Thermoformmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31323.5 Fehler am Thermoformwerkzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31423.6 Fehler beim Einfahren von neuen Thermoformwerkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . 31523.7 Fehler bei Bemusterungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31623.8 Fehler bei der Beheizung mit Infrarotstrahlern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31723.9 Leitungsquerschnitte für Luft und Vakuum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31723.10 Verhindern von Falten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31823.11 Fehlersuche beim Thermoformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319

Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331

ILLIG MaschinenbauTradition mit Zukunft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

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1 Einführung

Unter Thermoformen versteht man das Umformen von thermoplastischem Halbzeug beierhöhter Temperatur zu Formteilen. Die Darstellung in Bild 1.1 zeigt den prinzipiellen Ablaufin einem Thermoformprozess mittels Vakuumformung.

Die Verfahrensschritte sind dabei:

das Erwärmen des Halbzeugs auf seine Umformtemperatur im elastoplastischen•Bereich,

die Formgebung mit Hilfe eines Thermoformwerkzeugs,•das Abkühlen unter Formzwang auf eine Temperatur, bei der das Formteil formstabil•ist und

das Entformen des formstabilen Formteils.•

Die Wanddicke des Fertigteils ergibt sich über das Verstreckungsverhältnis zwischen dererzeugten Fläche zur Ausgangsfläche. Die Wanddickenverteilung des geformten Teils wirdhauptsächlich vom Formwerkzeug und dem Formungsverfahren bestimmt.

Die Ausformschärfe, das heißt die Abbildegenauigkeit der Werkzeugkontur, wird im Wesent-lichen bestimmt von der temperaturabhängigen Festigkeit des Halbzeugs während des Um-formens und dem effektiven Anpressdruck zwischen Halbzeug und Werkzeugoberfläche.

Die Kühlung des geformten Teils erfolgt in der Regel von der einen Seite durch Kontakt mitdem Formwerkzeug und von der anderen Seite durch freie oder erzwungene Luftkühlung.

Meistens schließen sich noch Nachbehandlungen an, wie Beschneiden, Schweißen, Kleben,Heißsiegeln, Lackieren, Metallisieren oder Beflocken.

Das Thermoformen wird oft auch als Warmformen oder Tiefziehen bezeichnet. Auch dieBegriffe Vakuumformen oder Druckluftformen werden verwendet. Damit wird zugleich aufdie Ausformung mittels Vakuum bzw. Druckluft hingewiesen.

Bild 1.1 Prinzipskizze Thermoformen

1 Vorstreckstempel2 Formsegment3 Abluftkanal4 Thermoplastisches Halbzeug5 Abluft Sammelkanal6 Oberspannrahmen7 Unterspannrahmen8 Segmentträgerplatte9 Vakuumanschluss

1401han01.indd 11401han01.indd 1 17.09.2008 11:19:2117.09.2008 11:19:21

2 1 Einführung

Vor- und Nachteile des Thermoformens

Ein Herstellverfahren hat nur dann Erfolg, wenn die produzierten Teile kostengünstiger und ingleicher Qualität oder in besserer Qualität bei gleichen Kosten hergestellt werden können. Esgibt Anwendungsbereiche, bei denen das Spritzgießen oder das Blasformen in Konkurrenz zumThermoformen stehen. In der Verpackungstechnik ist das Thermoformen meist konkurrenzlos,außer wenn Karton oder Papier als alternative Verpackungswerkstoffe eingesetzt werden.

Die wesentlichen Vorteile des Thermoformens sind:

Extrem dünnwandige Formteile, z. B. Verpackungen, können aus Halbzeugen mit hoher•Schmelzviskosität hergestellt werden, während solche Teile im Spritzgießverfahren Granulatmit sehr niedriger Schmelzviskosität erfordern oder eventuell gar nicht herstellbar sind.

Kleinste Thermoformteile haben etwa die Größe der Verpackung einer Tablette oder einer•Knopfbatterie. Große Formteile, wie z. B. Gartenteiche, erreichen Größen von 3 bis 6 mLänge. Formteilgrößen von mehreren Quadratmetern sind problemlos herstellbar, weilFormteilgröße und Halbzeugdicke verfahrensbedingt nicht begrenzt werden.

Zum Einsatz kommen Halbzeuge mit Dicken zwischen 0,05 bis 15 mm, bei Schäumen•bis 60 mm.

Der Einsatz von mehrschichtigen Halbzeugen erlaubt die Herstellung von Formteilen mit•kombinierten Eigenschaften in Bezug auf Biege- oder Reißfestigkeit, Oberflächenglanz,Softtouch, Antirutschverhalten, Siegelbarkeit, UV-Beständigkeit, Barriereeigenschaften,Einarbeitung von Mahlgut in einer Schicht unterhalb der Oberfläche, Einarbeitung vonSchichten mit Fasern, usw. Bei schlechter Haftung der Einzelschichten werden Zwischen-schichten als Haftvermittlungsschichten eingesetzt.

Im Thermoformverfahren können Schäume, faserverstärkte Materialien, textilkaschierte•Thermoplasten sowie vorbedruckte Halbzeuge verarbeitet werden.

Das verfahrensbedingte Verstrecken verbessert die mechanischen Eigenschaften der ge-•formten Teile als Folge der Orientierung.

Thermoformwerkzeuge sind aufgrund des einseitigen Formkontakts kostengünstiger als•z. B. Spritzgießwerkzeuge, welche die Wanddicke über zweiseitigen Formkontakt abbildenmüssen.

Bei kleinen Stückzahlen sind die günstigen Werkzeugkosten ein Vorteil des Thermofor-•mens. Bei großen Stückzahlen liegt der Vorteil des Thermoformens bei den erreichbarenminimalen Wanddicken und dem hohen Ausstoß der Thermoformmaschinen.

Modular gebaute Thermoformmaschinen erlauben die Anpassung an die geforderte•Ausstoßleistung.

Abfälle, wie Stanzgitter oder Spannränder, werden eingemahlen und in den Verarbeitungs-•kreislauf bei der Halbzeugherstellung wiederverwendet.

Beim Thermoformen werden Halbzeuge als Folien und Platten eingesetzt, die über ein Ur-formverfahren aus Granulaten oder Pulvern hergestellt werden. Dies bedeutet Zusatzkostenbeim Ausgangsmaterial gegenüber dem Spritzgießen.

Verfahrensbedingt hat das Halbzeug beim Thermoformen nur auf einer Seite Kontakt mitdem Thermoformwerkzeug. Das Formteil wird daher nur auf einer Seite die Kontur des

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31 Einführung

Formwerkzeugs exakt abbilden. Die Kontur der Gegenseite ergibt sich aus der resultierendenVerstreckung.

Zukünftige Entwicklungen

Das Thermoformen gilt in der Kunststoffverarbeitung als der Bereich mit dem größten Wachs-tum. Das gilt sowohl für technische Formteile als auch für Verpackungen.

Das Thermoformen als Verfahren mit großem handwerklichen Geschick und viel Erfahrungist zur Zeit im Umbruch zu einem prozessgeregelten Verfahren.

Sensorik in Verbindung mit Regelungstechnik erlauben den Thermoformprozess zu auto-matisieren.

Die Verwertung von Produktionsabfällen, das Einmahlen und Beimischen zu Neuware sindlängst Stand der Technik.

Biokunststoffe werden immer preisgünstiger. Das Thermoformverfahren ist prädestiniert, umdiese Materialien insbesondere für dünnwandige Verpackungen einzusetzen.

Die Verwendung von mehrschichtigen Halbzeugen erlaubt die Herstellung von Teilen mitsehr breitem Anforderungsspektrum.

In lohnintensiven Ländern geht der Trend zur Automatisierung, der Integrierung der Nach-bearbeitung und der Produktivitätssteigerung weiter.

Hinweise zu weiterführender Literatur

Diese Auflage ist, wie auch die Erstauflage dieses Buchs, aus internen Unterlagen der ILLIGMaschinenbau GmbH & Co. KG entstanden. Dies sind im Wesentlichen Lehrgangsunterlagenfür die Kundenlehrgänge und Unterlagen für Fachtagungen außer Haus.

Weiterführende Fachliteratur

Hellerich/Harsch/Haenle. Werkstoff-Führer Kunststoffe. Carl Hanser Verlag München, 2004

Hans Domininghaus. Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften, 8. Auflage. VDI Verlag GmbH, 2008

Die Deutsche Bibliothek – CIP Einheitsaufnahme. Folien für thermogeformte Verpackungen.VDI Verlag GmbH Düsseldorf, 1992

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2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen

2.1 Verfahrensablauf

Der Thermoformprozess besteht aus den Einzelschritten:

a) Aufheizen des Halbzeugs auf Umformtemperatur

b) Vorformen des beheizten Halbzeugs durch Vorstrecken

c) Ausformen des Formteils

d) Kühlen des Formteils

e) Entformen des Formteils

Zu a)

Siehe separates Kapitel Heizen von thermoplastischen Halbzeugen.

Zu b)

Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten für das Vorformen, z. B.:

Vorstrecken durch Vorblasen, d. h. Bilden einer Blase mit Druckluft•Vorstrecken durch Vorsaugen, d. h. Bilden einer Blase mit Vakuum•Mechanisches Vorstrecken mithilfe eines Vorstreckstempels, auch Oberstempel oder•Vorstrecker genannt

Mechanisches Vorstrecken mithilfe der Form selbst•Kombination der oben aufgezählten Vorstreckmöglichkeiten.•

Zu c)

Beispiele für das Ausformen:

Ausformen mit Vakuum (Vakuumformmaschinen)•• Ausformen mit Druckluft (Druckluftformmaschinen oder Vakuumformmaschinen mit

verriegelten Formwerkzeugen)

Ausformen mit Druckluft und Vakuum (Druckluftformmaschinen mit zusätzlichem•Vakuumanschluss oder Vakuumformmaschinen mit verriegelten Formwerkzeugen)

Ausformen durch Prägen. Das Prägen erlaubt das beidseitige Abformen von Werkzeug-•konturen. Einsatz für geschäumte Halbzeuge, seltener für das Prägen und Kalibrieren vonRändern.

1401han02.indd 51401han02.indd 5 17.09.2008 11:19:2917.09.2008 11:19:29

6 2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen

Zu d)

Kühlmöglichkeiten des Formteils, je nach Maschinentyp:

Kühlung durch Kontakt mit dem Formwerkzeug (meist einseitig)•Kühlung mittels Luft in verschiedenen Varianten:•– Luft wird von der Umgebung angesaugt (Normalfall)– Kühle Luft wird kundenseitig den Gebläsen zugeführt– In den Luftstrom wird Wassersprühnebel eingeblasen; dasVerdampfen des Sprühnebels

im Luftstrom kühlt die Luft ab. Bei Luftgeschwindigkeiten von ca. 10 m/s und einerEntfernung des Gebläses vom Formteil von ca. 1,5 m kühlt die Luft um ca. 10 °C ab.(Hinweis: Bei zu hohen Luftgeschwindigkeiten werden die Formteile nass, weil die Zeitnicht für das Verdampfen ausreicht.)

Freies Abkühlen an der Luft, wenn ohne Formwerkzeug geformt wird.•

Zu e)

Wenn der thermoplastische Kunststoff bis unterhalb seiner Erweichungstemperatur erkaltetist, d. h. steif genug ist, kann entformt werden.

Im Thermoformen werden verschiedene Begriffe benutzt, welche in folgenden Unterpunktenerklärt werden.

2.2 Positiv- und Negativformung

Positivformung (Bild 2.1 a):

Abformung der Außenkontur der Form (vereinfachte Definition)•Die Rückstellkräfte im Halbzeug und die Ausformkräfte wirken in die gleiche Richtung.•

Negativformung (Bild 2.1 b):

Abformung der Innenkontur der Form (vereinfachte Definition)•Die Rückstellkräfte im Halbzeug und die Ausformkräfte wirken gegeneinander.•

a) b)

Bild 2.1Positiv- und Negativformunga) Positivformung

(schematisch)b) Negativformung

(schematisch)X = vom Formwerkzeug

abgeformtes Maß

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72.3 Umformdruck, Ausformdruck, Ausformschärfe

Merkmal Positiv geformtes Teil Negativ geformtes Teil

Abformgenauigkeit des Formteils an der Innenseite an der Außenseite

Bemaßung (beim Zeichnen) an der Innenseite an der Außenseite

Dicke Randbereich Rand durch Verstreckungausgedünnt

Rand bleibt praktischunverstreckt, Wanddickegleich Ausgangsdicke

Dickste Stelle* am Boden am Rand

Dünnste Stelle* am Rand(Übergang zur Seitenwand)

am Boden(Übergang zur Seitenwand)

Gefahr der Faltenbildung an den Ecken zum Rand(siehe Bild 2.2 a)

keine Faltenbildung(siehe Bild 2.2 b)

* wenn ausgeformt ohne Vorformen, bei relativ geringem Verstreckungsverhältnis

a) b)

Bild 2.2 a) Positiv geformtes Teil mit Falten zum Rand und Schreckmarken an den Eckenam Übergang vom Boden zu den Seitenwänden

b) Negativ geformtes Teil ohne Falten und einem ringsum gleichmäßig dicken Rand

2.3 Umformdruck, Ausformdruck, Ausformschärfe

Der Umformdruck in einer Maschine mit Vakuumformung entspricht der Differenz zwischendem atmosphärischen Druck auf der einen Seite des Halbzeugs und dem Unterdruck, dendie Vakuumpumpe auf der anderen Seite des Halbzeugs erzeugt. Der atmosphärische Druckbeträgt in Meereshöhe ca. 1 bar (100.000 Pascal) und reduziert sich mit jeden weiteren 1000 mHöhe oberhalb des Meeresspiegels um ca. 0,1 bar. Mit einer neuwertigen Vakuumpumpebeträgt somit der Umformdruck (in Meereshöhe) ca. 1 bar. Auf 1 m2 Formfläche wirken alsobei Vakuumformung ca. 10.000 daN Umformkraft. Dies entspricht dem Gesamtgewicht vonca. zehn Kleinwagen.

Der Umformdruck in einer Maschine mit Druckluftformung entspricht der Differenz zwischendem Druck im Formraum auf der einen Seite des Halbzeugs und dem atmosphärischem Druckauf der anderen Seite des Halbzeugs. Der übliche Umformdruck im Formraum beträgt beiDruckluftformung ca. 1,5 bis 7,5 bar bei Rollenautomaten und ca. 2 bis 4 bar bei Plattenma-schinen. Mit Druckluftformung kann somit ein Mehrfaches an Druck als mit Vakuumformungrealisiert werden.

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8 2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen

Der Ausformdruck als Anformdruck des Halbzeugs auf die Wände des Formwerkzeugsresultiert aus dem Umformdruck und der Rückstellspannung im Halbzeug während desAusformens.

Im Formwerkzeug gilt an den in Bild 2.3 mit (+) gekennzeichneten Stellen:

Resultierender Ausformdruck = Umformdruck + Rückstellspannung im Halbzeug

An den in Bild 2.3 mit (–) gekennzeichneten Stellen gilt:

Resultierender Ausformdruck = Umformdruck – Rückstellspannung im Halbzeug

Die erreichte Ausformschärfe in einem bestimmten Bereich eines Teiles hängt im Wesentlichenab von der Kunststoffart, der Umformtemperatur und vom resultierenden Ausformdruck.

a) c)

d)b)

Bild 2.3 Schematische Darstellung des resultierenden Ausformdrucks als Summe von Umform- undRückstellkraft eines Halbzeugsa) und b) Positivformwerkzeug, c) und d) Negativformwerkzeug(+) Flächen am Werkzeug, an denen bei der Formung die Rückstellkräfte im Halbzeug

und die Ausformkräfte in die gleiche Richtung wirken(–) Flächen am Werkzeug, an denen bei der Formung die Rückstellkräfte im Halbzeug

und die Ausformkräfte gegeneinander wirken

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92.4 Vorblasen, Vorsaugen, Druckausgleich, Belüften

2.4 Vorblasen, Vorsaugen, Druckausgleich, Belüften

Vorblasen (Bild 2.4) heißt Vorstrecken des Halbzeugs durch Bilden einer Blase mit Überdruck.Der Vorblasdruck beträgt in den meisten Maschinen maximal 0,03 bar.

Bild 2.4 Vorformen durch Vorblasen (ist nicht in allen Thermoformmaschinen gegeben)

Vorsaugen (Bild 2.5) heißt Vorformen des Halbzeugs durch Bilden einer Blase mit Vakuum.

Bild 2.5 Vorformen durch Vorsaugen (ist nicht in allen Thermoformmaschinen gegeben)oben: Vorsaugen in einen Blaskastenunten: Vorsaugen in eine Glocke

Druckausgleich

Sobald die Kühlzeit nach dem Formvorgang beendet ist, wird, bevor eine Entformung mitEntformluft beginnt, der Umformdruck (Vakuum oder Druckluft) ausgeschaltet und sofortanschließend ein Druckausgleich zum atmosphärischen Druck vorgenommen. Dies ist Vo-raussetzung für einen reproduzierbaren Ablauf des Entformvorgangs. Beim Entformen vonTeilen aus großvolumigen oder großflächigen Formwerkzeugen muss während der Entfor-mungsbewegung in den entstehenden Zwischenraum Luft (Entformluft) geblasen werden,damit durch die Werkzeugbewegung kein Unterdruck zwischen Formteil und Werkzeugentsteht und sich das Fertigteil dadurch deformiert. Die Menge der Entformluft muss derEntformungsgeschwindigkeit angepasst werden.

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10 2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen

2.5 Formfläche, Einzugsfläche, Spannrand

Als Formfläche wird der Anteil der beheizten Fläche des Halbzeugs bezeichnet, der für dieThermoformung zur Verfügung steht, unabhängig davon, ob diese verstreckt wird odernicht. Als Einzugsfläche bezeichnet man den Anteil der Formfläche, die sich im gewähltenFormungsverfahren verstreckt. Siehe Bild 2.6.

Nicht alle Thermoformmaschinen haben Spannrahmen zum Spannen des Halbzeugs für denFormvorgang.

In Plattenmaschinen wird der vom Spannrahmen geklemmte Spannrand nicht von denStrahlern beheizt. Dabei ist Folgendes zu beachten:

Wird der Spannrand eines Formteiles unmittelbar nach dem Entformen abgetrennt, muss•er nicht beheizt, sollte aber trotzdem möglichst schnell nach dem Entformen abgetrenntwerden.

Bleibt der Spannrand dagegen am Formteil (Trimmless-Formung), muss der Spannrand•beim Entformen die gleiche Temperatur wie der umgeformte Körper haben. Da derSpannrand nicht mit der Strahlungsheizung beheizt werden kann, muss er über Kontaktmit den beheizten Spannrahmen beheizt werden.Dabei sollte sowohl der untere als auch der obere Spannrahmen beheizt sein.Ist die Kontaktheizzeit für das Heizen des Spannrandes in der Formstation zu kurz, kannkeine ausreichend hohe Temperatur im Kern des Spannrandes für das Entformen erreichtwerden. Die Lösung ist, die Temperatur der Kontaktfläche der Spannrahmen zu Beginn derKontaktzeit zu erhöhen und vor Ende der Kontaktzeit zu reduzieren. Dafür sind spezielleSpannrahmen erforderlich.

a) b)

Bild 2.6 Formfläche, Einzugsfläche, Spannrand (c), schematischa) Positivform: Einzugsfläche = Formfläche = (L × B)b) Negativform:

Für Vorformen durch Vorblasen: Einzugsfläche = Formfläche = (L × B)Wenn kein Vorformen: Einzugsfläche (L1 × B1) < Formfläche (L × B)Die Kontur der Ecken E entscheidet, wie viel Fläche zur Einzugsfläche wird

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112.6 Niederhalter, Hochhalter

2.6 Niederhalter, Hochhalter

Niederhalter

Wird eine Formfläche mehrfach mit Positivformwerkzeugen belegt (Bild 2.7), ist es vorteilhaft,die gesamte Formfläche mittels Niederhalter in Einzelformflächen zu unterteilen, sodass beimVorformen durch Vorblasen für jede Einzelform eine eigene Blase gebildet werden kann. Diesgarantiert eine bessere Wanddicken-Verteilung.

a) b)

Bild 2.7 Zweifach-Positivformwerkzeuga) Vorblasen ohne Niederhalterb) Vorblasen mit Niederhalter im oberen Spannrahmen

Hochhalter

Hochhalter (Bild 2.8) erleichtern das Entformen, indem das zu entformende Ziehteil imRandbereich ringsum festgehalten wird. Für den Fall, dass in der Formstation (in Platten-maschinen) geheizt wird, unterstützen die Hochhalter stark durchhängende Halbzeuge, wiez. B. Polypropylen.

Hoch- und Niederhalter helfen beimEntformen in dem jedes der zwei Teileringsum gehalten wird.

Der Niederhalter im oberen Spannrah-men hilft hauptsächlich beim Vorfor-men, z. B. beim Bilden von zwei Blasen.

Bild 2.8 Zweifach-Positivformwerkzeug mit Niederhalter im oberen Spannrahmen und Hochhalter imunteren Spannrahmen

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12 2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen

2.7 Entformungsschrägen

Der Winkel zwischen Seitenwand und Entformungsrichtung wird als Entformungsschrägebezeichnet.

Entformt wird, sobald die dickste Stelle des geformten Teils bis unterhalb der Erweichungs-temperatur abgekühlt ist. Je länger mit dem Entformen gewartet wird, desto stärker kühltdas geformte Teil ab. Aufgrund der Längenänderungen schrumpft ein positiv geformtes Teilauf das Formwerkzeug. Ein negativ geformtes Teil schrumpft bei einer Einfachform von derWerkzeugwand weg.

Um sicher entformen zu können, muss das Formteil steif genug sein. Das Formteil darf,insbesondere bei Positivformen, nicht zu kalt werden. Die Entformzeit ist immer ein Teil derTaktzeit und muss so kurz wie möglich sein. Wichtig ist die Kontrolle der nachfließenden Luftzwischen Werkzeugwand und Formteil während des Entformens. Das Formteil darf währenddes Entformvorgangs nicht deformieren. All diese Kriterien lassen sich nur mit Entformschrä-gen erreichen. Eine Entformungsschräge soll immer so groß wie möglich gewählt werden. Jegrößer die Entformungsschräge, umso schneller kann entformt werden – was auch die Taktzeitverkürzt. Eine große Entformungsschräge verringert das Risiko der Deformation des Formteilsbei der Entformung. Anzustrebende Entformungsschrägen für Positiv-Formwerkzeuge undfür Mehrfach-Negativ-Formwerkzeuge:

α• = 3 bis 5°

α• < 0,5° für Schwindung < 0,5 % und langsame Entformung.

Das Entformen von einem positiv geformten Teil mit einer Entformungsschräge α von 0° istprinzipiell unter folgenden Bedingungen möglich:

die Entformtemperatur liegt knapp unterhalb der Erweichungstemperatur.•die Entformluft und die Entformgeschwindigkeit sind fein dosierbar.•

Entformungsschrägen α von 0° sind nicht für die Serienproduktion geeignet.

a) b)

Bild 2.9 Entformungsschrägen αa) Positivformb) Negativform

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132.9 Markierungen, Schreckmarken, Abrisse

2.8 Entlüftungsquerschnitte

Um beim Formen das aufgeheizte Halbzeug auf die Oberfläche des Formwerkzeugs zu drü-cken, wird beim Vakuumformen die Luft zwischen Halbzeug und Formwerkzeug durch dieEntlüftungsquerschnitte des Formwerkzeuges abgesaugt. Beim Druckluftformen wird die Luftdurch die Entlüftungsquerschnitte herausgedrückt.

Entlüftungsquerschnitte werden zum Beispiel als Bohrungen, Schlitze oder Schlitzdüsenausgeführt. Alternativ können bei der Fertigung des Formwerkzeugs poröse Werkstoffe zumEinsatz kommen.

Anhaltswerte für die Auslegung von Entlüftungsquerschnitten gibt die Tabelle für den Ther-moformer in Abschnitt 3.17.

Die Abluftquerschnitte von der Oberfläche der Form werden über ein Abluftkanalsystemzusammengeführt. Für die Zahl der Entlüftungsbohrungen in einem Formwerkzeug, giltfolgende Faustregel:

Bei voller Formatauslegung (Nutzung der maximalen Formfläche) muss die Gesamtfläche derEntlüftungsquerschnitte an der Oberfläche einer Form größer sein als der zentrale Anschluss fürdie Abluft (Vakuumformung).

Beim Entformen wird in den Werkzeugen die Entformluft durch die gleichen Querschnitteeingeblasen, durch die beim Ausformen die Luft evakuiert wird. Nur in Ausnahmefällen,nämlich wenn beim Vorblasen Abschreckmarken an bestimmten Entlüftungsquerschnitteninfolge von zu hohen Luftgeschwindigkeiten entstehen können, werden diese separat verrohrtund nur für Evakuieren benutzt.

2.9 Markierungen, Schreckmarken, Abrisse

Markierungen (Bild 2.10), Schreckmarken (Bild 2.11),Abrisse und Aufrisse (Bild 2.12) könnendurch geeignete Maßnahmen vermieden oder zumindest verbessert werden.

Markierungen von Abluftbohrungenentstehen, wenn die Absaugbohrun-gen zu groß oder die Oberflächen derForm zu glatt sind

Bild 2.10 Markierung der Abluftbohrungen an einem glasklaren Formteil

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14 2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen

a) b)

Bild 2.11 Schreckmarkea) Positivformteilb) Schnitt A – A im Eckbereich der Positivform a)

a) b)

Bild 2.12 Abriss und Aufrissa) Abriss an einem Positivformteilb) Aufriss an einem Positivformteil

2.10 Der Werkzeugsatz

Sämtliche in einer Anlage erforderlichen Teile, die für die Fertigung eines neuen Produktserforderlich sind, werden als Werkzeugsatz bezeichnet. Alle Teile außer dem Formwerkzeugwerden als Formatteile bezeichnet.

Beispiele

Plattenmaschine mit Festformatrahmen

In einer Plattenmaschine mit Festformatrahmen, Beschickungsstation und separater Heizsta-tion besteht der Werkzeugsatz aus:

Formwerkzeug•Formenunterbau•Vorstreckstempel•

• Spannrahmen für die Formstation

Spannrahmen für die Heizstation•Saugerspinne (Saugerplatte) für die Beschickungsstation•

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152.11 Umform- und Verstreckungsverhältnis

Plattenmaschine mit verstellbaren Spannrahmen und verstellbarem Unterbau

In einer Plattenmaschine mit verstellbaren Spannrahmen, verstellbarem Unterbau, Festformat-rahmen, Beschickungsstation und separater Heizstation besteht der Werkzeugsatz aus:

Formwerkzeug•Vorstreckstempel•Saugerspinne (Saugerplatte) für die Beschickungsstation•

Rollenautomat mit Stanz und Stapelstation

In einem Rollenautomaten mit Stanz- und Stapelstation besteht ein Werkzeugsatz aus:

Formwerkzeug•Formenunterbau•Spannrahmen•Vorstreckstempel•Bandstahlschnitt mit Stanzgegenlage•Stapelteile•

2.11 Umform- und Verstreckungsverhältnis

Das Umformverhältnis (Bild 2.13) ist das Verhältnis zwischen der Höhe H und der Breite Bder Formfläche. Das Umformverhältnis gibt keine genaue Auskunft über die Verstreckung.

a)

c)

b)

H ÷ B

H ÷ B

H ÷ D

Bild 2.13 Umformverhältnis

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16 2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen

Das Verstreckungsverhältnis ist das Verhältnis zwischen der gesamten Fläche des durch Verstre-ckung erzeugten Teiles und der Ausgangsfläche vor der Verstreckung. Sowohl für die erzeugteFläche als auch für die Ausgangsfläche wird der Spannrand nicht berücksichtigt.

2

1

VerstreckungsverhältnisF

F=

F1 = Formfläche

F2 = Fläche des Formteils

2.12 Faltenbildung beim Thermoformen

Der Ablauf der Faltenbildung ist in Bild 2.14 und 2.15 schematisch dargestellt.

ABCD = beheiztes Halbzeug (Formläche)abcd = obere Kontaktfläche der Form mitdem Halbzeug

Vorformen als Vorstreckvorgang mit derForm beendet; Ausformen noch nicht be-gonnen

Fertig geformtes Formteil mit Falten anden unteren Ecken

Bild 2.14 Ablauf Faltenbildung

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172.12 Faltenbildung beim Thermoformen

Erklärung der Faltenbildung siehe Bild 2.15:

1. Bevor das Ausformen mit Vakuum oder Druckluft einsetzt, ist das heiße Halbzeug zwi-schen der oberen Ebene abcd der Positivform zum Einspannrand ABCD wie ein Zeltgespannt.

2. Die Mittellinie Mm der vorderen Zeltwand AadD, wird während des Ausformens verstrecktzu MO + Om. Das in der Mitte dargestellte Element verstreckt sich in der Höhe.

3. Die waagerechte Mittellinie v1w1 wird während des Ausformens gestaucht zu der kürzerenLänge v2w2.

Schlussfolgerung:

Beim Ausformen wird der Kunststoff in einer Richtung verstreckt und in der anderen•gestaucht. (Falten entstehen nie durch Verstrecken, nur durch Stauchen.)

Solange der aufgeheizte Kunststoff während des Ausformens „stauchfähig“ bleibt, entste-•hen keine Falten.

Die Stauchfähigkeit ist abhängig vom viskoelastischen Verhalten des verarbeiteten Halb-•zeugs, d. h. von der Kunststoffart, der Kunststofftemperatur dem Stauchverhältnis undder Stauchgeschwindigkeit.

Wird die Stauchfähigkeit überschritten, entstehen Falten.

An den unteren Eckbereichen von Positivformen ist das Stauchverhältnis am größten; Somitist das Risiko der Faltenbildung bei eckigen Positivformen an den Ecken im unteren Bereicham größten.

Bild 2.15 Schematische Erklärung der Faltenbildung an den unteren Ecken einer Positivform

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18 2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen

2.13 Verhindern der Faltenbildung

2.13.1 Verhindern von Falten an Positivformen

Möglichkeiten für das Verhindern der Falten:

a) Änderung der Maschineneinstellungen.– Durch Verringerung des Querschnitts für die Abluft reduziert sich die Stauchge-

schwindigkeit. Bei Vakuumformmaschinen wird der Vakuumquerschnitt für kurzeZeit reduziert („Vorvakuum“).

– Materialtemperatur korrigieren: Material etwas höher aufheizen, wenn dieses währenddes Ausformens zu schnell erkaltet ist. Material etwas weniger aufheizen, wenn dieseswährend des Ausformens zu schnell ausgeformt wird.

b) Verhindern von Falten durch Änderung der Spannrahmens mit dem Ziel der Verringerungdes Einzugsbereiches an den Ecken.– Mittels Blenden im Spannrahmen wird der Einzugsbereiches und dadurch das Stauch-

verhältnis verringert. Das Prinzip zeigt Bild 2.16.A wird zu A1, B zu B1, C zu C1 und D zu D1.

c) Falten mit dem Vorstreckstempel verhindern.– Es gilt der Grundsatz:„Kleine Falten kann man drücken, große Falten muss man ziehen“.

Für kleinere Falten kann ein Vorstreckstempel gefertigt werden, mit dessen Hilfe diekleine Falte flach gedrückt wird. Würde man dies mit einer großen Falte versuchen,wird diese vom Stempel zusammengefaltet. Dabei muss der Stempel in seiner Positionsein, bevor die Falte entsteht.

d) Verhindern von Falten durch Änderung der Formkontur im Abfallbereich.– Form höher aufbauen, sodass die Falte im Abfallbereich entsteht (nur möglich, wenn

der entsprechende Bereich abgetrennt wird.)– Falten auseinanderziehen. Dies kann mit zwei künstlichen Erhöhungen (z. B. Halbku-

geln) erfolgen, je eine rechts und links von der Falte. Ähnliche Ergebnisse bringt eineVertiefung unterhalb der Falte.

e) Verhindern von Falten durch Änderung der Radien der Positivform im oberen Bereich.– Durch Vergrößerung der Radien im oberen Bereich der Positivform verringern sich

die Ausgangsflächen des „Zeltes“ vor dem Ausformen (Bild 2.16). a wird zu a1, b zu

Bild 2.16 Verbesserung der Stauchverhältnisse mit dem Ziel, Falten zu verhindern

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192.14 Wanddickenberechnung

b1, c zu c1, d zu d1. Dabei ist zu beachten, dass Veränderungen am Formwerkzeug alsDesignänderung gelten und immer der Zustimmung des Abnehmers bedürfen.

f) Änderung der Form, sodass die Falte wie eine gewollte Verstärkungsrippe aussieht.– Im unteren Bereich mehr Oberfläche schaffen, sodass die Fläche der Falte „aufge-

braucht“ werden kann.

2.13.2 Verhindern von Falten an Negativformen

Wenn bei Negativkonturen Falten entstehen, müssen die Falten mit einem Vorstreckstempelweggedrückt werden.

2.13.3 Verhindern von Flächenfalten infolge starken Foliendurchhangs

Ist die Oberfläche eines aufgeheizten Halbzeugs größer als die Oberfläche des Formwerkzeugs,entstehen Oberflächenfalten. Dies ist der Fall, wenn der Materialdurchhang groß und dieFormhöhe gering ist. Die Lösung ist, die Form erhöht aufzubauen, sodass die neu entstandeneFormoberfläche (Form + Erhöhung) größer ist als die durch den Durchhang entstandeneOberfläche des Halbzeugs.

2.14 Wanddickenberechnung

Unter der Voraussetzung, dass das Gewicht des unverformten Zuschnittes und des fertigverformten Teiles gleich bleibt, resultiert, dass das Verhältnis zwischen Wanddicke des Fertig-teils und Ausgangsdicke des Halbzeugs gleich ist mit dem Verhältnis der Ausgangsfläche desHalbzeugs zur verstreckten Fläche des Formteils.

Da beim Thermoformen die Wanddicke zwar reproduzierbar, aber nicht überall am Fertigteilgleich dick ist, kann man eine Abweichung der geringsten und der größten Wanddicke vonder durchschnittlichen Wanddicke von ± 30 % annehmen.

12 1

2

Fs s

F= ⋅

F1 = Fläche des Halbzeugs ohne Spannrand

F2 = Oberfläche des Thermoformteils

s1 = Dicke des Halbzeugs

s2 = theoretische durchschnittliche Wanddicke des Thermoformteilsdünnste Stelle = 0,7 s2dickste Stelle = 1,3 s2

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20 2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen

Beispiel für Wanddickenberechnung

a = 800 mmb = 500 mmc = 400 mmL = 880 mmB = 580 mm

a

b

c

L

B

Bild 2.17 Beispiel für Wanddickenberechnung

21 510.400 mmF L B= ⋅ =

22 2 2 1.550.400 mmF L B b c a c= ⋅ + + =

1 2

2 1

0,329 und 3,038F F

F F= =

Für Ausgangsdicke = 5 mm,theoretische durchschnittliche Wanddicke des Fertigteiles = 5 · 0,329 = 1,645 mmWahrscheinliche, praktisch erreichbare Wanddickenverteilung = 1,645 mm ± 30 %= 1,15 bis 2,1 mm.

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3 Thermoplastische Halbzeuge

3.1 Aufbau und Struktur der Thermoplaste

Thermoplaste bestehen aus Makromolekülen (Polymeren) mit Längen bis zu 10–3 mm.Diese Makromoleküle können linear (fadenähnlich) sein, wie z. B. bei PE-HD, oder verzweigt,wie z. B. bei PE-LD. Es handelt sich um amorphe Thermoplaste, wenn die Makromolekülein völliger Unordnung (Wattebausch) vorliegen (Bild 3.1 a). Gleichmäßig aufgebaute Ma-kromoleküle, wie z. B. lineares Polyethylen oder Polyacetale, können partielle Ordnungen(Kristallite) bilden; allerdings kristallisieren Polymere grundsätzlich nur teilweise. Es liegendann teilkristalline Thermoplaste vor (Bild 3.1 b).

Amorphe Thermoplaste wie Standard-PS, PVC, PC, PMMA sind aufgrund ihrer Strukturglasklar, wenn sie nicht eingefärbt, modifiziert oder gefüllt werden. Teilkristalline Thermo-plaste sind, je nach Kristallisationsgrad, aufgrund der Lichtbrechung durch die Kristallite,transluzent bis opak. Je nach Materialtyp und Umformverfahren schmelzen die Kristallitewährend des Aufheizens und das Halbzeug wird in diesem Temperaturbereich glasklar. BeimErkalten bilden sich erneut Kristallite, der Kunststoff wird wieder opak.Wird ein teilkristallinerThermoplast, z. B. PP, unterhalb des Kristallitschmelzbereiches umgeformt, spricht man vom„SPPF“-Verfahren (solid phase pressure forming).

Kristallisierbare Thermoplaste sind Thermoplaste, die als Halbzeug praktisch amorph sindund erst während des Aufheizens kristallisieren. Im Fall von CPET wird das Kristallisierenim beheizten Formwerkzeug genutzt, um die Temperaturbeständigkeit des Fertigteiles zuerhöhen.

Für alle Thermoplaste gilt:

Sie haben einen begrenzten Gebrauchstemperaturbereich. Unterhalb einer bestimmten•Temperatur sind sie zerbrechlich wie Glas, oberhalb einer bestimmten Temperatur (Er-weichungstemperatur) verlieren sie die Festigkeit.

Bild 3.1 Strukturen von Thermoplastena) amorphe Strukturb) teilkristalline Struktur

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22 3 Thermoplastische Halbzeuge

Ist die Temperatur hoch genug, können sie unter Kraftanwendung umgeformt werden. Je•höher die Temperatur, desto geringer die Umformkraft.

Während des Verstreckens zeigen Thermoplaste ein viskoelastisches Verhalten. Das heißt,•je höher die Streckgeschwindigkeit, desto höher die Streckkraft. Eine Ausnahme bildenThermoplaste, die während des Aufheizens kristallisieren, wie z. B. CPET.

3.2 Aufnahme von Feuchtigkeit im Halbzeug

Folien und Platten aus thermoplastischem Halbzeug sind hygroskopisch, d. h., sie nehmenaus der Umgebung Feuchtigkeit auf, wenn der Basiskunststoff hygroskopisch ist oder demKunststoff hygroskopische Zusätze wie Talkum, Ruß oder entsprechende Farbstoffe beigemischtwerden. Werden feuchte Halbzeuge beim Thermoformen aufgeheizt, bilden sich Blasen ander Oberfläche (Bild 3.2).

Beispiele für hygroskopische Kunststoffe sind ABS, ASA, CA, CAB, extrudiertes PMMA, PC,A-PET, PSU, PES und Polyamide. Hygroskopische Halbzeuge werden normalerweise luft-dicht verpackt angeliefert. Die Verpackung wird erst geöffnet, wenn sie verarbeitet werden.Getrocknet wird in Trockenöfen mit Umluft. Wenn keine speziellen Herstellerangaben vorlie-gen, können entsprechende Vortrocknungstemperaturen der Tabelle für den Thermoformerentnommen werden. Die Platten müssen dabei mit Abstand so gestellt werden, dass die warmeLuft beidseitig zirkulieren kann. Bei feuchten Folienrollen sind mehrere Tage zur Trocknungnotwendig. Getrocknetes Halbzeug muss nach der Trocknung, falls es nicht innerhalb kurzerZeit verarbeitet wird, sofort in PE-Folie dicht verpackt werden.

Hygroskopische Halbzeuge müssen immer trocken verarbeitet werden, d. h.

direkt aus der luftdichten Verpackung,•nach dem Trocknen, direkt aus dem Trockenofen (d. h. im warmen Zustand),•nach dem Trocknen und Abkühlen, wobei die getrockneten Platten warm verpackt werden.•

Bild 3.2 Blasen in einem glasklaren Formteilaus PMMA

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233.3 Reibverhalten beim Thermoformen

In letzter Zeit lagern immer mehr Thermoformbetriebe ihre hygroskopischen Halbzeuge inklimatisierten Lagern, bei hoher Temperatur (größer 40 °C) und geringer Luftfeuchtigkeit.

Bereits getrocknete Platten absorbieren erneut Feuchtigkeit.Getrocktnetes Polycarbonat (PC)kann beispielsweise bei normaler Luftfeuchtigkeit schon nach einer halben Stunde soviel Feuch-tigkeit aufgenommen haben, dass beim Aufheizen in der Thermoformmaschine Blasen entste-hen. ABS kann dagegen bei normaler Luftfeuchtigkeit 2 bis 3 Tage unverpackt liegen bleiben.

Verpackte Plattenstapel sollten beim Hersteller nur in einer Größe bestellt werden, die verar-beitet werden kann, ohne dass die letzten Platten zu lange offen liegen und erneut getrocknetwerden müssen. Rollenware wird praktisch nie getrocknet, weil die Zeit des Beheizens übermehrere Takte meist ausreicht um die Feuchtigkeit zu entfernen. Je weniger der Kunststoffaufgeheizt werden muss (z. B. Druckluftformung) desto weniger macht sich die Feuchtigkeitin Form von Bläschen bemerkbar.

3.3 Reibverhalten beim Thermoformen

Das Reibverhalten von Kunststoffen spielt beim Thermoformen dann eine Rolle, wenn eswährend der Umformung zu einer Gleitbewegung zwischen Halbzeug und Thermoform-werkzeug oder Vorstreckstempel kommt. Dies ist zum Beispiel bei der Negativformung beimVorstrecken mit dem Stempel oder bei der Positivformung beim Vorstrecken mit dem Form-werkzeug der Fall. Ist die Reibung sehr hoch, haftet der Kunststoff beim ersten Kontakt. Eineweitere Verstreckung des Halbzeugs ist an diesen Stellen nicht mehr möglich. Der Einflusshoher Reibung kann sehr gut beim Klebekaschieren nachgewiesen werden. Hier wird das zukaschierende Trägerteil mit Klebstoff besprüht. Ist die Reibung sehr niedrig, dann gleitet dasHalbzeug sehr leicht über die Kontaktfläche.

Ist die Reibung zwischen Vorstreckstempel und Halbzeug zu klein, wird die Wanddicke imBodenbereich zu gering. Typisches Beispiel ist die Wahl eines falschen Werkstoffs für denVorstreckstempel für ein bestimmtes Halbzeug; Mit einem Vorstreckstempel aus PTFE ist espraktisch unmöglich, einen Becher aus PS-HI so zu formen, dass der Bodenbereich ausrei-chend dick wird.

Ist die Reibung zwischen Formwerkzeug und Halbzeug zu klein, wird die Wanddicke imBodenbereich zu gering. Um die Reibung zu erhöhen, muss das Formwerkzeug so warmwie möglich temperiert und das Halbzeug auf der Kontaktseite zum Werkzeug so heiß wiemöglich beheizt werden.

Werkzeugseitig wird die Reibung beeinflusst durch:

Werkstoff an der Oberfläche des Thermoformwerkzeugs•Werkzeugtemperatur der Kontaktfläche•Oberflächenrauigkeit des Formwerkzeugs•

Halbzeugseitig wird die Reibung beeinflusst durch:

Kunststofftyp (Schicht) auf der Kontaktseite•Oberflächenbehandlung und -beschaffenheit (Antiblockbeschichtung)•Halbzeugtemperatur während des Kontaktes•

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24 3 Thermoplastische Halbzeuge

Leicht sandgestrahlte oder von Hand leicht angeraute Werkzeugoberflächen bewirken einbesseres Gleiten des Halbzeugs als grob gestrahlte oder hochglanzpolierte Oberflächen. Hoch-glanzpoliert sollten nur die Ecken von Positivwerkzeugen sein, über welche der erwärmteKunststoff beim Verstrecken relativ schnell gleitet. Eine geringere Werkzeugtemperatur redu-ziert den Reibungskoeffizienten zwischen Formwerkzeug und dem beheizten Halbzeug.

Halbzeuge mit besonders hoher Reibung (starker Klebeneigung) sind Mehrschichtfolien,insbesondere die mit Siegelschichten. Die Erweichungstemperatur der Siegelschicht liegtimmer unterhalb der Erweichungstemperatur der Trägerschicht. Da die Trägerschicht aufUmformtemperatur aufgeheizt werden muss, wird die Siegelschicht„überhitzt“, was bei dieserzu einer hohen Reibung mit dem Werkzeug bzw. dem Vorstreckstempel führt.

PS-HI/PE-Zweischichtfolien machen beispielsweise Probleme, wenn mit einem Vorstreck-stempel vorgestreckt werden muss und die PE-Seite die Kontaktseite zum Vorstreckstempelist. Besonders nachteilig ist dies bei Vakuumformung, weil für die Umformung von PS-HI mitVakuum mindestens 160 °C notwendig sind. Bei dieser Temperatur ist PE sehr klebrig. EineHaftung kann nur verhindert werden, wenn der Stempel Antihafteigenschaften hat. Die meis-ten Folien mit Siegelschicht kann man so umformen, dass die Siegelschicht mit dem „kalten“Werkzeug in Kontakt kommt. Die niedrige Werkzeugtemperatur kühlt die Halbzeugoberflächeschneller ab, was zu einer Reduzierung der Reibung führt.

Mehrschichtmaterialien, deren Schichten ähnliche Umformtemperaturen erfordern, machenbezüglich der Reibung keinerlei Probleme. Beispielsweise zeigen ABS/PMMA-Zweischichthalb-zeuge keine Reibungsprobleme, da ABS und PMMA ähnliche Umformtemperaturen haben.

In der Praxis hilft es, wenn das Halbzeug so „kalt“ wie möglich verarbeitet wird. Die „klebrige“Seite sollte weniger als die andere Seite beheizt werden. Hat die „klebrige“ Seite Kontakt zumFormwerkzeug, dann sollte dieses auf eine möglichst niedrige Temperatur temperiert werden.Hat die „klebrige“ Seite Kontakt zum Vorstreckstempel, sollten Vorstreckstempel aus PTFEoder mit PTFE-Oberfläche eingesetzt werden.

Halbzeuge mit Blockeigenschaft (z. B. PET) müssen mit Antiblockbeschichtung ausgerüstetsein. Gestapelte PET-Formteile, die aus einer Folie ohne Antiblockbeschichtung hergestelltwerden, lassen sich nicht entstapeln, sie „blocken“. Das Gleitreibungsverhalten von Folienmit und ohne Antiblockbeschichtung ist sehr unterschiedlich. Wenn für eine bestimmte Fo-lie die Kontur für einen Vorstreckstempel ermittelt wurde, muss bei der nächsten Lieferungunbedingt auf die gleiche Beschichtung bzw. Antiblockausrüstung geachtet werden. Bei eineranderer Beschichtung müssen mit großer Wahrscheinlichkeit die Einstellungen der Maschinegeändert werden. Im ungünstigsten Fall ist die Änderung der Kontur der Vorstreckstempelerforderlich.

3.4 Verhalten beim Aufheizen

Wichtige Faktoren beim Aufheizen von thermoplastischem Halbzeug sind

Wärmeabsorptionsverhalten bzw. die Heizzeit•• Ausdehnung und Durchhang

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