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Dokumentenidentifikation EP0718077 12.06.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0718077
Titel Verfahren und Vorrichtungen zum Perforieren von glatten, geschlossenzelligen Oberflächen offenzelliger Kunststoff-Schaumfolien
Anmelder Depron B.V., Weert, NL
Erfinder Joppen, Henk, NL-5653 Eindhoven, NL;
Daniels, Paul, NL-6004 BL Weert, NL;
Buijsch, Jan op den, NL-6024 RC Budel-Dorplein, NL
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 59510673
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, NL, PT, SE
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 15.12.1995
EP-Aktenzeichen 951198696
EP-Offenlegungsdatum 26.06.1996
EP date of grant 07.05.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.06.2003
IPC-Hauptklasse B26F 1/24
IPC-Nebenklasse B29C 51/32   B65D 81/26   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Perforieren von glatten, geschlossenen Oberflächen offenzelliger Kunststoff-Schaumfolien.

Derartige Kunststoff-Schaumfolien mit offenzelligem Kern werden beispielsweise zu Produkten wie Schalen oder Behältern thermogeformt.

Für die Herstellung von Verpackungsmaterial, wie beispielsweise Verpackungsschalen, werden offenzellige Kunststoff-Schaumfolien eingesetzt, die im Gegensatz zu Kunststoff-Schaumfolien mit geschlossenen Zellen in der Lage sind, Flüssigkeiten aufzunehmen.

Kunststoff-Schaumfolien werden im allgemeinen in der Weise hergestellt, daß ein thermoplastischer Kunststoff zusammen mit einem Treibmittel, insbesondere einem Treibgas, aus einer ring- oder breitschlitzförmigen oder Koextrusionsdüse extrudiert wird. Kurz nach dem Verlassen der Extrusionsdüse expandiert das im Kunststoff fein verteilte Treibmittel, so daß sich im Kunststoffschaumkörper feinste Bläschen bilden. Je nach Verfahrensbedingungen hinsichtlich der Temperatur und der Extrusionsgeschwindigkeit werden mehr oder weniger große Bläschen erhalten. Dementsprechend enthält die so hergestellte Kunststoff-Schaumfolie dichtgepackte, geschlossene, gasgefüllte Zellen, wobei das in den Zellen eingeschlossene Gas im allgemeinen Luft und/oder Reste des Treibmittels sind. Derartige geschlossenzellige Kunststoff-Schaumfolien besitzen ausgezeichnete Isoliereigenschaften, die im wesentlichen auf den dichtgepackten, geschlossenen, gasgefüllten Zellen beruhen.

Völlig anders verhält sich eine Kunststoff-Schaumfolie, in der die Zellen nicht geschlossen, sondern geöffnet, d.h. durchgängig, sind. Eine solche Kunststoff-Schaumfolie kann beispielsweise Flüssigkeiten absorbieren und speichern, ähnlich wie ein Schwamm. Derartige offenzellige Kunststoff-Schaumfolien werden im allgemeinen mittels einer Tandem-Extrusionsanlage hergestellt. Diese Kunststoff-Schaumfolien sind mit einer dünnen, geschlossenzelligen Haut an der Innen- und Außenseite ausgestattet. Diese Haut ist unbedingt erforderlich, um eine gute thermische Ausformung der Kunststoff-Schaumfolie zu einem Schalenprodukt zu garantieren. Damit Flüssigkeit von den produzierten Schalenprodukten aufgenommen werden kann, ist es erforderlich, die Oberflächenhaut an bestimmten Stellen zu perforieren.

Die Kunststoffe der Schaumfolie können aus der Gruppe der Polyolefine, wie Polyethylen (HDPE, LPE, LLTP), chloriertes Polyethylen, Polypropylen (PP), Polypropylencopolymere (PPC), Ethylenvinylacetatcopolymer(EVA), halogenierte Polyolefine; aus der Gruppe der Styrolpolymere, wie Polystyrol (PS), Polystyrolcopolymere (PSC), Acrylonitrilbutadienstyrolcopolymere (ABS), Styrolmaleinsäureanhydrid, schlagfeste Polystyrole (SPS); aus der Gruppe der Polyester, wie Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylenglykolterephthalat (PETP), Polybutylenterephthalat (PPT); aus Ethylenpropylenterpolymerisat, Polyvinylchlorid (PVC), und/oder Polyphenylenoxid ausgewählt werden.

Ferner kann der Kunststoff aus Copolymeren oder Blends thermoplastischer Polymere, aus Polymeren, Copolymeren oder Blends thermoplastischer Polymere und/oder Copolymeren bestehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, mit denen eine sichere und schnelle Perforation der glatten, geschlossenen Oberflächenhaut eines aus einer Kunststoff-Schaumfolie thermogeformten Produkts vorgenommen werden kann, um einen Zugang zu der offenzelligen Struktur der Kunststoff-Schaumfolie unterhalb der Oberfläche zu erhalten. Im Rahmen dieser Aufgabe soll auch dann eine sichere Perforation gewährleistet sein, wenn Dimensionsabweichungen in den Produkten infolge von Schrumpf und/oder Veränderungen in der Schlaglänge der Folie auftreten.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren nach der Erfindung in der Weise gelöst, daß eine extrudierte Kunststoff-Schaumfolie auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt, in einer Thermoformanlage mit Hilfe eines doppelseitigen Vakuums tiefgezogen und wärmefixiert wird und daß eine von zwei geschlossenen Oberflächenhäuten der Kunststoff-Schaumfolie mittels Nadeln perforiert wird. Dabei erfolgt die Nadelung vor oder nach der Thermoformung der Kunststoff-Schaumfolie.

In einer Variante des Verfahrens wird die Kunststoff-Schaumfolie zusammen mit einer gefärbten Deckschicht aus dem gleichen oder unterschiedlichem Material wie die Kunststoff-Schaumfolie koextrudiert, aufgeheizt, in einer Thermoformanlage mit Hilfe eines doppelseitigen Vakuums tiefgezogen und wärmefixiert und die Deckschicht bis zur Oberfläche der Kunststoff-Schaumfolie mittels Nadeln perforiert. Ebenso ist es möglich, daß die Kunststoff-Schaumfolie aus gefärbtem Material extrudiert wird. In diesem Fall erübrigt sich die Koextrusion einer gefärbten Deckschicht.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Nadeln während der Perforierung hin- und herbewegt, wobei die Nadelspitzen die Oberflächenhaut der angehaltenen Kunststoff-Schaumfolie durchlöchern. In einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens sind die Nadeln lagefest in einem Formblock angebracht und werden die vorstehenden Nadelspitzen auf die Innenseite der Kunststoff-Schaumfolie so weit hinbewegt, daß sie deren Oberflächenhaut perforieren, wobei die Außenseite der Kunststoff-Schaumfolie an einer Gegendruckplatte anliegt.

Ebenso ist es möglich, daß die eine geschlossene Oberflächenhaut der Kunststoff-Schaumfolie vor dem Aufheizen und der Thermoformung mit Hilfe von Nadeln perforiert wird, die auf einer umlaufenden Walze angebracht sind.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden nach dem Abkühlen des in einer Thermoformanlage ausgeformten Produkts eine von zwei geschlossenen Oberflächenhäuten der Seitenwände und der Boden des in der Thermoformanlage befindlichen Produkts mittels Nadeln senkrecht zu den Flächen der Seitenwände und des Bodens perforiert.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Seitenwände und der Boden gleich/unterschiedlich tief perforiert, wobei die Nadelspitzen in die Innenseiten des Produkts 2,5 bis 3 mm tief eindringen.

In einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens werden die Nadeln mittels Druckluft aus einer Patrize zu Perforationsbeginn ausgefahren, und am Perforationsende, nach Abschalten der Druckluft, werden die Nadeln mittels Federdruck in die Patrize eingefahren.

Eine Variante des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß die thermogeformte Kunststoff-Schaumfolie aus einer Thermoformanlage in die Perforierstation transportiert und in dieser gegen eine feststehende Andruckplatte mittels verschiebbarer Perforierblöcke gedrückt wird und daß eine Nadelplatte frei schwebend mittels eines Druckmediums gegen die Perforierblöcke angehoben wird, um die Nadelspitzen der in der Nadelplatte verankerten Nadeln gegen die geformte Kunststoff-Schaumfolie zu drücken und deren an den Perforierblöcken anliegende Oberfläche zu durchstechen.

In Weiterbildung dieses Verfahrens kommt es beim Anheben der Perforierblöcke bis zum dichten Abschließen mit den in der Kunststoff-Schaumfolie ausgeformten Produkten dazu, daß die Perforierblöcke sich während des Schwebens in den ausgeformten Produkten selbst zentrieren. Dabei werden die Perforierblöcke mit einstellbarem Hub mittels elektropneumatischer oder elektromechanischer Antriebszylinder gegen die lagefeste Andruckplatte angehoben.

Eine Vorrichtung zum Perforieren von glatten, geschlossenen Oberflächen offenzelliger Kunststoff-Schaumfolien ist derart ausgestaltet, daß es sich um ein bewegliches Teil handelt, das mit beweglichen oder feststehenden Nadeln in Matrixanordnung ausgestattet ist, deren Nadelspitzen während des Perforationsvorgangs von der Oberfläche des Teils so weit vorstehen, daß sie die Oberflächenhaut der Kunststoff-Schaumfolie durchlöchern.

In Weiterbildung der Vorrichtung ist das Teil ein beweglicher Formblock, der eine Innenseite der Kunststoff-Schaumfolie formt, einer Thermoformanlage. Die Thermoformanlage weist einen weiteren Formblock auf, der eine Außenseite der Kunststoff-Schaumfolie formt, und es sind in dem Formblock für die Innenseite bewegliche oder feststehende Nadeln angeordnet.

In Ausgestaltung der Erfindung umfaßt der Formblock für die Innenseite eine Patrize, eine Kühlplatte, eine Vakuumplatte, bewegliche Nadeln, Nadelplatten, Federn für die Rückstellung der Nadelplatten, Membranen und eine Montageplatte, die durch Schrauben zusammengehalten sind.

In zweckmäßiger Weise weist der Formblock für die Außenseite der Kunststoff-Schaumfolie eine Matrize auf, deren an der Außenseite anliegende Fläche komplementär zu der an der Innenseite anliegenden Fläche der Patrize ausgebildet ist.

Die Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorteilhafterweise derart, daß die Formblöcke bis auf einen Abstand, entsprechend der einstellbaren Wandstärke einer aus der Kunststoff-Schaumfolie tiefgezogenen Schale, aufeinander zu bewegbar sind. Die Wandstärke der einzelnen Schale beträgt im allgemeinen etwa 3,0 bis 6,5 mm.

Die weitere Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 19 bis 33.

Eine weitere Vorrichtung zum Perforieren von glatten, geschlossenen Oberflächen offenzelliger Kunststoff-Schaumfolien, die zu Produkten wie Schalen und Behältern thermogeformt sind, zeichnet sich dadurch aus, daß ein feststehender Formblock, der die Seitenwände und den Boden einer Schale oder eines Behälters aus einer Kunststoff-Schaumfolie formt, eine feststehende Basisplatte mit zueinander parallelen, übereinanderliegenden Kanälen für ein Kühlmedium, Vakuum und ein Druckmedium und eine Patrize aufweist, in der Nadelkolben vorhanden sind, die senkrecht auf die Seitenwände und den Boden in ihren den Seitenwänden und dem Boden gegenüberliegenden Positionen innerhalb der Patrize gerichtet sind.

In Weitergestaltung der Vorrichtung ist an der Unterseite der Patrize ein Verteilerkanal angebracht, der über zumindest eine Vertikalbohrung mit dem Kanal für das Druckmedium verbunden ist. Des weiteren steht der Kanal für das Vakuum über zumindest zwei vertikale Vakuumanschlußbohrungen mit dem Inneren der Patrize in Verbindung.

In Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Nadelkolben mit dem Verteilerkanal in Verbindung, so daß jeder Nadelkolben mit Druckluft beaufschlagbar ist.

Die weitere Ausgestaltung dieser Vorrichtung ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 38 bis 40.

Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung zum perforieren von glatten, geschlossenen Oberflächen von Kunststoff-Schaumfolie mit offenzelligem Kern zeichnet sich dadurch aus, daß die Vorrichtung ein Grundgestell mit vertikalen Führungsstangen, eine entlang der Führungsstangen verschiebbare Montageplatte, auf der ein Formblock aus Perforierblöcken, die Nadeln enthalten, und eine Grundplatte angeordnet sind, und eine lagefest auf den Führungsstangen montierte Andruckplatte umfaßt. In Ausgestaltung der Vorrichtung sind auf dem Grundgestell elektropneumatische oder elektromechanische Antriebszylinder angeordnet, deren Kolbenstangen gegen die Unterseite der Montageplatte anliegen, um diese anzuheben oder abzusenken.

Zweckmäßigerweise ist die Andruckplatte in ihrer Höhe auf den Führungsstangen einstellbar. Sie wird jeweils in der eingestellten Höhe mittels Schraubenmuttern lagefixiert.

In Weitergestaltung der Vorrichtung liegt die zu Produkten thermogeformte Kunststoff-Schaumfolie gegen die Unterseite der Andruckplatte so an, daß sich die Perforierblöcke unmittelbar vor der Perforation in den ausgeformten Produkten zentrieren.

Die weitere Ausgestaltung dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 45 bis 48.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß beim Anheben der Perforierblöcke gegen die ausgeformten Produkte in der Kunststoff-Schaumfolie, die gegen die Unterseite der Andruckplatte anliegt, sich die Perforierblöcke in den ausgeformten Produkten selbst zentrieren, so daß auftretende kleine Abweichungen von einigen Millimetern, bedingt durch Schrumpf der Kunststoff-Schaumfolie und Veränderungen in der Schlaglänge der Folienbahn, kompensiert werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen der Vorrichtung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1
in schematischer Schnittdarstellung eine Thermoformanlage, von der ein Formblock mit beweglichen Nadeln für die Perforation einer zu einer Schale geformten Kunststoff-Schaumfolie ausgestattet ist,
Fig. 2
einen Schnitt durch eine Patrize und eine Kühlplatte als Teilelemente eines Formblocks mit beweglichen Nadeln der Vorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 3
einen Schnitt durch einen vollständigen Formblock der Vorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 4
schematisch eine Ansicht einer Patrize mit feststehenden Nadeln,
Fig. 5
in schematischer Ansicht eine in der Thermoformanlage den Formblöcken nachgeordnete Patrize mit feststehenden Nadeln,
Fig. 6
eine Nadelwalze mit feststehenden Nadeln und Gegendruckplatte zum Perforieren einer Kunststoff-Schaumfolie nach der Extrusion und vor der Thermoformung,
Fig. 7
einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Formblocks aus Grundplatte und Patrize,
Fig. 8
einen Querschnitt eines in der Patrize nach Fig. 7 angeordneten Nadelkolbens,
Fig. 9
eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung zum perforieren von glatten, geschlossenen Oberflächen von Kunststoff-Schaumfolien mit offenzelligem Kern, und
Fig. 10
einen Ausschnitt aus einem Formblock, bestehend aus einem Teil einer Grundplatte und einem Perforierblock der in Figur 9 gezeigten Vorrichtung.

Figur 1 zeigt schematisch die Perforation einer Kunststoff-Schaumfolie 16 in einer Thermoformanlage 10, die aus zwei Formblöcken 9 und 11 besteht. Die beiden Formblöcke 9 und 11 sind senkrecht zu der Transportrichtung der Kunststoff-Schaumfolie 16 hin- und herbewegbar. Der obere Formblock 9 enthält eine Matrize, wie nachstehend noch näher beschrieben werden wird, mit der die Außenseite des aus der Kunststoff-Schaumfolie hergestellten Produkts, beispielsweise eine Schale 20, geformt wird. Der untere Formblock 11 enthält u.a. eine Patrize, mit der die Innenseite des Produkts geformt wird. Die Querschnitte der Matrize und der Patrize sind zueinander komplementär ausgebildet.

Zum Ausformen der Kunststoff-Schaumfolie 16 in der Thermoformanlage 10 wird zunächst die Kunststoff-Schaumfolie in einem nicht gezeigten Infrarot-Wärmeofen auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt. Danach gelangt der aufgeheizte Abschnitt der Kunststoff-Schaumfolie 16 in die Thermoformanlage 10, deren Formblöcke 9 und 11 geschlossen werden, was bedeutet, daß die Matrize und Patrize sich bis auf einen Abstand von ca. 5 mm aneinander angenähert haben. Die Kunststoff-Schaumfolie wird gleichzeitig beidseitig tiefgezogen, mittels doppelseitig wirkendem Vakuum, mit dem die Formblöcke 9 und 11 bzw. die Matrize und Patrize beaufschlagt werden. Sowohl die Matrize als auch die Patrize werden mittels Wasser oder einer sonstigen Flüssigkeit gekühlt, d.h. auf einer bestimmten Temperatur gehalten, die erforderlich ist, um die Festigung des aus der Kunststoff-Schaumfolie geformten Produkts zu gewährleisten. Durch die Festigung des Produkts wird die Beibehaltung der Form sichergestellt. Nach Ablauf einer bestimmten Vakuum- und Kühlzeit in den noch geschlossenen Formblöcken 9 und 11 der Thermoformanlage 10 erfolgt die Perforation der glatten, geschlossenen Oberflächenhaut der im Inneren offenzelligen Kunststoff-Schaumfolie 16 bzw. der daraus geformten Schale 20. Hierzu sind bewegliche Nadeln 4 in dem unteren Formblock 11 vorgesehen, die mittels Druckluft ausgefahren werden.

Wie aus dem Teilschnitt des Formblocks 11 in Figur 2 hervorgeht, sind zum Perforieren der tiefgezogenen Kunststoff-Schaumfolie 16 bzw. der daraus geformten Schalen 20 die beweglichen Nadeln 4 so montiert, daß sie in der neutralen Position mit ihren Nadelspitzen 18 entweder mit der Oberfläche der Patrize 1 abschließen oder in einem Abstand d von etwa 0,2 mm unterhalb der Patrizenoberfläche sich befinden. Der Durchmesser der Nadeln 4 liegt im Bereich von 1,0 bis 2,0 mm, und jede Nadel 4 ist in einer Führung 22 angeordnet, die sich durch die Patrize 1, die Kühlplatte 2 sowie eine in Figur 3 gezeigte, darunter befindliche Vakuumplatte 3 erstreckt.

In Figur 2 ist die geformte Kunststoff-Schaumfolie 16 angedeutet, die mit ihrer Innenseite 13 an der Patrize 1 anliegt, während ihre Außenseite 12 mit der nicht gezeigten Matrize in Kontakt ist.

Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, besteht der vollständige Formblock 11 für die Innenseite der geformten Kunststoff-Schaumfolie aus der Patrize 1, der Kühlplatte 2, der Vakuumplatte 3, beweglichen Nadeln 4, einer Nadelplatte 5, Federn 6 für die Rückstellung der Nadelplatte, Membranen 7 und einer Montageplatte 8, wobei sämtliche Teile durch Schrauben 30 zusammengehalten sind. Die Patrize 1 ist jeweils entsprechend dem herzustellenden Produkt geformt, d.h. mit anderen Worten, für jedes Produkt gibt es eine eigene Patrize 1. Wie schon bei der Beschreibung von Figur 2 erwähnt wurde, ist die Patrize 1 mit Führungen 22 für die beweglichen Nadeln 4 ausgestattet. Diese Führungen 22 werden einerseits als Führungen für die Nadeln 4 benutzt und andererseits als Vakuumkanäle, die während der Verformung der Kunststoff-Schaumfolie 16 unter Vakuum gesetzt werden. Diese kombinierte Nutzung der Führungen 22 ist sehr platzsparend und konstruktiv einfach, da wesentlich weniger Löcher in die Patrize 1 gebohrt werden müssen als bei einer Trennung von Führungen und Vakuumkanälen. Die Führungen haben ein vorgegebenes Übermaß, im Vergleich zum Nadeldurchmesser, so betragen beispielsweise die Nadeldurchmesser 1,0 bis 2,0 mm und die Durchmesser der Führungen 22 1,4 bis 2,4 mm. Zum schnellen Aufbau des Vakuums sind die Führungen 22 innerhalb der Kühlplatte 2 und der Vakuumplatte 3 über eine bestimmte Länge zu Zylinderkammern 24 aufgebohrt, die einen Durchmesser von etwa 5 mm besitzen. Das Material für die Patrize 1 ist bevorzugt Aluminium, jedoch sind auch sonstige Metalle und Metallegierungen hierfür geeignet.

Der Formblock für die Außenseite 12 der Kunststoff-Schaumfolie bzw. der ausgeformten Schale 20 weist eine in Figur 3 schematisch angedeutete Matrize 15 auf, deren an der Außenseite 12 anliegende Fläche komplementär zu der an der Innenseite 13 anliegenden Patrize 1 ausgebildet ist. Die Formblöcke sind bis auf einen Abstand entsprechend der einstellbaren Wandstärke der Schale 20 aufeinander zu bewegbar, wobei die Wandstärke der Schale 20 im Bereich von 3,5 bis 6,5 mm liegt. Sowohl die Matrize als auch die Patrize sind jeweils auf einer Kühlplatte 2 montiert, von denen in Figur 3 nur die Kühlplatte der Patrize 1 gezeigt ist. Das Kühlmedium Wasser oder ein sonstiges Kühlmedium fließt durch die in die Unterseite der Kühlplatte 2 gefrästen Kühlkanäle 32, die durch die an die Unterseite der Kühlplatte 2 anliegende Vakuumplatte 3 zu geschlossenen Kühlkanälen werden. Das Material der Kühlplatte 2 ist bevorzugt Aluminium, jedoch sind auch andere Metalle und Metallegierungen hierfür geeignet.

In die Unterseite der Vakuumplatte 3 ist eine Kammer 23 eingefräst, die eine zwei Teilplatten 25, 26 umfassende Nadelplatte 5 aufnimmt. Die Führungen 22 für die beweglichen Nadeln 4 erstrecken sich von der Kammer 23 durch die Vakuumplatte 3, die Kühlplatte 2, bis zu der Außenseite der Patrize 1. Der Querschnitt der einzelnen Führung 22 verengt sich auf den Querschnitt der Nadeln 4 auf einer Länge von einigen Zehnteln Millimeter, beginnend unterhalb der Außenseite und endend auf der Außenseite der Patrize 1 bzw. des Formblocks 11.

Die Zylinderkammern 24 erstrecken sich von der Kammer 23 durch die Vakuumplatte 3 hindurch bis teilweise in die Kühlplatte 2 hinein. In den Zylinderkammern 24 sind die Federn 6 untergebracht, die die Nadeln 4 umschließen. Das eine Ende jeder Feder liegt gegen die Deckfläche der Zylinderkammer 24 und das andere Ende gegen die zugehörige Nadelplatte 5 unter Druck an.

Die Nadeln 4 sind mit ihren unteren Enden in der oberen Teilplatte 25 der Nadelplatte 5 verankert. Die obere Teilplatte 25 ist hierzu mit Löchern 28 ausgestattet, die ein Übermaß gegenüber den hindurchgeführten Nadeln 4 aufweisen, um ein reibungsloses Spiel während der Bewegungen der Nadeln in den Löchern sicherzustellen. Das Ausgangsmaterial für die Nadeln 4 sind sogenannte Auswerfstifte aus einer Nickel-Chrom-Legierung gemäß DIN 1530D oder DIN 9861. Diese Auswerfstifte werden auf die gewünschte Länge geschnitten und mit einer Spitze versehen, deren Öffnungswinkel zwischen 10 und 60° beträgt, insbesondere 30°. Weitere bevorzugte Öffnungswinkel α für die Nadeln 4 betragen 23° oder 27°. Die Nadeln 4 sind darüber hinaus noch vernickelt. Die Federn 6 dienen zur Rückführung der Nadelplatte 5 und zentrieren darüber hinaus die Nadelplatte. Die einzelne Membran 7 ist zwischen der Vakuumplatte 3 und einer Montageplatte 8 eingeklemmt. Die untere Teilplatte 26 der Nadelplatte 5 liegt direkt auf der Membran 8 auf. Die obere Teilplatte 25 hält bei druckentlasteter Membran 7 einen Abstand zu einer Deckfläche 27 der Kammer 23 ein. Sobald die Membran 7 mit Druck beaufschlagt wird, wird die Nadelplatte 5 insgesamt angehoben, und zwar so lange, bis die obere Teilplatte 25 gegen die Deckfläche 27 der Kammer 23 anliegt. Dadurch werden die Nadeln 4 in den Führungen 22 nach oben gedrückt, so daß die Nadelspitzen 18 von der Oberfläche der Patrize 1 vorstehen und eine Oberflächenhaut 19 der Schale 20 durchdringen. Die Membran 7 ist beispielsweise eine ca. 1 mm dicke Polyurethan-Platte mit einer Shore-Härte A von 70°. Die Membran 7 wird über einen Kanal 29 in der Montageplatte 8 mit Druckluft beaufschlagt. Der Kanal 29 ist hierzu mit einer zentralen Ausnehmung 31 unterhalb der Mitte der Membran 7 verbunden. Eine einzelne Membran 7 kann mehrere Nadelplatten 5 antreiben. Die Anzahl der Nadelplatten ist im allgemeinen abhängig von der Größe der zu formenden Schale 20 bzw. vom Produkttyp. Auch die Matrixverteilung der Nadeln 4 in den Nadelplatten 5 hängt vom Produkttyp ab. Im allgemeinen gilt jedoch, daß jede Nadelplatte 5 von einer eigenen Membran 7 betätigt wird. In einem Formblock 11 können 3x5 bis 6x6 Nadelplatten 5 und dazugehörige Membranen 7 untergebracht sein. Das Material der Nadelplatten 5 ist im allgemeinen rostfreier Stahl, jedoch sind auch andere Metallegierungen auf der Basis von Eisen, Nickel und Chrom hierfür geeignet.

Wie schon voranstehend erwähnt wurde, dehnt sich die Membran 7 bei Druckbeaufschlagung nach oben aus und drückt die mit den Nadeln 4 bestückte Vakuumplatte 3 um ca. 3 mm nach oben, so lange, bis die obere Teilplatte 25 gegen die Deckfläche 27 als Anschlag anliegt. Die Nadelspitzen 18 durchlöchern dabei die dünne Oberflächenhaut 19 an der Innenseite 13 der Schale 20. Nach Ablassen der Druckluft bringen die zwischen den Nadelplatten 5 und der Deckfläche der Zylinderkammern 24 montierten Federn 6 die Nadelplatten und die Membrane 7 zurück in ihre Ausgangspositionen. Wenn alle Nadelplatten 5 wieder ihre Ausgangspositionen eingenommen haben, öffnet sich das Werkzeug der Thermoformanlage, die geformte und genadelte Schale 20 wird ausgeschoben, und ein neu aufgeheizter Abschnitt der Schaumfolie 16 wird vorgeschoben, und der Zyklus wiederholt sich.

Figur 4 zeigt einen Formblock 17 mit feststehenden Nadeln 14, der Teil einer Thermoformanlage 10 ist, wie sie in Figur 1 schematisch dargestellt ist. In Figur 4 sind nur eine Patrize 33, eine plane Gegendruckplatte 35, die feststehenden Nadeln 14 sowie eine Schale 20 angedeutet, die sich zwischen der Patrize 33 und der planen Gegendruckplatte 35 befindet. Bei diesem Werkzeug mit feststehenden Nadeln 14 sind diese gemäß einem vorgegebenen Muster fest auf der Patrize 33 montiert und stehen etwa 3 mm von der Oberfläche der Patrize vor. Die Herstellung der einzelnen Schale 20 nach dem Thermoformverfahren läuft in der gleichen Weise mit diesem Formblock 17 mit feststehenden Nadeln ab, wie das Thermoformverfahren mit beweglichen Nadeln, das zuvor anhand von Figur 3 erläutert wurde. Der Formblock 17 umfaßt neben der Patrize 33 eine jeweils nicht dargestellte Kühl- und Vakuumplatte. Die Kunststoff-Schaumfolie wird ebenfalls mittels doppelseitigem Vakuum tiefgezogen, wobei die feststehenden Nadeln 14 die Haut an der Innenseite der Schale 20 perforieren.

Bei einem weiteren Verfahren zum Perforieren von tiefgezogenen Produkten, wie Schalen aus Kunststoff-Schaumfolien, erfolgt die Nadelung nach Ausformen des Schalenprodukts und außerhalb des Werkzeuges der Thermoformanlage 10. Bei diesem Verfahren, das anhand der schematischen Figur 5 erläutert wird, werden die Schalen 20 nach dem Thermoformen der Kunststoff-Schaumfolie in der Thermoformanlage 10 in Richtung des Pfeils A zu einem separaten, in der Tiefziehanlage montierten Formblock 37 geführt. Der Formblock 37 entspricht im wesentlichen dem Formblock der Figur 4 und umfaßt eine Patrize 33, eine Kühlplatte 34 und eine Montageplatte 36. Die feststehenden Nadeln 14 stehen mit ihren Nadelspitzen bis zu 3 mm von der Patrize 33 vor und sind mit ihren Nadelenden entweder in der Patrize 33 oder in der Kühlplatte 34 verankert. Die Außenseite der Schale 20 liegt während der Perforation an der Gegendruckplatte 35 an.

Anhand von Figur 6 wird ein weiteres Verfahren zur Nadelung von einer Kunststoff-Schaumfolie 16 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird die Kunststoff-Schaumfolie 16 vor dem Aufheizen und der Thermoformung in der Thermoformanlage 10 mit Hilfe einer Nadelwalze 21 an der Innenseite perforiert. Die Nadelwalze 21 ist mit feststehenden Nadeln 14 ausgerüstet, deren Nadelspitzen 18 gleichfalls bis zu etwa 3 mm von der Walzenoberfläche vorstehen. Die Nadelwalze 21 ist entweder am Eingang der Tiefziehanlage bzw. an dem Extruder angeordnet.

Die Kunststoff-Schaumfolie kann durch Zusatz von Masterbatches während der Extrusion gefärbt werden. Ebenso ist es möglich, in einer Tandem-Extrusionsanlage die Kunststoff-Schaumfolie zusammen mit einer gefärbten Deckschicht aus dem gleichen oder unterschiedlichem Material wie die Kunststoff-Schaumfolie zu koextrudieren. Ein derartig koextrudiertes Produkt aus Kunststoff-Schaumfolie und gefärbter Deckschicht wird nach der Koextrusion aufgeheizt, in einer Thermoformanlage mit Hilfe eines doppelseitigen Vakuums tiefgezogen und wärmefixiert. Anschließend wird die Deckschicht durchlöchert und die Kunststoff-Schaumfolie mittels feststehender oder beweglicher Nadeln perforiert. Mit dem Koextrudat aus Kunststoff-Schaumfolie und Deckschicht können sämtliche Thermoformgebungen sowie Perforierungen mittels Nadeln mit den gleichen Verfahren, wie sie voranstehend anhand der Figuren beschrieben wurden, durchgeführt werden.

Die Herstellung der Schalen, insbesondere bei Verwendung von schwereren Kunststoff-Schaumfolien, die ein höheres Gewicht pro m² haben, kann ebenso durch Thermoverformung mit Tiefziehen durch einseitiges Vakuum erfolgen. Auch eine Thermoverformung ohne Vakuum-Tiefziehen kann bei der Herstellung der Schalen angewandt werden.

Die aus offenzelligen Kunststoff-Schaumfolien hergestellten Schalen oder Behälter werden beispielsweise mittels Vakuum, das auf beide Seiten der Kunststoff-Schaumfolie einwirkt, und Wärme in einer Formstation geformt. Nach dem Formvorgang muß die Innenseite der Schale perforiert werden, was u.a. mit Hilfe von Nadeln durchgeführt werden kann. Durch die Perforation wird erreicht, daß die von dem in der Schale zu verpackenden Nahrungsmittel abgegebene Flüssigkeit, beispielsweise der Saft von Fleischstücken, im Kern des offenzelligen Schaumes absorbiert werden kann. Die Perforation der Schalen kann während des Tiefziehprozesses an zwei Stellen durchgeführt werden, und zwar mittels einer Membranplatte in der Formstation, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 44 46 442.8 beschrieben ist, oder mit Hilfe von Nadelkolben, die in der Patrize angeordnet sind. Beim Perforieren in der Formstation ist es notwendig, daß die Perforation erst stattfinden kann, nachdem die Schale ausgeformt und abgekühlt ist.

Figur 7 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Vorrichtung zum Perforieren der glatten geschlossenen Oberflächen einer offenzelligen Kunststoff-Schaumfolie, die zu einer Schale oder zu einem Behälter thermogeformt ist. Ein feststehender Formblock 39 umfaßt eine Grundplatte 40 und eine Patrize 47, in der eine Anzahl von Nadelkolben 51 angeordnet ist. Die Patrize 47 besitzt einen Querschnitt entsprechend der zu formenden Schale, die Seitenwände 46 und einen Boden 45 aufweist. In der feststehenden Grundplatte 40 sind zueinander parallele, übereinanderliegende Kanäle 41, 42, 43 für ein Kühlmedium, Vakuum und für ein Druckmedium untergebracht. Die Kanäle 41 bis 43 sind auf der einen Seite durch Stopfen 48 abgeschlossen, die Dichtungen 58 aufweisen. In Figur 1 ist schematisch eine Kunststoff-Schaumfolie 16 dargestellt, die an der Oberseite der Patrize 47 anliegt. Die Nadelkolben 51 innerhalb der Patrize 47 sind senkrecht auf die Seitenwände 46 und den Boden 45 der Schale gerichtet. Wenn die Nadeln 52 aus dem Nadelkolben 51 ausfahren und die Kunststoff-Schaumfolie 16 perforieren, wird der Vorteil erzielt, daß die Perforation der Seitenwände 46, ebenso wie die Perforation des Bodens 45, senkrecht auf diese Flächen durchgeführt wird. Dadurch kann die Perforation, insbesondere in den Bereichen der Seitenwände, tiefer erfolgen als bei der Membranplatte gemäß der zuvor erwähnten deutschen Patentanmeldung, da bei dieser Membranplatte alle Nadeln in die gleiche senkrechte Richtung auf den Boden einer Schale ausfahren können, so daß die zum Boden geneigten Seitenwände nur schräg zu ihren Flächen perforiert werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die Löcher in den Seitenwänden weitgehend kreisförmig sind, während sie bei einer Membranplatte oval oder länglich sind, wodurch die Stabilität der Seitenwände beeinträchtigt wird. Es wird somit die Gefahr einer Oberflächenbeschädigung der schrägen Seitenwände einer Schale verringert.

Die Anwendung von Nadelkolben 51 ermöglicht es, daß unterschiedliche Perforationstiefen der Löcher in den Seitenwänden und im Boden der Schale vorgesehen werden können. So ist es beispielsweise möglich, den Boden 3 mm tief zu perforieren und die Seitenwände im Bereich von 2,5 bis 3 mm zu perforieren.

Der Kanal 42 für das Vakuum steht über zumindest zwei vertikale Vakuumanschlußbohrungen 50 mit dem Inneren der Patrize 47 in Verbindung. An der Unterseite der Patrize 47 ist ein Verteilerkanal 49 angebracht, der über Vertikalbohrungen 44 mit dem Kanal 43 für das Druckmedium verbunden ist. Bei dem Druckmedium handelt es sich im allgemeinen um Preßluft. Die Nadelkolben 51 sind in direkter Verbindung mit dem Verteilerkanal 49, so daß bei Beaufschlagung des Verteilerkanals 49 über den Kanal 43 mit Preßluft jeder der Nadelkolben mit Preßluft beaufschlagt wird. Dadurch wird erreicht, daß die Nadeln 52, wie nachstehend noch anhand von Figur 8 näher beschrieben wird, ausfahren und den Boden und die Seitenwände der aus der Kunststoff-Schaumfolie 16 geformten Schale perforieren.

Wie Figur 8 zeigt, besteht der einzelne Nadelkolben 51 aus einer T-förmigen Führung 54, einer Nadel 52, einer Druckfeder 53, einem Kolbenzylinder 59 und einem im Kolbenzylinder befindlichen Kolbenring 55. Die T-förmige Führung 54 weist ein Außengewinde auf und ist mit diesem Außengewinde in einen zylindrischen Hohlraum 60 innerhalb der Patrize 47 eingeschraubt. Dieser Hohlraum ist über einen Bund 57 gegen einen weiteren zylindrischen Hohlraum 61 mit kleinerem Durchmesser abgesetzt, der direkt mit dem Verteilerkanal 49 verbunden ist. Die Führung 54 besteht beispielsweise aus Messing, Aluminium oder einem sonstigen Metall, kann aber auch aus Kunststoff gefertigt sein. Die Druckfeder 53 liegt mit dem einen Ende an der Unterseite der T-förmigen Führung und mit ihrem anderen Ende an der Oberseite des Kolbenringes 55 an. Der Kolbenring 55 befindet sich im unteren Teil des Hohlraums 60 und ist gegen die Seitenwände des Hohlraums 60 durch eine Dichtung 48, z.B. eine Ringdichtung, abgedichtet.

Das obere Ende des Kolbenzylinders 58 liegt gegen eine horizontale Unterseite der T-förmigen Führung 54 an, während das untere Ende des Kolbenzylinders sich gegen den Bund 57 des Hohlraums 60 in der Patrize 47 abstützt. Die Druckfeder 53 umschließt die Nadel 52, die mit ihrer Spitze innerhalb einer Bohrung 56 der Führung 54 gleitet. Das Ende der Nadel ist in dem Kolbenring 55 verankert. Das Ausgangsmaterial für die Nadeln 52 sind sogenannte Auswerfstifte aus einer Nickel-Chrom-Legierung gemäß DIN 1530 D oder DIN 9861. Diese Auswerfstifte werden auf die gewünschte Länge geschnitten und mit einer Spitze versehen, deren Öffnungswinkel zwischen 10 und 60° beträgt, insbesondere 30 °. Weitere bevorzugte Öffnungswinkel für die Nadeln 52 betragen 23° oder 27°. Die Nadeln sind im allgemeinen vernickelt. Die Druckfeder 55 sorgt dafür, daß beim Abschalten der Zufuhr des Druckmediums zu dem Verteilerkanal 49 die Nadel 52 komplett in die Patrize 47 bzw. in den Block, der die Patrize bildet, eingefahren ist. Da beim Abschalten der Zufuhr des Druckmediums der Druck auf die Unterseite des Kolbenringes 55 entfällt, reicht die Federkraft der Druckfeder 53 aus, um den Kolbenring 55 nach unten bis zum Aufliegen auf den Bund 57 zu drücken und damit auch die in dem Kolbenring 55 gelagerte bzw. verankerte Nadel 52 in Figur 8 nach unten zu drücken, so daß die Spitze der Nadel innerhalb der Bohrung 56 der Führung 54 zu liegen kommt.

Es ist auch eine Ausführungsform denkbar, die ohne Druckfeder auskommt, wobei der Kolbenring 55 nach dem Abschalten des Druckmediums einem Unterdruck ausgesetzt wird und daher nach unten, bis zum Aufliegen auf dem Bund 57, zurückgezogen und somit die Nadel 52 eingefahren wird. Hierzu kann ein umschaltbares Dreiwegeventil zwischen dem Druckkanal 43, dem Vakuumkanal 42 und der Vakuumanschlußbohrung 50 geschaltet sein. Dieses Dreiwegeventil schaltet für das Zurückziehen der Nadeln dann vom Druckkanal auf den Vakuumkanal um.

Die Perforation einer thermogeformten Schale läuft wie folgt ab:

Sobald die Kunststoff-Schaumfolie 16 auf der Patrize 47 aufliegt, schließt die Patrize und eine nicht dargestellte Matrize, und es wird sowohl über die Patrize als auch über die Matrize Vakuum auf die Kunststoff-Schaumfolie 16 aufgebracht. Mit Hilfe dieses Vakuums wird das Produkt, ob Schale oder Behälter, zu 100 % ausgeformt. Die Patrize und Matrize werden kontinuierlich gekühlt bzw. temperiert, und nach einer vorgegebenen Kühlzeit wird über den Kanal 43 für das Druckmedium stoßweise Preßluft dem Verteilerkanal 49 zugeführt und somit sämtliche Nadelkolben 51 in der Patrize 47 gleichzeitig mit Preßluft beaufschlagt. Diese Preßluft drückt den Kolbenring 55 gegen die Federkraft der Feder 53 in dem Hohlraum 60 nach oben, so daß die Nadelspitzen der Nadeln 52 aus der Oberfläche der Patrize 47 heraustreten und den Boden 45 und die Seitenwände 46 der Schale perforieren. Die Druckfeder 53 wird bei diesem Vorgang durch den Preßluftstoß zusammengedrückt. Danach wird die Preßluftzufuhrleitung entlüftet, und die Patrize und Matrize werden geöffnet. Der Kolbenring 55 wird beim Entlüften der Preßluftzufuhrleitung druckentlastet, so daß die Druckfeder 53 den Kolbenring 55 nach unten bis zum Anliegen auf dem Bund 57 drücken kann, wodurch die Spitzen der Nadeln 53 in die Bohrungen 56 der Führungen 54 zurückgezogen werden und der nächste Perforationsvorgang starten kann.

Figur 9 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Vorrichtung zum Perforieren der einen glatten, geschlossenen Oberfläche einer Kunststoff-Schaumfolie, weiterhin auch als Perforierstation bezeichnet. Die Perforierstation 90 besteht aus einem Grundgestell 77, auf dem vertikale Führungsstangen 72 befestigt sind, entlang denen eine Montageplatte 75 verschiebbar ist. Am oberen Ende der Führungsstangen 72 ist eine Andruckplatte 70 montiert, die in ihrer Höhe auf den Führungsstangen 72 einstellbar ist. Die Andruckplatte 70 wird in ihrer Position mittels Schraubmuttern 92, die an der Ober- und Unterseite der Andruckplatte 70 jeweils bündig anliegen, lagefixiert. Auf der Montageplatte 75 ist ein Formblock 78 angeordnet, der aus einer Grundplatte 74 und Perforierblöcken 73 besteht.

Die von der Thermoformanlage zu der Perforierstation 90 transportierte Kunststoff-Schaumfolie mit den thermogeformten Produkten 71, wie z.B. Schalen oder Behältern, liegt horizontal an der Unterseite der Andruckplatte 70 an, und die Montageplatte 75 mit den Perforierblöcken 73 kann dann in Richtung Andruckplatte bzw. Kunststoff-Schaumfolie so weit angehoben werden, daß die in den Perforierblöcken angeordneten Nadeln in die Innenseiten der Produkte einstechen können. Die Höhe, in der die Andruckplatte 70 auf den Führungsstangen 72 lagefixiert wird, richtet sich nach der jeweiligen Tiefe der Produkte. Mit unterschiedlichen Tiefen der Produkte ändert sich auch jeweils die Höhenposition der Andruckplatte 70 auf den Führungsstangen 72. Dadurch ist es möglich, jeweils einen unveränderten Hub für die Montageplatte 72 beizubehalten, wenn sich von Charge zu Charge die Tiefe der Produkte ändert.

Auf dem Grundgestell 77 sind elektropneumatische oder elektromechanische Antriebszylinder 76 angeordnet, deren Kolbenstangen 91 gegen die Unterseite der Montageplatte 75 anliegen und diese entsprechend dem vorgegebenen Hub anheben bzw. nach Beendigung des Perforiervorganges absenken.

Wie aus Figur 10 ersichtlich ist, besteht der Formblock 78 im wesentlichen aus der Grundplatte 74, Perforierblöcken 73 und einer Nadelplatte 79, die in einer Druckmedium-Kammer 85 zwischen der Grundplatte und den Perforierblöcken untergebracht ist. Die Grundplatte 74 weist übereinander angeordnete, zylindrische Löcher 86, 87 mit unterschiedlichen Durchmessern auf, die über eine Schulter 87 miteinander verbunden sind. In den Löchern sind Führungs-/Abstandshalter 82 eingesetzt, die mittels Befestigungsschrauben 83 mit den Perforierblöcken 73 verbunden sind. Die Befestigungsschrauben 83 durchsetzen zentral diese Führungs-/Abstandshalter 82. Der Umriß der Führungs-/Abstandshalter 82 ist an den Umriß der zylindrischen Löcher 86, 87 angeglichen. Die Führungs-/Abstandshalter 82 sind durch die Nadelplatte 79 hindurchgeführt und liegen mit ihren Endflächen bündig an der Unterseite der Perforierblöcke 73 an. In Figur 10 ist nur ein einziger Perforierblock 73 gezeigt, jedoch sind auf der Grundplatte 74 eine Anzahl von Perforierblöcken in einer Matrixanordnung angebracht, wie dies auch der schematischen Ansicht der Perforierstation 90 in Figur 9 zu entnehmen ist. Die Nadelplatte 79 füllt die Druckmedium-Kammer 85, die während des Perforationsvorgangs mit einem Druckmedium, wie Preßluft, beaufschlagt wird, nicht vollständig aus, vielmehr besteht ein Spalt bzw. ein Spiel zwischen der Oberseite der Nadelplatte und der Unterseite der Perforierblöcke. Die Größe dieses Spalts bestimmt auch, wie weit die Nadelspitzen aus der Oberfläche der Perforierblöcke 73 heraustreten, wie später noch näher erläutert werden wird. Die Nadeln 89 sind mit ihren unteren Enden fest in der Nadelplatte 79 verankert und bilden innerhalb des einzelnen Perforierblocks 73 eine Nadelmatrix 80, die aus einer rechteckigen oder quadratischen Anordnung von Reihen von Nadeln besteht. In dem einzelnen Perforierblock 73 sind Sacklöcher vorhanden, beispielsweise vier Stück, die Eckpunkte eines Rechtecks oder eines Quadrats bilden und in die Druckfedern 81 eingesetzt sind. Das eine Ende jeder Druckfeder 81 stützt sich gegen eine Einsenkung in der Oberseite der Nadelplatte 79 und das andere Ende jeder Druckfeder gegen die Abschlußfläche des entsprechenden Sackloches ab. In der Ruhestellung werden die Perforierblöcke 73 durch die Druckfedern 81 in Abstand zu der Nadelplatte 79 gehalten. Die Maßführung der Führungs-/Abstandshalter 82, die wie eine Büchse ausgestaltet sind, sorgt dafür, daß die Spitzen der Nadeln 89 mit der Oberfläche der Perforierblöcke 73 abschließen und des weiteren auch dafür, daß ein vorgegebener Abstand zwischen der Nadelplatte 79 und den Perforierblöcken 73 eingehalten wird. Dieser Abstand entspricht der Perforiertiefe, mit der die Nadeln in die Produkte einstechen, und beträgt beispielsweise 2,5 bis 3 mm. Es sind auch größere Perforiertiefen möglich, unter der Voraussetzung, daß ein Durchstechen der Wände des Produkts vermieden wird.

In der Grundplatte 74 ist ein Kanal 84 für ein Druckmedium vorhanden, der mit einer nicht gezeigten Druckquelle, die z.B. Preßluft liefert, verbunden ist. Der Kanal 84 ist über vertikale Bohrungen mit der Druckmedium-Kammer 85 in Verbindung. In der Grundplatte befinden sich des weiteren nicht direkt gezeigte Kanäle für das Druckmedium, die mit einer Tiefe von 0,5 mm eingefräst sind. Die Länge und Breite dieser Kanäle richtet sich nach den Abmessungen der Produkte. Der Kanal 84 steht mit den übrigen Kanälen für das Druckmedium in Verbindung.

Der Perforationsvorgang läuft wie folgt ab:

Sobald die Kunststoff-Schaumfolie mit den thermogeformten Produkten 71 gegen die Unterseite der Andruckplatte 70 anliegt, wird die Montageplatte 75 durch die Antriebszylinder 76 angehoben, so daß die Perforierblöcke 73, die zusammen mit der Grundplatte 74 auf der Montageplatte 75 befestigt sind, sich den Innenseiten der Produkte nähern. Wenn die Perforierblöcke 73 letztendlich die Produkte 71 gegen die Andruckplatte 70 gepreßt haben, erfolgt ein Preßluftstoß über den Kanal 84 und die in der Grundplatte 74 vorhandenen, nicht dargestellten Kanäle auf die Unterseite der Nadelplatte 79. Dadurch wird die Nadelplatte 79 gegen die Federkraft der Druckfedern 81 bis zum Anschlag an der Unterseite der Perforierblöcke 73 angehoben. Bei ausreichend hohem Preßluftdruck bewegt sich die Nadelplatte 79 frei schwebend gegen die Perforierblöcke 73. Die in der Nadelplatte 79 verankerten Nadeln 89 treten dann aus der Oberfläche der Perforierblöcke 73 heraus und dringen in die Innenwände der Produkte 71 ein, wobei die Perforationstiefe, wie schon vorstehend erwähnt wurde, gleich dem Abstand zwischen der Oberseite der Nadelplatte 79 und der Unterseite der Perforierblöcke 73 entspricht. Durch das Freischweben der Nadelplatte kommt es zu einem Selbstzentrieren der Nadeln. Dies gilt auch für das Einpassen der Perforierblöcke 73 in die Produkte 71, wodurch es zu einem Selbstzentrieren der Perforierblöcke in den ausgeformten Produkten kommt. Dabei können kleine Abweichungen von bis zu ± 2 mm, infolge von Schrumpf der Kunststoff-Schaumfolie und Veränderungen in der Schlaglänge der Folienbahn, kompensiert werden. Die Schlaglänge ist die für einen Tiefziehtakt benötigte Länge der Kunststoff-Schaumfolie.

Nachdem die Nadeln 89 die Produkte perforiert haben, werden die Montageplatte 75 und die darauf angebrachten Perforierblöcke 73 abgesenkt und die Preßluftzufuhr abgeschaltet. Die Nadelplatte 79 wird dann durch die Druckfedern 81 gegen die Grundplatte 74 gedrückt, so daß die Nadeln 89 aus den Innenseiten der Produkte herausgezogen werden. Sobald die Montageplatte 75 bzw. die perforierstation 90 ihre Ausgangsstellung eingenommen hat, wird die Kunststoff-Schaumfolie mit den perforierten Produkten 71 weitertransportiert, und es kann ein neuer Perforiervorgang eingeleitet werden.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Perforieren von glatten, geschlossenen Oberflächen offenzelliger Kunststoff-Schaumfolien, dadurch gekennzeichnet, daß eine extrudierte Kunststoff-Schaumfolie auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt, in einer Thermoformanlage mit Hilfe eines doppelseitigen Vakuums tiefgezogen und wärmefixiert wird und daß eine von zwei geschlossenen Oberflächenhäuten der Kunststoff-Schaumfolie mittels Nadeln perforiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelung vor oder nach der Thermoformung der Kunststoff-Schaumfolie erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Schaumfolie zusammen mit einer ungefärbten oder gefärbten Deckschicht aus dem gleichen oder unterschiedlichen Material wie die Kunststoff-Schaumfolie koextrudiert, aufgeheizt, in einer Thermoformanlage mit Hilfe eines doppelseitigen Vakuums tiefgezogen und wärmefixiert wird und daß die Deckschicht durchlöchert und die Kunststoff-Schaumfolie mittels Nadeln perforiert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Schaumfolie aus ungefärbtem oder gefärbtem Material extrudiert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln während der Perforierung hin- und herbewegt werden, wobei die Nadelspitzen die Oberflächenhaut der angehaltenen Kunststoff-Schaumfolie durchlöchern.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln lagefest in einem Formblock angebracht sind und die vorstehenden Nadelspitzen auf die Innenseite der Kunststoff-Schaumfolie so weit hinbewegt werden, daß sie deren Oberflächenhaut perforieren, wobei die Außenseite der Kunststoff-Schaumfolie an einer Gegendruckplatte anliegt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine geschlossene Oberflächenhaut der Kunststoff-Schaumfolie vor dem Aufheizen und der Thermoformung mit Hilfe von Nadeln perforiert wird, die auf einer umlaufenden Walze angebracht sind.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abkühlen des in einer Thermoformanlage ausgeformten Produkts aus einer Kunststoff-Schaumfolie mit offenzelligem Kern zu einer Schale oder einem Behälter eine von zwei geschlossenen Oberflächenhäuten der Seitenwände und der Boden des in der Thermoformanlage befindlichen Produkts mittels Nadeln senkrecht zu den Flächen der Seitenwände und des Bodens Perforiert werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände und der Boden gleich/unterschiedlich tief perforiert werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln mittels Druckluft aus einer Patrize zu Perforationsbeginn ausgefahren werden und daß am Perforationsende, nach Abschalten der Druckluft, die Nadeln mittels Federdruck in die Patrize eingefahren werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermogeformte Kunststoff-Schaumfolie aus einer Thermoformanlage in eine Perforierstation transportiert und in dieser gegen eine feststehende Andruckplatte mittels verschiebbarer Perforierblöcke gedrückt wird und daß eine Nadelplatte frei schwebend mittels eines Druckmediums gegen die Perforierblöcke angehoben wird, um die Nadelspitzen der in der Nadelplatte verankerten Nadeln gegen die geformte Kunststoff-Schaumfolie zu drücken und deren an den Perforierblöcken anliegende Oberfläche zu durchstechen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anheben der Perforierblöcke bis zum dichten Abschließen mit den in der Kunststoff-Schaumfolie ausgeformten Produkten die Perforierblöcke sich während des Schwebens in den ausgeformten Produkten selbst zentrieren.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforierblöcke mit einstellbarem Hub mittels elektropneumatischer oder elektromechanischer Antriebszylinder gegen die lagefeste Andruckplatte angehoben werden.
  14. Vorrichtung zum Perforieren von glatten, geschlossenen Oberflächen offenzelliger Kunststoff-Schaumfolien, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein Teil (11; 17; 21; 37; 39; 73) handelt, das mit beweglichen oder feststehenden Nadeln (4; 14) in Matrixanordnung ausgestattet ist, deren Nadelspitzen (18) während des Perforationsvorgangs von der Oberfläche des Teils so weit vorstehen, daß sie die Oberflächenhaut (19) der Kunststoff-Schaumfolie (16) durchlöchern.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (11) ein beweglicher Formblock, der eine Innenseite (13) der Kunststoff-Schaumfolie (16) formt, einer Thermoformanlage (10) ist, daß die Thermoformanlage einen weiteren Formblock (9) aufweist, der eine Außenseite (12) der Kunststoff-Schaumfolie (16) formt und daß in dem Formblock (11) für die Innenseite (13) bewegliche (4) oder feststehende Nadeln (14) angeordnet sind.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Formblock (11) für die Innenseite (13) eine Patrize (1), eine Kühlplatte (2), eine Vakuumplatte (3), bewegliche Nadeln (4), eine Nadelplatte (5), Federn (6) für die Rückstellung der Nadelplatte, Membranen (7) und eine Montageplatte (8) umfaßt, die durch Schrauben (30) zusammengehalten sind.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Formblock (9) für die Außenseite (12) der Kunststoff-Schaumfolie (16) eine Matrize (15) aufweist, deren an der Außenseite anliegende Fläche komplementär zu der an der Innenseite anliegenden Fläche der Patrize (1) ausgebildet ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Formblöcke (9, 11) bis auf einen Abstand, entsprechend der einstellbaren Wandstärke einer aus der Kunststoff-Schaumfolie (16) tiefgezogenen Schale (20), aufeinander zu bewegbar sind.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Formblock (11) Führungen (22) für die beweglichen Nadeln (4) vorhanden sind und daß sich die Führungen, die einen Durchmesser größer als der Nadeldurchmesser haben, sich von einer Kammer (23) an der Unterseite der Vakuumplatte (3) durch die Kühlplatte (2) und die Patrize (1) hindurch bis zu der Außenseite des Formblocks (11) erstrecken.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der Führungen (22) auf einer Länge von einigen Zehnteln Millimeter, beginnend unterhalb der Außenseite und endend auf der Außenseite des Formblocks (11), auf den Querschnitt der Nadeln (4) verengt.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen (22) zugleich Vakuumkanäle sind, über die an die Innenseite (13) der Kunststoff-Schaumfolie (16) beim Tiefziehen Vakuum anlegbar ist und daß zumindest einige Führungen (22) über eine bestimmte Länge zu Zylinderkammern (24) aufgebohrt sind, die sich von der Kammer (23) durch die Vakuumplatte (3) hindurch bis teilweise in die Kühlplatte (2) hinein erstrecken.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zylinderkammern (24) die Federn (6) untergebracht sind, die die Nadeln (4) umschließen und daß das eine Ende jeder Feder gegen die Deckfläche der zugehörigen Zylinderkammer (24) und das andere Ende gegen die zugehörige Nadelplatte (5) unter Druck anliegt.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelplatten (5) jeweils aus zwei aufeinanderliegenden Teilplatten (25, 26) bestehen, von denen die untere Teilplatte (26) auf der Membran (7) aufliegt und die obere Teilplatte (25), bei Druckentlastung der Membran, einen Abstand zu einer Deckfläche (27) der Kammer (23) einhält und bei Druckbeaufschlagung der Membran, gegen die Deckfläche (27) der Kammer (23) anliegt.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln (4) mit ihren unteren Enden in der oberen Teilplatte (25) verankert sind und daß Löcher (28) in der oberen Teilplatte (25) ein Übermaß gegenüber den hindurchgeführten Nadeln (4) besitzen, um ein reibungsloses Spiel während der Bewegungen der Nadeln zu ermöglichen.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Membran (7) zwischen der Montageplatte (8) und der Vakuumplatte (3) eingeklemmt ist, daß in der Montageplatte (8) ein Kanal (29) vorhanden ist, der mit einer zentralen Ausnehmung (31) unterhalb der Mitte der Membran verbunden ist und daß die Unterseite der Membran mit über den Kanal und die Ausnehmung zugeführter Druckluft beaufschlagbar ist.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln (4) eine Nadelspitze (18) mit einem Öffnungswinkel von 10° bis 60°, insbesondere von 30°, aufweisen.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln (4) aus einer NiCr-Legierung bestehen und daß die Nadelspitze (18) vernickelt ist.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Formblock (11) 3x5 bis 6x6 Nadelplatten (5) und dazugehörige Membranen (7) untergebracht sind.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (2) auf der Unterseite Kühlkanäle (32) aufweist, die durch die Vakuumplatte (3) abgeschlossen sind und durch die ein Kühlmedium fließt und daß die Vakuum- (3) und die Kühlplatte (2) aus Aluminium gefertigt sind.
  30. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelplatten (5) aus rostfreiem Stahl und die Membranen (7) aus Polyurethan bestehen.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (17; 37) ein Formblock mit feststehenden Nadeln (14) in einer Tiefzieheinrichtung ist, daß der Formblock eine Patrize (33), Kühlplatte (34) und eine Montageplatte (35) umfaßt und daß die Nadelspitzen (18) bis zu 3 mm von der Patrize (33) vorstehen und die Nadelenden in der Patrize (33) verankert sind.
  32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (37) außerhalb der Thermoformanlage in einer Tiefzieheinrichtung angeordnet ist und eine Patrize (33) mit feststehenden Nadeln (14) aufweist, daß die Patrize mit ihren vorstehenden Nadelspitzen (18) gegen die Innenseite thermoverformter Schalen (20) andrückbar ist und daß die Außenseite der Schale gegen eine Gegendruckplatte (35) während der Perforierung anliegt.
  33. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (21) eine rotierende Nadelwalze mit feststehenden Nadeln (14) ist, deren Nadelspitzen (18) bis zu 3 mm von der Walzenoberfläche vorstehen und daß die Nadelwalze am Eingang der Tiefziehanlage bzw. am Extruder angeordnet ist, um die Oberflächenhaut der Kunststoff-Schaumfolie (16) vor dem Aufheizen und der Thermoformung zu perforieren.
  34. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein feststehender Formblock (39), der die Seitenwände (46) und den Boden (45) einer Schale oder eines Behälters aus einer Kunststoffschaumfolie (16) formt, eine feststehende Grundplatte (4) mit zueinander parallelen, übereinanderliegenden Kanälen (41, 42, 43) für ein Kühlmedium, Vakuum und ein Druckmedium und eine Patrize (47) aufweist, in der Nadelkolben (51) vorhanden sind, die senkrecht auf die Seitenwände (46) und den Boden (45) in ihren den Seitenwänden und dem Boden gegenüberliegenden Positionen innerhalb der Patrize gerichtet sind.
  35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite der Patrize (47) ein Verteilerkanal (49) angebracht ist, der über zumindest eine Vertikalbohrung (44) mit dem Kanal (43) für das Druckmedium verbunden ist.
  36. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (42) für das Vakuum über zumindest zwei vertikale Vakuumanschlußbohrungen (50) mit dem Inneren der Patrize (47) in Verbindung steht.
  37. Vorrichtung nach den Ansprüchen 34 und 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelkolben (51) mit dem Verteilerkanal (49) in Verbindung sind, so daß jeder Nadelkolben mit Druckluft beaufschlagbar ist.
  38. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Nadelkolben (51) aus einer T-förmigen Führung (54), einer Nadel (52), einer Druckfeder (53), einem Kolbenzylinder (59) und einem Kolbenring (55) besteht.
  39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Kolbenzylinders (59) gegen eine horizontale Unterseite der T-förmigen Führung (54) anliegt, die in den Block der Patrize eingeschraubt ist, daß die Nadel (52) von der Druckfeder (53) umgeben ist und mit ihrer Spitze innerhalb einer Bohrung (56) der Führung (54) geführt ist, daß das Ende der Nadel in dem Kolbenring (55) verankert ist und daß das untere Ende des Kolbenzylinders sich gegen einen Bund (57) eines Hohlraums in der Patrize (47) abstützt.
  40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Druckfeder (53) mit ihren Enden einerseits gegen die Unterseite der T-förmigen Führung und andererseits gegen den Kolbenring (55) abstützt.
  41. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (90) ein Grundgestell (77) mit vertikalen Führungsstangen (72), eine entlang der Führungsstangen verschiebbare Montageplatte (75), auf der ein Formblock (78) aus Perforierblöcken (73), die Nadeln (89) enthalten, und eine Grundplatte (74) angeordnet sind und eine lagefest auf den Führungsstangen montierte Andruckplatte (70) umfaßt.
  42. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Grundgestell (77) elektropneumatische oder elektromechanische Antriebszylinder (76) angeordnet sind, deren Kolbenstangen (91) gegen die Unterseite der Montageplatte (75) anliegen, um diese anzuheben oder abzusenken.
  43. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckplatte (70) in ihrer Höhe auf den Führungsstangen (72) einstellbar ist.
  44. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die zu Produkten (71) thermogeformte Kunststoff-Schaumfolie gegen die Unterseite der Andruckplatte (70) so anliegt, daß sich die Perforierblöcke (73) unmittelbar vor der Perforation in den ausgeformten Produkten (70) zentrieren.
  45. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte übereinander angeordnete, zylindrische Löcher (86, 88) mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, die über eine Schulter (87) miteinander verbunden sind, daß in den Löchern Führungs-/Abstandshalter (82) angeordnet sind, die über Befestigungsschrauben (83) mit den Perforierblöcken (73) verbunden sind, wobei der Umriß der Führungs-/Abstandshalter (82) dem Umriß der zylindrischen Löcher (86, 88) gleicht und die Führungs-/Abstandshalter (82) durch eine Nadelplatte (79) hindurchgeführt sind und an der Unterseite der Perforierblöcke (73) bündig anliegen.
  46. Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelplatte (79), in der die Nadeln (89) verankert sind, zwischen der Grundplatte (74) und den Perforierblöcken (73) in einer Druckmedium-Kammer (85) mit einem Spiel gleich der Perforationstiefe der in die geformten Produkte der Kunststoff-Schaumfolie eindringenden Nadeln (89) angeordnet ist.
  47. Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß in den Perforierblöcken (73) eine Anzahl von Druckfedern (81) in Sacklöchern untergebracht sind, wobei sich das eine Ende jeder Druckfeder (81) gegen eine Einsenkung in der Oberseite der Nadelplatte (79) und das andere Ende jeder Druckfeder gegen die Abschlußfläche des entsprechenden Sacklochs abstützt.
  48. Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grundplatte (74) ein Kanal (84) für ein Druckmedium vorhanden ist, der mit einer Druckquelle und über vertikale Bohrungen mit der Druckmedium-Kammer (85) in Verbindung steht.






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