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Werkzeug zum Umformen thermoplastischer
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Kunststoff-Folien Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Umformen
thermoplastischer Kunststoff-Folien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es
beispielsweise aus der Patentanmeldung P 31 03 890.5 als bekannt hervorgeht. Die
aufgespritzte Metallschicht dient in diesem Falle zur Einbettung und Abstützung
von einer Kühlschlange und zur Wärmeabführung. Zur Luftabsaugung ist eine Vielzahl
von Bohrungen vorgesehen, die durch die u.U. vielschichtig aufgebaute Wandung hindurchführen
und an der abbildenden Oberfläche des Werkzeuges ausmünden. Diese Luftabsaugbohrungen
haben den Nachteil, daß sie an der abgebildeten Oberfläche der Kunststoff-Folien
sichtbare Abdrücke hinterlassen und die Ausformung feiner Oberflächenstrukturen
ausschließen. Außerdem kann es zu unerwünschten Faltenbildungen kommen, wenn sich
Folienteile vorzeitig an vorspringenden Partien des Werkzeuges anlegen und erstarren.
Die Luftabsaugbohrungen haben etwa O,d mm Durchmesser und können nur in größeren
Abständen zueinander im Werkzeug vorgesehen werden. Je mehr Luftabsaugbohrungen
aber vorgesehen sind, umso teuerer sind die Fertigungskosten des Werkzeuges. Des
weiteren müssen zur besseren Wärmeabführung und zum Abbau der örtlichen Wärme spitzen
bei den bekannten Werkzeugen Kühtschlangen und Wärmeausgleichselemente in das Werkzeug
eingebettet werden,
wodurch dieses sehr kostenaufwendig ist.
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Es ist ferner eine Prägeeinrichtung bekannt (DE-AS 23 58 757), bei
der das Prägewerkzeug luftundurchlässig ist und der Prägedruck ausschließlich durch
ein oberseitig vom zu prägenden Folienzuschnitt angeordnetes Druckpolster aufgebracht
wird. Nachteilig hierbei ist, daß Lufteinschlüsse zwischen dem Folienzuschnitt und
der abbildenden Oberfläche nicht auszuschließen sind und die Prägung dadurch unsauber
und unscharf wird.
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Es sind auch Werkzeuge bekannt, die aus gesinterten Metallplatten
bestehen und deren Oberflächenstruktur durch Funkenerosion hergestellt wird. Die
Herstellung solcher Werkzeuge ist jedoch aufwendig und teuer. Es sind des weiteren
Kunstharzwerkzeuge bekamt, bei denen jedoch der Füllstoffanteil sehr hoch sein muß,
damit das Werkzeug genügend porös ist.
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Dadurch ist aber die Bindung zwischen den Füllstoffpartikeln schlecht,
was sich sowohl beim Abformen vom Modell als auch beim späteren Einsatz des Werkzeuges
zur Produktion nachteilig auswirkt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein in der Herstellung weniger aufwendiges
Werkzeug anzugeben, welches die oben erwähnten Funktionsnachteile bei dessen Benutzung
nicht aufweist, das also keine unerwünschten Abdrücke auf der Folie hinterläßt und
das leicht herstellbar und gleichmäßig temperierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
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Es hat sich bestätigt,daß die von einem Modell im Metallspritzverfahren
hergestellten Forrnschalen bei passender Korngröße die für das Umformen von Folien
nötige Porosität besitzen, ohne daß Luftabsaugbohrungeri vom inneren Hohlraum des
Werkzeuges zur äußeren abbildenden Oberfläche erforderlich sind. Durch die Vielzahl
der im Werkzeug feinverteilten Poren ist es möglich, beliebige Abbildungen von Oberflächenstrukturen
naturgetreu wiederzugeben.
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Außerdem besitzt ein im Metallspritzverfahren hergestelltes Werkzeug
eine gute Rückkühlung. Dank eines Durchsaugens von Umluft durch das Werkzeug wird
nicht nur die gesamte Oberfläche, sondern auch dessen Querschnitt gekühlt.
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Selbstverständlich kann zur schnelleren örtlich gezielten Wärmeabfuhr
auch noch ein Kühlschlangensystem aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff mit eingespritzt
werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann wenigstens in einer
der abbildenden Oberfläche zunächstliegenden Schicht die Wandung aus einer niedrigschmelzenden
Wismut-Legierung bestehen, Dadurch wird die Herstellung des Werkzeuges gegenüber
einem zerspanenden Fertigungsverfahren wesentlich vereinfacht. Der Schmelzpunkt
einer Wismut-Legierung liegt je nach Zusammensetzung teils unter 1000C so daß es
möglich ist, ein Modell aus Holz oder die Oberflächenstruktur von Leder unmittelbar
durch Aufspritzen einer niedrigschmelzenden Metallegierung abzuformen.
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lurch die feinen Metallpartikel, tfie 1uftdurchläs#ig zusammensintern,
ist die betreffende Oberflächenstruktur des Modells sehr genau übertragbar. Eine
Schale von 2 bis 5 mm Querschnitt aus gespritztem Wismutmetall genügt zum Abformen;
diese relativ dünne Schale kann dann rückseitig versteift werden, was z.B. durch
luftdurchlässiges Hinterspritzen mit Aluminium oder durch luftdurchlässiges Hinterbauen
mittels in Kunstharz eingebetteten Aluminiumgranulat geschehen kann.
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Die Erfindung kann auch zum Prägen von thermoplastischen Kunststoff-Folien
verwendet werden. Hierfür kann die abbildende Oberfläche des Werkzeuges auf der
Sichtseite des Werkstückes angeordnet sein.
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Dadurch ist es möglich, beliebig genarbte thermoplastische Kunststoff-Folien
örtlich z.B. mit einer zusätzlichen anderen Narbung bzw. Oberflächenstruktur zu
versehen. Insbesondere können die Narbbilder exakt ausgeprägt werden und zwar auch
solche, bei denen normalerweise Lufteinschlüsse zwischen der bestehenden Narbprofilierung
und der aufliegenden Folie möglich wären. Das Werkzeug kann zur Versteifung und
besseren Auflage mit entsprechenden gut luftdurchlässigen Stützstrukturen versehen
werden und es können auch Rippen rückseitig angegossen, angespritz, aufgeklebt oder
aufgesetzt werden. Bei hohlen Umformwerkzeugen der hier erwähnten Art, bei de#nen
die Arbeitswandung formbedingt nur eine relativ geringe Gestaltsfestig keit hat,
ist eine rückwärtige Abstützung der besonders hoch belasteten Arbeitswandung aus
Gründen der Material-und Gewichtsersparnis besonders zweckmäßig. Wichtig jedoch
ist, daß dieser Hinterbau noch etwas besser luftdtlrchlassig ist als die Werkzeugschale
selber. Zur Abstützung kann z.B. eine kunstharzgebundene, grobkörnige Hinterfütterung
mit Aluminium oder Stahlkorn verwendet werden. Dadurch ist außer einer guten Luftdurchlässigkeit
auch eine gute Kühlung gegeben.
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Dank der Leitfähigkeit des metallischen Umformwerkzeuges kann bei
Verwendung eines flächig am Werkstück anliegenden elektrischen Gegenwerkzeuges -
dieses kann auch im Metallspritzverfahren hergestellt werden - die Folie auch im
Werkzeug selber durch Hochfrequenz erwärmt werden.
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Auch ist ein gleichzeitiges Prägen und Schweißen damit möglich.
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Anhand verschiedener in der Zeichalung dargestellter Ausführungsbeispiele
soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Werkzeug zum Tiefzieiien gemäß der Erfindung
Fig. 2 ein Werkzeug zum Prägen eines Zusclmittes aus thermoplastischer Kunststoff-Folie
und Fig. 3 und 4 Werkzeuge zum Prägen eines Zuschnittes und gleichzeitigem Aufschweißen
(Fig. 3) bzw. Aufkleben (Fig. 4) auf eine unebene Unterlage.
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Das in Fig. 1 dargestellte Werkzeug 1 zum Tiefziehen von thermoplastischen
Kunststoff-Folien besteht über den ganzen Querschnitt von der Innenseite 2 des evakuierbaren
Hohlraumes 3 bis zur abbildenden Oberfläche 4 aus luftdurchLässigem, tröpfchenweise
auf ein Modell aufgespritztem Metall, wobei das Modell auch aus Holz, Leder u.a.
hergestellt sein kann. In der Metallwandung des Werkzeuges 1 kann zur örtlich gezielten
verstärkten Temperierung ein Rohrsystem 5 angeordnet bzw. mit eingespritztsein.
Das Werkzeug 1 ist mit einer nach unten abschließenden Grundplatte 7 eines Ziehkastens
8 verbunden. Das so hergestellte poröse Werkzeug 1 benötigt keine Luftabsaugbohrungen;
die fein verteilten Poren bewirken ein sicheres blasenfreies Anliegen des Folienzuschnittes
an dem Werkzeug 1, sobald der evakuierbare Hohlraum 3 mit einer nicht gezeichneten
Vakuumquelle verbunden wird.
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Das in Fig. 2 als Prägestempel ausgebildete Werkzeug 1 kann im wesentlicheii
eben ausgebildet sein. Der innere Hohlraum 3 des Werkzeuges 1 ist zur Versteifung
und besseren Auflage mit einem gut luftdurchlässigen Werkstoff 9 verstärkt. Zur
Versteifung können auch Rippen in den Hohlraum 3 eingeklebt werden. Das Werkzeug
1 ist auf einer unteren beweglichen perforierten Platte 10 angeordnet, deren Bohrungen
11 in einem Vakuumkasten 12 einmünden.
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Das Werkzeug 1 kann aber auch unmittelhar auf dem Vakuumkasten 12
aufgesetzt sein.
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Auf dem Werkzeug 1 liegt ein Zuschnitt 13 aus thermoplastischer Kunststoff-Folie
auf. Das Werkzeug 1 kann mit einer Heizeinrichtung (nicht gezeigt) versehen sein,
welche zur Erwärmul)g des Folienzuschnittes 13 für den Pr.igevorgang dient.
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Oberhalb des Werkzeuges kann ein fluidisches Druckpolster 14 angeordnet
sein, das beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer mit Luftdurchlaßbohrungen
17 versehenen feststehenden Platte 18, aus einem rechteckigen Abstandshalterahmen
15 und aus einer rechteckigen Dichtung 16 aus Silicongummi besteht, die den Rahmen
gegen die Platte 18 abdichtet. Diese ist an eine nicht gezeichnete Be- und Entlüftungseinrichtung
angeschlossen. An der Platte ist außerdem ein mit Silicongumme beschichteter Glasfasertextilstoff
19 befestigt, der auf dem Rahmen 15 aufliegt und durch eine Federanordnung 20 gespannt
gehalten wird.
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Nach dem Aufheizen des auf das Werkzeug 1 aufgelegten Zuschnittes
13 aus thermoplastischer Kunststoff-Folie wird das Werkzeug durch eine nicht gezeichnete
Einrichtung angehoben und gegen den federgespannten Glasfasertextilstoff des fluidischen
Druckpolsters 14 gedrückt,
wobei der Folienzuschnitt 13 aufgrund
des seitens des Werkzeuges 1 ausgeübten Vakuums und des seitens des fluidischen
Druckpolsters 14 ausgeübten Uberdruckes mit hoher Prägekraft auf die bildende Oberfläche
des Werkzeuges gepreßt wird.Dank einer vollständigen Luftabsaugung unterhalb des
Folienzuschnittes 13 sind Lufteinschlüsse nicht möglich; ein sauberer Prägevorgang
ist dadurch gewährleistet. Nach dem Prägevorgang und entsprechendem Abkühlen des
Folienzuschnittes 13 wird das Werkzeug 1 belüftet und es kann die Folie dadurch
leicht entnommen werden.
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Dank der Luftdurchlässigkeit des aus gespritztem Metall bestehenden
Werkzeuges kann der Prägevorgang auch ohne fluitisches Druckpolster 14 durchgeführt
werden Der Folienzuschnitt 13 wird wie üblich erhitzt und direkt gegen das Werkzeug
1 gesaugt. Die Sichtseite ist hierbei die Werkzeugseite. Werkzeug 1 wird hierbei
auf der Rückseite mit einem Vakuum verbunden. Durch diese Anordnung wird der Prägevorgang
wesentlich vereinfacht. Ein weiteres in Fig. 3 dargestelltes Werkzeug 1 dient zum
Prägen und gleichzeitigem Verbinden (Verschmelzen) einer Folie 13 mit einer entsprechenden
z.B. unebenen Unterlage 22 bzw. zum gleichzeitigem Verschweißen mit zwei Folien.
Hierbei ist das Werkzeug 1 ler Unterlage 22 angepaßt. Die durch Aufspritzen von
niedrigschmelzenden Metall auf ein Modell gewonnene Werkz#lIgschaie 23 wird durch
Anspritzen im Metallspritzverfahren mit einem entsprechend geformten Werkzeughalter
1 aus einem elektrisch leitenden Material verbunden. Das Gegenwerkzeug 21 besteht
gleichfalls aus einem elektrisch leitenden Material. Werkzeughalter 1 und Gegenwerkzeug
21 sind jeweils mit den Polen einer nicht gezeichneten Hochfrequenz-Wechselspannungs
quelle verbunden.
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Nach dem Einlegen der Unterlage 22 und der Folie 13 zwischen Werkzeug
1 und Gegenwerkzeug 21 undZuschalten der Hochfrequenz-Wechselspannungsquelle für
eine bestimmte Zeit, erfolgt das Aufheizen der Folie 13 bei gleichzeitigem Prägen
und Anschmelzen auf die Unterlage 22. Durch das poröse Werkzeug 1 werden Lufteinschlüsst?
an der Sichtseite vermieden.
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Ein Verbinden des Folienzuschnittes 13 mit einer Unterlage, z.B. aus
Pappe oder mLt einer anderen Folie, kann auch ohne Hochfrequenz-Schweißullg bei
oder im unmittelbaren Anschluß an das Prägen erfolgen. Hierzu sind Wülste, Vorsprünge
o.dgl.
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24 im Bereich der Verbindungsstellen auf der Sichtseite des Werkzeuges
1 angebracht. Folienzuschnitt 13 oder die Unterlage 22 sind an der Kontaktseite
mit einem wärmeaktivierbaren Kleber versehen. Der beim Prägen erwärmte Folienzuschnitt
13 wird durch die Wülste, Vorsprünge o.dgl. 24 örtlich gezielt auf die Unterlage
22 gepreßt, der Kleber dort aktiviert und die Klebeverbindung dadurch hergestellt.
(Fig.4).
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