Thermoformen mit Vorstreckstempeln zur Homogenisierung der Wanddickenverteilung

Die Stempelverstreckung im Thermoformen ermöglicht die Anpassung bzw. das Homogenisieren der Wanddickenverteilung der hergestellten Formteile. Die Auslegung der Vorstreckstempel zum Erzielen einer gewünschten Wanddickenverteilung ist aufgrund vieler Einflussfaktoren nicht trivial. Um insbesondere den Einfluss der Stempelgeometrie zu ermitteln, wurden Vorstreckstempel mit unterschiedlichen Wandschrägen sowie Kantenradien gefertigt. Zusätzlich wurde die Folientemperatur variiert, da diese einen signifikanten Einfluss auf die Verstreckwiderstände des Materials aufweist. Die Untersuchungen zeigen, dass die Einflüsse der Geometrie- und Prozessparameter in Abhängigkeit des verwendeten Kunststoffs variieren. Beim Einsatz von Polystyrol weist die Wandschräge des Vorstreckstempels einen großen Einfluss auf die Wanddickenverteilung auf, während bei Polypropylen die Wanddickenverteilung eher von der Folientemperatur sowie dem Kantenradius abhängig ist. Weiterhin können Wechselwirkungen zwischen den jeweiligen Parametern bestehen.
Da in der Praxis nicht davon ausgegangen werden kann, dass die erste gewählte Stempelgeometrie die gewünschte Wanddickenverteilung erzeugt, werden vor der aufwendigen Anpassung der Stempel die Prozessparameter variiert. Dabei weisen sowohl der Verstreckweg, die Verstreckgeschwindigkeit als auch der Zuschaltpunkt der Formluft einen Einfluss auf die Wanddickenverteilung auf. Wie auch beim Stempelgeometrieeinfluss sind die jeweiligen Ausprägungen der Effekte materialabhängig. Weiterhin besteht eine signifikante Änderung der Effekte bei der Variation des Zuschaltpunktes der Formluft bei PS, während bei PP nur leichte Änderungen in der Effekthöhe auftreten. Besonders hervorzuheben ist der Verstreckweg sowie der Zeitpunkt der Formluftzuschaltung, um die Wanddickenverteilung zu beeinflussen. Die Wanddickenverteilungen werden durch die Prozessparameter nur lokal beeinflusst, der Verlauf selbst ändert sich kaum.
Die Analyse der Topload-Stabilität der Formteile zeigt, dass deren Homogenität nicht mit der ertragbaren Belastung zusammenhängt. Die Korrelation ist sehr gering. Die Korrelation zwischen der geringsten Wanddicke des Formteils und der Topload-Stabilität ist höher und weist darauf hin, dass ein Zusammenhang besteht. Dabei weist weiterhin die Position der dünnsten Wanddicke einen zusätzlichen Einfluss auf, sodass weiterführende Untersuchungen zur besseren Vorhersage der Topload-Stabilität nötig sind.
Weitere Einflüsse auf die Wanddickenverteilungen weisen die Stempeltemperatur sowie die Oberflächenrauheit der Vorstreckstempel auf, wobei eine höhere Stempeltemperatur und Vorstreckstempelrauheit zu dickeren Bodenbereichen der Formteile führen.