Thermoformen in der Praxis

Vorwort zur 3. Auflage

Vorwort zur 2. Auflage

Vorwort zur 1. Auflage

Inhalt

1 Einführung

2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen

2.1 Verfahrensablauf

2.2 Positiv- und Negativformung

2.3 Vakuum- und Druckluftformung

2.3.1 Unterschiede zwischen Vakuum- und Druckluftformung

2.3.2 Einsatz für Druckluftformung

2.4 Umformdruck, Ausformdruck, und Ausformschärfe

2.5 Vorblasen, Vorsaugen, Druckausgleich, Belüften

2.6 Schreckmarken und Markierungen

2.6.1 Schreckmarken an positiv geformten Teilen

2.6.2 Schreckmarken an negativ geformten Teilen

2.6.3 Ursachen für Schreckmarken

2.6.4 Möglichkeiten für die Reduzierung der Schreckmarken

2.6.5 Folgen der Schreckmarkenbildung

2.6.6 Nutzen der typischen Wanddickenverteilung in Schreckmarken bei Verschlüssen von Klappverpackungen

2.6.7 Schlussfolgerung mit Bezug auf Schreckmarken

2.6.8 Markierungen

2.7 Faltenbildung beim Thermoformen

2.7.1 Ablauf der Faltenbildung bei Positivformung

2.7.2 Faltenbildung bei Negativformung

2.7.3 Faltenbildung auf Oberflächen

2.8 Der Werkzeugsatz

2.9 Formfläche, Einzugsfläche, Spannrand

2.10 Niederhalter, Hochhalter

2.11 Umform- und Verstreckungsverhältnis

2.12 Entformschrägen

2.13 Entlüftungsquerschnitte

2.14 Wanddickenberechnung

3 Thermoplastische Halbzeuge

3.1 Aufbau und Struktur der Thermoplaste

3.2 Aufnahme von Feuchtigkeit im Halbzeug

3.3 Verhalten beim Aufheizen

3.4 Ausdehnung und Durchhang

3.5 Umformtemperaturbereiche

3.6 Reibverhalten beim Thermoformen

3.7 Ausformschärfe

3.8 Verarbeitungsschwindung beim Thermoformen

3.9 Der freie Schrumpf von Halbzeugen

3.10 Einfluss der Spannungen im extrudierten Halbzeug

3.11 Statische Aufladung

3.12 Das viskoelastische Verhalten der Thermoplaste beim Thermoformen

3.13 Verhalten beim Kühlen

3.14 Toleranzen von Halbzeugen

3.15 Herstellungsverfahren für thermoplastische Halbzeuge

3.16 Tabelle für den Thermoformer

3.17 Thermoplaste für das Thermoformen

3.17.1 Polystyrol (PS)

3.17.2 Schlagfestes Polystyrol (PS-HI)

3.17.3 Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymer (SBS)

3.17.4 Orientiertes Polystyrol (OPS)

3.17.5 Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS)

3.17.6 Acrylnitril-Styrol-Acrylester-Copolymer (ASA)

3.17.7 Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN)

3.17.8 Polyvinylchlorid (PVC-U)

3.17.9 Polyethylen hoher Dichte (PE-HD)

3.17.10 Polypropylen (PP): Detaillierte Vorstellung

3.17.11 Extrudiertes Polymethylmethacrylat (PMMA ex)

3.17.12 Gegossenes Polymethylmethacrylat (PMMA g)

3.17.13 Polykarbonat (PC)

3.17.14 Polyamid (PA)

3.17.15 Polyethylenterephthalat, PET?: Detaillierte Vorstellung

3.17.16 Polysulfon (PSU)

3.17.17 EPE und EPP-Schaumfolien

3.17.18 Biokunststoffe im Thermoformen

3.17.18.1 Abbaubare Kunststoffe aus erneuerbaren Rohstoffen

3.17.18.2 Nicht abbaubare Bio-Kunststoffe

3.17.19 Mehrschicht-, Barriere- und Verbundhalbzeuge

3.17.20 Sonstige Halbzeuge

3.17.21 Markennamen

4 Heizungstechniken im Thermoformen

4.1 Strahlungsheizungen

4.1.1 Prinzip der Wärmeübertragung durch Infrarotstrahlung

4.1.2 Durch Strahlung übertragbare Wärmemenge

4.1.3 Gleichmäßiges Beheizen mit Strahlungsheizungen

4.1.4 Keramik-, Quarzgut- und Hellstrahler im Vergleich

4.2 Reproduzierbarkeit von Heizergebnissen der Strahlungsheizungen

4.2.1 Beurteilung der Reproduzierbarkeit

4.2.2 Kompensation der nicht beeinflussbaren Außeneinflüsse auf den Heizprozess

4.2.3 Leistungsstellung und Temperatruregelung von Heizungen

4.3 Kontaktheizungen

4.4 Konvektionsheizungen

4.5 Mindestheizzeit, effektive Heizzeit und Verweilzeit

4.5.1 Einfluss der Heizzeit auf das Thermoformverhalten

4.5.2 Positive Auswirkung der Verweilzeit

4.5.3 Negative Auswirkung der Verweilzeit

5 Heizungen in Plattenmaschinen

5.1 Grundlagen der isothermengeregelten Heizung

5.1.1 Fachbegriffe

5.1.2 Details zur Temperaturregelung von Keramikstrahlern

5.1.3 Vorteile von Pilotstrahlern geregelten Heizungen

5.2 Joystickteilung des Heizbildes

5.3 Mehrstellungsschaltung

5.4 Strahlertemperaturregelung mit überlagerter Prozent-Stellung

5.5 IR-Messeinrichtung zur Temperaturmessung oder Steuerung von Heizungen

6 Heizungen in Rollenautomaten

6.1 Allgemeines

6.2 Pilotstrahlergeregelte Heizungen in Rollenautomaten

6.2.1 Heizung mit Temperatur-Längsreihenregelung

6.2.2 Heizung mit Temperatur-Gesamtfeldregelung

6.2.3 Heizung mit Querreihen-Regelung

7 Beheizen von mehrfarbigen und vorbedruckten Halbzeugen mit IR-Strahlungsheizungen

7.1 Allgemeines

7.2 Wahl der Infrarot-Strahler

8 Thermoformverfahren auf Plattenmaschinen

8.1 Positivformung

8.1.1 Positivformung mit mechanischem Vorstrecken

8.1.2 Positivformung mit Vorblasen

8.1.3 Positivformung mit Vorblasen gegen ein Brett

8.1.4 Positivformung mit Vorsaugen und Abrollen der Blase auf das Formwerkzeug

8.1.5 Positivformung mit Vorsaugen in eine Glocke

8.1.6 Einsatz von Eckenblasdüsen bei der Positivformung

8.2 Negativformung

8.2.1 Negativformung ohne Vorstreckstempel

8.2.2 Negativformung mit Vorstreckstempel

8.3 Positiv-Negativ-Formung

8.4 Zweikammerverfahren (3K-Verfahren)

8.5 Twinsheetformung

8.5.1 Allgemeine Regeln für die Twinsheetformung auf Serien-Thermoformmaschinen

8.5.2 Verfahrensablauf Twinsheetformung, UA-Maschine mit Handbeschickung

8.5.3 Maschinenvarianten für die Twinsheetformung

8.6 Klebekaschieren

8.6.1 Allgemeines

8.6.2 Kaschierverfahren

9 Thermoformverfahren auf Rollenautomaten, Stanzstation mit Messerschnitt

9.1 Prinzipieller Ablauf in der Formstation

9.2 Maschinenausstattungen mit Auswirkung auf die Formungsverfahren

9.3 Auswahl des richtigen Formungsverfahrens und des Werkzeugaufbaus

9.4 Hinweise für die Beeinflussung der Wanddickenverteilung

10 Thermoformverfahren auf Rollenautomaten, Form-Stanzwerkzeuge mit Scherschnitt

10.1 Kinematik der Form und Stanzstation

10.2 Die Besonderheiten einer mechanischen Kurvensteuerung

10.3 Ablaufdiagramm einer Formstation mit Form und Stanzwerkzeug mit Negativformung

10.3.1 Die Formluftreduzierung

10.3.2 Niederhalter-Steuerung

10.4 Ablaufdiagramm einer Formstation mit Form und Stanzwerkzeug mit Scherschnitt für Positivformung

11 Sonderverfahren in kombinierten Form-Stanzwerkzeugen in Rollenautomaten

11.1 Auskleiden von formstabilen Behältern

11.2 Etikettieren im Formwerkzeug (In-Mould-Labeling IML)

11.3 Form-Stanzwerkzeug für randlose Formteile

11.4 Thermoformen von Hohlboden-Bechern

11.5 Thermoformen mit Form und Gegenform

12 Thermoformen von durchsichtigen Teilen

12.1 Allgemeine Regeln für das Formen von durchsichtigen Teilen

12.2 Besonderheiten beim Formen auf Plattenmaschinen

12.3 Besonderheiten beim Formen auf Rollenautomaten

12.4 Verfahrensbeispiele – Herstellen von durchsichtigen Teilen

12.5 Besondere Herstellverfahren für durchsichtige Teile

13 Thermoformen von vorbedruckten Halbzeugen

13.1 Allgemeines

13.2 Ermittlung des Zerrdrucks

14 Kühlen der geformten Teile

14.1 Die Entformtemperatur

14.2 Einflüsse auf die Kühlzeit

14.3 Kühlen mit dem Formwerkzeug

14.4 Kühlen mit Luft

14.4.1 Stand der Technik beim Kühlen mit Luft in Plattenmaschinen

14.4.2 Reduzierung der Werkzeugtemperatur in Verbindung mit kälterer Kühlluft

15 Entformen

16 Stapeln von Teilen

16.1 Allgemeines

16.2 Stapelung von Formteilen mit wechselnden Stapelnoppen

17 Nachbearbeitung an thermogeformten Teilen

17.1 Trennen, Schneiden

17.2 Entgraten

17.3 Verbinden

17.4 Recycling

18 Stanzen von thermogeformten Teilen

18.1 Messerschnitt

18.2 Scherschnitt

18.3 Vergleiche von Messer- und Scherschnitt

18.4 Einflussfaktoren auf das Stanzen

18.5 Engelshaarbildung

18.5.1 Verringerung der Engelshaarbildung beim Messerschnitt

18.5.2 Verringerung der Engelshaarbildung beim Scherschnitt in Form- und Stanzwerkzeug

18.6 Unsaubere Schnitte – Bartbildung

18.7 Stanzkräfte

18.8 Schlussfolgerung

18.8.1 Messerschnitt-Stanzwerkzeuge für separate Stanzstation

18.8.2 Scherschnitt-Stanzwerkzeuge für separate Stanzstation

18.8.3 Form-Stanzwerkzeuge mit Messerschnitt

18.8.4 Form-Stanzwerkzeuge mit Scherschnitt

18.9 Verwandte Schneidverfahren

19 Dekoration im Thermoformen

19.1 Bilder

20 Deformation von thermogeformten Teilen

20.1 Nachweis der Einflüsse auf die Deformation

20.2 Einfluss von Dickstellen

20.3 Einfluss der Spannungen im Halbzeug

20.4 Deformation von einem etikettierten Formteil

20.5 Deformation des Spannrands eines rechteckigen Formteils

20.6 Deformation bei anisotroper Schwindung

20.7 Schlussfolgerung, Ursachen für Deformation

20.8 Tipps und Hinweise in Bezug auf Deformation

21 Thermoformwerkzeuge

21.1 Begriffe und Definitionen

21.2 Werkstoffe für das Formsegment

21.3 Hilfe für die Werkstoff- bzw. Variantenwahl für ein Werkzeug

21.4 Positiv- oder Negativ-Formung??

21.5 Auslegung der Formfläche

21.6 Verarbeitungsschwindung: Wer liefert den Wert??

21.7 Bestimmen der Halbzeuggröße

21.8 Der Unterbau

21.8.1 Prinzipskizzen für Werkzeugaufbauten

21.8.2 Verstellbare Unterbauten für Plattenmaschinen

21.8.3 Unterschied zwischen Festformat- und verstellbarem Unterbau

21.9 Gestaltungsdetails für Thermoformwerkzeuge

21.9.1 Seitenwandschrägen

21.9.2 Oberflächenrauheit

21.9.3 Radien

21.9.4 Werkzeugentlüftung, Abluftquerschnitte

21.9.5 Hohlräume

21.9.6 Werkstoffe für Vorstreckstempel

21.9.7 Vorstreckstempel-Konturen für Negativformung

21.9.8 Vorstreckstempel für Positivwerkzeuge

21.10 Werkzeuge mit Hinterschnitt

21.10.1 Entformen von Hinterschnitten ohne Losteile

21.10.2 Losteile (Schieber) zum Entformen von Hinterschnitten

21.11 Werkzeuggestaltung für flache Formteile mit geringer Verstreckung

21.12 Werkzeuge für das Formen von durchsichtigen Teilen

21.13 Werkzeuge für Twinsheetformung

21.14 Werkzeuge für Filmscharniere und Schnappverschlüsse

21.15 Form-Stanzwerkzeuge mit Messerschnittschnitt in Rollenautomaten

21.16 Form-Stanzwerkzeuge mit Scherschnitt in Rollenautomaten

21.17 Präventive Instandhaltung von Formwerkzeugen

22 Temperieren von Thermoformwerkzeugen

22.1 Allgemeines

22.1.1 Begriffe beim Temperieren

22.1.2 Einflüsse der Werkzeugtemperatur

22.1.3 Wann kann die Werkzeugtemperierung entfallen??

22.2 Temperiermedien

22.3 Werkstoffe für temperierbare Thermoformwerkzeuge

22.4 Varianten der Kühlkreisläufe

22.4.1 Beispiele für Kreisläufe in Thermoformmaschinen

22.5 Kühlverfahren

22.6 Der Kühlbedarf eines thermogeformten Teils

22.6.1 Das Enthalpie-Diagramm

22.6.2 Enthalpie-Tabellen

22.6.3 Erforderliche Kühlleistung eines Werkzeugs

22.7 Auslegung der Temperierung eines Formwerkzeugs

22.7.1 Zu kühlende Materialmenge (Materialdurchsatz)

22.7.2 Erforderliche Kühlleistung während der Produktion

22.7.3 Kühlwasserbedarf für die Werkzeugkühlung

22.7.4 Erforderliche Kontaktfläche für das Kühlwasser

22.7.5 Gesamtlänge der Kühlkanäle

22.7.6 Wassergeschwindigkeit

22.7.7 Resultierender Druckabfall im Werkzeug

22.7.8 Druckabfall beim Anschließen des Formwerkzeugs in der Maschine

22.8 Druckabfall in der Maschinenverrohrung

22.9 Druckabfall im gesamten Temperierkreislauf

22.10 Prüfung der Förderleistung des angeschlossenen Temperier- oder Kühlgeräts

22.11 Beurteilen des Prüfergebnisses

22.12 Konstruktive Auslegungsmöglichkeiten bei der Wärmeübertragung

22.13 Der Einfluss der Luftkühlung auf die Werkzeugkühlung

22.14 Präventive Instandhaltung

23 Energieverbrauch des Thermoformens

23.1 Allgemeines

23.2 Spezifischer Energieverbrauch im Thermoformen

23.3 Der Anteil der Energiekosten an den Herstellkosten von Ziehteilen

23.4 Möglichkeiten zur Reduzierung des spezifischen Energieverbrauchs

23.4.1 Energie sparen mit elektrischen Antrieben

23.4.2 Reduzierung des Energieverbrauchs für die Druckluftformung

23.4.3 Reduzierung des zu füllenden Volumens mit Druckluft, die Formluftreduzierung

23.4.4 Einfluss des Druckniveaus

23.4.5 Reduzierung des Energieverbrauchs beim Heizen

23.4.6 Kosten einsparen mit neuen Vakuumpumpen

23.4.7 Kurze Kühlzeiten reduzieren Energiekosten

23.4.8 Isolieren von Verrohrungen??

23.4.9 Einsatz von Freiluftkühlern anstelle von Kältemaschinen mit Kompressor

23.4.10 Zeitversetzter Heizungsstart senkt Strompreis

23.4.11 Nutzung der Energieabsenkung für längere Stillstandzeiten

23.4.12 Nutzung der Maschinengrundeinstellung

23.4.13 Regelmäßige Wartung

23.4.14 Die dynamische Prozessoptimierung

23.4.15 Die Energieverbrauchsanzeige

23.4.16 Energieverbrauchsmessungen in der Produktion

24 Fehler im Thermoformen

24.1 Gestaltungsfehler am Formteil

24.2 Fehler am Halbzeug

24.3 Auswahl der richtigen Thermoformmaschine

24.4 Fehler beim Aufstellen der Thermoformmaschine

24.5 Fehler am Thermoformwerkzeug

24.6 Fehler beim Einfahren von neuen Thermoformwerkzeugen

24.7 Fehler bei Bemusterungen

24.8 Fehler bei der Beheizung mit Infrarotstrahlern

24.9 Leitungsquerschnitte für Luft und Vakuum

24.10 Verhindern von Falten

24.11 Fehlersuche beim Thermoformen

25 Literaturverzeichnis

25.1 Weiterführende Fachliteratur

Index