DE102009026190A1

DE102009026190A1 - Vorrichtung zum Prägen variabler Oberflächenstrukturen in ebene Flächengebilden mit Hilfe walzenförmiger Prägestempel

Info

Publication number: DE102009026190A1
Application number: DE200910026190
Authority: DE
Inventors: Sylvio Prof.Dr.Ing. Simon
Original assignee: Fachhochschule Lausitz
Current assignee: Fachhochschule Lausitz
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2011-01-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prägen variabler Oberflächenstrukturen in ebene Flächengebilde mit Hilfe walzenförmiger Prägestempel gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Prägen variabler Oberflächenstrukturen in ebene Flächengebilde mit Hilfe walzenförmiger Prägestempel zu schaffen, mit der es möglich ist, Oberflächenstrukturen zu prägen, bei denen sowohl der Abstand als auch die Tiefe der eingeprägten Strukturen in weitem Rahmen variabel ist, wird gelöst, indem auf einer in einem Maschinengestell gelagerten überwiegend zylindrischen Trägerwalze (1), eine Anzahl ringförmiger Strukturierungsräder (2) zumindest in Richtung der Längsachse der Trägerwalze (1) verschiebbar gelagert sind. Diese Strukturierungsräder (2) sind auf ihrem äußeren Umfang mit Strukturierungselementen (21) versehen. Die einzelnen Strukturierungsräder (2) können gesteuert, einzeln oder in Gruppen, auf der Trägerwalze (1) in Richtung der Längsachse der Trägerwalze (1) verschoben werden. Um die Tiefe der Strukturen zu variieren, können weitere Antriebe die Trägerwalze (1) im Maschinengestell senkrecht zur Materialbahn (5) verschieben. Indem die Trägerwalze (1) in eine Vielzahl von Abschnitten geteilt wird, die jeweils separat senkrecht zur Materialbahn (5) verschoben werden können, kann die Tiefe der Strukturen über die gesamte Breite variiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prägen variabler Oberflächenstrukturen in ebene Flächengebilde mit Hilfe walzenförmiger Prägestempel gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Prägevorrichtungen, bei denen die zu prägenden Flächen mit Hilfe von strukturierten Walzen bearbeitet werden, sind in der Regel so gebaut, dass kontinuierlich eine konstante Stärke und eine stets gleiche, sich spätestens nach einer Walzenumdrehung wiederholende Struktur erzeugt wird.
So beschreibt die DE 198 12 097 C1 ein Verfahren zur Herstellung eines oberflächenstrukturierten, folienartigen Halbzeugs aus einem Thermoplasten. Zunächst wird ein thermoplastisches Kunststoffmaterial in geschmolzenem Zustand oder in Form einer Folie auf eine gegenüber der erwünschten Struktur als Negativstruktur ausgearbeitete Oberfläche mit feinen Kavitäten aufgebracht. Die Oberfläche wird von außen oder von innen her einem Unterdruck ausgesetzt, so dass die zu der Matrix gehörenden Kavitäten evakuiert werden. Die Matrix einschließlich der Kavitäten wird vom thermoplastischen Kunststoffmaterial wenigstens teilweise ausgefüllt und das verformte thermoplastische Kunststoffmaterial wird – noch auf der Oberfläche liegend – durch Abkühlung zum Erstarren gebracht, wobei es auf der mit der Oberfläche in Kontakt gebrachten Seite die entsprechende Flächenstruktur annimmt. Nach dem Erstarren wird das Kunststoffmaterial von der Oberfläche abgezogen, wobei das in die Kavitäten eingebrachte und aus diesen herausgezogene thermoplastische Material einen aus Vorsprüngen bestehenden Flor bildet.
Eine Vorrichtung zum Prägen von Blechen ist in der DE 100 15 498 A1 beschrieben.
Dabei soll zur Ausbildung wenigstens einer Blechlage für einen metallischen Wabenkörper von einem Blechbandwickel ein Blechband abgewickelt werden. Das Blechband wird wenigstens einem Umformvorgang unterzogen, durch den dem Blechband eine Profilstruktur verliehen wird, die eine im Wesentlichen parallel zum Blechband verlaufende Ebene wenigstens zweimal durchdringt. Von dem Blechband wird in einer Trennstation wenigstens eine Blechlage vorgegebener Länge abgetrennt, wobei die Profilstruktur im Wesentlichen in einer Längsrichtung der Blechlage verläuft.
Auch in der DE 44 41 216 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Prägewalze zum kontinuierlichen Prägen der Oberfläche einer thermoplastischen Folie beschrieben, bei dem zunächst eine Walze hergestellt wird, die wenigstens im Bereich ihrer Umfangsfläche aus Silikongummi besteht und deren Umfangsfläche glatt ist. Auf diese Umfangsfläche wird ein Laserstrahl gerichtet, der relativ zu der Umfangsfläche der Walze bewegt und dabei in Übereinstimmung mit dem jeweiligen Ort einer eine Oberflächenstruktur aufweisenden Mustervorlage gesteuert wird, derart, dass die Oberflächenstruktur der Mustervortage als Negativform in der Außenfläche der Walze erzeugt wird. Das Verfahren ermöglicht die einfache und kostengünstige Erzeugung einer Prägestruktur in der Silikonoberfläche einer Prägewalze, und zwar auch dann, wenn die wiederzugebende Struktur äußerst fein ist. Diese Prägestruktur wiederholt sich nach jeder Walzenumdrehung.
Eine Vorrichtung zum Einstellen des Anpressdrucks zwischen einer verstellbar gelagerten ersten Walze und zumindest einer zweiten Walze in einer Druckmaschine wird in der DE 101 13 313 C2 vorgestellt. Diese soll insbesondere in einer Rollenrotationsdruckmaschine eingesetzt werden und erlaubt die Einstellung der Anpresskraft in Abhängigkeit von der Papierstärke.
Eine Vorrichtung, mit der ständig neue Oberflächenstrukturen in Bleche eingepresst werden können, zeigt die DE 198 21 482 A1 . Diese Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung strukturierter dünner Bleche mit verbesserter Formsteifigkeit. Das Werkzeug besteht aus einer formstabilen ebenen Platte, auf der einzelne gleichartige geometrische Körper gleicher oder verschiedener Größe in geordneter Form innerhalb eines Rahmens angeordnet sind, die in ihrer Gesamtheit die Negativform für ein zu verformendes Blech bilden. Dieser Negativform sind Mittel zur Druckbeaufschlagung zugeordnet. Als geometrische Körper werden Kugeln, Rollen, Walzen o. dgl. verwendet. Wie leicht einzusehen, können hiermit nur Werkstücke mit begrenzten Abmessungen gefertigt werden.
Mit keinem der zuvor genannten Vorrichtungen ist es möglich, Strukturen in ebene Flächengebilde zu prägen, die länger als der Umfang der Prägewalze sind.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zum Prägen variabler Oberflächenstrukturen in ebene Flächengebilde mit Hilfe walzenförmiger Prägestempel zu schaffen, mit der es möglich ist, Oberflächenstrukturen zu prägen, bei denen sowohl der Abstand als auch die Tiefe der eingeprägten Strukturen in weitem Rahmen variabel sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die entsprechend den Merkmalen des Hauptanspruches aufgebaut ist. Die Unteransprüche geben weitere sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung an.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Prägen variabler Oberflächenstrukturen besteht aus einer in einem Maschinengestell gelagerten überwiegend zylindrischen Trägerwalze (1), auf der eine Anzahl ringförmiger Strukturierungsräder (2) zumindest in Richtung der Längsachse der Trägerwalze (1) verschiebbar gelagert sind. Diese Strukturierungsräder (2) sind auf ihrem äußeren Umfang mit Strukturierungselementen in Form von sich überwiegend in radialer Richtung erstreckenden Erhebungen (21), insbesondere in Form von Nocken, Stiften oder Dornen (21) versehen. Die einzelnen Strukturierungsräder (2) sind mit Antrieben versehen, durch die diese gesteuert einzeln oder in Gruppen auf der Trägerwalze (1) in Richtung der Längsachse der Trägerwalze (1) verschoben werden können. Durch weitere Antriebe können die Strukturierungsräder (2) gesteuert, einzeln oder in Gruppen auf der Trägerwalze (1) in eine Rotation um die Längsachse der Trägerwalze (1) versetzt werden. Dazu können die Strukturierungsräder (2) über eine formschlüssige Verbindung (11, 22), die beispielsweise aus einer Nut (11) und einem Zapfen (22) oder einer Feder bestehen kann, an die Drehbewegung der Trägerwalze (1) gekoppelt sein.
Um die Tiefe der Strukturen zu variieren, können weitere Antriebe die Trägerwalze (1) im Maschinengestell senkrecht zur Materialbahn (5) verschieben. Indem die Trägerwalze (1) in eine Vielzahl von Abschnitten geteilt wird, die jeweils separat senkrecht zur Materialbahn (5) verschoben werden können, kann die Tiefe der Strukturen über die gesamte Breite variiert werden.
Um die Strukturierungsräder (2) auf der Trägerwalze (1) nach beiden Seiten zu verschieben, schlägt die Erfindung vor, diese mit Antrieben in Form kammförmiger Kulissen (31) zu versehen. Indem diese untereinander durch Kulissenträger zu Gruppen verbunden werden, können die Strukturierungsräder (2) gesteuert, einzeln oder in Gruppen auf der Trägerwalze (1) in Richtung der Längsachse der Trägerwalze (1) verschoben werden.
Insbesondere bei festeren Materialien, wie beispielsweise Blechen sollte erfindungsgemäß die Materialbahn (5) zwischen zwei gleich gestalteten Walzen (4) geführt werden.
Dabei werden die Walzen zweckmäßigerweise so geführt, dass die Erhebungen (21) der einen Walze (4) in die Zwischenräume der zweiten Walze (4) eingreifen.
Wenn als Gegendruck eine zweite Walze mit glatter Oberfläche gewählt wird, kann eine aus unterschiedlichen Materialstärken gebildete Struktur erzeugt werden. Dieses kann insbesondere bei weichen Materialien wie beispielsweise Vliesen sinnvoll sein, die bei einer beheizten zweiten Walze dadurch punktförmig in einem variablen Muster verbunden werden können.
Zum Prägen von papierartigen Stoffen, Tapeten, Vliesen und dergleichen ist es auch im Sinne der Erfindung, die zweite Walze mit einem elastischen Überzug zu versehen, so dass das Material durch die Erhebungen (21) der Strukturierungsräder (2) in das elastische Material hineingepresst werden kann.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand der Zeichnung 1 bis 3 in Form eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Dabei zeigt
1 einen Abschnitt einer Trägerwalze 1 mit zwei aufgeschobenen Strukturierungsrädern 2
2 eine Trägerwalze 1 mit aufgeschobenen Strukturierungsrädern 2, die durch kammförmige Kulissen 31 geführt werden
3 eine Materialbahn 5, die zwischen zwei gleich gestalteten Walzen 4 geführt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus zwei Walzen 4, die durch nicht dargestellte Antriebe in Intervallen senkrecht zur Materialbahn 5 aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden. Der Betrag der Verschiebung entspricht dabei der gewünschten Variation der Strukturtiefe. Die Walzen 4 bestehen jeweils aus den Trägerwalzen 1 mit einer Nut 11, auf denen eine Anzahl ringförmiger Strukturierungsräder 2, deren Zapfen 22 in die Nut eingreift verschiebbar angeordnet sind. Die Strukturierungsräder 2 sind auf ihrem äußeren Umfang sich in radialer Richtung erstreckenden Nocken 21 versehen.
Durch eine Anzahl kammförmiger Kulissen 31, die untereinander durch Kulissenträger 3 zu Gruppen verbunden sind, können die Strukturierungsräder 2 gesteuert einzeln oder in Gruppen auf der Trägerwalze 1 verschoben werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19812097 C1 [0003]
- DE 10015498 A1 [0004]
- DE 4441216 A1 [0006]
- DE 10113313 C2 [0007]
- DE 19821482 A1 [0008]

Claims

Vorrichtung zum Prägen variabler Oberflächenstrukturen in ebene Flächengebilde mit Hilfe walzenförmiger Prägestempel, bei der zumindest auf eine Seite des Flächengebildes eine Walze (4), deren Oberflächenstruktur zumindest teilweise mit der zu erzeugenden Oberflächenstruktur korrespondiert, auf dieses Flächengebilde (5) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, 1.1 dass auf einer überwiegend zylindrischen Trägerwalze (1) eine Anzahl ringförmiger Strukturierungsräder (2) zumindest in Richtung der Längsachse der Trägerwalze (1) verschiebbar angeordnet sind, 1.1. dass diese Strukturierungsräder (2) auf ihrem äußeren Umfang mit Strukturierungselementen in Form von sich überwiegend in radialer Richtung erstreckenden Erhebungen (21) versehen sind, 1.1.1. die insbesondere in Form von Nocken, Stiften oder Dornen (21) ausgebildet sind, 1.2. dass die einzelnen Strukturierungsräder (2) mit Antrieben versehen sind, durch die diese gesteuert, einzeln oder in Gruppen auf der Trägerwalze (1) in Richtung der Längsachse der Trägerwalze (1) verschoben werden können, 1.3. dass weiterhin die Strukturierungsräder (2) mit weiteren Antrieben versehen sind, durch die diese gesteuert, einzeln oder in Gruppen auf der Trägerwalze (1) in eine Rotation um die Längsachse der Trägerwalze (1) versetzt werden können,
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Antriebe vorhanden sind, die geeignet sind, die Trägerwalze (1) senkrecht zur Materialbahn (5) zu verschieben.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerwalze (1) in eine Vielzahl von Abschnitten geteilt ist, die jeweils separat senkrecht zur Materialbahn (5) verschoben werden können.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierungsräder (2) über eine formschlüssige Verbindung (11, 22) an die Drehbewegung der Trägerwalze (1) gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung (11, 22) aus einer Nut (11) und einem Zapfen (22) oder einer Feder besteht.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierungsräder (2) mit Antrieben in Form kammförmiger Kulissen (31) versehen sind, die untereinander durch Kulissenträger (3) zu Gruppen so verbunden sind, dass durch sie die Strukturierungsräder (2) gesteuert, einzeln oder in Gruppen auf der Trägerwalze (1) in Richtung der Längsachse der Trägerwalze (1) verschoben werden können.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahn (5) zwischen zwei gleich gestalteten Walzen (4) geführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (4) so angeordnet werden, dass die Erhebungen (21) der einen Walze (4) in die Zwischenräume der zweiten Walze (4) eingreifen.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahn (5) zwischen einer Walze (4) gemäß den voranstehenden Ansprüche sowie einer zweiten Walze mit glatter Oberfläche geführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Walze mit einem elastische Überzug versehen ist.