Anwendungen
Thermoformmaschinen verwandeln erhitzte Kunststoffplatten oder -folien in starre Verpackungen, Schalen, technische Bauteile oder mittelgroße strukturelle Komponenten.
Der typische Prozess umfasst das Vorwärmen des Materials, die Umformung im Werkzeug, die Unterstützung durch Vakuum oder Druckluft sowie das Abkühlen bis zur Stabilisierung der finalen Form.
Die hohe Prozessflexibilität ermöglicht den Einsatz verschiedenster Polymere (ABS, PP, PET, PVC) und komplexer Geometrien bei wettbewerbsfähigen Zykluszeiten – vorausgesetzt, jeder Schritt wird präzise überwacht.
Bedürfnisse:
Messung der Form- und Schließkräfte
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Regelung der Heizkreise
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Steuerung des Thermoformprozesses
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Überwachung des Luftdrucks im Formkreis
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Bedürfnis:
Messung der Form- und Schließkräfte
Während der Thermoformung ist die Überwachung der Schließ- und Formkräfte entscheidend, um unerwünschte Verformungen zu vermeiden und die richtige Verteilung des Materials auf der Form zu gewährleisten. Der auf die Kunststofffolie ausgeübte Druck muss konstant sein und an die Art des Polymers und die Formgebung angepasst werden. Zu hohe Kräfte können zu Rissen oder Quetschungen führen, während ein zu geringer Druck die Detailgenauigkeit und Oberflächenqualität beeinträchtigt. Eine genaue Messung ermöglicht die Optimierung des Zyklus, indem konstante Parameter beibehalten und Ausschuss reduziert werden.
Die Wägezellen und die Dehnungssensoren SL76 werden an der Schließeinheit oder an den Druckpunkten des Werkzeugs installiert, wo sie die während des Zyklus ausgeübten Kräfte in Echtzeit messen. Die Signale (4–20 mA oder Spannung) werden von der SPS verarbeitet, um die tatsächliche Kraft zu überwachen und gegebenenfalls automatische Korrekturen zu aktivieren.
Hauptmerkmale:
- Edelstahlkonstruktion für hohe Robustheit
- Temperaturkompensation für stabile Messwerte auch bei Temperaturschwankungen
- Hohe Präzision bei der Erfassung der Form- und Schließkräfte
- Hohe Zuverlässigkeit in anspruchsvollen Umgebungen typischer Thermoformprozesse
Bedürfnis:
Regelung der Heizkreise
Beim Thermoformen muss die Erwärmung der Kunststofffolie gleichmäßig und wiederholbar sein, um eine kontrollierte Verformung zu ermöglichen. Temperaturunterschiede zwischen den Bereichen können zu ungleichmäßigen Dicken und optischen Fehlern führen. Herkömmliche elektromechanische Relais, die einem Kontaktverschleiß unterliegen, bieten nicht die erforderliche Wiederholgenauigkeit in Hochfrequenzzyklen. Deshalb müssen zuverlässige Solid-State-Lösungen eingesetzt werden, die schnelle, leise und wartungsfreie Schaltvorgänge bieten – idealerweise mit integrierter Diagnose zur Lastüberwachung und Fehlerprävention.
Lösung:
Die Halbleiterrelais GRS-H werden in die Heizkreise des oberen und unteren Zonen der Maschine integriert, wo sie eine präzise Energieverwaltung und eine stabile Temperaturregelung während des Produktionszyklus gewährleisten.
Hauptmerkmale:
- Kompakte Bauweise mit integriertem Kühlkörper für die direkte Schaltschrankmontage
- Zero-Cross-Funktion für präzises und stabiles Schalten
- IO-Link-Diagnose für kontinuierliches Monitoring und Predictive Maintenance
- Gleichmäßigeres Erwärmen und kürzere Zykluszeiten
- Verlängerte Lebensdauer der Heizelemente
Bedürfnis:
Steuerung des Thermoformprozesses
Der Thermoformungsprozess umfasst mehrere Stationen, die perfekt synchronisiert arbeiten müssen: Das Vorwärmen der Folie, die Umformung im Werkzeug, das Halten von Druck oder Vakuum sowie die kontrollierte Abkühlung. Jede Phase erfordert präzise Einstellungen von Temperatur, Zeit und Bewegungen, um eine gleichmäßige Dicke und fehlerfreie Produkte zu gewährleisten. Fehlt eine integrierte Steuerung, drohen Instabilitäten, verlängerte Zykluszeiten oder Qualitätsabweichungen zwischen Chargen.
Ein zentralisiertes, flexibles Prozessmanagement ermöglicht hingegen die schnelle Anpassung der Parameter an unterschiedliche Materialien und Bauteile, reduziert Ausschuss und minimiert Rüstzeiten.
Die G-Mation-Plattform mit P6-CPU und G3-EtherCAT-Modulen ermöglicht die integrierte Steuerung von Temperatur, Bewegung und Druck während des gesamten Thermoformungszyklus. Rezepte und Parameter werden über eine zentrale Oberfläche verwaltet und auf W55-Bedienpanels via integriertem Webserver visualisiert.
Hauptmerkmale:
- Interne PID-Regelung für thermische Zonen
- Remote-I/O-Module für die Echtzeitsteuerung von Aktoren und Sensoren
- Offene Architektur, kompatibel mit Docker-Anwendungen
- MES-Integration und Funktionen für Predictive Maintenance
- Verbesserte Gesamtqualität und höherer OEE
Bedürfnis:
Überwachung des Luftdrucks im Formkreis
Bei der Druckluftformung ist Druckluft das primäre Medium, das das Material in das Werkzeug drückt und für eine präzise Abbildung der Konturen sorgt. Der Druck muss dynamisch geregelt werden: Ein zu hoher Wert kann die Folie beschädigen oder durchstoßen, während ein zu geringer Druck zu Maßfehlern oder unvollständigen geformten Teilen führt. Die Druckstabilität beeinflusst direkt die Produktqualität, die Zykluswiederholbarkeit und die Lebensdauer der Formen.
Daher ist ein robustes, präzises Messsystem erforderlich, das kontinuierliches, zuverlässiges Feedback an die Maschinensteuerung liefert.
KS-Drucksensoren mit Dickschichttechnologie werden an den Druckluftleitungen des Formkreislaufs installiert, um den Druck in Echtzeit zu erfassen. Das analoge Signal (4–20 mA oder 0–10 V) wird von der SPS verarbeitet, um das Proportionalventil zu steuern, das den Druckfluss regelt.
Hauptmerkmale:
- Kompakte Edelstahlbauweise für hohe Robustheit und einfache Integration
- KS-I Version mit IO-Link für erweiterte Diagnosefunktionen und Zustandsüberwachung
- SIL2-Zertifizierung für den Einsatz in sicherheitsrelevanten Anwendungen
Das Funktionsprinzip:
Der Thermoformungszyklus beginnt mit dem Vorheizen der Kunststofffolie, die auf eine Temperatur nahe dem Glasübergangspunkt des Materials gebracht wird. Dadurch wird das Material formbar, ohne zu schmelzen. Die erwärmte Folie wird dann in die Formstation befördert, wo sie durch die kombinierte Wirkung von Vakuum, Druck und teilweise auch mechanischer Unterstützung (z. B. Vorstreckstempel) in die Werkzeuggeometrie gezogen wird. In dieser Phase sind vor allem die Temperaturverteilung und die Verformungskontrolle entscheidend, um eine gleichmäßige Wanddicke sicherzustellen und Fehler wie Faltenbildung, Einfallstellen oder lokale Ausdünnung zu vermeiden.
Thermoformanlagen können nach zwei Prinzipien arbeiten:
Vakuumformung
Die Luft wird aus dem Werkzeug abgesaugt, sodass die Folie an die Formwände gezogen wird.
Druckluftformung Druckluft presst die Folie aktiv in das Werkzeug, was eine höhere Detailgenauigkeit ermöglicht.
Einige Maschinen kombinieren beide Verfahren und nutzen zusätzlich Stempel oder Gegenmatrizen, um das Material vorzustrecken und die Verteilung des Polymers weiter zu optimieren.
Nach dem Formen stabilisiert die kontrollierte Werkzeugkühlung das Bauteil und ermöglicht dessen Entnahme zum anschließenden Beschnitt oder Stanzen.
Der gesamte Prozess ist zyklisch und automatisiert und erfordert eine präzise Steuerung von Temperatur, Druck, Vakuum und Achsbewegungen, um gleichbleibende Qualität und hohe Produktivität zu sichern.
Anforderungen und Technologie:
Thermoformmaschinen erfordern eine präzise und koordinierte Steuerung aller Prozessvariablen, um eine konstante Qualität und maximale Produktivität zu gewährleisten . Die genaue Messung der Schließ- und Formkräfte ist von entscheidender Bedeutung , um eine gleichmäßige Dicke zu gewährleisten, Ausschuss zu reduzieren und Strukturfehler zu vermeiden. Die Temperaturregelung muss eine gleichmäßige Erwärmung der Folien gewährleisten und Temperaturunterschiede vermeiden, die die Materialverteilung und die Oberflächenqualität beeinträchtigen könnten.
Eine zentralisierte Prozesssteuerung syncronisiert die Schritte Heizen, Umformung, Abkühlung und Schneiden und passt sich schnell an unterschiedliche Materialien und Geometrien an – bei optimalen Zykluszeiten und hoher Energieeffizienz. Ebenso muss der Umformungsdruck konstant und stabil sein , um Verformungen oder Unvollständigkeiten der Endprodukte zu vermeiden.
Die Technologien von Gefran – G-Mation-Plattform, LDK-Wägezellen, GRS-H-Halbleiterrelais und KS-Drucksensoren – bieten integrierte, skalierbare und zuverlässige Lösungen. Dank fortschrittlicher Diagnose und vorausschauender Wartung gewährleisten sie mehr Effizienz, Sicherheit und Qualität im Thermoformprozess. Gefran bietet außerdem eine umfassende Palette an Steuerungs -Plattformen, Druck- und Positionssensoren sowie modularen Lösungen, die sich leicht in jede Anlage integrieren lassen und einen kontinuierlichen Betrieb und eine konstante Qualität über die Zeit gewährleisten.
