DE102004025568B4

DE102004025568B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Positiv-Prägen einer Folie während eines Tiefziehprozesses

Info

Publication number: DE102004025568B4
Application number: DE102004025568A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hess
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2024-05-26
Also published as: DE102004025568A1

Abstract

Vorrichtung zum Positiv-Prägen einer erwärmten Folie während eines Tiefziehprozesses in einer Verformstation mit einem Tiefziehwerkzeug (5), mit einem Unterwerkzeug (6) und mit einer Niederhaltereinrichtung (8), dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwerkzeug (6) eine Prägestempelaufnahme (3) mit positivem Prägestempel (1) aufweist und die Niederhalteeinrichtung (8) eine Niederhalteplatte (9) mit Matrizenaufnahme (4) mit negativer Matrize (2) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Positiv-Prägen einer Folie während eines Tiefziehprozesses.

Aus der EP 0 363 597 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen oder Gegenständen aus thermoverformbaren bzw. thermoplastischen Kunststofffolien mittels Negativtiefziehen bekannt. Des Weiteren ist ein Verfahren zum trockenen Bedrucken eines Werkstücks unter Verwendung einer Heißprägefolie und eines Prägesstempels aus der EP 0 326 819 B1 bekannt.

Wird ein Formteil mit Prägung gemäß den beiden hier erwähnten Dokumenten hergestellt, wird ein zweistufiger Fertigungsprozess mit jeweils einer ersten Vorrichtung oder Anlage zum Tiefziehen und einer zweiten Vorrichtung oder Anlage zum Prägen benötigt.

Anschaffung und Unterhalt von zwei Anlagen ist jedoch nicht wirtschaftlich, deshalb ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Positiv-Prägen einer Folie während eines Tiefziehprozesses bereitzustellen. Verfahren und Vorrichtung sollen zudem kostengünstig und in der Fertigung einfach einsetzbar sein und Positiv-Prägungen von hoher Qualität ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zum Positiv-Prägen einer erwärmten Folie während eines Tiefziehprozesses in einer Verformstation mit einem Tiefziehwerkzeug, mit einem Unterwerkzeug und mit einer Niederhaltereinrichtung dadurch gelöst, dass das Unterwerkzeug eine Prägestempelaufnahme mit positivem Prägestempel aufweist und die Niederhaltereinrichtung eine Niederhalterplatte mit Matrizenaufnahme mit negativer Matrize aufweist. Prägestempel und Matrize werden aufeinander zu bewegt.

Es ist bekannt, bei der Herstellung eines Formkörpers im Tiefziehverfahren zugleich zusätzliche Einprägungen vorzunehmen. Die DE 102 34 198 A1 beschäftigt sich damit, Bruchlinien in einer Verkleidung zu erzeugen. Die DE 20 26 427 A gibt ein Verfahren zum Prägen von Verzierungen in tiefgezogenen Folien an. Bei beiden Literaturstellen ist jedoch ein Zusammenwirken von positivem Prägestempel und negativer Matrize durch gleichzeitiges Aufeinanderzubewegen nicht vorgesehen. Die US 4,383,954 zeigt zwar unter anderem zwei zusammenwirkende Kolben, doch geht es dabei um das Einprägen von Merkzeichen in einen Plastikkörper.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zuerst eine thermoplastische Folie, wie etwa eine thermische Polyolefin-Folie, auf ca. 190 °C in einer Heizstation erwärmt. Nach Erreichen der vorgegebenen Temperatur wird die erwärmte Folie automatisch in eine Verformstation transportiert, wo sie über ein Positiv-Tiefwerkzeug, welches von unten über den Vakuumkasten kommt, vorgeblasen und gestreckt wird. Verstrecken ist an sich bekannt, siehe A. Illig, Thermoformen in der Praxis, Hauser 1997, Seiten 68-72. Gleichzeitig fährt von oben die Niederhaltereinrichtung auf das Tiefziehwerkzeug zu, wo die Folie in der richtigen Position platziert wird. Mit dem anschließenden Vakuum wird die Folie konturmäßig an das Tiefziehwerkzeug angelegt.

Noch während die Folie heiß ist, wird parallel ein Positiv-Bild geprägt durch Aufeinanderzubewegen von ca. 200 °C heißem positivem Prägestempel und ca. 200 °C heißer negativer Matrize. Der Abstand zwischen dem Prägestempel und der Matrize wird durch Abstandhalter kontrolliert, wodurch auf einfach umzusetzende Weise ein präziser Abstand zwischen Prägestempel und Matrize eingehalten werden kann, was eine Vorraussetzung für das Erzielen eines einwandfreien Prägeergebnisses ist.

Die Prägung wird unter Ausnutzung der Eigenwärme der Folie durchgeführt, so dass die Folie während des Prägevorgangs noch weich ist . Es ist außerdem von Vorteil, den Prägestempel und die Matrize zu heizen, um eine einwandfreie Prägung ohne Verzerrung und/oder Beschädigung der Folie zu erreichen. Danach lässt man die Folie ankühlen, fährt den Prägestempel und die Matrize zurück und entnimmt die geformte und mit der Positiv-Prägung versehene Folie.

Neben dem Wegfall eines zusätzlichen Fertigungsschrittes und den damit verbundenen, niedrigeren Fertigungs-, Investitions- und Wartungskosten, ist es ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass kein Vorwärmen der zu prägenden Folie nötig ist, da der Prägevorgang unter Ausnutzung der aus dem Tiefziehprozess stammenden Eigenwärme der Folie durchgeführt wird. Dadurch werden nicht nur die Kosten gesenkt, sondern auch die Fertigungszeit reduziert.

Die Prägevorrichtung kann gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgelegt werden, dass durch Austauschen und/oder Modifizieren von Prägestempel und Matrize die Prägevorrichtung für andere Prägungen wiederverwendet werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen entsprechend der Zeichnung beschrieben.
1 zeigt eine Tiefziehvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Prägevorrichtung.
Die Figur zeigt eine Tiefziehvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Prägevorrichtung. Das Tiefziehwerkzeug weist eine Niederhaltereinrichtung 8 und das eigentliche Tiefziehwerkzeug 5 auf. Niederhaltereinrichtung 8 weist eine Niederhalterpatte 9 auf, an welcher eine Matrizenaufnahme 4 befestigt ist. Matrizenaufnahme 4 weist an ihrem vorderen Ende eine Matrize 2 mit negativem Schriftzug bzw. Stempelbild auf. Matrizenaufnahme 4 ist so ausgelegt, dass Matrize 2 in Richtung eines Unterwerkzeuges mit positivem Prägestempel und wieder zurück bewegt werden kann. Diese Bewegung ist in der Figur durch den Pfeil B angedeutet.
Die Matrize 2 ist des Weiteren beheizbar und weist während des Prägevorgangs Temperaturen von ca. 200 °C auf.
An den Außenseiten der Niederhalterplatte 9 sind Abstandhalter 10 aufgebracht. Abstandhalter 10 sind starr und weisen eine präzise definierte Länge auf. Die Abstandhalter 10 werden benötigt, um den Abstand von Matrizenaufnahme 4 bzw. Matrize 2 über dem zu prägenden Werkstück (nicht dargestellt) einzustellen. Die Verwendung von Abstandhaltern 10 hat den Vorteil, dass auf einfache Art ein korrektes Positionieren von Matrize 2 erzielt und somit ein unscharfes Prägebild zuverlässig vermieden wird.
Das eigentliche Tiefziehwerkzeug 5 weist eine Dichtplatte 7 und ein Unterwerkzeug 6 auf. Sowohl in der Dichtplatte 7 als auch in dem Unterwerkzeug 6 ist eine Aussparung 11 vorgesehen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist in dieser Aussparung 11 eine Prägestempelaufnahme 3 mit Prägestempel 1 angeordnet. Prägestempelaufnahme 3 ist so ausgelegt, dass Prägestempel 1 in Richtung der Matrizenaufnahme 4 mit der negativen Matrize 2 und wieder zurück bewegt werden kann. Diese Bewegung ist in der Figur durch den Pfeil A angedeutet.
Der Prägestempel 1 ist wie die Matrize 2 beheizbar und weist während des Prägevorgangs ebenfalls Temperaturen von ca. 200 °C auf.
Das Positiv-Tiefziehwerkzeug 5 weist eine Oberfläche F auf, über welche eine Folie (nicht dargestellt) während des Tiefziehprozesses geformt und gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer positiven Prägung versehen wird. Die Oberfläche F weist eine Vielzahl sehr kleiner Öffnungen mit nach in die Öffnung 11 führenden Kanälen auf (nicht dargestellt), welche es ermöglichen, ein Vakuum anzulegen.
Zum Aufbringen einer Positiv-Prägung auf eine Folie während eines Tiefziehprozesses wird gemäß der vorliegenden Erfindung folgendermaßen vorgegangen:
Eine thermoplastischen Folie wird auf ca. 190 °C in einer Heizstation erwärmt. Ein geeigneter Thermoplast gemäß der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise thermisches Polyolefin. Andere thermoplastische Kunststoffe, also Kunststoffe, welche sich unter Wärme verformen lassen, ohne sich zu zersetzen, und welche diese Form nach dem Abkühlen beibehalten, sind gemäß der vorliegenden Erfindung ebenfalls denkbar und möglich.
In einem nächsten Schritt wird die erwärmte Folie in eine Verformstation transportiert, welche gemäß der vorliegenden Erfindung ein Positiv-Tiefziehwerkzeug 5 mit auf- und abbewegbarer Prägestempelaufnahme 3 und Prägestempel 1, sowie eine Niederhalterplatte mit auf- und abbewegbarer Matrizenaufnahme 4 und Matrize 2 aufweist.
Die Prägestempelaufnahme 3 und die Matrizenaufnahme 4 sind beweglich ausgelegt, um ein Prägen der warmen Folie ohne weiteren Zwischenschritt direkt nach dem Anlegen der Folie an die formgebende Oberfläche F des Positiv-Tiefziehwerkzeuges 5 zu ermöglichen.
Nach dem Transportieren der erwärmte Folie in die Verformstation wird die erwärmte Folie über dem Positiv-Tiefziehwerkzeug 5 mittels Vorblasluft vorgestreckt und dann durch die Niederhaltereinrichtung und mit Hilfe von Vakuum an die formgebende Oberfläche F des Positiv-Tiefziehwerkzeuges 5 angelegt. Noch während die Folie warm ist wird dann parallel durch Aufeinanderzubewegen von positivem Prägestempel 1 und negativer Matrize 2 das zu prägende Positiv-Bild in die Folie geprägt. Dies hat den Vorteil, dass der Prägevorgang unter Ausnutzung der Eigenwärme der Folie durchgeführt werden kann.
Anschließend wird die Folie abgekühlt und danach Prägestempel 1 und Matrize 2 zurückgefahren und die fertige Folie entformt.
Während der Prägung ist zu beachten, dass der Abstand zwischen Prägestempel 1 und Matrize 2 korrekt eingehalten wird, um ein verzerrungsfreies Prägen zu ermöglichen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieser Abstand während des Prägevorgangs durch Abstandhalter 10 vorgegeben.

1: beheizter Prägestempel mit positivem Schriftzug
2: beheizter Matrize mit negativem Schriftzug
3: Prägestempelaufnahme
4: Matrizenaufnahme
5: Positiv-Tiefziehwerkzeug
6: Unterwerkzeug
7: Dichtplatte
8: Niederhaltereinrichtung
9: Niederhalterplatte
10: Abstandhalter
11: Aussparung
A: Bewegungsrichtungen des Prägestempels
B: Bewegungsrichtungen der Matrize
F: Oberfläche des Unterwerkzeugs

Claims

Vorrichtung zum Positiv-Prägen einer erwärmten Folie während eines Tiefziehprozesses in einer Verformstation mit einem Tiefziehwerkzeug (5), mit einem Unterwerkzeug (6) und mit einer Niederhaltereinrichtung (8), dadurch gekennzeichnet, dass das Unterwerkzeug (6) eine Prägestempelaufnahme (3) mit positivem Prägestempel (1) aufweist und die Niederhalteeinrichtung (8) eine Niederhalteplatte (9) mit Matrizenaufnahme (4) mit negativer Matrize (2) aufweist.
Vorrichtung zum Positiv-Prägen einer Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zum Vorstrecken der erwärmten Folie durch Blasluft vorgesehen ist.
Vorrichtung zum Positiv-Prägen einer Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalteeinrichtung (8) Abstandshalter (10) aufweist.
Vorrichtung zum Positiv-Prägen einer Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Prägestempel (1) und/oder Matrize (2) beheizbar sind.
Vorrichtung zum Positiv-Prägen einer Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Prägestempelaufnahme (3) und/oder Matrizenaufnahme (4) auf- und abbewegbar ausgelegt sind.
Vorrichtung zum Positiv-Prägen einer Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Prägestempel (1) und/oder Matrize (2) austauschbar ausgelegt sind.