Thermoformen in der Praxis - ILLIG Maschinenbau GmbH & Co. KG

Thermoformen
in der Praxis
2. Auflage

Peter Schwarzmann
Thermoformen
in der Praxis
2. Auflage

Der Herausgeber:
Illig Maschinenbau GmbH & Co., Mauerstraße 100, 74081 Heilbronn, Deutschland
Der Autor:
Peter Schwarzmann, Illig Maschinenbau GmbH & Co., Heilbronn, Deutschland
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Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;
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ISBN: 978-3-446-40794-7
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© Carl Hanser Verlag, München 2008
Herstellung: Steffen Jörg
Satz: Manuela Treindl, Laaber
Coverabbildung: Illig Maschinenbau GmbH & Co., Heilbronn
Coverconcept: Marc Müller-Bremer, www.rebranding.de, München
Coverrealisierung: Stephan Rönigk
Druck und Bindung: Kösel, Krugzell
Printed in Germany

Vorwortzur 2. Auflage
Der Erfolg der 1. Auflage, die auch indie Sprachen Englisch, Französisch, Chinesisch und
Russischübertragen wurde, die umfangreichen technologischen Veränderungen in der Thermoformung
und neue Anwendungen führtenzueinerinwesentlichen Teilen überarbeiteten
underweiterten2.Auflage. Die ursprüngliche Zielsetzung des Buches wurde durch den Autor,
HerrnPeter Schwarzmann, konsequent weitergeführt.
Heilbronn, im Oktober 2008 ILLIGMaschinenbau GmbH &Co. KG

Vorwortzur 1. Auflage
Die Fertigungsverfahren der Thermoformung werden in der industriellen Produktion in einem
vorwenigen Jahrzehnten nochnicht für möglichgehaltenen Ausmaß angewandt.
Neben den traditionellen Gebieten, der Vakuumformung von Platten für Displays, Kühlschränke
oder Automobilteile hat sich das Thermoformen bei der Druckluftformung von
Verpackungen einen bedeutenden Marktanteil erobert. Ständig verbesserte Thermoplaste
erlauben mit modernsten Maschinen und Werkzeugen eine Steigerung der Mengenleistung
bei gleichzeitig erhöhter Präzision der Formteile.
Das ursprünglichmehr handwerkliche Thermoformen hat sichals Fertigungsverfahren etabliert,
das wissenschaftliche Erkenntnisse der Werkstoffkunde, der Mess- und Regelungstechnik
konsequent nutzt. Die Reproduzierbarkeit der Verfahrensparameter erlaubt den Einsatz des
Verfahrens in Hochleistungsanlagen für den industriellen Einsatz.
Neben zahlreichen Zeitschriftenveröffentlichungen werden die Grundlagen des Thermoformens
seit Jahrzehnten in Lehrgängen der ILLIG Maschinenbau GmbH &Co. KG vermittelt.
Es fehlt jedocheine zusammenfassende Darstellung der Grundlagen und Verfahren, die gleichzeitig
den Studierenden und den bereits in der Praxis stehenden Ingenieuren und Technikern
eine Einführung in das Fachgebiet ist und das Grundwissen zur vertieften Behandlung von
Einzelfragen vermitteln kann.
Die aufgezeigteLückemit der genannten Zielsetzung zu schließen, ist das Anliegen des Buches
„Thermoformen für die Praxis“.
Neben den Thermoplasten werden alle Verfahrensschrittebeim Thermoformen, die wesentlichen
Maschinentypen und Grundlagen für den Bau vonFormen und Werkzeugen umfassend
geschildertund mit Praxisbeispielen erläutert.
Die Entstehungsgeschichte dieses Buches ist eng mit der 50-jährigen Firmengeschichte der
Firma ILLIG verbunden. Dementsprechend ist eineVielzahl vonAnregungen und Erfahrungen
eingeflossen, für deren umfassende Darstellung dem Autor, HerrnPeter Schwarzmann mein
besonderer Dank gilt.
Für die kritische Durchsicht des Manuskriptes, zahlreiche Verbesserungsvorschläge und Ergänzungendankeich
dem langjährigen Leiter der Entwicklung und Konstruktion bei ILLIG,
HerrnGünther Kiefer und HerrnProf. Dr.Günther Harsch.
Herausgeber und Autorhoffen, dass „Thermoformen für die Praxis“ die Einarbeitung in das
Thermoformen erleichtertund bei der Lösung vonProblemen eine nützliche Hilfe ist.
Heilbronn, im Januar 1997 Adolf Illig

Inhaltsverzeichnis
Vorwortzur 2. Auflage ........................................................... V
Vorwortzur 1. Auflage ..........................................................VII
1 Einführung ...................................................................1
2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen.....................................5
2.1 Verfahrensablauf .........................................................5
2.2 Positiv- und Negativformung ..............................................6
2.3 Umformdruck, Ausformdruck, Ausformschärfe ..............................7
2.4 Vorblasen, Vorsaugen, Druckausgleich, Belüften..............................9
2.5 Formfläche, Einzugsfläche, Spannrand .................................... 10
2.6 Niederhalter,Hochhalter ................................................ 11
2.7 Entformungsschrägen................................................... 12
2.8 Entlüftungsquerschnitte................................................. 13
2.9 Markierungen, Schreckmarken, Abrisse ................................... 13
2.10 Der Werkzeugsatz....................................................... 14
2.11 Umform- und Verstreckungsverhältnis.................................... 15
2.12 Faltenbildung beim Thermoformen ...................................... 16
2.13 Verhindernder Faltenbildung ............................................ 18
2.13.1 Verhindernvon Falten an Positivformen ........................... 18
2.13.2 Verhindernvon Falten an Negativformen .......................... 19
2.13.3 Verhindernvon Flächenfalten infolge starkenFoliendurchhangs. ..... 19
2.14 Wanddickenberechnung................................................. 19
3 ThermoplastischeHalbzeuge ................................................. 21
3.1 Aufbau und Struktur der Thermoplaste................................... 21
3.2 Aufnahme vonFeuchtigkeit im Halbzeug.................................. 22
3.3 Reibverhalten beim Thermoformen ...................................... 23
3.4 Verhalten beim Aufheizen ............................................... 24
3.5 Ausdehnung und Durchhang ............................................ 26
3.6 Umformtemperaturbereiche ............................................. 27
3.7 Ausformschärfe ........................................................ 28
3.8 Schrumpfung .......................................................... 29
3.9 Schwindung............................................................ 30
3.10 Orientierung ........................................................... 32
3.11 Statische Aufladung ..................................................... 33
3.12 Folgen des viskoelastischen Verhaltens der Thermoplaste. ................... 33
3.13 Abkühlverhalten........................................................ 35
3.14 Toleranzen vonHalbzeugen.............................................. 35
3.15 Herstellungsverfahren für thermoplastische Halbzeuge ..................... 36

X Inhaltsverzeichnis
3.15.1 Herstellung vonFolien und Platten durch Extrudieren .............. 36
3.15.2 Herstellen vonFolien auf Kalandern. .............................. 37
3.15.3 Gießen vonthermoplastischen Folien und Platten .................. 37
3.15.4 Sonderverfahren zur Herstellung vonthermoplastischen
Halbzeugen..................................................... 38
3.15.5 Veredlungsverfahren für thermoplastisches Halbzeug ............... 38
3.16 Tabelle für den Thermoformer ........................................... 38
3.17 Thermoplaste für das Thermoformen im Detail............................ 42
3.17.1 Polystyrol (PS).................................................. 42
3.17.2 Schlagfestes Polystyrol (PS-HI) ................................... 43
3.17.3 Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymer (SBS) ..................... 44
3.17.4 OrientiertesPolystyrol (OPS)..................................... 45
3.17.5 Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) ..................... 46
3.17.6 Acrylnitril-Styrol-Acrylester-Copolymer (ASA)..................... 47
3.17.7 Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN) .............................. 48
3.17.8 Polyvinylchlorid (PVC-U)........................................ 48
3.17.9 Polyethylen hoher Dichte(PE-HD) ............................... 49
3.17.10 Polypropylen (PP)............................................... 50
3.17.11 ExtrudiertesPolymethylmethacrylat (PMMA)...................... 51
3.17.12 Gegossenes Polymethylmethacrylat (PMMA) ...................... 53
3.17.13 Polycarbonat (PC) .............................................. 54
3.17.14 Polyamid (PA) .................................................. 55
3.17.15 Polyethylenterephthalat, nicht kristallisierend(PET-G) .............. 56
3.17.16 Amorphes Polyethylenterephthalat (APET) ........................ 57
3.17.17 Kristallisierbares Polyethylenterephthalat (CPET). .................. 58
3.17.18 Polysulfon (PSU). ............................................... 59
3.17.19 EPE und EPP-Schaumfolien ...................................... 60
3.17.20 Biokunststoffe .................................................. 61
3.17.21 Halbzeuge mit Barriereschichten.................................. 61
3.17.22 SonstigethermoformbareHalbzeuge .............................. 63
4 HeizungstechnikenimThermoformen –Allgemeines........................... 65
4.1 Strahlungsheizungen.................................................... 65
4.1.1 Prinzip der Wärmeübertragung durch Infrarotstrahlung ............ 65
4.1.2 Durch Strahlung übertragbareWärmemenge....................... 67
4.1.3 Auswirkung der Strahlergröße auf das Heizergebnis................. 69
4.1.4 Gleichmäßiges Beheizen mit Strahlungsheizungen .................. 71
4.1.5 Ausspiegeln und Temperieren vonSpannrahmen in Plattenmaschinen
und FolientransporteninRollenautomaten ........................ 72
4.1.6 Auswirkung des Abstandes zwischen den Strahlern
auf das Heizergebnis ............................................ 75
4.1.7 Auswirkung der Transportschritteunter einer langen Heizung ....... 76
4.1.8 Überfahreffekt bei Strahlungsheizungen ........................... 77
4.1.9 Einfluss der Kühlgebläse auf das Heizbild in einer Plattenmaschine ... 78
4.1.10 Einfluss vonLuftzug ............................................. 78
4.1.11 Keramik-, Quarzgut- und Hellstrahler im Vergleich................. 79

Inhaltsverzeichnis
4.1.12 Die wesentlichen Unterschiede zwischen Keramik-, Quarz- und
Hellstrahlern ................................................... 80
4.2 Verbesserung der Reproduzierbarkeit vonHeizergebnissen der
Strahlungsheizungen.................................................... 83
4.2.1 Die Problematik der Reproduzierbarkeit ........................... 83
4.2.2 Kompensation der nicht beeinflussbaren Außeneinflüsse
auf den Heizprozess im Fall vonStrahlungsheizungen............... 85
4.3 Kontaktheizungen ...................................................... 87
4.4 Konvektionsheizungen .................................................. 87
5 HeizungeninPlattenmaschinen .............................................. 89
5.1 Grundlagen der isothermengeregelten Heizung ............................ 89
5.1.1 Fachbegriffe .................................................... 89
5.1.2 Details zur Temperaturregelung vonKeramikstrahlern .............. 92
5.1.3 Vorteile vonpilotstrahlergeregelten Heizungen ..................... 92
5.2 Joystickteilung des Heizbilds ............................................. 93
5.3 Mehrstellungsschaltung ................................................. 94
5.4 Strahlertemperaturregelung mit überlagerterProzent-Stellung .............. 96
5.5 IR-Messeinrichtungzur Temperaturmessung oder Steuerung in temperaturgeregelten
Heizungen ................................................... 97
6 HeizungeninRollenautomaten ............................................... 99
6.1 Allgemeines............................................................ 99
6.2 PilotstrahlergeregelteHeizungeninRollenautomaten...................... 100
6.2.1 Heizung mit Temperatur-Längsreihenregelung .................... 100
6.2.2 Heizung mit Temperatur-Gesamtfeldregelung ..................... 101
6.2.3 Heizungmit Querreihen-Beeinflussung........................... 102
7 Beheizen vonmehrfarbigen und vorbedruckten Halbzeugen
mit IR-Strahlungsheizungen................................................. 103
7.1 Allgemeines........................................................... 103
7.2 Wahl der Infrarot-Strahler .............................................. 103
8 Thermoformverfahren auf Plattenmaschinen................................. 105
8.1 Positivformung........................................................ 106
8.1.1 Positivformung mit mechanischem Vorstrecken ................... 106
8.1.2 Positivformung mit Vorblasen ................................... 107
8.1.3 Positivformung mit Vorblasen gegen ein Brett ..................... 110
8.1.4 Positivformung mit Vorsaugen und Abrollen der Blase
auf das Formwerkzeug .......................................... 111
8.1.5 Positivformung mit Vorsaugen in eine Glocke ..................... 112
8.1.6 Einsatz vonEckenblasdüsen bei der Positivformung................ 113
8.2 Negativformung ....................................................... 113
8.2.1 Negativformung ohne Vorstreckstempel .......................... 113
8.2.2 Negativformung mit Vorstreckstempel............................ 114
8.3 Positiv-Negativ-Formung............................................... 116
XI

XII Inhaltsverzeichnis
8.4 Zweikammerverfahren (3K-Verfahren)................................... 117
8.5 Twinsheetformung..................................................... 119
8.5.1 Allgemeine Regeln für die Twinsheetformung
auf Serien-Thermoformmaschinen............................... 119
8.5.2 Verfahrensablauf Twinsheetformung,
UA-Maschine mit Handbeschickung ............................. 120
8.5.3 Schweißnahtgestaltung für Twinsheetteile......................... 124
8.5.4 Maschinenvarianten für die Twinsheetformung.................... 125
8.6 Klebekaschieren ....................................................... 126
8.6.1 Allgemeines ................................................... 126
8.6.2 Kaschierverfahren .............................................. 127
8.7 Herstellen vonglasklaren technischen Teilen.............................. 129
8.7.1 Einflussfaktoren beim Formen vonglasklaren Teilen ............... 129
8.7.2 Ausformen mit Skelettwerkzeugen ohne Formvakuum ............. 130
8.7.3 Ausformen mit Vakuum ........................................ 130
8.7.4 Verarbeiten vonPlatten mit Schutzfolie........................... 130
8.7.5 Herstellen eines Ziehteils mit einer Wölbung ohne Formkontakt .... 131
8.7.6 Werkstoffauswahl für das Formwerkzeug für das Formen
vonglasklaren Teilen ........................................... 131
8.7.7 Kühlzeiten beim Formen vonglasklaren Teilen .................... 132
8.7.8 Verfahrensbeispiele –Herstellen vonglasklaren Teilen .............. 132
9 Thermoformverfahren auf Rollenautomaten –Ausstanzen der Formteile
mitBandstahlschnittlinien .................................................. 135
9.1 Prinzipieller Ablauf in der Formstation .................................. 135
9.1.1 Eintransportder beheizten Folie in die Formstation................ 135
9.1.2 Spannen derFolie für den Formprozess........................... 135
9.1.3 Vorformen des Formteils........................................ 137
9.1.4 Ausformen des Formteils........................................ 137
9.1.5 Kühlen........................................................ 138
9.1.6 Entformen .................................................... 138
9.1.7 Austransportder geformten Teile ................................ 138
9.2 Universal-Ablaufdiagramm für den Formungsablauf ...................... 138
9.3 Maschinenausstattungen mit Auswirkung auf die Formungsverfahren
und die Taktzeit ....................................................... 140
9.4 Auswahl des richtigen Formungsverfahrens und des Werkzeugaufbaus ...... 141
9.5 Hinweise für die Beeinflussung der Wanddickenverteilung ................. 142
9.5.1 Negativformung ohne Vorstrecken ............................... 142
9.5.2 Positivformung ohne Vorstrecken ................................ 142
9.5.3 Negativformung mit Vorstreckstempel;
die Form überfährtnicht oder nurgeringfügig die
Einspannebene................................................. 143
9.5.4 Positiv-/Negativformung mit Vorstreckstempel;
die Form überfährtstarkdie Einspannebene ...................... 145
9.5.5 Verfahren mit besonders großer Einflussmöglichkeit
auf die Wanddickenverteilung ................................... 146

Inhaltsverzeichnis
XIII
10 Thermoformverfahren auf Rollenautomaten mit Form-Stanzwerkzeugen
mitScherschnitt............................................................ 149
10.1 Die Kinematik der Form-Stanz-Station eines Rollenautomaten
mit Form-Stanzwerkzeug mit Scherschnitt ............................... 149
10.2 Die Besonderheiteneiner mechanischen Kurvensteuerung ................. 151
10.3 Ablaufdiagramm einer Formstation mit Negativ-Form-Stanzwerkzeug
mit Scherschnitt (Becherformung) ...................................... 152
10.3.1 Zuschalten der Formluft ........................................ 153
10.3.2 Die Formluftreduzierung ....................................... 153
10.3.3 Niederhalter-Steuerung ......................................... 154
10.4 Ablaufdiagramm einer Formstation mit Positiv-Form-Stanzwerkzeug
mit Scherschnitt (Deckelformung)....................................... 155
11 Sonderverfahren mit kombiniertenForm-Stanzwerkzeugen in Rollenautomaten 157
11.1 Auskleiden vonBechern, Trays, usw...................................... 157
11.1.1 Verfahrensablauf Auskleiden .................................... 157
11.1.2 Voraussetzungen für das Auskleiden.............................. 158
11.1.3 Vorteile des Verfahrens.......................................... 158
11.2 Etikettieren im Formwerkzeug (In-Mould-Labeling IML) .................. 158
11.2.1 Verfahrensablauf IML-T ........................................ 159
11.2.2 Anforderungen an die Etiketten.................................. 160
11.3 Form-Stanzwerkzeug für randlose Formteile.............................. 161
11.4 Thermoformen vonHohlboden-Bechern ................................ 162
11.5 Thermoformen mit Form und Gegenform ............................... 163
12 Thermoformenvon vorbedrucktenHalbzeugen............................... 165
12.1 Druckbildvarianten .................................................... 165
12.2 Anforderungen an die Druckfarbe ....................................... 165
12.3 Anforderungen an die Halbzeuge........................................ 166
12.4 Anforderungen an die Thermoformmaschine............................. 166
12.5 Anforderungen an das Formwerkzeug ................................... 167
12.6 Hinweise auf das Umformverfahren ..................................... 168
12.7 Hinweise für die Zerrdruckbild-Gestaltung ............................... 168
12.7.1 Entfall des Zerrdrucks .......................................... 168
12.7.2 Ermittlung des Zerrdrucks ...................................... 168
13 Kühlen dergeformten Teile.................................................. 173
13.1 Allgemeines........................................................... 173
13.2 Messen der Entformtemperatur ......................................... 173
13.3 Beeinflussende Faktoren für die Kühlzeit ................................. 174
13.4 Berechnen der Kühlzeit ................................................ 175
14 Entformen ................................................................. 177
14.1 Entformtemperatur.................................................... 177
14.2 Druckausgleich. ....................................................... 177
14.3 Lösen des Formteils vomFormsegment .................................. 178

XIV Inhaltsverzeichnis
14.4 Entformen vonHinterschnitten ......................................... 178
14.5 Entformungsbewegung................................................. 179
15 Stapeln vonTeilen .......................................................... 181
15.1 Beurteilung der Stapelbarkeit ........................................... 181
15.2 Der Stapelabstand ..................................................... 182
15.3 Der Seitenabstand im Stapel ............................................ 182
15.4 DieStapellänge........................................................ 183
15.5 Der Stapelhinterschnitt................................................. 184
15.5.1 Formteilstapelung mit Stapelhinterschnitt oben ................... 184
15.5.2 Formteilstapelung mit Stapelhinterschnitt unten................... 184
15.6 Stapeln vonDeckeln ................................................... 186
15.7 Wechselstapelung in der Stapelstation.................................... 187
16 Nachbearbeitung an thermogeformten Teilen................................. 189
16.1 Trennen, Schneiden .................................................... 189
16.1.1 Sägenmit Trennsägen .......................................... 189
16.1.2 Stanzen mit Bandstahlschnittlinien (Messerschnitt) ................ 190
16.1.3 Stanzenmit Durchfallschnittwerkzeugen (Scherschnitt) ............ 191
16.1.4 Grobbeschnitt mit Zackenmesser ................................ 191
16.1.5 Dreidimensionale Schnitte ...................................... 191
16.2 Entgraten............................................................. 192
16.3 Verbinden ............................................................ 193
16.3.1 Schweißen..................................................... 193
16.3.2 Kleben........................................................ 193
16.3.3 Nieten, Schrauben.............................................. 193
16.3.4 Versteifen ..................................................... 194
16.3.5 Oberflächenbehandlung ........................................ 194
16.4 Recycling ............................................................. 195
17 Stanzenvon thermogeformten Teilen ........................................ 197
17.1 Messerschnitt –Begriffe, Grundlagen .................................... 197
17.1.1 Das Messerschnitt-Schneidverfahren ............................. 197
17.1.2 Messerformen und Stanzgegenlagen für Messerschnittwerkzeuge .... 198
17.1.3 Beispielefür Messerschnittwerkzeuge, Skizzen..................... 199
17.1.4 Beispielefür Messerschnittwerkzeuge............................. 200
17.2 Scherschnitt –Begriffe, Grundlagen ..................................... 204
17.2.1 Das Scherschnitt-Schneidverfahren............................... 204
17.2.2 Merkmale der Scherschnittwerkzeuge ............................ 205
17.2.3 Beispielefür Scherschnittwerkzeuge .............................. 207
17.3 Messer-und Scherschnittwerkzeuge im Vergleich ......................... 211
17.4 VergleichMesserschnitt im Form-Stanzwerkzeug und Messerschnitt
im separaten Stanzwerkzeug ............................................ 212
17.5 VergleichScherschnitt im Form-Stanzwerkzeug und Scherschnitt
im separaten Stanzwerkzeug ............................................ 213
17.6 Einflussfaktoren auf das Stanzen ........................................ 214

Inhaltsverzeichnis
17.7 Engelshaarbildung ..................................................... 215
17.7.1 Schematische Erklärung der Engelshaarbildung.................... 216
17.7.2 Materialien mit Neigung zur Engelshaarbildung ................... 218
17.7.3 Verringerung der Engelshaarbildung
beim Stanzen mit Messerschnittwerkzeugen....................... 218
17.7.4 Verringerung der Engelshaarbildung
beim Stanzen mit Scherschnittwerkzeugen ........................ 218
17.8 UnsaubereSchnitte–Bartbildung ....................................... 219
17.8.1 Materialien mit Neigung zur unsauberen Schnitten und Bartbildung. 219
17.8.2 Beeinflussungder Bartbildung
beim Stanzen mit Messerschnittwerkzeugen....................... 220
17.8.3 Beeinflussungder Bartbildung beim Stanzen mit Scherschnittwerkzeugen....................................................
220
17.9 Stanzkräfte. ........................................................... 220
17.9.1 Schnittkräfte für Messerschnittwerkzeuge ......................... 220
17.9.2 Folgen der Materialverdrängung beim Schneiden mit Messerlinien .. 220
17.9.3 Schnittkräftefür Scherschnittwerkzeuge .......................... 222
17.10Schlussfolgerung ...................................................... 223
17.10.1 Messerschnitt-Stanzwerkzeuge für separateStanzstationen.......... 223
17.10.2 Scherschnitt- Stanzwerkzeuge für separateStanzstationen .......... 223
17.10.3 Form-Stanzwerkzeuge mit Messerschnitt ......................... 224
17.10.4 Form-Stanzwerkzeuge mit Scherschnitt........................... 225
17.11 VerwandteSchneidverfahren............................................ 225
17.11.1 VerwandteSchneidwerkzeuge mit Messerschnitt................... 225
17.11.2 VerwandteSchneidwerkzeuge mit Scherschnitt .................... 226
18 Deformation vonthermogeformten Teilen.................................... 229
18.1 Definition ............................................................ 229
18.2 Ursachen vonDeformationen........................................... 229
18.2.1 Einfluss der Wanddickenverteilung ............................... 229
18.2.2 Einfluss der Kühlung ........................................... 230
18.2.3 Isotrope und anisotrope Halbzeuge .............................. 232
18.2.4 Einfluss des Schrumpfverhaltens über die Dicke ................... 232
18.2.5 Ergänzende Ursachen am Beispiel Deformationen vonBechern ..... 234
18.2.6 Ergänzende Ursachen am Beispiel Kaschieren ..................... 234
18.2.7 Ergänzende Ursachen am Beispiel Etikettieren im Werkzeug
im Thermoformverfahren (IML-T) .............................. 235
18.3 Regeln zur Beeinflussung der Verarbeitungsschwindung und der
Deformation.......................................................... 237
19 Thermoformwerkzeuge ..................................................... 239
19.1 Grundlagen ........................................................... 239
19.2 Werkstoffwahl für Thermoformwerkzeuge ............................... 241
19.2.1 Holzwerkzeuge................................................. 241
19.2.2 Harzwerkzeuge ................................................ 241
19.2.3 Aluminiumwerkzeuge .......................................... 242
XV

XVI Inhaltsverzeichnis
19.2.4 Stahlwerkzeuge ................................................ 243
19.2.5 Sonderwerkstoffe für Thermoformwerkzeuge ..................... 243
19.3 Gestaltungsrichtlinien fürThermoformwerkzeuge ........................ 244
19.3.1 Seitenwandschrägen ............................................ 244
19.3.2 Radien ........................................................ 245
19.3.3 Oberflächenrauheit der Formwerkzeuge .......................... 245
19.3.4 Abluftquerschnitte ............................................. 246
19.3.5 Hohlräume .................................................... 247
19.3.6 Werkzeugtemperierung ......................................... 248
19.3.7 Auslegung der Formfläche....................................... 248
19.3.8 Werkzeuge für Filmscharniereund Schnappverschlüsse............. 251
19.4 Vorstreckstempel ...................................................... 258
19.4.1 Stempelwerkstoffe.............................................. 258
19.4.2 Gestaltung vonVorstreckstempeln ............................... 259
19.4.2.1 Vorstreckstempel für Negativwerkzeuge bzw.
Negativbereiche........................................ 259
19.4.2.2 Vorstreckstempel für Positivwerkzeuge ................... 262
20 Werkzeuge für Rollenautomaten mit Bandstahlschnitttechnik.................. 263
20.1 Allgemeines........................................................... 263
20.2 Aufbau eines Formwerkzeugs ........................................... 263
20.2.1 Beispiel für Aufbau eines Schalenwerkzeugs
als Form-Stanzwerkzeug mit Bandstahlschnitt..................... 265
20.2.2 Beispiel für Aufbau eines Deckelwerkzeugs
als Form-Stanzwerkzeug mit Bandstahlschnitt..................... 265
20.3 Stapelnvon Teilen ..................................................... 270
20.3.1 Prinzipieller Ablauf............................................. 270
21 Werkzeugtechnik für Rollenautomaten mit Durchfallschnitttechnik ............ 271
21.1 Allgemeines........................................................... 271
21.1.1 Merkmale der Einsatztechnik .................................... 273
21.1.2 Merkmale der Kompakttechnik .................................. 273
21.1.3 Beispielefür Becherrandformen ................................. 274
21.2 Der Schnittstempel .................................................... 275
21.2.1 Die Funktion des Schnittstempels ................................ 275
21.2.2 Schnittspiel und Lebensdauer.................................... 275
21.2.3 Die Abdeckschulter............................................. 275
21.2.4 Kühlungder Schnittstempel ..................................... 276
21.3 Der Formeinsatz....................................................... 276
21.3.1 Allgemeines ................................................... 276
21.3.2 Kühlung des Formeinsatzes ..................................... 276
21.3.3 Auslegung/Gestaltung des Formteileinsatzes....................... 276
21.3.4 Gestaltung der Trennkantezwischen Schnittstempel und
Formeinsatz ................................................... 277
21.3.5 Formen eines Siegelwalls ........................................ 278

Inhaltsverzeichnis
XVII
21.4 Der Niederhalter ...................................................... 278
21.4.1 Niederhalterbetätigung mit Druckfeder........................... 278
21.4.2 Niederhalterbetätigung durch Druckluft .......................... 279
21.4.3 Niederhalter mit Druckverstärkung .............................. 280
21.5 Der Werkzeugboden ................................................... 281
21.5.1 Funktionen eines Werkzeugbodens............................... 281
21.5.2 Vakuumanschluss im Bodenbereich.............................. 281
21.5.3 Schnellwechsel des Bodens ...................................... 281
21.6 Vorstreckstempel ...................................................... 282
21.6.1 Werkstoffe für Vorstreckstempel, speziell für diese Werkzeugart ..... 282
21.6.2 Eigenschaften der einzelnen Vorstreckstempelwerkstoffe............ 282
21.7 Formluftreduzierung für Form-Stanzwerkzeuge mit Durchfallschnitt ....... 284
22 Temperieren vonThermoformwerkzeugen ................................... 285
22.1 Allgemeines........................................................... 285
22.1.1 Begriffe beim Temperieren ...................................... 285
22.1.2 Einflüsse der Werkzeugtemperatur ............................... 285
22.1.3 Wann kann die Werkzeugtemperierung entfallen?.................. 286
22.2 Temperiermedien...................................................... 286
22.3 Werkstoffe für temperierbareThermoformwerkzeuge ..................... 287
22.4 Variantender Kühlkreisläufe............................................ 288
22.4.1 Geschlossener und offener Temperierkreislauf..................... 288
22.4.2 Direkteoder indirekteWerkzeugkühlung ......................... 288
22.4.3 Direkte, indirekteund kombinierte Formsegmentkühlung .......... 288
22.4.4 Beispiele für Kreisläufe in Thermoformmaschinen ................. 288
22.4.4.1 Geschlossene Kreisläufe................................. 288
22.4.4.2 Kreislauf geschlossen zum Werkzeug,offen für indirekte
Kühlung .............................................. 289
22.4.4.3 KühlungimoffenenKreislauf ........................... 289
22.5 Kühlverfahren......................................................... 291
22.5.1 Kontinuierliche Kühlung........................................ 291
22.5.2 Impulskühlung ................................................ 291
22.5.3 Dynamische Kühlung........................................... 291
22.6 Der Kühlbedarf eines thermogeformten Teils ............................. 292
22.6.1 Das Enthalpie-Diagramm ....................................... 292
22.6.2 Enthalpie-Tabellen ............................................. 292
22.6.3 Erforderliche Kühlleistungeines Werkzeugs....................... 293
22.7 Auslegung der Temperierung eines Formwerkzeugs. ....................... 294
22.7.1 Zu kühlende Materialmenge (Materialdurchsatz) .................. 294
22.7.2 Erforderliche Kühlleistung während der Produktion ............... 295
22.7.3 Kühlwasserbedarf für die Werkzeugkühlung ...................... 295
22.7.4 Erforderliche Kontaktfläche für das Kühlwasser.................... 296
22.7.5 Gesamtlänge der Kühlkanäle .................................... 297
22.7.6 Wassergeschwindigkeit.......................................... 298
22.7.7 Resultierender Druckabfall im Werkzeug.......................... 299

XVIII Inhaltsverzeichnis
22.7.8 Druckabfall beim Anschließen des Formwerkzeugs in der
Maschine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
22.7.8.1 Anschlussmöglichkeiten im Vergleich. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
22.7.8.2 Beispiel für Druckabfall in Schnellkupplungen . . . . . . . . . . . . 301
22.8 Druckabfall in der Maschinenverrohrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
22.9 Druckabfall im gesamten Temperierkreislauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
22.10 Prüfung der Förderleistung des angeschlossenen Temperier- oder
Kühlgeräts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
22.10.1 Prüfung der Pumpe mit der grafo-analytischen Methode . . . . . . . . . . . 305
22.10.2 Prüfung der Pumpe mit analytischer Methode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
22.10.3 Beurteilen des Prüfergebnisses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
22.11 Konstruktive Auslegungsmöglichkeiten bei der Wärmeübertragung . . . . . . . . . 305
22.11.1 Gestalten von Kühlkanälen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
22.12 Der Einfluss der Luftkühlung auf die Werkzeugkühlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
23 Fehler im Thermoformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
23.1 Gestaltungsfehler am Formteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
23.2 Fehler am Halbzeug. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
23.3 Auswahl der richtigen Thermoformmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
23.4 Fehler beim Aufstellen der Thermoformmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
23.5 Fehler am Thermoformwerkzeug. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
23.6 Fehler beim Einfahren von neuen Thermoformwerkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . 315
23.7 Fehler bei Bemusterungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
23.8 Fehler bei der Beheizung mit Infrarotstrahlern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
23.9 Leitungsquerschnitte für Luft und Vakuum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
23.10 Verhindern von Falten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
23.11 Fehlersuche beim Thermoformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
ILLIG Maschinenbau
Tradition mit Zukunft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

1 Einführung
Unter Thermoformen versteht man das Umformen von thermoplastischem Halbzeug bei
erhöhter Temperatur zu Formteilen. Die Darstellung in Bild 1.1 zeigt den prinzipiellen Ablauf
in einem Thermoformprozess mittels Vakuumformung.
Die Verfahrensschritte sind dabei:
• das Erwärmen des Halbzeugs auf seine Umformtemperatur im elastoplastischen
Bereich,
• die Formgebung mit Hilfe eines Thermoformwerkzeugs,
• das Abkühlen unter Formzwang auf eine Temperatur, bei der das Formteil formstabil
ist und
• das Entformen des formstabilen Formteils.
Die Wanddicke des Fertigteils ergibt sich über das Verstreckungsverhältnis zwischen der
erzeugten Fläche zur Ausgangsfläche. Die Wanddickenverteilung des geformten Teils wird
hauptsächlich vom Formwerkzeug und dem Formungsverfahren bestimmt.
Die Ausformschärfe, das heißt die Abbildegenauigkeit der Werkzeugkontur, wird im Wesentlichen
bestimmt von der temperaturabhängigen Festigkeit des Halbzeugs während des Umformens
und dem effektiven Anpressdruck zwischen Halbzeug und Werkzeugoberfläche.
Die Kühlung des geformten Teils erfolgt in der Regel von der einen Seite durch Kontakt mit
dem Formwerkzeug und von der anderen Seite durch freie oder erzwungene Luftkühlung.
Meistens schließen sich noch Nachbehandlungen an, wie Beschneiden, Schweißen, Kleben,
Heißsiegeln, Lackieren, Metallisieren oder Beflocken.
Das Thermoformen wird oft auch als Warmformen oder Tiefziehen bezeichnet. Auch die
Begriffe Vakuumformen oder Druckluftformen werden verwendet. Damit wird zugleich auf
die Ausformung mittels Vakuum bzw. Druckluft hingewiesen.
Bild 1.1 Prinzipskizze Thermoformen
1 Vorstreckstempel
2 Formsegment
3 Abluftkanal
4 Thermoplastisches Halbzeug
5 Abluft Sammelkanal
6 Oberspannrahmen
7 Unterspannrahmen
8 Segmentträgerplatte
9 Vakuumanschluss

2 1 Einführung
Vor- und Nachteile des Thermoformens
Ein Herstellverfahren hat nur dann Erfolg, wenn die produzierten Teile kostengünstiger und in
gleicher Qualität oder in besserer Qualität bei gleichen Kosten hergestellt werden können. Es
gibt Anwendungsbereiche, bei denen das Spritzgießen oder das Blasformen in Konkurrenz zum
Thermoformen stehen. In derVerpackungstechnik ist das Thermoformen meist konkurrenzlos,
außer wenn Karton oder Papier als alternative Verpackungswerkstoffe eingesetzt werden.
Die wesentlichen Vorteile des Thermoformens sind:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Extrem dünnwandige Formteile, z. B. Verpackungen, können aus Halbzeugen mit hoher
Schmelzviskosität hergestellt werden, während solche Teile im Spritzgießverfahren Granulat
mit sehr niedriger Schmelzviskosität erfordern oder eventuell gar nicht herstellbar sind.
Kleinste Thermoformteile haben etwa die Größe der Verpackung einer Tablette oder einer
Knopfbatterie. Große Formteile, wie z. B. Gartenteiche, erreichen Größen von 3bis6m
Länge. Formteilgrößen von mehreren Quadratmetern sind problemlos herstellbar, weil
Formteilgröße und Halbzeugdicke verfahrensbedingt nicht begrenzt werden.
Zum Einsatz kommen Halbzeuge mit Dicken zwischen 0,05 bis 15 mm, bei Schäumen
bis 60 mm.
Der Einsatz von mehrschichtigen Halbzeugen erlaubt die Herstellung von Formteilen mit
kombinierten Eigenschaften in Bezug auf Biege- oder Reißfestigkeit, Oberflächenglanz,
Softtouch, Antirutschverhalten, Siegelbarkeit, UV-Beständigkeit, Barriereeigenschaften,
Einarbeitung von Mahlgut in einer Schicht unterhalb der Oberfläche, Einarbeitung von
Schichten mit Fasern, usw. Bei schlechter Haftung der Einzelschichten werden Zwischenschichten
als Haftvermittlungsschichten eingesetzt.
Im Thermoformverfahren können Schäume, faserverstärkte Materialien, textilkaschierte
Thermoplasten sowie vorbedruckte Halbzeuge verarbeitet werden.
Das verfahrensbedingte Verstrecken verbessert die mechanischen Eigenschaften der geformten
Teile als Folge der Orientierung.
Thermoformwerkzeuge sind aufgrund des einseitigen Formkontakts kostengünstiger als
z. B. Spritzgießwerkzeuge, welche die Wanddicke über zweiseitigen Formkontakt abbilden
müssen.
Bei kleinen Stückzahlen sind die günstigen Werkzeugkosten ein Vorteil des Thermoformens.
Bei großen Stückzahlen liegt der Vorteil des Thermoformens bei den erreichbaren
minimalen Wanddicken und dem hohen Ausstoß der Thermoformmaschinen.
Modular gebaute Thermoformmaschinen erlauben die Anpassung an die geforderte
Ausstoßleistung.
Abfälle, wie Stanzgitter oder Spannränder, werden eingemahlen und in den Verarbeitungskreislauf
bei der Halbzeugherstellung wiederverwendet.
Beim Thermoformen werden Halbzeuge als Folien und Platten eingesetzt, die über ein Urformverfahren
aus Granulaten oder Pulvern hergestellt werden. Dies bedeutet Zusatzkosten
beim Ausgangsmaterial gegenüber dem Spritzgießen.
Verfahrensbedingt hat das Halbzeug beim Thermoformen nur auf einer Seite Kontakt mit
dem Thermoformwerkzeug. Das Formteil wird daher nur auf einer Seite die Kontur des

1 Einführung
Formwerkzeugs exakt abbilden. Die Kontur der Gegenseite ergibt sich aus der resultierenden
Verstreckung.
Zukünftige Entwicklungen
Das Thermoformen gilt in der Kunststoffverarbeitung als der Bereich mit dem größten Wachstum.
Das gilt sowohl für technische Formteile als auch für Verpackungen.
Das Thermoformen als Verfahren mit großem handwerklichen Geschick und viel Erfahrung
ist zur Zeit im Umbruch zu einem prozessgeregelten Verfahren.
Sensorik in Verbindung mit Regelungstechnik erlauben den Thermoformprozess zu automatisieren.
Die Verwertung von Produktionsabfällen, das Einmahlen und Beimischen zu Neuware sind
längst Stand der Technik.
Biokunststoffe werden immer preisgünstiger. Das Thermoformverfahren ist prädestiniert, um
diese Materialien insbesondere für dünnwandige Verpackungen einzusetzen.
Die Verwendung von mehrschichtigen Halbzeugen erlaubt die Herstellung von Teilen mit
sehr breitem Anforderungsspektrum.
In lohnintensiven Ländern geht der Trend zur Automatisierung, der Integrierung der Nachbearbeitung
und der Produktivitätssteigerung weiter.
Hinweise zu weiterführender Literatur
Diese Auflage ist, wie auch die Erstauflage dieses Buchs, aus internen Unterlagen der ILLIG
Maschinenbau GmbH & Co. KG entstanden. Dies sind im Wesentlichen Lehrgangsunterlagen
für die Kundenlehrgänge und Unterlagen für Fachtagungen außer Haus.
Weiterführende Fachliteratur
Hellerich/Harsch/Haenle. Werkstoff-Führer Kunststoffe. Carl Hanser Verlag München, 2004
Hans Domininghaus. Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften, 8. Auflage. VDI Verlag GmbH, 2008
Die Deutsche Bibliothek – CIP Einheitsaufnahme. Folien für thermogeformte Verpackungen.
VDI Verlag GmbH Düsseldorf, 1992
3

2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen
2.1 Verfahrensablauf
Der Thermoformprozess besteht aus den Einzelschritten:
a) Aufheizen des Halbzeugs auf Umformtemperatur
b) Vorformen des beheizten Halbzeugs durch Vorstrecken
c) Ausformen des Formteils
d) Kühlen des Formteils
e) Entformen des Formteils
Zu a)
Siehe separates Kapitel Heizen von thermoplastischen Halbzeugen.
Zu b)
Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten für das Vorformen, z. B.:
• Vorstrecken durch Vorblasen, d. h. Bilden einer Blase mit Druckluft
• Vorstrecken durch Vorsaugen, d. h. Bilden einer Blase mit Vakuum
• Mechanisches Vorstrecken mithilfe eines Vorstreckstempels, auch Oberstempel oder
Vorstrecker genannt
• Mechanisches Vorstrecken mithilfe der Form selbst
• Kombination der oben aufgezählten Vorstreckmöglichkeiten.
Zu c)
Beispiele für das Ausformen:
• Ausformen mit Vakuum (Vakuumformmaschinen)
• Ausformen mit Druckluft (Druckluftformmaschinen oder Vakuumformmaschinen mit
verriegelten Formwerkzeugen)
• Ausformen mit Druckluft und Vakuum (Druckluftformmaschinen mit zusätzlichem
Vakuumanschluss oder Vakuumformmaschinen mit verriegelten Formwerkzeugen)
• Ausformen durch Prägen. Das Prägen erlaubt das beidseitige Abformen von Werkzeugkonturen.
Einsatz für geschäumte Halbzeuge, seltener für das Prägen und Kalibrieren von
Rändern.

6 2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen
Zu d)
Kühlmöglichkeiten des Formteils, je nach Maschinentyp:
• Kühlung durch Kontakt mit dem Formwerkzeug (meist einseitig)
• Kühlung mittels Luft in verschiedenen Varianten:
– Luft wird von der Umgebung angesaugt (Normalfall)
– Kühle Luft wird kundenseitig den Gebläsen zugeführt
– Inden Luftstrom wird Wassersprühnebel eingeblasen; dasVerdampfen des Sprühnebels
im Luftstrom kühlt die Luft ab. Bei Luftgeschwindigkeiten von ca. 10 m/s und einer
Entfernung des Gebläses vom Formteil von ca. 1,5 m kühlt die Luft um ca. 10 °C ab.
(Hinweis: Bei zu hohen Luftgeschwindigkeiten werden die Formteile nass, weil die Zeit
nicht für das Verdampfen ausreicht.)
• Freies Abkühlen an der Luft, wenn ohne Formwerkzeug geformt wird.
Zu e)
Wenn der thermoplastische Kunststoff bis unterhalb seiner Erweichungstemperatur erkaltet
ist, d. h. steif genug ist, kann entformt werden.
Im Thermoformen werden verschiedene Begriffe benutzt, welche in folgenden Unterpunkten
erklärt werden.
2.2 Positiv- und Negativformung
Positivformung (Bild 2.1 a):
• Abformung der Außenkontur der Form (vereinfachte Definition)
• Die Rückstellkräfte im Halbzeug und die Ausformkräfte wirken in die gleiche Richtung.
Negativformung (Bild 2.1 b):
• Abformung der Innenkontur der Form (vereinfachte Definition)
• Die Rückstellkräfte im Halbzeug und die Ausformkräfte wirken gegeneinander.
a) b)
Bild 2.1
Positiv- und Negativformung
a) Positivformung
(schematisch)
b) Negativformung
(schematisch)
X =vom Formwerkzeug
abgeformtes Maß

2.3 Umformdruck, Ausformdruck, Ausformschärfe
Merkmal Positiv geformtes Teil Negativ geformtes Teil
Abformgenauigkeit des Formteils an der Innenseite an der Außenseite
Bemaßung (beim Zeichnen) an der Innenseite an der Außenseite
Dicke Randbereich Rand durch Verstreckung
ausgedünnt
Dickste Stelle* am Boden am Rand
Dünnste Stelle* am Rand
(Übergang zur Seitenwand)
Gefahr der Faltenbildung an den Ecken zum Rand
(siehe Bild 2.2 a)
* wenn ausgeformt ohne Vorformen, bei relativ geringem Verstreckungsverhältnis
a) b)
Rand bleibt praktisch
unverstreckt, Wanddicke
gleich Ausgangsdicke
am Boden
(Übergang zur Seitenwand)
keine Faltenbildung
(siehe Bild 2.2 b)
Bild 2.2 a) Positiv geformtes Teil mit Falten zum Rand und Schreckmarken an den Ecken
am Übergang vom Boden zu den Seitenwänden
b) Negativ geformtes Teil ohne Falten und einem ringsum gleichmäßig dicken Rand
2.3 Umformdruck, Ausformdruck, Ausformschärfe
Der Umformdruck in einer Maschine mit Vakuumformung entspricht der Differenz zwischen
dem atmosphärischen Druck auf der einen Seite des Halbzeugs und dem Unterdruck, den
die Vakuumpumpe auf der anderen Seite des Halbzeugs erzeugt. Der atmosphärische Druck
beträgt in Meereshöhe ca. 1 bar (100.000 Pascal) und reduziert sich mit jeden weiteren 1000 m
Höhe oberhalb des Meeresspiegels um ca. 0,1 bar. Mit einer neuwertigen Vakuumpumpe
beträgt somit der Umformdruck (in Meereshöhe) ca. 1 bar.Auf 1 m 2 Formfläche wirken also
bei Vakuumformung ca. 10.000 daN Umformkraft. Dies entspricht dem Gesamtgewicht von
ca. zehn Kleinwagen.
Der Umformdruck in einer Maschine mit Druckluftformung entspricht der Differenz zwischen
dem Druck im Formraum auf der einen Seite des Halbzeugs und dem atmosphärischem Druck
auf der anderen Seite des Halbzeugs. Der übliche Umformdruck im Formraum beträgt bei
Druckluftformung ca. 1,5 bis 7,5 bar bei Rollenautomaten und ca. 2 bis 4 bar bei Plattenmaschinen.
Mit Druckluftformung kann somit ein Mehrfaches an Druck als mitVakuumformung
realisiert werden.
7

8 2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen
Der Ausformdruck als Anformdruck des Halbzeugs auf die Wände des Formwerkzeugs
resultiert aus dem Umformdruck und der Rückstellspannung im Halbzeug während des
Ausformens.
Im Formwerkzeug gilt an den in Bild 2.3 mit (+) gekennzeichneten Stellen:
Resultierender Ausformdruck = Umformdruck + Rückstellspannung im Halbzeug
An den in Bild 2.3 mit (–) gekennzeichneten Stellen gilt:
Resultierender Ausformdruck = Umformdruck – Rückstellspannung im Halbzeug
Die erreichte Ausformschärfe in einem bestimmten Bereich eines Teiles hängt im Wesentlichen
ab von der Kunststoffart, der Umformtemperatur und vom resultierenden Ausformdruck.
a) c)
b)
Bild 2.3 Schematische Darstellung des resultierenden Ausformdrucks als Summe von Umform- und
Rückstellkraft eines Halbzeugs
a) und b) Positivformwerkzeug, c) und d) Negativformwerkzeug
(+) Flächen am Werkzeug, an denen bei der Formung die Rückstellkräfte im Halbzeug
und die Ausformkräfte in die gleiche Richtung wirken
(–) Flächen am Werkzeug, an denen bei der Formung die Rückstellkräfte im Halbzeug
und die Ausformkräfte gegeneinander wirken
d)

2.4 Vorblasen, Vorsaugen, Druckausgleich, Belüften
2.4 Vorblasen,Vorsaugen, Druckausgleich, Belüften
Vorblasen (Bild 2.4) heißt Vorstrecken des Halbzeugs durch Bilden einer Blase mit Überdruck.
Der Vorblasdruck beträgt in den meisten Maschinen maximal 0,03 bar.
Bild 2.4 Vorformen durch Vorblasen (ist nicht in allen Thermoformmaschinen gegeben)
Vorsaugen (Bild 2.5) heißt Vorformen des Halbzeugs durch Bilden einer Blase mit Vakuum.
Bild 2.5 Vorformen durch Vorsaugen (ist nicht in allen Thermoformmaschinen gegeben)
oben: Vorsaugen in einen Blaskasten
unten: Vorsaugen in eine Glocke
Druckausgleich
Sobald die Kühlzeit nach dem Formvorgang beendet ist, wird, bevor eine Entformung mit
Entformluft beginnt, der Umformdruck (Vakuum oder Druckluft) ausgeschaltet und sofort
anschließend ein Druckausgleich zum atmosphärischen Druck vorgenommen. Dies ist Voraussetzung
für einen reproduzierbaren Ablauf des Entformvorgangs. Beim Entformen von
Teilen aus großvolumigen oder großflächigen Formwerkzeugen muss während der Entformungsbewegung
in den entstehenden Zwischenraum Luft (Entformluft) geblasen werden,
damit durch die Werkzeugbewegung kein Unterdruck zwischen Formteil und Werkzeug
entsteht und sich das Fertigteil dadurch deformiert. Die Menge der Entformluft muss der
Entformungsgeschwindigkeit angepasst werden.
9

10 2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen
2.5 Formfläche,Einzugsfläche,Spannrand
Als Formfläche wird der Anteil der beheizten Fläche des Halbzeugs bezeichnet, der für die
Thermoformung zur Verfügung steht, unabhängig davon, ob diese verstreckt wird oder
nicht. Als Einzugsfläche bezeichnet man den Anteil der Formfläche, die sich im gewählten
Formungsverfahren verstreckt. Siehe Bild 2.6.
Nicht alle Thermoformmaschinen haben Spannrahmen zum Spannen des Halbzeugs für den
Formvorgang.
In Plattenmaschinen wird der vom Spannrahmen geklemmte Spannrand nicht von den
Strahlern beheizt. Dabei ist Folgendes zu beachten:
•
•
Wird der Spannrand eines Formteiles unmittelbar nach dem Entformen abgetrennt, muss
er nicht beheizt, sollte aber trotzdem möglichst schnell nach dem Entformen abgetrennt
werden.
Bleibt der Spannrand dagegen am Formteil (Trimmless-Formung), muss der Spannrand
beim Entformen die gleiche Temperatur wie der umgeformte Körper haben. Da der
Spannrand nicht mit der Strahlungsheizung beheizt werden kann, muss er über Kontakt
mit den beheizten Spannrahmen beheizt werden.
Dabei sollte sowohl der untere als auch der obere Spannrahmen beheizt sein.
Ist die Kontaktheizzeit für das Heizen des Spannrandes in der Formstation zu kurz, kann
keine ausreichend hohe Temperatur im Kern des Spannrandes für das Entformen erreicht
werden. Die Lösung ist, die Temperatur der Kontaktfläche der Spannrahmen zu Beginn der
Kontaktzeit zu erhöhen und vor Ende der Kontaktzeit zu reduzieren. Dafür sind spezielle
Spannrahmen erforderlich.
a) b)
Bild 2.6 Formfläche, Einzugsfläche, Spannrand (c), schematisch
a) Positivform: Einzugsfläche = Formfläche = (L × B)
b) Negativform:
Für Vorformen durch Vorblasen: Einzugsfläche = Formfläche = (L × B)
Wenn kein Vorformen: Einzugsfläche (L 1 × B 1 )

2.6 Niederhalter,Hochhalter
2.6 Niederhalter,Hochhalter
Niederhalter
Wird eine Formfläche mehrfach mit Positivformwerkzeugen belegt (Bild 2.7), ist es vorteilhaft,
die gesamte Formfläche mittels Niederhalter in Einzelformflächen zu unterteilen, sodass beim
Vorformen durch Vorblasen für jede Einzelform eine eigene Blase gebildet werden kann. Dies
garantiert eine bessereWanddicken-Verteilung.
a) b)
Bild 2.7 Zweifach-Positivformwerkzeug
a) Vorblasen ohne Niederhalter
b) Vorblasen mit Niederhalter im oberen Spannrahmen
Hochhalter
Hochhalter (Bild 2.8) erleichtern das Entformen, indem das zu entformende Ziehteil im
Randbereich ringsum festgehalten wird. Für den Fall, dass in der Formstation (in Plattenmaschinen)
geheizt wird, unterstützen die Hochhalter stark durchhängende Halbzeuge, wie
z. B. Polypropylen.
Der Niederhalter im oberen Spannrahmen
hilft hauptsächlich beim Vorformen,
z. B. beim Bilden von zwei Blasen.
Hoch- und Niederhalter helfen beim
Entformen in dem jedes der zwei Teile
ringsum gehalten wird.
Bild 2.8 Zweifach-Positivformwerkzeug mit Niederhalter im oberen Spannrahmen und Hochhalter im
unteren Spannrahmen
11

12 2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen
2.7 Entformungsschrägen
Der Winkel zwischen Seitenwand und Entformungsrichtung wird als Entformungsschräge
bezeichnet.
Entformt wird, sobald die dickste Stelle des geformten Teils bis unterhalb der Erweichungstemperatur
abgekühlt ist. Je länger mit dem Entformen gewartet wird, desto stärker kühlt
das geformte Teil ab.Aufgrund der Längenänderungen schrumpft ein positiv geformtes Teil
auf das Formwerkzeug. Ein negativ geformtes Teil schrumpft bei einer Einfachform von der
Werkzeugwand weg.
Um sicher entformen zu können, muss das Formteil steif genug sein. Das Formteil darf,
insbesondere bei Positivformen, nicht zu kalt werden. Die Entformzeit ist immer ein Teil der
Taktzeit und muss so kurz wie möglich sein.Wichtig ist die Kontrolle der nachfließenden Luft
zwischen Werkzeugwand und Formteil während des Entformens. Das Formteil darf während
des Entformvorgangs nicht deformieren.All diese Kriterien lassen sich nur mit Entformschrägen
erreichen. Eine Entformungsschräge soll immer so groß wie möglich gewählt werden. Je
größer die Entformungsschräge, umso schneller kann entformt werden – was auch die Taktzeit
verkürzt. Eine große Entformungsschräge verringert das Risiko der Deformation des Formteils
bei der Entformung.Anzustrebende Entformungsschrägen für Positiv-Formwerkzeuge und
für Mehrfach-Negativ-Formwerkzeuge:
α• = 3 bis 5°
α• < 0,5° für Schwindung < 0,5 % und langsame Entformung.
Das Entformen von einem positiv geformten Teil mit einer Entformungsschräge α von 0° ist
prinzipiell unter folgenden Bedingungen möglich:
•
•
die Entformtemperatur liegt knapp unterhalb der Erweichungstemperatur.
die Entformluft und die Entformgeschwindigkeit sind fein dosierbar.
Entformungsschrägen α von 0° sind nicht für die Serienproduktion geeignet.
Bild 2.9 Entformungsschrägen α
a) Positivform
b) Negativform
a) b)

2.8 Entlüftungsquerschnitte
2.9 Markierungen, Schreckmarken, Abrisse
Um beim Formen das aufgeheizte Halbzeug auf die Oberfläche des Formwerkzeugs zu drücken,
wird beim Vakuumformen die Luft zwischen Halbzeug und Formwerkzeug durch die
Entlüftungsquerschnitte des Formwerkzeuges abgesaugt. Beim Druckluftformen wird die Luft
durch die Entlüftungsquerschnitte herausgedrückt.
Entlüftungsquerschnitte werden zum Beispiel als Bohrungen, Schlitze oder Schlitzdüsen
ausgeführt. Alternativ können bei der Fertigung des Formwerkzeugs poröse Werkstoffe zum
Einsatz kommen.
Anhaltswerte für die Auslegung von Entlüftungsquerschnitten gibt die Tabelle für den Thermoformer
in Abschnitt 3.17.
Die Abluftquerschnitte von der Oberfläche der Form werden über ein Abluftkanalsystem
zusammengeführt. Für die Zahl der Entlüftungsbohrungen in einem Formwerkzeug, gilt
folgende Faustregel:
Bei voller Formatauslegung (Nutzung der maximalen Formfläche) muss die Gesamtfläche der
Entlüftungsquerschnitte an der Oberfläche einer Form größer sein als der zentrale Anschluss für
die Abluft (Vakuumformung).
Beim Entformen wird in den Werkzeugen die Entformluft durch die gleichen Querschnitte
eingeblasen, durch die beim Ausformen die Luft evakuiert wird. Nur in Ausnahmefällen,
nämlich wenn beim Vorblasen Abschreckmarken an bestimmten Entlüftungsquerschnitten
infolge von zu hohen Luftgeschwindigkeiten entstehen können, werden diese separat verrohrt
und nur für Evakuieren benutzt.
2.9 Markierungen, Schreckmarken, Abrisse
Markierungen (Bild 2.10), Schreckmarken (Bild 2.11),Abrisse und Aufrisse (Bild 2.12) können
durch geeignete Maßnahmen vermieden oder zumindest verbessert werden.
Markierungen von Abluftbohrungen
entstehen, wenn die Absaugbohrungen
zu groß oder die Oberflächen der
Form zu glatt sind
Bild 2.10 Markierung der Abluftbohrungen an einem glasklaren Formteil
13

14 2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen
a) b)
Bild 2.11 Schreckmarke
a) Positivformteil
b) Schnitt A – A im Eckbereich der Positivform a)
Bild 2.12 Abriss und Aufriss
a) Abriss an einem Positivformteil
b) Aufriss an einem Positivformteil
2.10 Der Werkzeugsatz
a) b)
Sämtliche in einer Anlage erforderlichen Teile, die für die Fertigung eines neuen Produkts
erforderlich sind, werden als Werkzeugsatz bezeichnet. Alle Teile außer dem Formwerkzeug
werden als Formatteile bezeichnet.
Beispiele
Plattenmaschine mit Festformatrahmen
In einer Plattenmaschine mit Festformatrahmen, Beschickungsstation und separater Heizstation
besteht der Werkzeugsatz aus:
• Formwerkzeug
• Formenunterbau
• Vorstreckstempel
• Spannrahmen für die Formstation
• Spannrahmen für die Heizstation
•
Saugerspinne (Saugerplatte) für die Beschickungsstation

2.11 Umform- und Verstreckungsverhältnis
Plattenmaschine mit verstellbaren Spannrahmen und verstellbarem Unterbau
In einer Plattenmaschine mit verstellbaren Spannrahmen, verstellbarem Unterbau, Festformatrahmen,
Beschickungsstation und separater Heizstation besteht der Werkzeugsatz aus:
•
•
•
Formwerkzeug
Vorstreckstempel
Saugerspinne (Saugerplatte) für die Beschickungsstation
Rollenautomat mit Stanz und Stapelstation
In einem Rollenautomaten mit Stanz- und Stapelstation besteht ein Werkzeugsatz aus:
•
•
•
•
•
•
Formwerkzeug
Formenunterbau
Spannrahmen
Vorstreckstempel
Bandstahlschnitt mit Stanzgegenlage
Stapelteile
2.11 Umform- und Verstreckungsverhältnis
Das Umformverhältnis (Bild 2.13) ist das Verhältnis zwischen der Höhe H und der Breite B
der Formfläche. Das Umformverhältnis gibt keine genaue Auskunft über die Verstreckung.
Bild 2.13 Umformverhältnis
a)
c)
b)
H ÷ B
H ÷ B
H ÷ D
15

16 2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen
Das Verstreckungsverhältnis ist das Verhältnis zwischen der gesamten Fläche des durch Verstreckung
erzeugten Teiles und der Ausgangsfläche vor der Verstreckung. Sowohl für die erzeugte
Fläche als auch für die Ausgangsfläche wird der Spannrand nicht berücksichtigt.
F2
Verstreckungsverhältnis =
F1
F1 = Formfläche
F2 = Fläche des Formteils
2.12 Faltenbildung beim Thermoformen
Der Ablauf der Faltenbildung ist in Bild 2.14 und 2.15 schematisch dargestellt.
Bild 2.14 Ablauf Faltenbildung
ABCD = beheiztes Halbzeug (Formläche)
abcd = obere Kontaktfläche der Form mit
dem Halbzeug
Vorformen als Vorstreckvorgang mit der
Form beendet; Ausformen noch nicht begonnen
Fertig geformtes Formteil mit Falten an
den unteren Ecken

2.12 Faltenbildung beim Thermoformen
Bild 2.15 Schematische Erklärung der Faltenbildung an den unteren Ecken einer Positivform
Erklärung der Faltenbildung siehe Bild 2.15:
1. Bevor das Ausformen mit Vakuum oder Druckluft einsetzt, ist das heiße Halbzeug zwischen
der oberen Ebene abcd der Positivform zum Einspannrand ABCD wie ein Zelt
gespannt.
2. Die Mittellinie Mm der vorderen Zeltwand AadD, wird während des Ausformens verstreckt
zu MO + Om. Das in der Mitte dargestellte Element verstreckt sich in der Höhe.
3. Die waagerechte Mittellinie v1w1 wird während des Ausformens gestaucht zu der kürzeren
Länge v2w2.
Schlussfolgerung:
• Beim Ausformen wird der Kunststoff in einer Richtung verstreckt und in der anderen
gestaucht. (Falten entstehen nie durch Verstrecken, nur durch Stauchen.)
• Solange der aufgeheizte Kunststoff während des Ausformens „stauchfähig“ bleibt, entstehen
keine Falten.
• Die Stauchfähigkeit ist abhängig vom viskoelastischen Verhalten des verarbeiteten Halbzeugs,
d. h. von der Kunststoffart, der Kunststofftemperatur dem Stauchverhältnis und
der Stauchgeschwindigkeit.
Wird die Stauchfähigkeit überschritten, entstehen Falten.
An den unteren Eckbereichen von Positivformen ist das Stauchverhältnis am größten; Somit
ist das Risiko der Faltenbildung bei eckigen Positivformen an den Ecken im unteren Bereich
am größten.
17

18 2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen
2.13 Verhindern der Faltenbildung
2.13.1 Verhindern von Falten an Positivformen
Möglichkeiten für das Verhindern der Falten:
a) Änderung der Maschineneinstellungen.
– Durch Verringerung des Querschnitts für die Abluft reduziert sich die Stauchgeschwindigkeit.
Bei Vakuumformmaschinen wird der Vakuumquerschnitt für kurze
Zeit reduziert („Vorvakuum“).
– Materialtemperatur korrigieren: Material etwas höher aufheizen, wenn dieses während
des Ausformens zu schnell erkaltet ist. Material etwas weniger aufheizen, wenn dieses
während des Ausformens zu schnell ausgeformt wird.
b) Verhindern von Falten durch Änderung der Spannrahmens mit dem Ziel der Verringerung
des Einzugsbereiches an den Ecken.
– Mittels Blenden im Spannrahmen wird der Einzugsbereiches und dadurch das Stauchverhältnis
verringert. Das Prinzip zeigt Bild 2.16.
A wird zu A1, B zu B1, C zu C1 und D zu D1.
c) Falten mit dem Vorstreckstempel verhindern.
– Es gilt der Grundsatz:„Kleine Falten kann man drücken,große Falten muss man ziehen“.
Für kleinere Falten kann ein Vorstreckstempel gefertigt werden, mit dessen Hilfe die
kleine Falte flach gedrückt wird.Würde man dies mit einer großen Falte versuchen,
wird diese vom Stempel zusammengefaltet. Dabei muss der Stempel in seiner Position
sein, bevor die Falte entsteht.
d) Verhindern von Falten durch Änderung der Formkontur im Abfallbereich.
– Form höher aufbauen, sodass die Falte im Abfallbereich entsteht (nur möglich, wenn
der entsprechende Bereich abgetrennt wird.)
– Falten auseinanderziehen. Dies kann mit zwei künstlichen Erhöhungen (z. B. Halbkugeln)
erfolgen, je eine rechts und links von der Falte. Ähnliche Ergebnisse bringt eine
Vertiefung unterhalb der Falte.
e) Verhindern von Falten durch Änderung der Radien der Positivform im oberen Bereich.
– Durch Vergrößerung der Radien im oberen Bereich der Positivform verringern sich
die Ausgangsflächen des „Zeltes“ vor dem Ausformen (Bild 2.16). a wird zu a1, b zu
Bild 2.16 Verbesserung der Stauchverhältnisse mit dem Ziel, Falten zu verhindern

2.14 Wanddickenberechnung
b1, c zu c1, d zu d1. Dabei ist zu beachten, dass Veränderungen am Formwerkzeug als
Designänderung gelten und immer der Zustimmung des Abnehmers bedürfen.
f) Änderung der Form, sodass die Falte wie eine gewollteVerstärkungsrippe aussieht.
– Im unteren Bereich mehr Oberfläche schaffen, sodass die Fläche der Falte „aufgebraucht“
werden kann.
2.13.2 Verhindern von Falten an Negativformen
Wenn bei Negativkonturen Falten entstehen, müssen die Falten mit einem Vorstreckstempel
weggedrückt werden.
2.13.3 Verhindern von Flächenfalten infolge starken Foliendurchhangs
Ist die Oberfläche eines aufgeheizten Halbzeugs größer als die Oberfläche des Formwerkzeugs,
entstehen Oberflächenfalten. Dies ist der Fall, wenn der Materialdurchhang groß und die
Formhöhe gering ist. Die Lösung ist, die Form erhöht aufzubauen, sodass die neu entstandene
Formoberfläche (Form + Erhöhung) größer ist als die durch den Durchhang entstandene
Oberfläche des Halbzeugs.
2.14 Wanddickenberechnung
Unter der Voraussetzung, dass das Gewicht des unverformten Zuschnittes und des fertig
verformten Teiles gleich bleibt, resultiert, dass das Verhältnis zwischen Wanddicke des Fertigteils
und Ausgangsdicke des Halbzeugs gleich ist mit dem Verhältnis der Ausgangsfläche des
Halbzeugs zur verstreckten Fläche des Formteils.
Da beim Thermoformen die Wanddicke zwar reproduzierbar, aber nicht überall am Fertigteil
gleich dick ist, kann man eine Abweichung der geringsten und der größten Wanddicke von
der durchschnittlichen Wanddicke von ± 30 % annehmen.
F
s s
1
2 = ⋅ 1
F2
F 1 = Fläche des Halbzeugs ohne Spannrand
F 2 = Oberfläche des Thermoformteils
s 1 = Dicke des Halbzeugs
s 2 = theoretische durchschnittliche Wanddicke des Thermoformteils
dünnste Stelle = 0,7 s 2
dickste Stelle = 1,3 s 2
19

20 2 Grundlagen und Begriffe im Thermoformen
Beispiel für Wanddickenberechnung
c
b
Bild 2.17 Beispiel für Wanddickenberechnung
F = L ⋅ B = 510.400 mm
1
L
2
a
B
F2= L ⋅ B + 2bc + 2ac= 1.550.400 mm
F1 F2
= 0,329 und = 3,038
F F
2 1
2
a = 800 mm
b = 500 mm
c = 400 mm
L = 880 mm
B = 580 mm
Für Ausgangsdicke = 5 mm,
theoretische durchschnittliche Wanddicke des Fertigteiles = 5 · 0,329 = 1,645 mm
Wahrscheinliche, praktisch erreichbare Wanddickenverteilung = 1,645 mm ± 30 %
= 1,15 bis 2,1 mm.

3 Thermoplastische Halbzeuge
3.1 Aufbau und Struktur der Thermoplaste
Thermoplaste bestehen aus Makromolekülen (Polymeren) mit Längen bis zu 10 –3 mm.
Diese Makromoleküle können linear (fadenähnlich) sein, wie z. B. bei PE-HD, oder verzweigt,
wie z. B. bei PE-LD. Es handelt sich um amorphe Thermoplaste, wenn die Makromoleküle
in völliger Unordnung (Wattebausch) vorliegen (Bild 3.1 a). Gleichmäßig aufgebaute Makromoleküle,
wie z. B. lineares Polyethylen oder Polyacetale, können partielle Ordnungen
(Kristallite) bilden; allerdings kristallisieren Polymere grundsätzlich nur teilweise. Es liegen
dann teilkristalline Thermoplaste vor (Bild 3.1 b).
Amorphe Thermoplaste wie Standard-PS, PVC, PC, PMMA sind aufgrund ihrer Struktur
glasklar, wenn sie nicht eingefärbt, modifiziert oder gefüllt werden. Teilkristalline Thermoplaste
sind, je nach Kristallisationsgrad, aufgrund der Lichtbrechung durch die Kristallite,
transluzent bis opak. Je nach Materialtyp und Umformverfahren schmelzen die Kristallite
während des Aufheizens und das Halbzeug wird in diesem Temperaturbereich glasklar. Beim
Erkalten bilden sich erneut Kristallite, der Kunststoff wird wieder opak.Wird ein teilkristalliner
Thermoplast, z. B. PP, unterhalb des Kristallitschmelzbereiches umgeformt, spricht man vom
„SPPF“-Verfahren (solid phase pressure forming).
Kristallisierbare Thermoplaste sind Thermoplaste, die als Halbzeug praktisch amorph sind
und erst während des Aufheizens kristallisieren. Im Fall von CPET wird das Kristallisieren
im beheizten Formwerkzeug genutzt, um die Temperaturbeständigkeit des Fertigteiles zu
erhöhen.
Für alle Thermoplaste gilt:
• Sie haben einen begrenzten Gebrauchstemperaturbereich. Unterhalb einer bestimmten
Temperatur sind sie zerbrechlich wie Glas, oberhalb einer bestimmten Temperatur (Erweichungstemperatur)
verlieren sie die Festigkeit.
Bild 3.1 Strukturen von Thermoplasten
a) amorphe Struktur
b) teilkristalline Struktur

22 3 Thermoplastische Halbzeuge
•
•
Ist die Temperatur hoch genug, können sie unter Kraftanwendung umgeformt werden. Je
höher die Temperatur, desto geringer die Umformkraft.
Während des Verstreckens zeigen Thermoplaste ein viskoelastisches Verhalten. Das heißt,
je höher die Streckgeschwindigkeit, desto höher die Streckkraft. Eine Ausnahme bilden
Thermoplaste, die während des Aufheizens kristallisieren, wie z. B. CPET.
3.2 Aufnahme von Feuchtigkeit im Halbzeug
Folien und Platten aus thermoplastischem Halbzeug sind hygroskopisch, d. h., sie nehmen
aus der Umgebung Feuchtigkeit auf, wenn der Basiskunststoff hygroskopisch ist oder dem
Kunststoff hygroskopische Zusätze wie Talkum, Ruß oder entsprechende Farbstoffe beigemischt
werden. Werden feuchte Halbzeuge beim Thermoformen aufgeheizt, bilden sich Blasen an
der Oberfläche (Bild 3.2).
Beispiele für hygroskopische Kunststoffe sind ABS, ASA, CA, CAB, extrudiertes PMMA, PC,
A-PET, PSU, PES und Polyamide. Hygroskopische Halbzeuge werden normalerweise luftdicht
verpackt angeliefert. Die Verpackung wird erst geöffnet, wenn sie verarbeitet werden.
Getrocknet wird in Trockenöfen mit Umluft.Wenn keine speziellen Herstellerangaben vorliegen,
können entsprechende Vortrocknungstemperaturen der Tabelle für den Thermoformer
entnommen werden. Die Platten müssen dabei mit Abstand so gestellt werden, dass die warme
Luft beidseitig zirkulieren kann. Bei feuchten Folienrollen sind mehrere Tage zur Trocknung
notwendig. Getrocknetes Halbzeug muss nach der Trocknung, falls es nicht innerhalb kurzer
Zeit verarbeitet wird, sofort in PE-Folie dicht verpackt werden.
Hygroskopische Halbzeuge müssen immer trocken verarbeitet werden, d. h.
• direkt aus der luftdichten Verpackung,
• nach dem Trocknen, direkt aus dem Trockenofen (d. h. im warmen Zustand),
• nach dem Trocknen und Abkühlen, wobei die getrockneten Platten warm verpackt werden.
Bild 3.2 Blasen in einem glasklaren Formteil
aus PMMA

3.3 Reibverhalten beim Thermoformen
In letzter Zeit lagern immer mehr Thermoformbetriebe ihre hygroskopischen Halbzeuge in
klimatisierten Lagern, bei hoher Temperatur (größer 40 °C) und geringer Luftfeuchtigkeit.
Bereits getrocknete Platten absorbieren erneut Feuchtigkeit.Getrocktnetes Polycarbonat (PC)
kann beispielsweise bei normaler Luftfeuchtigkeit schon nach einer halben Stunde soviel Feuchtigkeit
aufgenommen haben, dass beim Aufheizen in der Thermoformmaschine Blasen entstehen.ABS
kann dagegen bei normaler Luftfeuchtigkeit 2 bis 3 Tage unverpackt liegen bleiben.
Verpackte Plattenstapel sollten beim Hersteller nur in einer Größe bestellt werden, die verarbeitet
werden kann, ohne dass die letzten Platten zu lange offen liegen und erneut getrocknet
werden müssen. Rollenware wird praktisch nie getrocknet, weil die Zeit des Beheizens über
mehrere Takte meist ausreicht um die Feuchtigkeit zu entfernen. Je weniger der Kunststoff
aufgeheizt werden muss (z. B. Druckluftformung) desto weniger macht sich die Feuchtigkeit
in Form von Bläschen bemerkbar.
3.3 Reibverhalten beim Thermoformen
Das Reibverhalten von Kunststoffen spielt beim Thermoformen dann eine Rolle, wenn es
während der Umformung zu einer Gleitbewegung zwischen Halbzeug und Thermoformwerkzeug
oder Vorstreckstempel kommt. Dies ist zum Beispiel bei der Negativformung beim
Vorstrecken mit dem Stempel oder bei der Positivformung beim Vorstrecken mit dem Formwerkzeug
der Fall. Ist die Reibung sehr hoch, haftet der Kunststoff beim ersten Kontakt. Eine
weitere Verstreckung des Halbzeugs ist an diesen Stellen nicht mehr möglich. Der Einfluss
hoher Reibung kann sehr gut beim Klebekaschieren nachgewiesen werden. Hier wird das zu
kaschierende Trägerteil mit Klebstoff besprüht. Ist die Reibung sehr niedrig, dann gleitet das
Halbzeug sehr leicht über die Kontaktfläche.
Ist die Reibung zwischen Vorstreckstempel und Halbzeug zu klein, wird die Wanddicke im
Bodenbereich zu gering. Typisches Beispiel ist die Wahl eines falschen Werkstoffs für den
Vorstreckstempel für ein bestimmtes Halbzeug; Mit einem Vorstreckstempel aus PTFE ist es
praktisch unmöglich, einen Becher aus PS-HI so zu formen, dass der Bodenbereich ausreichend
dick wird.
Ist die Reibung zwischen Formwerkzeug und Halbzeug zu klein, wird die Wanddicke im
Bodenbereich zu gering. Um die Reibung zu erhöhen, muss das Formwerkzeug so warm
wie möglich temperiert und das Halbzeug auf der Kontaktseite zum Werkzeug so heiß wie
möglich beheizt werden.
Werkzeugseitig wird die Reibung beeinflusst durch:
• Werkstoff an der Oberfläche des Thermoformwerkzeugs
• Werkzeugtemperatur der Kontaktfläche
• Oberflächenrauigkeit des Formwerkzeugs
Halbzeugseitig wird die Reibung beeinflusst durch:
• Kunststofftyp (Schicht) auf der Kontaktseite
• Oberflächenbehandlung und -beschaffenheit (Antiblockbeschichtung)
•
Halbzeugtemperatur während des Kontaktes
23

24 3 Thermoplastische Halbzeuge
Leicht sandgestrahlte oder von Hand leicht angeraute Werkzeugoberflächen bewirken ein
besseres Gleiten des Halbzeugs als grob gestrahlte oder hochglanzpolierte Oberflächen. Hochglanzpoliert
sollten nur die Ecken von Positivwerkzeugen sein, über welche der erwärmte
Kunststoff beim Verstrecken relativ schnell gleitet. Eine geringere Werkzeugtemperatur reduziert
den Reibungskoeffizienten zwischen Formwerkzeug und dem beheizten Halbzeug.
Halbzeuge mit besonders hoher Reibung (starker Klebeneigung) sind Mehrschichtfolien,
insbesondere die mit Siegelschichten. Die Erweichungstemperatur der Siegelschicht liegt
immer unterhalb der Erweichungstemperatur der Trägerschicht. Da die Trägerschicht auf
Umformtemperatur aufgeheizt werden muss, wird die Siegelschicht„überhitzt“, was bei dieser
zu einer hohen Reibung mit dem Werkzeug bzw. dem Vorstreckstempel führt.
PS-HI/PE-Zweischichtfolien machen beispielsweise Probleme, wenn mit einem Vorstreckstempel
vorgestreckt werden muss und die PE-Seite die Kontaktseite zum Vorstreckstempel
ist. Besonders nachteilig ist dies bei Vakuumformung, weil für die Umformung von PS-HI mit
Vakuum mindestens 160 °C notwendig sind. Bei dieser Temperatur ist PE sehr klebrig. Eine
Haftung kann nur verhindert werden, wenn der Stempel Antihafteigenschaften hat. Die meisten
Folien mit Siegelschicht kann man so umformen, dass die Siegelschicht mit dem „kalten“
Werkzeug in Kontakt kommt. Die niedrige Werkzeugtemperatur kühlt die Halbzeugoberfläche
schneller ab, was zu einer Reduzierung der Reibung führt.
Mehrschichtmaterialien, deren Schichten ähnliche Umformtemperaturen erfordern, machen
bezüglich der Reibung keinerlei Probleme. Beispielsweise zeigen ABS/PMMA-Zweischichthalbzeuge
keine Reibungsprobleme, da ABS und PMMA ähnliche Umformtemperaturen haben.
In der Praxis hilft es, wenn das Halbzeug so„kalt“ wie möglich verarbeitet wird. Die„klebrige“
Seite sollte weniger als die andere Seite beheizt werden. Hat die „klebrige“ Seite Kontakt zum
Formwerkzeug, dann sollte dieses auf eine möglichst niedrige Temperatur temperiert werden.
Hat die „klebrige“ Seite Kontakt zum Vorstreckstempel, sollten Vorstreckstempel aus PTFE
oder mit PTFE-Oberfläche eingesetzt werden.
Halbzeuge mit Blockeigenschaft (z. B. PET) müssen mit Antiblockbeschichtung ausgerüstet
sein. Gestapelte PET-Formteile, die aus einer Folie ohne Antiblockbeschichtung hergestellt
werden, lassen sich nicht entstapeln, sie „blocken“. Das Gleitreibungsverhalten von Folien
mit und ohne Antiblockbeschichtung ist sehr unterschiedlich. Wenn für eine bestimmte Folie
die Kontur für einen Vorstreckstempel ermittelt wurde, muss bei der nächsten Lieferung
unbedingt auf die gleiche Beschichtung bzw.Antiblockausrüstung geachtet werden. Bei einer
anderer Beschichtung müssen mit großer Wahrscheinlichkeit die Einstellungen der Maschine
geändert werden. Im ungünstigsten Fall ist die Änderung der Kontur der Vorstreckstempel
erforderlich.
3.4 Verhalten beim Aufheizen
Wichtige Faktoren beim Aufheizen von thermoplastischem Halbzeug sind
Wärmeabsorptionsverhalten bzw. die Heizzeit
•
• Ausdehnung und Durchhang