Verfahren zur lokalen aktiven Kühlung im Thermoformen für eine verbesserte Wanddickenverteilung der resultierenden Formteile

Abstract

Zur Anpassung der Wanddickenverteilung wurde der Einsatz einer aktiven lokalen Folienkühlung im Thermoformen an rotationssymmetrischen Becherformteilen erprobt. Das lokale Abkühlen der Folie zielt darauf ab, die Verstreckwiderstände der Folie so zu beeinflussen, dass die sonst inhomogene Wanddickenverteilung der Formteile vergleichmäßigt wird. Die Kühlstempel, die den klassischen Vorstreckstempel ersetzen, sind mittels Kohlenstoffdioxid (CO2) gekühlt. Es wurden Kühlstempeltemperaturen von 10 °C bzw. 20 °C gewählt. Die gekühlten Stempel entziehen der Folie lokal Wärme, sodass gekühlte Bereich der Folie weniger verstreckt werden als Bereiche, die eine höhere Folientemperatur beim Umformvorgang aufweisen. Da die Temperaturausgleichsvorgänge in der Folie langsamer ablaufen als die Umformung, müssen Kontaktzeiten zwischen Folie und Kühlstempel bis zum Einsetzen der Formluft vorgesehen werden. Die verlängerten Kontaktzeiten ermöglichen es, die Folie über der gesamten Foliendicke zu kühlen. Numerische Simulationen sowie praktische Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Anpassung der Wanddickenverteilung durch den Einsatz der lokalen Kühlung möglich ist. Die Ausprägung der resultierenden Wanddickenverteilung kann besonders durch die Kühlstempelgeometrie sowie die Kontaktzeit zwischen Folie und Kühlstempel beeinflusst werden. Durch die Änderung des Kühlstempelradius können unterschiedliche Formteilbereiche in ihrer Dicke angepasst werden. Bei der Durchführung der Versuche konnte bei Verwendung eines Becherformteils mit 60 mm Durchmesser, einer Tiefe von 40 mm sowie einer Entformungsschräge von 4° die Wanddickenverteilung mit einem Kühlstempeldurchmesser von 30 mm homogenisiert werden. In Abhängigkeit weiterer Prozesseinstellungen wie Kontaktzeiten oder einem Stempelüberstand, der die Kontaktzeit weiter erhöht, ist die Wanddickenverteilung weiter in ihrer lokalen Ausprägung einstellbar. Eine globale Änderung der Wanddickenverteilung wird jedoch hauptsächlich über die Änderung des Kühlstempelradius erzeugt. Eine Übertragung der Erkenntnisse auf weitere Geometrien ist möglich. Allerdings muss bei großen Formteilen mit großen Formflächen der Foliendurchhang berücksichtig werden, da dieser sonst Einfluss auf die Kontaktbedingungen zwischen Folie und Stempel aufweist und die Kühlleistung durch einen größeren Abstand der beiden Kontaktpartner reduziert. Insgesamt zeigen sowohl die Simulationen als auch die Experimente, dass die Wanddickenverteilung der Formteile durch die aktive Kühlung beeinflussbar ist. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Datei-Upload durch TIB