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Thermoformen

Qualitätsfertigung großvolumiger Teile in hohen Stückzahlen

| Autor/ Redakteur: Bernhard Rost /

Seit kurzem fertigt der dänische Thermoformer Gibo-Plast Kunststoffteile mit Maximalgrößen von 2000 mm × 3000 mm. Dabei sind Ziehtiefen bis 1000 mm möglich. Basis dafür ist die Thermoformmaschine UA 300g des Herstellers Illig, bei der eine rechnergestützte Grundeinstellung für eine konstant hohe Fertigungsqualität sorgt.

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Thermoformmaschine mit automatischer Plattenbeschickung für großvolumige Teile.
Thermoformmaschine mit automatischer Plattenbeschickung für großvolumige Teile.
( Archiv: Vogel Business Media )

„Your idea – our challenge“. Mit diesem Slogan wirbt der dänische Kunststoffverarbeiter Gibo-Plast, Skjern, der sich erfolgreich im Thermoformbereich betätigt. Innovative Entwicklungs- und Herstellungstechniken sowie kurze Wege zwischen Konstruktion und Fertigung ermöglichen die schnelle Realisierung von Produkten, die auf Thermoformmaschinen sowohl mit Vakuum- als auch mit Druckluftunterstützung, aber auch im Twinsheet–Verfahren hergestellt werden. So werden anspruchsvolle Formteile in unterschiedlichen Farben und Strukturen auf 16 Maschinen der UA-Baureihe des Herstellers Illig, Heilbronn, produziert.

Mit der neuen Maschine sprengt Gibo-Plast die bisherigen Dimensionen in Bezug auf Formfläche und Ziehtiefe. Die Maschinenausstattung versetzt den Thermoformer in die Lage, für die Fertigung die optimalste und ökonomischste Maschine einzusetzen. Bei der Entwicklung und Optimierung von Produkten und Verfahren lässt sich damit eine sehr effiziente Technik auswählen, die mit der neuen Maschine das Thermoformen „ohne Grenzen“ zulässt.

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Ziehtiefen bis zu 1000 mm möglich

Die Vakuumformung findet besonders bei großvolumigen Teilen Anwendung, Mit der Anschaffung der Maschine UA 300g können diese Teile Größen bis zu 2000 mm × 3000 mm erreichen. Dabei sind Ziehtiefen bis zu 1000 mm möglich. Unterschiedliche Nachbearbeitungsverfahren, wie CNC-Bearbeitung, Stanzen, Verkleben und Verschweißen der Kunststoffteile werden für die Herstellung hochpräziser Formteile eingesetzt.

Bei Gibo-Plast wurden die Vorteile der Thermoformung in ein umfangreiches Produktionsprogramm umgesetzt. Man fertigt dort beachtliche Stückzahlen an Fahrerhäusern für landwirtschaftliche Maschinen, Gehäuseteile, Abdeckungen und Trägerelemente.

Dabei werden die Möglichkeiten des Thermoformens voll ausgeschöpft: Sicken zur Versteifung, Verdrehsicherungen, Schrägen und Löcher für den Ablauf von Flüssigkeiten, Oberflächenstrukturen, eingeformte Logos und Beschriftungen, durchgefärbtes Halbzeug und vieles mehr werden bei den unterschiedlichen Produkten angewendet. Durch die präzise Ausführung der Werkstücke lassen sich auch passgenaue Teile herstellen, die dann bei der Montage zu einer kompletten Funktionseinheit zusammengefügt werden.

Bei Negativteilen und Teilen mit Strukturen und Hinterschnitten setzt man auf Druckluftformung. Um kostengünstig produzieren zu können, sind nahezu alle Maschinen mit automatischen Plattenbeschickungen ausgestattet. Sechs der im Einsatz befindlichen Maschinen stehen zusätzlich für die Verarbeitung von Rollenmaterial zur Verfügung.

Rechnerunterstützung sorgt für konstant hohe Qualität

Wesentlich für die Sicherstellung der hohen Qualität bei Gibo-Plast ist die Ausstattung der neuen Thermoformmaschine mit rechnergestützter Grundeinstellung. So können nach Eingabe der verfahrenstechnischen Eckdaten durch die Maschinensteuerung die Einstelldaten für alle Funktionen der Maschine errechnet werden. Diese Daten lassen sich bei Bedarf während der Fertigung optimieren und sind in der Steuerung hinterlegbar. Bei Produktwiederholung entfällt dann jegliche Einstellarbeit, weil die Daten sofort zur Verfügung stehen. Somit wird der gesamte Thermoformprozess reproduzierbar, Einstellfehler sind ausgeschlossen.

Die Funktionen, Vorblasen, Vorsaugen, Vorvakuum, Formvakuum, Entformen und die Heizzeiten sind im Teach-in-Verfahren programmierbar. Greift der Bediener in diese Funktionen ein, übernimmt die Maschinensteuerung die Zeit als Sollwert für den nächsten Takt und speichert diese Daten im Ablaufprogramm. Damit steht für jede Anwendung eine optimale Einstellung zur Verfügung.

Die neu entwickelte Maschinensteuerung (Industrie PC, Siemens Panel PC/Win 2000) garantiert noch einfachere, spezifisch für den Thermoformer gerechte Eingriffe in den Thermoformprozess: Teach-in für formungsrelevante Parameter. Die gezielte Bedienerführung am Bildschirm durch die einzelnen Menüseiten erlaubt einen permanenten Zugriff auf alle prozessrelevanten Daten und ermöglicht im Störfall eine umgehende Lokalisierung der Anlagen und Prozessfehler.

Platten mit dünneren Dicken verarbeitbar

Um beispielsweise die Schließkräfte für Form- und Obertisch beim Twin-Sheet-Verfahren zu erzeugen, wurden für diese Maschine hydraulische Antriebe verwendet. Vorsaugen, Vorblasen, Vakuum und Entformen sind stufenlos einstellbar und erlauben eine exakte und reproduzierbare Einstellung. Damit können Bereiche mit hohen Verstreckungen gezielter vorgedehnt und ausgeformt werden, was den Einsatz dünnerer Halbzeuge zur Folge hat und damit zu einer höheren Wirtschaftlichkeit beiträgt.

Zur Verarbeitung unterschiedlicher Plattendicken sind keine zusätzlichen Einstellarbeiten notwendig, weil bei Dicken bis zu 10 mm ein automatischer Ausgleich erfolgt. Dies gilt auch für die Maschine UA 300g mit automatischer Plattenbeschickung.

Bei zu heißem Halbzeug erfolgt aufgrund des Plattendurchhangs eine Unterstützung mit Druckluft, die über die Foliendurchhangskontrolle gesteuert wird. Für die wesentlichen Bewegungsabläufe sind Wegmesssysteme für die Positionsregelung vorhanden.

Gleichmäßige Erwärmung führt zu hoher Umformgenauigkeit

Die schonende und gleichmäßige Erwärmung des Halbzeuges ist der Schlüssel für ein qualitativ hochwertiges Umformergebnis. Optimale Fertigungsparameter werden durch temperaturgeregelte Heizungen erreicht, dahinter steht die Illig-Heizungsphilosophie mit einer geregelten Temperatursteuerung: Regeln statt stellen.

Die Heizungen sind mit Hochtemperaturkeramikstrahlern (HTS) bestückt. Für einen effektiven Wirkungsgrad ist die Strahlungsfläche vollkommen geschlossen. Das garantiert eine vollflächige, durchgängige Beheizung des Halbzeuges bei jeder Spannrahmengröße bis in den Randbereich.

Das einfache Handling und die Effizienz der kleineren Maschinen der UA-Baureihe wurde zum Anspruch für die großformatige Maschine. Daher ist die Maschine UA 300g mit automatischer Plattenbeschickungseinrichtung ausgerüstet.

Beschickungsstation mit Ober- und Unerheizung

Weil die Zykluszeit unter anderem auch durch die Heiz- und Kühlzeit bestimmt wird, liegt die Lösung darin, die vorhandenen Beheizungstechniken optimal zu nutzen. Deshalb entschied sich Gibo-Plast die Beschickungsstation mit Ober- und Unterheizung auszustatten, um so die Verfahrenstechnik Vor- oder Fertigheizen anwenden zu können.

Die Heizungstechnik entspricht der Formmaschine. Der Beheizungsprozess kann nun parallel zum Form- und Kühlprozess ablaufen. Dies bedeutet kürzeste Zykluszeiten und somit erhebliche Produktivitätssteigerungen.

Das Beschicken der Maschine mit Halbzeugen erfolgt direkt von einer Palette. Ein Stapler bringt die Palette in die Maschine. Damit immer die richtige Position gefunden wird, muss der Plattenstapel an einem mechanischen Anschlag (Stapelwand) in der Beschickungseinrichtung ausgerichtet werden, die mit Anschlägen längs und quer zur Durchlaufrichtung ausgestattet ist. Die Anschlagspositionen sind speicherbar und werden automatisch angefahren.

Servomotor flexiblisiert Geschwindigkeit des Plattenhebers

Der servomotorisch bewegte Plattenheber ermöglicht optimierte Fahrbewegungen: zum Beispiel beim Anheben der Platte. So ist ein langsames Anheben beim Vereinzeln der Platten möglich, aber auch eine schnelle Fahrbewegung bis zur Trennebene. Eine Trennluftdüse bläst zusätzlich Luft unter die abzuhebende Platte. Ein Sensor misst die vorgegebene Plattendicke im Transport und erkennt Doppler.

Nun erfolgt ein automatisches Zentrieren der Platten. Hierzu wird die Platte auf einem beweglichen Zentriertisch abgelegt, zentriert, und erneut vom Plattenheber aufgenommen. Dieser Zentriervorgang erfolgt ohne Taktzeitverlust oder Zerkratzen der empfindlichen Plattenoberflächen. Ein Versatz von ±50 mm kann ausgeglichen werden.

Die Saugerplatte wird bei dieser Maschine durch die neu entwickelte Saugereinheit ersetzt. Sie ist verstellbar und kann auf die verschiedenen Formate abgestimmt werden. Zusätzlich verfügt diese Einheit über eine separat bewegliche Eckanhebung, die den Vereinzelungsprozess noch sicherer macht.

Auch der Vorteil des Werkzeugschnellwechsels mit einfacher Handhabung und automatischem Umrüstprogramm sollte in die Maschine integriert werden. Damit ist es erstmals möglich, in diesen Dimensionen das komplette Formpaket (Formwerkzeug, Ober- und Unterspannrahmen inklusive Oberstempel) in die Maschine einzubringen.

Selbstzentrierung des Werkzeugs

Rollenbahnen vor der Maschinenöffnung erleichtern das Einbringen des Werkzeugpaketes auf beeindruckend einfache Weise, vergleichbar mit jeder kleinen Maschine. Das Formwerkzeug zentriert sich selbsttätig und wird mittels Vakuum auf den Formtisch gespannt. Nach dem Schließen der Fronttüren laufen die einzelnen Funktionen über das Umrüstprogramm automatisch ab.

Eine Abspeicherung der Daten zur Erleichterung des späteren Anfahrens wirkt sich positiv auf die Rüstzeiten aus. Das ist besonders bei kleineren Stückzahlen und damit verbundenem häufigerem Formatwechsel von Vorteil.

Abhängig vom Form- und Transportvorgang erfolgt das Austransportieren der Formteile auf einem vertikal beweglichen Ablagetisch. Um ein Abkippen des Formteiles zu verhindern, wird die Formteilübernahme zunächst im Anstellwinkel zum Plattentransport ausgeführt. Beschädigungen (Abknicken) des Ziehteiles beim Verlassen des Plattentransportes, werden somit vermieden.

Nach dem Ablegen fährt der Tisch wieder in die wagerechte und dann auf Höhe der Teileentnahme. Für eine ergonomische Abnahme der Formteile wird der Tisch erneut schräg angestellt, so dass sich das Ziehteil in Durchlaufrichtung entnehmen lässt.

Weitere Informationen: Bernhard Rost, Marketingleiter bei der Illig Maschinenbau GmbH & Co. KG, 74081 Heilbronn, Tel. (0 71 31) 5 05-0, Fax (0 71 31) 5 05-3 03, info@illig.de

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