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Tiefziehen und Thermoformen

 

Vorstellung der Thermoformung

Das Vakuumtiefziehen oder auch Thermoformen ist ein Verfahren zur Umformung von thermoplastischen Kunststoffen in den Stärken 0,1mm bis 12mm. Bei diesem Verfahren wird ein Kunststoffhalbzeug an den Rändern fixiert und mit Hilfe von Heizelementen bis zur Erweichungstemperatur erwärmt.

Danach wird ein Formwerkzeug gegen die Platte bewegt und durch im Werkzeug liegende Luftkanäle ein Unterdruck zwischen beiden erzeugt. Der höhere Atmosphärendruck bewirkt, dass sich der weiche Kunststoff an die Werkzeugwand anlegt. Durch Abkühlung des Formteils geht das Material wieder in den festen Zustand über. Die an den Kunststoff übertragene Wärmeenergie wird hierbei an die Luft und das Werkzeug abgegeben. Durch Erzeugung eines Gegendrucks wird das Formteil abschließend vom Werkzeug getrennt.

Beim Thermoformen unterscheidet man grundsätzlich zwei Arten, welche sich durch die Form der Werkzeuge definieren. Beim Positivverfahren wird der Kunststoff über das Werkzeug und beim Negativverfahren in das Werkzeug gezogen. Das Formteil erhält dadurch einmal eine innere und beim anderen Mal eine äußere Formgebung.

 
Vakuumtiefziehen

Quelle: Oberbach Karl (2001), S.346

Positivverfahren mit pneumatischer Vorstreckung:
A) Erwärmung der eingespannten Platte, B) pneumatisches Vorstrecken (Vorblasen) mit Druckluft, C) mechanische Verstreckung durch Hochfahren der Form, D) Saugen und Kühlen
a) Heizstrahler, b) Platte, c) Spannrahmen, d) Positivform,
e) Luftkanäle im Werkzeug, f) Umformteil

 
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Quelle: Oberbach Karl (2001), S.345

Negativverfahren mit pneumatischem Vorstrecken und Hilfsstempel:
A) Erwärmung der eingespannten Platte, B) pneumatisches Vorstrecken (Vorblasen) mit Druckluft, C) mechanische Vorstreckung mit Hilfsstempel, D) Saugen und Kühlen
a) Heizstrahler, b) Platte, c) Spannrahmen, d) Negativform,
e) Luftkanäle im Werkzeug, f) Hilfsstempel, g) Kühlung durch Ventilatoren, h) Umformteil

 
Das Umformen hat stets eine Verstreckung des Materials zur Folge, wodurch sich die Ausgangsstärke reduziert. Dies ist insbesondere an den Stellen der Fall, wo das Material als erstes das Werkzeug berührt. Das Material erkaltet und beteiligt sich nur mehr eingeschränkt am weiteren Umformprozess.

Um diesem Phänomen entgegenzuwirken bedient man sich bei der Positiv- und Negativformung einer pneumatischen Vorstreckung und oder dem Einsatz eines Hilfsstempels, sowie beheizter Werkzeuge. Auf die Fließbewegung des Materials kann hierdurch erheblich Einfluss genommen werden.

Allgemein kann aber festgestellt werden, dass Formteile welche mit der Thermoformung produziert werden im Gegensatz zum Spritzgießen keine konstanten Wandstärken aufweisen.

Die Formflächen von Thermoformmaschinen betragen zirka 250mm x 350mm bis 3000mm x 9000mm und haben eine Ziehtiefe bis zu 2500mm. Zur Anwendung für Kleinserien bis etwa 50 Stück kommen Werkzeuge aus Gips, Holz oder Hartkunststoffen; für größere Stückzahlen benötigt man gut wärmeleitende Werkzeuge aus Leichtmetall, Messing-Guß oder Aluminiumgießharzen.

Der große Vorteil des Vakuumtiefziehens gegenüber dem Spritzguß liegt in seinen bis zu 90% niedrigeren Werkzeugkosten.
 

Änderungen in Inhalt und Ablauf vorbehalten, Stand November 2013