Thermoformen - Horst Dänzer

Thermoformen
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 2
Vita Horst R. Dänzer Dipl.Kfm., Ing. (grad.)
•
•
•
•
•
•
•
Studium Elektrotechnik am Ohm-Polytechnikum, Nürnberg
Fernmeldeinspektor bei deutscher Bundespost
Studium BWL, Friedrich-Alexander-Universität, Nürnberg
Als Mitglied der Geschäftsleitung ES-Plastik, Hutthurm zuständig:
– Verkauf
– Produktentwicklung
– Produktion
– Investitionen
– Controlling
– EDV
Geschäftsführender Gesellschafter
Verkauf des Unternehmens !Berater
Schwerpunkt meiner Erfahrung:
– Thin Gauge
– im Bereich der Massenfertigung
– PS offline und PP In- und Offline
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 3
Inhaltsverzeichnis
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Einführung in Thermoformen
Thermoform Produkte
Thermoform Folien-Materialien
Thermoform Werkzeuge
Prinzipe von Thermoform-Anlagen
Komponenten von Thermoform-Anlagen
Beispiele von Thermoform-Anlagen
Vergleich TF mit Spritzen
Integration von TF in die Lehre
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 4
Herkunft „Thermoformen“
• aus Tiefziehen von Blech:
dünne Blechteile statt dicker Gießteile
• beliebig viele Teile:
! beliebig oft reproduzierbares Umformverfahren
• Zusatznutzen aus dem
Verfahren:
- Einsatz von
vorbedrucktem Material
- Bei Materialseinsparung
und trotzdem gute Statik
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 5
Definition „Thermoformen“
Umformen
einer thermoplastischen Folie
in einem Werkzeug
eingespannt in einer Maschine
unter Einfuß von Wärme
durch Vakuum oder Druckluft oder mechanisch
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 6
Erklärung „Thermoformer“
• Zitat von Dieter Schlager, Uehlfeld, SKZ 28-29.03.01
über „Kleinserienhersteller“:
Diese Gruppe versteht es ausgezeichnet mit allen zur
Verfügung stehenden Thermoplasten umzugehen. Sie
wird stets mit neuen Herausforderungen konfrontiert,
die es nötig machen, zum einen extrem flexibel zu sein,
zum anderen termingerecht technische Kopfstände
zu machen.
Eine Maschinenauslastung wie ein Großserienhersteller
zu erreichen, wäre unmöglich, da der Markt es
zunehmend erfordert innerhalb kürzester Zeit ( 3- 4
Wochen) komplette Lösungen, Entwicklungen,
Konstruktionen und Erstmusterfertigungen herzustellen.
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 7
Kennzeichen Prozess „Thermoformen“
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Offener Prozess, Erfahrung ist nötig für den Erfolg
Nur eine Formhälfte nötig --- oft mit Formhelfer
Formen mit Vakuum u/o Druckluft u/o Mechanisch
Gute, gleichbleibende Materialverteilung wird angestrebt
Kühlung nur einseitig
Entformen mit Luft u/o mechanisch
Ermöglicht Integration von Arbeitsgängen solange Teile in der
Folie noch „verkettet“ sind
Nacharbeit (austrennen) nötig
gestaltbare Folieneigenschaften bestimmen Eigenschaften
des Teils und verlangen bestimmte Thermoform-Verfahren
Lösung der Stanzgitterproblematik bestimmt die
Wettbewerbsfähigkeit
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 8
Kennzeichen „Thermoformer“
• Anwendung in Kunststoffindustrie und in der abpackenden
Industrie
• Anwender sind „Selfmademen“ ! leider ist überbetriebliche
Thermoformausbildung nicht üblich
• Kaum Zugang zu Theorie und zu Materialprüfverfahren
• Wenig Zeit für Aus- und Weiterbildung
• Fast jeder TF hält sein Know-How verschlossenen
• Know-How Quellen und Antrieb für Weiterentwicklung sind
– Maschinenlieferanten
– Werkzeugmacher
– Rohstofflieferanten
– Folienlieferanten
– Kunden
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 9
Begriffe beim Thermoform-Prozess
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Thin Gauge
– Heavy Gauge
Rollen-Anlagen
– Platten-Anlagen
Inline
– Offline
Druckluft
– Vakuum
Negativ
– Positiv
Kombiniert formend + stanzend – getrennt formend + stanzend
(Rück) Schrumpf
– Memory-Effekt
Mahlgut
Rotations-Anlagen
Twin-Sheet-Anlage
Blister- und Skinpack-Anlagen
Kaschier-Anlagen
FFS: Form- u Füll- und Verschließ-Anlagen
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 10
TF Druckluft (negativ, Becher)
Prozessablauf:
Start: Folie aufheizen
1. Folie in WKZ einführen
2. WKZ schließen
3. Formhelfer taucht ein
4. Formluft einblasen
5. Kühlphase
6. Entformen beim WKZ öffnen
1. Folie in WKZ einführen
Taktzahl: 10 bis 45 T/min
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 11
TF Vakuum (positiv)
Prozessablauf (ohne Heizungsbewegung):
1. Folie einlegen
2. Spannrahmen zu
3. Aufheizen
4. Vorblasen
5. Formhelfer ab,
Tisch auf
6. Vakuum ein
7. Kühlen
8. Entformen
9. Maschine öffnen
Zykluszeiten:
30 sec – 10 min
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 12
TF Twin-Sheet
• zum Thermoformen von Hohlkörpern
• 2 vorbeheizte Platten im Werkzeug fertig aufheizen
• Werkzeug schließen, mit Vakuum formen,dabei Nähte verpressen
• Kühlluft einblasen bis Entformtemperatur erreicht
• Werkzeug öffnen und Teil entformen zur weiteren Bearbeitung
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 13
TF Skinnen / Kaschieren
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 14
Thermoformbare Produkte:
Spielzeug und Sport
•
•
•
•
•
Bedruckte Formen zum Sandspielen
Karosserieteile für Modell-Autos und
Modell-Flugzeuge
„LEGO“-Grundplatten
Verlorene Formen für Gieß-Prozesse
im Hobbybereich
Fahrrad-Helme
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 15
Thermoformbare Produkte:
Verpackungen
•
Trinkbecher
•
Becher für Molkerei-Industrie
•
Deckel für Margarine-Industrie
•
Becher und Deckel für-Eisindustrie
•
Trays für Gebäck- und Süßwaren-Industrie
•
Blumentöpfe und Trays
•
Eierverpackungen
•
Fleischverpackungen MAP
•
Blister- und Skin-Packungen für Kleinteile
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 16
Thermoformbare Produkte:
Technische Teile
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Bootsrümpfe
Gehäuse
Horden für Elektronik und KFZ-Industrie
Transportbehälter
Innenverkleidungen in Flugzeugen und KFZ
(Insert- Molding,kaschieren) und
KFZ Stoßstangen
Schutzhelme (Bau, Feuerwehr, etc)
Badewannen
Kühlschrank-Innenteile
Beleuchtungskörper
und vieles mehr
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 17
Thermoformbare Materialien: Beispiele
Bez
Eignung -TF
Typische Verwendung
PVC
PS*
sehr gut
sehr gut
bis 1990 häufigster Kunststoff
Lebensmittel Verpackung u Kühlschränke
PP*
A-PET
gut
sehr gut
heute häufigstes Verpackungs-Material
Transparente Teile (Ersatz für gl.kl. PVC)
C-PET
PE
gut
mäßig
hocherhitzbare Verpackungen ca. 250°C
tiefkühlfähige Verpackungen
ABS
PC
sehr gut
gut
Techn. Teile
Glasklare techn. Teile
BAK **
Fasern
gut
gut
kompostierbare Verpackungen (Zukunft ?)
Composites z.B.für KFZ-Stoßstangen
* Auch in geschäumten Folien verfügbar
** Biologisch abbaubarer Kunststoff (engl.BDP)
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 18
Kreislaufmaterial: Stanzgitter
•
•
•
bei runden Bechern fallen ca. 50 %
Stanzgitter an
dieses „Kreislaufmaterial“ muss
– wirtschaftlich ohne zusätzliche
Handling-Kosten in den TF
Prozess zurückgeführt werden
– verkauft werden
– entsorgt werden
Ausschussteile + DSD Ware
! Blumentöpfe oder Parkbänke ??
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 19
Mahlgut beim Thermoformen
• Mahlgut aus dem Stanzgitter bzw. Ausschuss
– Zur Wiederverwendung geeignet in sauberen,
trockenen, sortenreinen und farbgleichen Zustand
– Zugabe bis zu 100%, üblicherweise ca. 60%
– Idealer Mahlgutkreislauf bei
Inline-Extrusion + Thermoformen
– bei großer Material-Vielfalt erhöhter Lagerplatzund Kapital-Bedarf
– Gemischtes Mahlgut und DSD-Ware!sep.Markt
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 20
Thermoform-Werkzeuge
• Form Werkzeuge
– Vakuum, nur formend
– Druckluft, nur formend
– Druckluft, kombiniert formend + stanzend
– (Je nach Kunststoff müssen die Werkzeuge
gekühlt oder beheizt werden)
• Stanz Werkzeuge
– Bandstahl Schnitte
– Geschmiedete „Bandstähle“
– Durchfall-Schnitte (koordinatengeschliffen)
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 21
Thin Gauge: WKZ-Prinzipien
! beachte Kontamination mit Luft
GF; B RDKP o. Kiefel *
GF; B - Duo
GF; D * (AB-Technik)
KF; B Kiefel BFS ?
GF; B – Duo mit Lochstanze
GF; D mit Lochstanze
KF; D ausblasen (!) RDM o. rausziehen
Horst R. Dänzer
KF; B Kiefel BFS ?
KF; D Tima
Thermoformen
G: getrennt
F: formen
B: Bandstahl stanzen
K: kombiniert
D: Durchfallschnitt
BFS: BandstahlForm-Stanzen
KF; D Kipp RDM K *
F-Nr. 22
Formhelfer-Materialien
Formhelfer-Form und -Material beeinflussen neben
der Eintauchgeschwindigkeit die Wandverteilung.
Darin steckt das „know how“ des Thermoformens
• Materialien
– Epoxydharz
– Filz
– PA
– Syntactic Foam
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 23
Prinzipe von Thermoformanlagen
•
•
•
•
•
•
•
Universal Platten-Anlage
Universal Rollen-Anlage in Modulbauweise
Inline Anlage für Becher
Rotationsform-Anlage
Skin Maschinen
Kaschier-Anlagen
FFS (Form-, Füll- und Verschließ-Anlagen)
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 24
Prinzip: Heavy Gauge Platten-Anlage
• Kiefel Platten-Anlage mit Platteneinlegestation
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 25
Prinzip: Thin Gauge Rollen-Anlage
• Kiefel Rollen-Anlage KMD B
– Vorheizung fehlt
– Füllstation fehlt
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 26
Prinzip: Inline Thermoform-Anlage
• Ideale Thermoform-Anlage für Becher
• Stanzgitter-Rückführung in die Mittelschicht der Folie
• Verkettung mit Druckmaschinen möglich
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 27
Prinzip: Rotationsform-Anlage, Vakuum
• RTF-Verfahren*
– Chance Spritzguss-ähnliche Anmutung zu erzeugen
– Chance für In-Mold-Labeling
– Chance Marktanteile zurückzugewinnen
* RTF patentiert durch Rexam,
kommt auch in Tablettenverpackungsstraßen vor
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 28
Prinzip : Skinpack Maschine
• Illig Skinpackmaschine
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 29
Prinzip: Kaschier-Anlage
• Kiefel Rotations-Anlage KLS 80/225 mit 2 fach Drehtisch
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 30
Prinzip: FFS-Anlage (Form, Fill, Seal)
–
–
–
–
Kontaktheizung, keine Transportkette,
etikettieren möglich
Zusätzlicher Wiederverschlussdeckel aufsetzbar,
Kartonierer nachschaltbar
– Absolute Positioniergenauigkeit ist unerlässlich !
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 31
Komponenten von Thermoform-Anlagen
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Vorgeschaltete Arbeitsgänge
Material-Zuführung
Vorwärmen-Station
Heizung
Formen und Entformen
Füllen
„Lochstanzen“
Austrenn-Station
Stapel-Zähl-Station
Stanzgitter erfassen
Anlagensteuerung
Nachgeschaltete Arbeitsgänge
Horst R. Dänzer
Thermoformen
Komponenten.PPT
F-Nr. 32
Material-Zuführung
• Platten-Entstapler
• Rollenbock
• Inline-Extruder
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 33
Heizungssysteme
•
•
•
•
Kontaktheizung
Rollenheizung (nur als Vorheizung)
Warmluftheizung (nur als Vorheizung)
Strahlerheizung elektrisch
– Keramikstrahler (Infrarot)
– Quarzstrahler (Infrarot)
– NIR Strahler
(Halogen)
– Irwin Strahlerrohre
• Strahlerheizung Gas
• Regelung der Heizfeld-Temperatur: Pilotstrahler
• Messung der Folien-Temperatur: Strahlungspyrometer
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 34
Formstation-Varianten
• 1 beweglicher Untertisch, über Hub-Kurven
angetrieben
• 1 beweglicher Untertisch, mit Kniehebel über Kurven
angetrieben, Formhelferbewegung mit Servoantrieb *
• 1 beweglicher Untertisch, Kipptechnik mit Kniehebel
über Kurven angetrieben, Formhelferbewegung mit
Servoantrieb *
• 2 bewegliche Tische mit Kniehebel über Pneumatikbzw. Hydraulik- Zylinder angetrieben, Spannrahmen
• 2 bewegliche Tische mit Kniehebel über Kurve
angetrieben, Spannrahmen, Formhelferbewegung mit
* Stand der Technik, Kräfte bis 80 to
Servoantrieb *
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 35
Füllaggregate
• In FFS
• In Blisterlinien
• In TF- Anlagen:
Saugeinlagen
einlegen
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 36
Austrenn-Aggregate
•
•
•
•
•
•
Trennsäge
Rollenstanze
CNC Fräsmaschinen (bei Heavy Gauge)
Bandstahlstanzen mit Rakelzuführung
Bandstahlstanze innerhalb Kettenführung*
Durchfallstanze mit eigener Zuführung
(für AB-Stapeltechnik)*
• Stanzen im Formwerkzeug
– Durchfallschnitt*
– Bandstahlschnitt*
* heute gängige Verfahren
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 37
Stapel- und Zähl Aggregate
•
•
•
•
•
•
Stapelbogen und Stapelrinne
SMP von Illig
Nestor von Teforma
durch Werkzeug hindurchstapeln
Kippstapler von Illig
Übergaben zur Folgemaschine
(Druckmaschine)
• Stapeln durch Stanzgitter innerhalb der Kette
Stapel Prinzip Bilder
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 38
Schneidmühlen
• Messermühlen mit
Folieneinzug,
problematisch bei
nicht ausgetrennten
Teilen
• Zahnmühlen
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 39
Steuerungen
•
•
•
•
•
Nockenwellenschalter
Elektronische Nockenschaltwerke
Zeitrelais
SPS mit Speicher auf Minikassette
PC kontrollierte Bedienerführung
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 40
Beispiele von Thermoform-Anlagen
• Kiefel KL35/50
• Illig UA 100
• Kiefel Kaschieranlage KLS 80/225 mit
Rotationsobertisch
• IRWIN 44
• Illig RDM K
• Kiefel KMD
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 41
Bild 048:
Kiefel KL35/50
• Kiefel
Vakuum Maschine
KL 35/50
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 42
Bild 049:
Illig UA 100 mit Materialzuführung
• Illig UA 100 mit Rollen-bzw. Plattenzuführung
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 43
Bild 050: Kiefel Kaschier-Anlage KLS
•
KLS 80/225 mit Etagenschiebetisch und Rotationsobertisch
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 44
Bild 051: IRWIN 44
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 45
Bild 052: Illig RDM 70 K
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 46
Bild 053: Kiefel KMD
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 47
Alternative Prozesse zu TF
• Spritzgießen
• Blasen
! Flaschen, KFZ-Tanks und
Werkzeugkästen
• Schäumen ! Styroporteile, PU Teile
• Schweißen ! Behälter für Chemie-Industrie
• Spanabhebende Bearbeitung
• Laminieren von GFK
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 48
Vergleich Thermoformen mit Spritzen
•
•
•
•
•
•
Teile-Optik Deckel
Teile-Optik Becher
Nutzen Vergleich
Techn. Vergleich
Wirtschaftlicher Vergleich
Bedeutung TF und S im IK-Verbandsbereich
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 49
Optischer Vergleich:
Deckel thermogeformt mit gespritzt
• mehr Freiheitsgrade bei der Gestaltung unter
Einhaltung der erforderlichen Funktionen.
• Beim In-Mold gelabelten, gespritzten Deckel sind
die Stapelnocken unsichtbar.
• Thermogeformt ! wie Margarinedeckel
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 50
Optischer Vergleich:
Becher thermogeformt und gespritzt
TF Becher hat sichtbare
Stapelabstandshalter
Horst R. Dänzer
Gespritzter
Hohlbodenbecher nicht
Thermoformen
F-Nr. 51
Nutzenvergleich:
thermogeformt mit gespritzt
• Gespritzter Deckel mit Originalitätsverschluss
oder integriertem Löffel
• Gespritzter Becher und Deckel
In-Mold-gelabelt mit höherer Wert-Anmutung
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 52
Technischer Vergleich: TF mit Spritzen
Vergleich
Thermoformen
Spritzen
Prozess
teilweise offen
geschlossen, kontrolliert
WKZ
1 Formhälfte + Formhelfer
2 Formhälften
Freiheitsgrad
in der
Formgebung
• geringe Hinterschnitte
• keine von außen unsichtbare Stege
• deutliche Hinterschnitte,
Schiebertechnik
• von außen unsichtbare Stege
Formradien
eher rund
eher scharfkantig
Zusatznutzen
Nebeneffekt
Form Füll und
Verschließmaschinen
Stanzgitter
gut im Werkzeug etikettierbar
( In-Mold Labeling)
keine
Wandstärke
eher dünn
eher dick
Produkt
Eigenschaft
Barriere-Folien, optisch +
technisch beeinflussbar
groß und klein
durch Granulat vorgegeben
Teilgröße
Horst R. Dänzer
eher klein
Thermoformen
F-Nr. 53
Wirtschaftl. Vergleich: TF mit Spritzen
• Investitionsausgaben und Kapazitäten und
Herstellkosten:
• Materialkosten (Kreislaufmaterial-Problematik)
In Abhängigkeit der gewählten Lösung erhöhen
sich die TF-Materialkosten um:
– Min: Extrusionskosten für den
Stanzgitteranteils
– Max: Verlust des Stanzgitteranteils
zuzüglich Entsorgungskosten
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 54
Bedeutung Thermoformen im
IK Verbands-Bereich in 2000
7000
6000
TF
5000
gespritzt
4000
3000
2000
1000
0
Becher PS
Becher PP
Summe
In Mio Becher in Molkerei und Margarine-Industrie
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 55
Notwendigkeit der Integration von TF
in die Lehre
• Situation in einem TF Betrieb:
– neues Produkt
– junger Maschinenbauingenieur begleitet die Entwicklung
– „Herr vergib ihnen, denn sie wissen nicht was sie tun“
• Situation bei einem Maschinenhersteller:
– neue Maschine, neues Werkzeug, neues Material
– neuer Prozess
• Beobachtung: Es wurden nur Ergebnisse in Form von
Gut-Mustern für die Abnahme für den Kunden gesammelt,
• keine Dokumentation der Irrwege,
• keine erklärenden Aufzeichnungen:
Fehler ! Korrekturmaßnahme ! Ergebnis
• Qualitätssicherung ist in der Praxis häufig unzureichend
• Methode: Trial und Error überwiegt noch in der Praxis
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 56
Tabelle: Schrumpfwerte PP
Materialtypen
Horst R. Dänzer
Extrusionsparameter
Thermoformen
F-Nr. 57
Einflussfaktoren auf
Thermoformverhalten von PP
• Unterschiedliche Spannungen infolge Gefügevariationen
• Ursachen bzw. Abhilfemöglichkeiten
– Abkühlgeschwindigkeit erhöhen
– Nukleierungsmittel hinzugeben
Stark kristallin
Horst R. Dänzer
Durch Zugabe von Nukleirungsmittel
nahezu amorph
Thermoformen
F-Nr. 58
Simulation TF
•
•
•
verkürzt Entwicklungszeit
keine Versuche gemäß Trial and Error nötig
zeigt ob und welcher Formhelfer nötig ist
! Auswahl: Verfahren, Maschine und Werkzeugkosten
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 59
Integration TF in die Lehre
• TF mehr beachten, mehr darüber reden, aufwerten
• mehr Beziehungen zwischen Praxis und Lehre schaffen
• Berufsausbildung
– Beruf: „Facharbeiter Thermoformen“ einführen
– Beruf: „Techniker Thermoformen“ einführen
• Ingenieur-Studium an FH und TH
– Theoretische Grundlagen beschreiben und bereitstellen
– fehlende theoretische Grundlagen erforschen, kooperativ
– PPS-Werkzeuge und Qualitätsmanagement vermitteln
– große Bereiche von TF als Pflichtfach in Ing.-Studium einführen
– Fachgesprächskreise Praxis und Hochschule einführen
– Erkenntnisse aus P u H gezielt in Lehre einbauen
– Wochenend-Praxis-Seminare auch für alte Hasen anbieten und
in Fachpresse publizieren
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 60
Thermoformen Vorlesung Gliederung
• Design
–
–
–
Material
Form
Finish
• Kalkulation (2-stufig)
• Fertigung
– Prozessdesign (TF-Methode u WKZ- und Anlagendesign)
– Konstruktion
• Produkt
• Werkzeug
• Maschine
– Produktion
• Produktionsabrechnung (Soll-Ist-Vergleich)
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 61
Thermoformen Praktikum Gliederung
• Vakuum Thermoformen (PS, PVC, PET, PP)
• Kaschieren
• Druckluft Thermoformen (PS, PVC, PET, PP)
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 62
Literaturempfehlung
• Adolf Illig,Thermoformen in der Praxis,1997, Carl
Hanser Verlag, ISBN 3-446-19153-4
• Bill McConnell,Art Buckel and Robert Browning,
Manual:Thermoforming Technology, xxxx, McConnell
Co., INC., USA-Fort Worth
• James L. Throne, Understanding
Thermoforming,1999, Hanser Gardner Publications
• James L. Throne, Technologie of
Thermoforming,1996, Hanser Gardner Publications
• Weitere siehe :Bookstore von SPE, www.4spe.org
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 63
Bildquellen:
Dank für die Überlassung von Unterlagen
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
ACCUFORM, CS-Zlin
Bosch Sprang, NL-BA Sprang-Capelle
CMT Materials, USA-Inc., Attleboro, MA
FH Aalen Prof.Dr.-Ing. A. Frick
Hassia, D-Ranstadt
Illig, D-Heilbronn
IRWIN, USA-Yakima, WA
Jacob, D-Wilhelmsdorf
Kiefel, D-Freilassing
Krelus AG, CH-Hirschthal
Marbach, D-Heilbronn
ODC, Can-Waterloo, Ontario
Reifenhäuser, D-Troisdorf
Techno-Tool, DK-Esbjerg
Welex, USA-Blue Bell, PA
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 64
Schlußwort
• im Verpackungsbereich ist derzeit Spritzen in Mode
(hohe Wert-Anmutung und In-Mold Labeling)
• RTF könnte diesen Vorsprung wieder einholen
• keine Alternative zu TF:
– wo Barriere-Eigenschaften gefragt sind
– bei FFS
• Starke Expansion im KFZ Bereich aufgrund des
Kostensenkungspotentials durch TF in Bereichen:
– Kaschieren, Insert-Molding und Composite
• Zukunft: Modularer Aufbau der TF-Anlagen,
automatisches, elektronisch geregeltes Umrüsten
• Ausbildungsdefizite müssen beseitigt werden.
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 65
Danke für Ihre Aufmerksamkeit
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 66
Endefolie schwarz
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 67
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 68
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 69
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 70
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 71
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 72
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 73
Xxxxx Bilder Teile xxxxxx
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 74
Bild 001: Globus
Globus, aus vorbedruckter Folie ?
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 75
Bild 002: Blister
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 76
Bild 003: Fahrradhelm
• Aus vorbedruckter Folie thermogeformt und
hinterschäumt
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 77
Bild 004: Spielzeug
• Lochgestanzte
Aufbewahrungsbehälter
• Kiefel
Spielzeugteile
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 78
Bild 006: Becher etikettiert
• Becher
etikettiert
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 79
Bild 007: Becher gesleevt
• Becher mit
Hohlboden, gesleevt
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 80
Bild 008: Becher, etikettiert
aus FFS Anlage
• Becher aus FFS Maschine, etikettiert
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 81
Bild 009:
Trays für Gebäck und Süßwaren
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 82
Bild 010:
Thermogeformte Verpackungen
• Thermogeformte
Verpackungen
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 83
Bild 011: Tray mit PP-EVOH Einlegeteil
• PP Tray mit PP-EVOH Einlegeteil
• Goldene PP Teile
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 84
Bild 012: MAP Schalen
• MAP (Modified Atmosphere Packaging)
Schalen in div. Größen, auch mit Saugeinlage
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 85
Bild 014: Deckel Folie vorbedruckt
• Vorbedruckte Folie für Deckel
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 86
Bild: 013 Margarinedeckel
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 87
Bild 015: kaschierte Teile von Kiefel
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 88
Bild 017: Kühlschrank-Innenteile
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 89
Bild 018: techn Teile aus PC
• Arla Plast: Teile aus Polycarbonat
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 90
Bild 019: Insert-Molding Teile
• Jacob: Insert Molding Teile
– Thermogeformte Teile aus Dekorfolie zum
Hinterspritzen
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 91
Bild 020: Composite Teile
• Jacob: Composite
– Ultraleichte und hochbelastbare Strukturen aus
Hochleistungsverbundfaserstoff
Leichtbau Stoßfänger für BMW M3
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 92
Bild 021: Horden
• Horden für Positionierung von Elektronikbauteilen für
den Einsatz von Handlinggeräten
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 93
Bild 022: Technische Teile (Illig)
• Illig thermogeformte Gehäuseteile
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 94
Bild 023: Technische Teile (Kiefel)
• Kiefel thermogeformte technische Teile
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 95
Bild 024: Deckel gespritzt mit Löffel
• Deckel gespritzt mit integriertem Eislöffel
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 96
Bild 005: Kreislaufmaterial: Stanzgitter
•
•
•
bei runden Bechern fallen ca. 50 %
Stanzgitter an
dieses „Kreislaufmaterial“ muss
– wirtschaftlich ohne zusätzliche
Handling-Kosten in den TF
Prozess zurückgeführt werden
– verkauft werden
– entsorgt werden
Ausschussteile + DSD Ware
! Blumentöpfe oder Parkbänke ??
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 97
Bild 054: Mahlgut beim Thermoformen
• Mahlgut aus dem Stanzgitter bzw. Ausschuss
– Zur Wiederverwendung geeignet in sauberen,
trockenen, sortenreinen und farbgleichen Zustand
– Zugabe bis zu 100%, üblicherweise ca. 60%
– Idealer Mahlgutkreislauf bei
Inline-Extrusion + Thermoformen
– bei großer Material-Vielfalt erhöhter Lagerplatzund Kapital-Bedarf
– Gemischtes Mahlgut und DSD-Ware!sep.Markt
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 98
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 99
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 100
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 101
Xxxxx Bilder Werkzeuge xxxx
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 102
Bild 025:
Form- Stanz- u Stapel-Prinzipien
GF; B RDKP o. Kiefel
GF; B - Duo
GF; D
KF; B Kiefel BFS
GF; B – Duo mit Lochstanze
GF; D mit Lochstanze
KF; D ausblasen (!) RDM o. rausziehen
Horst R. Dänzer
KF; B Kiefel BFS
KF; D Tima
Thermoformen
G: getrennt
F: formen
B: Bandstahl stanzen
K: kombiniert
D: Durchfallschnitt
KF; D Kipp RDM K
F-Nr. 103
Bild 026: WKZ Beispiele von Techno Tool
Vakuum
Horst R. Dänzer
Druckluft BFS
Thermoformen
Deckel Druckluft TIMA
F-Nr. 104
Bild 027: FFS Werkzeuge
Formwerkzeug
Horst R. Dänzer
Siegelwerkzeug
Thermoformen
Stanzwerkzeug
F-Nr. 105
Bild 029: WKZ RDM K
• Illig Werkzeug RDM75 K
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 106
Bild 030:
WKZ Geschmiedeter „Bandstahl“
• ODC „Geschmiedeter“ Bandstahl
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 107
Bild 031: WKZ Formeinsatz Technik
• Bosch, Sprang Werkzeug im RDM K Prinzip:
Formeinsätze:
– Stanzbüchse
– Formbüchse
– Auswerfer
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 108
Bild 032:
Formhelfer aus Syntaktik Schaum
• CMT Formhelfer aus Glasschaum
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 109
Xxx Bilder Maschinen xxx
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 110
Bild 028: FFS Hassia
FFS Hassia THM18-42 mit Rundumetikettierung
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 111
Xxxxx Maschinen Teile xxxxx
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 112
Bild 034: selbstladende Rollenböcke
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 113
Bild 035:
Illig Platten Entstapler
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 114
Bild 036:
Extruder Düse und Glättwerk
• Fotomontage aus Welex Extruder und Reifenhäuser Glättwerk,
der Folienabzug fehlt auf dem Bild
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 115
Bild 037: Heizfeld IRWIN
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 116
Bild 038:
Illig 2- und 4-Walzen-Vorheizungen
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 117
Bild 039: Vorheizung Umluft-Ofen
• Kiefel Vorheizung
KVH 83
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 118
Bild 041:
Kiefel Rotations-Kaschier-Anlage
• KLS 80/225
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 119
Bild 042: Kiefel Maschinen-Steuerung
Kiefel Video Control System VCS 7001
"
"
"
"
"
"
Dreh- und verschiebbares
Bedienpult
Leistungsfähige CPU
Schnellerer und genauerer
interner Programmablauf
Betriebssystem
MS WINDOWS NT
Klartext-Bedienerführung
Fehlerprotokoll
⇒ Einfache Bedienung
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 120
Bild 033: IRWIN Maschinen-Steuerung
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 121
Bild 043: Illig Durchfallstanze
• Illig Stanze
STA 80 L
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 122
Bild 044: Illig Blister-Packlinie
• Illig Blister-Packlinie HSA 30-RD
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 123
Bild 045: Heizstrahler von Krelus
• Krelus: Infrarotstrahler Beispiel für Anordnung und
Temperatureinstellung
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 124
Xxxxx Tabellen xxxxxxxxx
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 125
Tabelle: Auswirkung
Formhelfermaterial auf Wandverteilung
• CMT Vergleich der Wandstärken Abweichungen bei
unterschiedlichen
Formhelfer-Materialien
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 126
Tabelle: Vergleich TF zu Spritzen
Joghurt Becher
TF
Spritzen
WKZ Nutzen
40
16
72.000
24.000
kg/h
396
156
Output brutto kg/h
792
156
440.000.000
150.000.000
1.770.000 €
640.000 €
Output
Stck/h
Output netto
Jahreskap
Stck
Invest
Nettogew.
g/Stck
5,5
6,5
Mat. Kosten
4,125
€/Tsd
4,875
€/Tsd
Personalkosten
0,6944
€/Tsd
2,0833
€/Tsd
Anlagekosten
1,11158 €/Tsd
1,38228 €/Tsd
Entscheidungsrelevante
Herstellkosten
5,931
8,3407
Horst R. Dänzer
€/Tsd
€/Tsd
Umrüstkosten unberücksichtigt !
Thermoformen
F-Nr. 127
Tabelle: Thermische Analyse (TA)
Verfahren
WärmestromDifferenzKalorimetrie
Thermogravim
etrie
Dilatometrie
DynamischMechanischeAnalyse
Bezeichnung
DSC
TGA
TMA
DMA
Messgröße
Enthalpie
Änderung
Masse
Änderung
Längen
Änderung
SteifigkeitsÄnderung
Detektierbare
Eigenschaften
-Werkstoff
idendifikation
-Reinheit
-Glasumwandlung
-SchmelzSchmelz- und
Kristallisationsverh
alten
-Spez.
Wärmekapazität
-Oxidationsbeständ
igkeit /
Alterungszustand
-Farbstoff
erkennung
-Werkstoff
zusammen
setzung
-Füllstoff
anteile
-flüchtige
Anteile
-Wärme
ausdehnung
-Glas
umwandlung
-Erweichungsbereich
-Erweichungsbereich
-Steifigkeit
-Dämpfungsverhalten
Wärmeformbe
ständigkeit
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 128
Bild 046:
Absorptionsbereiche der IR Strahlung
• Krelus: Absorptionsbereich der InfrarotWärmestrahlung bei unterschiedlichen Thermoplasten
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 129
Bild 047:
IR- Strahlungsdurchlässigkeit
• Krelus: Strahlungsdurchlässigkeit (keine Absorption)
von PVC
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 130
Tabelle: Verstreckverhalten von Folien
• Als Grundsatzforschung für TF Simulation wird
z.B. die Kraft am Formhelfer bei unterschiedlichen
Eintauchgeschwindigkeiten erfasst.
(IKP Stuttgart, Dipl. Ing. Bernhard Hegemann)
• Ziel: Materialkennwerte für Gleitverhalten zu erhalten
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 131
Xxxxx Prinzip Bilder xxxxx
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 132
Prinzip: kaschieren
• Kaschierprinzip (ähnlich dem Skinnen)
• Man kann auch in einer Maschine formen und in
unmittelbarer Folge kaschieren
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 133
xxx Nicht benötigte Folien xxx
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 134
Muß das folgende sein ??????
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 135
Thermoformmethoden für große Teile
• Platten manuell oder automatisch zuführen
• Formen mit Vakuum oder neuerdings auch
mit Druckluft und Entformen mit Druckluft oder
mechanisch
• Manuell oder automatisch entnehmen
• Austrennen mit Trennsäge oder Bandstahl
oder CNC-Fräsen oder Laser oder
Wasserstrahl oder Ultraschall
• Nachbearbeiten möglich
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 136
Thermoformmethoden für kleine Teile
• Kleine Mengen
– Aus der Platte (Rolle), wie große Teile
– Aus der Rolle, mit Vakuum oder Druckluft, getrennt
formen, mit Längs- und Querschneider trennen
oder mit Bandstahl stanzen, manuell oder
automatisch stapeln
• Große Mengen
– Aus der Rolle, getrennt formen, mit Durchfallschnitt
stanzen, automatisch stapeln
– Aus der Rolle bzw. direkt vom Extruder, mit
Druckluft kombiniert formend und stanzend,
automatisch stapeln
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 137
Thermoformmethode für Hohlkörper
• Twin Sheet Formen
– Für KFZ-Benzintanks in kleinen Mengen
– Werkzeugkoffer
– etc
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 138
Thermoformmethode für Kaschieren
• Wie große Teile,
jedoch mit der Möglichkeit Teile einzulegen
und zu entnehmen.
Das Werkzeug wird durch das zu
kaschierende Teil ersetzt bzw. ergänzt.
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 139
xIntegrationTZ in die Lehre
Alles was man über Thermoformen wissen sollte, vermitteln!
– Alle möglichen / im Hause vorhandene techn. Verfahren (auch
Alternativen zu TF), ihre theoretischen Grundlagen und Praxis
– Produktentwicklung im Rahmen aller möglichen Verfahren
( Iso...), !Auswahl des im Hause günstigsten Verfahrens
• Machbarkeitsstudien generell / im Hause möglich
• Kalkulation wie im Hause / wie generell günstigstes Verfahren
• Vergleichskalkulationen -- dabei immer Blick über den Zaun : welche
Möglichkeiten hat der Wettbewerb ? / sind State of Art ?
• Letztendlich Investitionsvorschläge erstellen
• Wie sicherstellen dass das Unternehmen am Ball bleibt
–
–
–
–
–
Werkzeugkonstruktion
Maschinendesign
Projektmanagement
Produktions-Planung , –Steuerung und –Kontrolle Umgang mit MA
Qualitätsmanagement und Umgang mit Kunden und Lieferanten
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 140
??? Materialeigenschaften für
Verpackungszwecke
Bez
Wärmestand
festigkeit
Eigenschaft
PVC
Ca. 65 °C
Überdurchschnittlich gute Wasser und Gas
Barrieren
PS
Ca. 80 °C
durchschnittlich gute Wasser und Gas
Barrieren, tiefkühlfähig
PP
Ca. 95 °C
Sehr gute Wasser Barriere,
durchschnittliche Gas Barriere
A-PET
Ca. 60 °C
Überdurchschnittlich gute Wasser und Gas
Barrieren
C-PET
Ca. 200 °C
Überdurchschnittlich gute Wasser und Gas
Barrieren
PE
Ca. 80 °C
Sehr gute Wasser Barriere,
tiefkühlfähig
ABS
Ca. 90 °C
Wie PS
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 141
Bild xxxx: Trockenlufttrockner
• Trockenlufttrockner ( fehlt)
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 142
Xxx Sonstiges
• Es gibt auch
– Explosionsformen und mechanisches Formen wie
beim Blech-Tiefziehen
• Vergleich von getrennt Formend und Stanzend zu
KFD:
– Vorteil: bessere Kühlung in geordnetem Zustand
! höhere Geschwindigkeit !
– Nachteil: Stanzversatz
• Bei kristallinen Materialien ist Zwischenkristallisation
nötig
• Bei Hygroskopischen Materialien ist Vortrocknung
nötig
• Kiefel
F-Nr. 143
Horst R. Dänzer
Thermoformen
Xx Bild xxx5
• Kiefel
Baugruppen
System
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 144
Xxx Prinzip: Inline TF Trinkbecher
Linie
• Trinkbecherlinie mit Bördelaggregat
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 145
Xxx Gliederung der
Thermoformverfahren
• Heavy Gauge
– Platte, Vakuum
– Platte, Druckluft
• Thin Gauge
–
–
–
–
Platte, Vakuum
Rolle, Vakuum
Rolle, Druckluft
Inline- Extrusion, Druckluft
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 146
Begleitende Prozesse
• Füllen mit flüssigen bzw. pastösen Gütern FFS
• Füllen mit stückigen Gütern Blistern bzw.
Skinnen
• Etikettieren im Werkzeug In-Mold-Labeling
• Kaschieren von Trägerteilen mit Folien
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 147
Ergänzende Prozesse
• Vorausgehende Prozesse
–
–
–
Extrusion
vorbedrucken der Folie
beflocken
• Nachfolgende Prozesse
–
–
–
–
–
–
–
Bördeln
Bedrucken (Trockenoffset-, Sieb- Tampoprint-D.)
Etikettieren
Sleeven
kaschieren
Hinter-Schäumen oder -Spritzen
beflocken
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 148
Thermoformen sich
Horst R. Dänzer
Thermoformen
F-Nr. 149