DE102004025568A1 - Combined positive embossing and thermoforming of thermoplastic films involves heating film, clamping and forming onto positive tool while embossing with punch and die - Google Patents

Combined positive embossing and thermoforming of thermoplastic films involves heating film, clamping and forming onto positive tool while embossing with punch and die Download PDF

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Abstract

A film is heated to 190[deg]C and moved into a forming station where it is pre-stretched with air above a positive thermoforming tool(5). The hot, stretched film is then laid onto a forming surface(F) of the positive thermoforming tool using a clamp system(8) and vacuum. Simultaneously the film is embossed by a positive punch(1) and negative die(2) moving towards each other. The film is then cooled and the punch and die retracted. The distance between the heated punch(1) and die(2) during the embossing stage is set by spacers(10). Embossing is carried out using residual heat in the film from the thermoforming stage. The punch and die can be exchanged if required for other embossing operations. An independent claim is include for the process equipment which includes a thermoforming tool(5) whose lower tool(6) has a embossing punch holder(3) with a positive embossing punch(1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Positiv-Prägen einer Folie während eines Tiefziehprozesses.The The invention relates to an apparatus and method for positively embossing a Slide during a thermoforming process.

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.From the EP 0 363 597 B1 For example, a method of making moldings or articles from thermoformable or thermoplastic plastic films by negative gravure is known. Furthermore, a method for dry printing a workpiece using a hot stamping foil and a die from the EP 0 326 819 B1 known.

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.Becomes a molded part with embossing according to the two mentioned here Documents produced, becomes a two-stage manufacturing process each with a first device or system for deep drawing and a second device or system for embossing needed.

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.purchase and maintenance of two plants is not economical, Therefore, it is the object of the present invention, a method and a device for positively embossing a Slide during to provide a deep drawing process. Method and device should also cost and be easy to use in manufacturing and positive imprints of high quality enable.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Tiefziehverfahren unter Verwendung eines entsprechend modifizierten Tiefziehwerkzeuges. Zuerst wird 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. 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.According to the invention this Task solved by a deep-drawing process using a correspondingly modified Deep-drawing tool. First, a thermoplastic film, such as such as a thermal polyolefin film, to about 190 ° C in a heating station heated. After reaching the predetermined temperature, the heated film automatically transported to a forming station, where they have a positive deep tool, which from the bottom over The vacuum box comes, is pre-blown and stretched. simultaneously leaves from above the hold-down device on the thermoforming tool, where the film is placed in the correct position. With the subsequent vacuum The film is contoured to the thermoforming tool created.

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.Yet while the film is hot, becomes a positive image in parallel embossed by moving together about 200 ° C hot positive die and about 200 ° C hot negative template. The distance between the die and the die is through Controlled spacers, making it easy to implement way a precise one Distance between dies and template can be adhered to, which is a prerequisite for achieving a perfect stamping result is.

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 und entnimmt die geformte und mit der Positiv-Prägung versehene Folie.The embossing is taking advantage of its own heat the film is done, so that the film while of the embossing process is still soft. It is also advantageous, the die and to heat the die to a flawless embossing without distortion and / or damage to reach the film. After that lets to cool the film, drives the dies and the template and removes the molded and positively embossed Foil.

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.Next the elimination of an additional Manufacturing step and associated lower manufacturing, Investment and investment Maintenance costs, it is another advantage of the present invention that no preheating the one to be shaped Foil is necessary, because of the stamping process taking advantage of the inherent heat of the film from the thermoforming process carried out becomes. This not only reduces costs, but also reduces costs reduces the production time.

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.The embosser can according to the present Invention are designed so that by replacing and / or modify of stamping and die the embossing device for others coins can be reused.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen entsprechend der Zeichnung beschrieben.The inventive method is hereinafter according to embodiments described the drawing.

1 zeigt eine Tiefziehvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Prägevorrichtung. 1 shows a thermoforming device with the embossing device according to the invention.

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.The figure shows a thermoforming device with the embossing device according to the invention. The thermoforming tool has a hold-down device 8th and the actual thermoforming tool 5 on. Hold-down device 8th has a hold-down plate 9 on, on which a Matrizenaufnahme 4 is attached. die holder 4 has at its front end a die 2 with negative lettering or stamp image. die holder 4 is designed to die 2 in the direction of a lower tool with a positive die and can be moved back again. This movement is indicated in the figure by the arrow B.

Die Matrize 2 ist des Weiteren beheizbar und weist während des Prägevorgangs Temperaturen von ca. 200 °C auf.The matrix 2 is also heatable and has temperatures of about 200 ° C during the embossing process.

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.On the outsides of the hold-down plate 9 are spacers 10 applied. spacer 10 are rigid and have a precisely defined length. The spacers 10 are needed to keep the distance from die picking 4 or die 2 above the workpiece to be embossed (not shown). The use of spacers 10 has the advantage that in a simple way a correct positioning of die 2 achieved and thus an un sharp embossed image is reliably avoided.

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.The actual thermoforming tool 5 has a sealing plate 7 and a lower tool 6 on. Both in the sealing plate 7 as well as in the lower tool 6 is a recess 11 intended. According to the present invention is in this recess 11 an embossing stamp recording 3 with stamp 1 arranged. Die Recording 3 is designed to be stamped 1 in the direction of the matrix holder 4 with the negative template 2 and can be moved back again. This movement is indicated in the figure by the arrow A.

Der Prägestempel 1 ist wie die Matrize 2 beheizbar und weist während des Prägevorgangs ebenfalls Temperaturen von ca.The stamp 1 is like the matrix 2 heated and during the embossing process also has temperatures of approx.

200 °C auf.200 ° C on.

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.The positive thermoforming tool 5 has a surface F over which a film (not shown) is formed during the thermoforming process and provided with a positive embossment according to the present invention. The surface F has a large number of very small openings with in the opening 11 leading channels (not shown), which make it possible to apply a vacuum.

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 order to apply a positive embossing to a film during a deep-drawing process, the following procedure is adopted according to the present invention:
A thermoplastic film is heated to about 190 ° C in a heating station. A suitable thermoplastic according to the present invention is, for example, thermal polyolefin. Other thermoplastics, ie plastics, which can be deformed under heat without decomposing, and which retain this shape after cooling, are also conceivable and possible according to the present invention.

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.In a next step, the heated film is transported to a forming station, which according to the present invention is a positive deep drawing tool 5 with up and down movable die stamping 3 and embossed stamp 1 , and a hold-down plate with movable up and down Matrizenaufnahme 4 and die 2 having.

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.The stamping recording 3 and the matrix holder 4 are movably designed to emboss the warm foil without further intermediate step directly after the application of the foil to the forming surface F of the positive deep-drawing die 5 to enable.

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.After transporting the heated film into the forming station, the heated film is over the positive thermoforming tool 5 pre-stretched by Vorblasluft and then by the hold-down device and with the help of vacuum to the forming surface F of the positive deep-drawing tool 5 created. Even while the film is warm it will then move in parallel by moving it to positive stamper 1 and negative template 2 embossed the positive image to be embossed into the film. This has the advantage that the embossing process can be carried out by utilizing the self-heat of the film.

Anschließend wird die Folie abgekühlt und danach Prägestempel 1 und Matrize 2 zurückgefahren und das fertige Folie entformt.Subsequently, the film is cooled and then die 1 and die 2 moved back and demolded the finished film.

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.During embossing, it should be noted that the distance between dies 1 and die 2 is correctly adhered to in order to allow a distortion-free embossing. According to the present invention, this distance during the embossing process by spacers 10 specified.

11
beheizter Prägestempel mit positivem Schriftzugheated dies with positive lettering
22
beheizter Matrize mit negativem Schriftzugheated Die with negative lettering
33
PrägestempelaufnahmeDie Recording
44
Matrizenaufnahmedie holder
55
Positiv-TiefziehwerkzeugPositive thermoforming mold
66
Unterwerkzeuglower tool
77
Dichtplattesealing plate
88th
NiederhaltereinrichtungHold-down device
99
NiederhalterplatteDown plate
1010
Abstandhalterspacer
1111
Aussparungrecess
AA
Bewegungsrichtungen des Prägestempelsdirections of movement of the stamp
BB
Bewegungsrichtungen der Matrizedirections of movement the matrix
FF
Oberfläche des UnterwerkzeugsSurface of the lower tool

Claims (9)

Verfahren zum Positiv-Prägen einer Folie während eines Tiefziehprozesses, welches folgenden Schritte aufweist. – Erwärmen einer thermoplastischen Folie auf ca. 190 °C in einer Heizstation; – Transportieren der erwärmten Folie in eine Verformstation; – Vorstrecken der erwärmten Folie in der Verformstation über einem Positiv-Tiefziehwerkzeug (5) mittels Vorblasluft; – Anlegen der erwärmten und vorgestreckten Folie an eine formgebende Oberfläche (F) des Positiv-Tiefziehwerkzeug (5) mittels Niederhaltereinrichtungen und Vakuum; – Parallel dazu Prägen der erwärmten und vorgestreckten Folie durch Aufeinanderzubewegen von positivem Prägestempel (1) und negativer Matrize (2); – Abkühlen der Folie; – Zurückfahren von Prägestempel (1) und Matrize (2); und – Entformen.A method of positively embossing a film during a thermoforming process, comprising the steps of: - Heating a thermoplastic film to about 190 ° C in a heating station; - Transporting the heated film in a deformation station; Pre-stretching the heated film in the forming station over a positive deep-drawing tool ( 5 ) by means of Vorblasluft; Applying the heated and pre-stretched film to a shaping surface (F) of the positive deep-drawing tool ( 5 ) by means of hold-down devices and vacuum; - In parallel embossing the heated and pre-stretched film by moving together positive stamp ( 1 ) and negative template ( 2 ); - cooling the film; - Return of embossing stamp ( 1 ) and die ( 2 ); and - demoulding. Verfahren zum Positiv-Prägen einer Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Prägestempel (1) und Matrize (2) während des Prägevorgangs durch Abstandhalter (10) vorgegeben wird.Method for the positive embossing of a film according to claim 1, characterized in that the distance between embossing dies ( 1 ) and die ( 2 ) during the embossing process by spacers ( 10 ) is given. Verfahren zum Positiv-Prägen einer Folie nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Prägen der Folie unter Ausnutzung der Eigenwärme der Folie durchgeführt wird.A process for the positive embossing of a film according to claim 1 or claim 2, characterized in that the embossing of Foil is made using the heat of the film. Vorrichtung zum Positiv-Prägen einer Folie während eines Tiefziehprozesses 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.Device for the positive embossing of a film during a deep-drawing process with a thermoforming tool ( 5 ) with a lower tool ( 6 ) and with a hold-down device ( 8th ), characterized in that the lower tool ( 6 ) an embossing stamp recording ( 3 ) with a positive stamp ( 1 ) having. Vorrichtung zum Positiv-Prägen einer Folie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltereinrichtung (8) eine Niederhalterplatte (9) mit Matrizenaufnahme (4) mit negativer Matrize (2) aufweist.A device for the positive embossing of a film according to claim 4, characterized in that the hold-down device ( 8th ) a hold-down plate ( 9 ) with matrix recording ( 4 ) with negative template ( 2 ) having. Vorrichtung zum Positiv-Prägen einer Folie nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltereinrichtung (8) Abstandshalter (10) aufweist.Device for the positive embossing of a film according to claim 4 or claim 5, characterized in that the hold-down device ( 8th ) Spacers ( 10 ) having. Vorrichtung zum Positiv-Prägen einer Folie nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Prägestempel (1) und/oder Matrize (2) beheizbar sind.Device for the positive embossing of a film according to one of claims 4 to 6, characterized in that stamping dies ( 1 ) and / or die ( 2 ) are heated. Vorrichtung zum Positiv-Prägen einer Folie nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Prägestempelaufnahme (3) und/oder Matrizenaufnahme (4) auf- und abbewegbar ausgelegt sind.Device for the positive embossing of a film according to one of claims 4 to 7, characterized in that embossing stamp recording ( 3 ) and / or matrix recording ( 4 ) are designed movable up and down. Vorrichtung zum Positiv-Prägen einer Folie nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Prägestempel (1) und/oder Matrize (2) austauschbar ausgelegt sind.Device for the positive embossing of a film according to one of claims 4 to 8, characterized in that stamping dies ( 1 ) and / or die ( 2 ) are designed to be interchangeable.
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