DE102004026417A1

DE102004026417A1 - Formwerkzeug

Info

Publication number: DE102004026417A1
Application number: DE200410026417
Authority: DE
Inventors: Josef Ulrich
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-05-29
Filing date: 2004-05-29
Publication date: 2005-12-15

Abstract

Bei einem Formwerkzeug zur Direktnarbung eines Kunststoffteils, mit mindestens einer an der Formfläche (4) mit einer der herzustellenden Kunststoffnarbung entsprechenden Oberflächengravur versehenen, aus Nickel bestehenden Formschale (3), welche von einer Vielzahl von Poren (7) mit einem Porenquerschnitt unterhalb der Abbildungsgröße auf dem Kunststoffteil durchsetzt ist, wird die Formschale erfindungsgemäß auf baulich einfache Weise sowohl hochgradig formhaltig als auch mit der geforderten Feinporigkeit und einer vorgegebenen Porenverteilung derart ausgebildet, dass sie mit einer für ein eigenstabiles Strukturteil ausreichenden Wandstärke hergestellt, auf der Rückseite im noch porenfreien Zustand stellenweise (bei 8) jeweils im Abstand der Einzelporen wandstärkenreduziert und an den Stellen reduzierter Wandstärke lasergelocht ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Formwerkzeug zur Direktnarbung eines Kunststoffteils, mit mindestens einer porösen, aus Nickel bestehenden Formschale, welche an der Formfläche mit einer der herzustellenden Kunststoffnarbung entsprechenden Oberflächengravur versehen ist, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie auf ein entsprechendes Herstellungsverfahren.

Bei einem aus der DE 37 43 809 A1 bekannten Formwerkzeug dieser Art, bei welchem die Formschale aus galvanisch abgeschiedenem Nickel mit einer Wandstärke von 2 bis 4 mm besteht und die Poren entweder durch eine Fehldotierung des Galvanikbads oder nachträglich durch eine Laserstrahlbearbeitung der Formschale erzeugt werden, wird das Kunststoffteil unter Vakuumwirkung auf dem Wege über die Poren an die Formfläche angesaugt und durch gleichzeitiges Erhitzen und anschließendes Abkühlen der Formschale mit einer der Formschalengravur entsprechenden Oberflächennarbung versehen. Damit sich die Poren nicht auf der Kunststoffoberfläche abzeichnen, muss der Porendurchmesser unterhalb der Abbildungsgrenze, nämlich bei weniger als etwa 200 μm, liegen. Während galvanisch erzeugte Poren eine zwangsläufig zufällige Porenverteilung aufweisen und das Kunststoffteil daher mit einer entsprechend unregelmäßigen Flächenpressung an die Formfläche angesaugt wird, mit der Folge, dass es zu teilweise erheblichen Qualitätseinbußen in der entstehenden Oberflächennarbung kommt, ist eine Laserstrahllochung bei Einhaltung der geforderten Porengröße auf dünnwandige und demzufolge selbsttätig nicht-formhaltige Nickelschalen beschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Formwerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Formschale sowohl hochgradig formhaltig ausgebildet als auch mit einer gezielten Porenverteilung und einem in dem angegebenen Größenbereich liegenden Porendurchmesser auf fertigungstechnisch einfache Weise herzustellen ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Formschale anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Formwerkzeug bzw. das im Patentanspruch 7 gekennzeichnete Verfahren gelöst.

Erfindungsgemäß wird die Wandstärke der Formschale allein nach Maßgabe einer hochgradigen Formhaltigkeit und ohne Rücksicht auf den geforderten Porendurchmesser dimensioniert und dennoch eine gezielte, unterhalb der Abbildungsgrenze feinporige Laserstrahlbearbeitung dadurch erreicht, dass die Formschale zuvor auf der Rückseite an den einzelnen Porenpositionen jeweils taschenförmig soweit wandstärkenreduziert wird, dass der Porendurchmesser bei der anschließenden Laserlochung im angegebenen Größenbereich verbleibt, die Formschale aber immer noch ihre Funktion als eigenstabiles Werkzeugteil beibehält.

In besonders bevorzugter Weise wird die Formschale anstatt aus galvanisch aus chemisch abgeschiedenem Nickel hergestellt, wodurch die mechanische und vor allem auch thermische Formhaltigkeit der Formschale weiter wesentlich verbessert wird. Ferner werden die taschenförmigen Vertiefungen auf der Rückseite der Formschale im Hinblick auf eine schonende Materialabtragung vorzugsweise eingefräst, und zwar mit Hilfe eines Kugelkopffräsers, damit sich der Bearbeitungsvorgang nicht auf der Formfläche der Formschale abzeichnet.

Aus Gründen einer wirksamen Direktkühlung und/oder -beheizung der Formschale enthält diese auf der Rückseite in den Zwischenbereichen zwischen den Stellen reduzierter Wandstärke vorzugsweise integrierte Kühl- bzw. Heizkanäle, und im Hinblick auf eine rationelle Laserlochung sind die Poren zweckmäßigerweise mit einem vorgegebenen Rastermaß über die Formfläche der Formschale verteilt, wobei die Poren in den Bereichen erhöhter Formflächenkrümmung ein verringertes Rastermaß aufweisen, so dass die Saugwirkung an diesen Stellen verstärkt und damit über die gesamte Formfläche eine gleichmäßige, faltenlose Anlage des Kunststoffteils sichergestellt wird.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:
1 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Formwerkzeug im Längsschnitt; und
2 einen vergrößerten Ausschnitt des Formwerkzeugs gemäß 1 im Bereich der Formschale.
Das in den Fig. gezeigte Formwerkzeug dient dazu, eine Kunststofffolie 1 umzuformen und dabei gleichzeitig an der Außenfläche mit einer Oberflächennarbung zu versehen, und enthält als Hauptbestandteil eine randseitig auf einer gehäuseförmigen Tragstruktur 2 abgestützte Formschale 3, welche eine dem herzustellenden Kunststoffteil entsprechende Raumform aufweist und an ihrer Formfläche 4 mit einer die Narbenstruktur auf der Kunststofffolie 1 erzeugenden Oberflächengravur (nicht gezeigt) versehen ist. Die Formschale 3 besteht aus Nickel, welches chemisch durch Dampfauftrag von Nickel aus gasförmigem Nickelcarbonyl auf einer Urform des herzustellenden Kunststoffteils abgeschieden wird, und zwar in einer Wandstärke, die mindestens 5 mm und jedenfalls so groß bemessen ist, dass die Formschale 3 den einwirkenden mechanischen und thermischen Belastungen selbsttätig verformungsfrei standhält.
Bei der Fertigung des Kunststoffteils wird die Kunststofffolie 1 über der Formschale 3 platziert und durch eine Heizeinrichtung 5 bis zum Erweichungszustand erwärmt und dann auf die weiter unten näher beschriebene Weise unter Unterdruckwirkung an die Formfläche 4 angesaugt, so dass sie der Schalengeometrie entsprechend verformt und die Formflächengravur als Oberflächennarbung auf die Kunststofffolie 1 übertragen wird. In der nachfolgenden Abkühlphase verfestigt sich die so verformte Kunststofffolie 1 und kann gegebenenfalls noch hinterspritzt und dann dem Formwerkzeug als fertiges, oberflächengenarbtes Kunststoffteil entnommen werden.
Um die Kunststofffolie 1 an die Formschale 3 anzusaugen, wird diese porös ausgebildet und selektiv mit Hilfe einer auf der Schalenrückseite angeordneten Vakuumkammer 6 unterdruckbeaufschlagt. Damit sich die die Formschale 3 durchsetzenden Poren 7 nicht auf der Kunststoffoberfläche abzeichnen, muss der Porendurchmesser unterhalb der Abbildungsgrenze, d.h. unter 200 μm und im Allgemeinen sogar unter 150 μm, liegen, und für eine aus Qualitätsgründen erforderliche, gleichmäßige Anlage der Kunststofffolie 1 an der Formfläche 4 müssen die Poren 7 eine vorgegebene Verteilung auf der Formfläche 4 aufweisen, wobei in den Bereichen stärkerer Flächenkrümmung eine größere Porendichte benötigt wird, wie dies in 1 durch den kleineren Abstand der Einzelporen 7a angedeutet ist. Diesen Forderungen genügt eine Laserstrahllochung der zunächst noch porenfreien Nickelschale 3 nur dann, wenn die Wandstärke der Nickelschale 3 unter 3 mm liegt, während die Schalendicke aus Gründen einer exakten Formhaltigkeit deutlich größer, nämlich auf mindestens 5 mm, dimensioniert werden muss. Um dennoch eine Formschale 3 mit den vorgeschriebenen Porositäts- und Stabilitätseigenschaften fertigen zu können, wird diese im noch porenfreien Zustand auf der Rückseite an den vorgegebenen Porenpositionen zunächst mit taschenförmigen Vertiefungen 8 versehen, durch die die Wandstärke der Formschale 3 örtlich soweit reduziert wird, dass der Porendurchmesser bei der nachfolgenden Laserstrahlbearbeitung unterhalb der Abbildungsgrenze verbleibt. Die taschenförmigen Vertiefungen 8 werden z.B. mit einem Kugelkopffräser gefertigt, so dass sie am porenseitigen Ende kalottenförmig abgerundet sind, wodurch verhindert wird, dass sich der Fräsprozess zur Formfläche 4 der Nickelschale 3 durchdrückt. Aus Gründen einer rationellen Fertigung wird für die Vertiefungen 8 und die Poren 7 ein Rastermaß gewählt, welches je nach örtlicher Formflächenkrümmung mehr oder weniger eng bemessen wird.
Zur Verkürzung der Abkühlphase ist die Formschale 3 mit einer Direktkühlung ausgestattet. Zu diesem Zweck sind auf der Rückseite der Formschale 3 in den Zwischenbereichen zwischen den taschenförmigen Vertiefungen 8 Kühlmittelrohre 9 angeordnet, welche bei der chemischen Nickelabscheidung mit einer Nickelschicht 10 überzogen werden und dadurch einen integralen Bestandteil der Formschale 3 bilden.

Claims

Formwerkzeug zur Direktnarbung eines Kunststoffteils, mit mindestens einer an der Formfläche mit einer der herzustellenden Kunststoffnarbung entsprechenden Oberflächengravur versehenen, aus Nickel bestehenden Formschale, welche von einer Vielzahl von Poren mit einem Porenquerschnitt unterhalb der Abbildungsgrenze auf dem Kunststoffteil durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschale (3) eine für ein eigenstabiles Strukturteil ausreichende Wandstärke besitzt und auf der Rückseite im noch porenfreien Zustand stellenweise jeweils im Abstand der Einzelporen (7) wandstärkenreduziert und an den Stellen (8) reduzierter Wandstärke lasergelocht ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschale (3) aus chemisch abgeschiedenem Nickel hergestellt ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschale (3) an den Stellen (8) reduzierter Wandstärke taschenförmig und zur jeweils zugehörigen Pore (7) hin kalottenförmig vertieft ist.
Formwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschale (3) auf der Rückseite in den Zwischenbereichen zwischen den Stellen (8) reduzierter Wandstärke mit integrierten Kühl- und/oder Heizkanälen (9) versehen ist.
Formwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren (7) mit einem vorgegebenen Rastermaß über die Formfläche (4) verteilt sind.
Formwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren (7) in den Bereichen erhöhter Formflächenkrümmung ein verringertes Rastermaß aufweisen.
Verfahren zur Herstellung einer Formschale für ein Kunststoffteil, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschale (3) mit einer für ein eigenstabiles Strukturteil ausreichenden Wandstärke aus abgeschiedenem Nickel gefertigt und auf der Rückseite im noch porenfreien Zustand stellenweise jeweils im Abstand der Einzelporen (7) wandstärkenreduziert und an den Stellen (8) reduzierter Wandstärke lasergelocht wird.