DE102008050564B4

DE102008050564B4 - Formwerkzeug und Verfahren zur Hochdruckumformung eines einlagigen oder mehrlagigen Schichtstoffes

Info

Publication number: DE102008050564B4
Application number: DE102008050564A
Authority: DE
Inventors: Curt Niebling
Original assignee: Individual
Current assignee: Niebling De GmbH
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2028-10-07
Also published as: WO2010031398A2; WO2010031398A3; DE102008050564A1

Abstract

Formwerkzeug (9)
zur Hochdruckumformung
eines einlagigen oder mehrlagigen Schichtstoffes (4),
mit einer ersten Formhälfte (10), die eine Druckglocke bildet, in die ein fluides Druckmittel, insbesondere Druckluft, unter einem Druckmitteldruck von 20 bar bis 300 bar einführbar ist, und
diese erste Formhälfte (10) eine umlaufende Dichtfläche (13) hat,
in der eine umlaufende Nut (16) ausgespart ist,
in die ein umlaufendes Dichtmittel (20, 30, 50) eingelegt ist, und
mit einer zweiten Formhälfte (60), an der oder in der sich eine Kontur (65, 65', 65'') befindet, oder in der sich ein einlegbarer und wieder herausnehmbarer Gegenstand befindet, der mit einer Kontur (65, 65', 65'') versehen ist,
an welche Kontur (65, 65', 65'') der mit dem fluiden Druckmittel beaufschlagte Schichtstoff (4) angeformt wird, und
diese zweite Formhälfte (60) eine umlaufende Auflagefläche (69) für den Schichtstoff (4) hat, und
diese zweite Formhälfte (60) eine von...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formwerkzeug zur Hochdruckumformung eines einlagigen oder mehrlagigen Schichtstoffes. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Hochdruckumformung eines einlagigen oder mehrlagigen Schichtstoffes, wobei dieses Verfahren mit Hilfe des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs durchgeführt wird.
Der einlagige Schichtstoff kann eine Kunststofffolie sein; vorzugsweise ist eine wenigstens teilweise bedruckte, metallisierte und/oder sonst wie beschichtete Folie vorgesehen. Als Folienmaterialien kommen beispielsweise Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat bzw. Poly(meth)acrylat (PMMA), Polyester (PE), Polyamid (PA), Polyarylsulfon (PSU) und Polyvinylchlorid (PVC) in Betracht.
Ein beispielhafter mehrlagiger Schichtstoff, der mittels isostatischer Hochdruckverformung zu einem dreidimensional verformten Folienelement umgeformt werden kann, ist aus dem Dokument DE 103 27 453 A1 bekannt. Hier wird ein Verbundsystem (Laminat) beschrieben, das für die Herstellung von digital dekorierten Kunststoffformteilen nach dem IMD-Verfahren eingesetzt werden kann, und das besteht aus:

A) einer thermoplastischen, lichtdurchlässigen Kunststofffolie mit einer Schichtdicke von 20 μm bis 1000 μm,
B) einer Primerschicht mit einer Schichtdicke von 0,5 μm bis 20 μm;
C) einer Farbschicht, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 0,5 μm bis 80 μm, auf Basis von Pigmenten und eines Bindemittels aus Kunststoff;
D) gegebenenfalls einer zweiten Primerschicht mit einer Schichtdicke von 0,5 μm bis 20 μm, die von B) verschieden sein kann;
E) einer Schicht aus einem thermoplastischen unter bestimmten Bedingungen hergestellten Polyurethan mit einer Härte von 55 bis 95 Shore A; und
F) einer thermoplastischen Kunststofffolie mit einer Schichtdicke von 20 μm bis 1000 μm, vorzugsweise von 50 μm bis 500 μm, die von (A) verschieden sein kann.

Dieses Verbundsystem wird vorzugsweise bei gemäßigten Temperaturen verformt, beispielsweise mit Hilfe des so genannten ”High-Pressure-Forming”-Verfahrens ( EP 0 371 425 B1 ). Vorzugsweise erfolgt die Verformung des Verbundsystems unterhalb der Erweichungstemperatur der Folie (A), so dass deren Texturierung erhalten bleibt und die Druckschicht nicht beeinträchtigt wird.
Ein alternativer mehrlagiger Schichtstoff kann aufgebaut sein, aus

– (A) einer zumindest teilweise transparenten Trägerfolie,
– (B) den Komponenten eines flächigen Elektrolumineszens-Elementes, einschließlich Elektrodenschicht, Isolationsschicht(en), einer Schicht mit einer, durch ein elektrisches Feld erregbaren Leuchtsubstanz, und einer Rückelektrodenschicht, und
– (C) einer Schutzschicht aus hochtemperaturbeständigem Schutzlack. Die Komponenten des Elektrolumineszens-Elementes bilden ein mit Hilfe von Wechselstrom betreibbares Dickfilm-AC-EL-Element, das typischerweise eine Schichtdicke von etwa 50 μm bis etwa 250 μm haben kann, zusammen mit der transparenten Trägerfolie (besonders bevorzugte Schichtdicke 150 μm bis 375 μm) kann hier der gesamte umzuformende mehrlagige Schichtstoff eine Schichtdicke von etwa 200 μm bis etwa 1500 μm aufweisen.

”Hochdruckumformung” meint hier, dass der anfänglich ebene Schichtstoff mit einem fluiden Druckmittel, das einen Druckmitteldruck von 20 bis 300 bar aufweist, unmittelbar und direkt beaufschlagt wird und innerhalb von 5 Sekunden, vorzugsweise schlagartig an eine vorgegebene Kontur angeformt wird; als solches fluides Druckmittel kommt insbesondere Druckluft in Betracht.
Mehr im Einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung ein Formwerkzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
ZUM STAND DER TECHNIK
Ein Formwerkzeug dieser Art ist aus dem im Jahre 1992 ausgegebenen Dokument DE 41 13 568 C1 bekannt. Das Formwerkzeug hat typischerweise eine erste, eine Druckglocke bildende Formhälfte und eine zweite Formhälfte, die das eigentliche Werkzeug enthält, an dessen Kontur der Schichtstoff angeformt werden soll. Eine beispielhafte Ausführungsform des dort beschriebenen Formwerkzeugs ist für eine Formfläche von ca. 240 cm² ausgelegt. Formfläche bezeichnet hier die vom Innenumfang des Rahmens der zweiten Formhälfte bzw. die vom Innenumfang des Rahmens der Mutterform dieser zweiten Formhälfte begrenzte Fläche. Die bekannte Formfläche von ca. 240 cm² ist mit Hilfe eines rechteckigen Rahmens erhalten worden, der Innenabmessungen von 200 mm × 120 mm aufgewiesen hat. Naturgemäß begrenzt diese Größe der Formfläche die maximale Abmessung der damit erzielbaren Tiefziehteile. Mit einer rechteckigen Formfläche mit Abmessungen von 200 mm × 120 mm lassen sich Tiefziehteile herstellen, die typischerweise eine maximale Abmessung, insbesondere Länge bis etwa 18 cm haben.
Es besteht ein Bedarf nach dreidimensional verformten Tiefziehteilen aus Kunststofffolien sowie ein Bedarf nach beschichteten Gegenständen, wie beispielsweise Trägerteilen, die eine ausgeprägt dreidimensionale Kontur haben und die mit den hier betrachteten Schichtstoffen beschichtet sind, und die je eine maximale Abmessung, beispielsweise Länge größer 20 cm haben, beispielsweise eine Länge gleich oder größer 36 cm aufweisen. Für die Erzeugung relativ großer Tiefziehteile dieser Art und relativ großer beschichteter Gegenstände dieser Art werden Formwerkzeuge der hier betrachteten Art benötigt, welche eine wesentlich größere Formfläche als ca. 240 cm² aufweisen, beispielsweise eine Formfläche von wenigstens 800 cm² und vorzugsweise eine noch größere Formfläche.
Bei dem aus dem Dokument DE 41 13 568 C1 bekannten, für eine Formfläche von ca. 240 cm² ausgelegten Formwerkzeug bildet das Dichtmittel, das die, eine Druckglocke bildende erste Formhälfte gegenüber dem zu verformenden Schichtstoff abdichtet, einen O-Ring, der in eine Nut mit halbkreisförmigem Querschnitt eingesetzt ist. Ein solcher O-Ring besteht typischerweise aus einer Rundschnur, die einen Durchmesser von etwa 3 mm bis 4 mm hat. Beim Versuch, die bekannte Presse und das bekannte Formwerkzeug so zu erweitern und auszulegen, dass eine Formfläche von wenigstens 800 cm² und vorzugsweise eine noch größere Formfläche realisiert wird, hat sich gezeigt, dass dies mit dem bekannten Dichtmittel in Form einer Rundschnur nicht möglich ist. Zur Realisierung einer Formfläche von wenigstens 800 cm² bei einem maximalen Formdruck von etwa 300 bar muss die Presse für eine Formschließkraft von wenigstens 2,4 Mega-Newton ausgelegt sein. Unter diesen gewaltigen Kräften treten am Gewölbe der Presse sowie am Formwerkzeug doch gewisse Verbiegungen und Verwölbungen auf, als deren Folge ein Druckmitteldruck von bis zu 300 bar eine mehr als 100 cm lange Rundschnur, die nur einen Durchmesser von etwa 3 mm bis 4 mm hat, aus der angepassten Nut pressen und treiben würde, weil diese Nut nur eine Tiefe von etwa 2 mm bis 3 mm hat.
Das Dokument DE 94 08 396 U1 offenbart eine Vorrichtung zum HF-Kaschieren von Verkleidungsteilen mit Vakuumunterstützung. „HF” steht hier für Hochfrequenz. Auf ein Trägerteil soll eine dekorative Folie aufkaschiert werden; das Endprodukt kann eine Tür-Innenverkleidung für ein Automobil sein. Für die dauerhafte Verbindung zwischen Trägerteil und Kunststofffolie sorgt ein Kaschierkleber, der mit Hilfe von HF-Energie aktivierbar ist. Die Vorrichtung bildet eine druckdicht verschließbare Form und hat ein Vorrichtungsunterteil bzw. unteres Formstück sowie ein Vorrichtungsoberteil bzw. oberes Formstück. Das zu kaschierende Trägerteil ist innerhalb der Form auf dem unteren Formstück abgestützt. Die Kaschierfolie wird mit Hilfe des, an die gewünschte Kontur angepassten oberen Formstückes gegen das Trägerteil gepresst Das obere Formstück ist gegenüber dem unteren Formstück verschieblich gehalten, und der Pressdruck wird dadurch aufgebracht, dass innerhalb der Form ein Vakuum erzeugt wird; hierdurch drückt der Umgebungsdruck das obere Formstück gegen das untere Formstück. Im Randbereich ist zwischen oberem Formstück und unterem Formstück eine Strangdichtung eingelegt, die einen im Wesentlichen quaderförmigen Querschnitt hat, von dessen Oberseite eine Dichtlippe absteht. Ausweislich der Darstellung nach 3 erstreckt sich diese Dichtlippe auf den Formhohlraum zu. Mit dieser Ausbildung und Anordnung kann nicht gewährleistet werden, dass der gegen den verminderten Druck (Vakuum) im Forminnenraum größere äußere Umgebungsdruck die Dichtlippe gegen das obere Formstück drückt, um die Dichtwirkung zu erhöhen und zu verbessern.
AUFGABE DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Davon ausgehend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Formwerkzeug der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, das eine Formfläche von wenigstens 800 cm² und gegebenenfalls eine noch größere Formfläche zur Verfügung stellt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Hochdruckumformung eines einlagigen oder mehrlagigen Schichtstoffes anzugeben, mit dem sich unter den Bedingungen des aus EP 0 371 425 B1 bekannten High-Pressure-Forming-Verfahrens dreidimensional verformte Tiefziehteile, bzw. eine dreidimensionale Kontur aufweisende und beschichtete Gegenstände erzeugen lassen, die je eine maximale lineare Abmessung insbesondere Länge gleich oder größer 20 cm haben, beispielsweise eine Länge gleich oder größer 36 cm aufweisen, vorzugsweise eine solche lineare Abmessung von wenigstens 60 cm oder noch größere lineare Abmessung aufweisen.
DIE ERFINDUNGSGEMÄSSE LÖSUNG DIESER AUFGABE
Die Aufgabe wird durch ein Formwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst.
Sofern hier mit einem Formwerkzeug dieser Art gearbeitet wird, das eine rechteckige Formfläche von wenigstens 800 cm² hat, dann können nach diesem Verfahren Tiefziehteile oder mit einem solchen Tiefziehteil beschichtete Gegenstände erzeugt werden, die eine maximale lineare Abmessung, insbesondere Länge bis zu etwa 36 cm aufweisen. Beispielsweise können hier nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Tiefziehteile oder beschichtete Gegenstände hergestellt werden, die eine Länge von etwa 20 cm bis 36 cm haben.
Mit einem Formwerkzeug dieser Art, das eine rechteckige Formfläche von wenigstens 2340 cm² hat, lassen sich nach diesem Verfahren Tiefziehteile oder beschichtete Gegenstände erzeugen, die eine maximale lineare Abmessung insbesondere Länge von etwa 60 cm aufweisen. In diesem Falle können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise Tiefziehteile oder beschichtete Gegenstände hergestellt werden, die eine Länge von etwa 36 cm bis 60 cm haben.
Sofern hier ein Formwerkzeug dieser Art verwendet wird, das eine rechteckige Formfläche von wenigstens 5000 cm² hat, dann können nach diesem Verfahren Tiefziehteile und beschichtete Gegenstände erzeugt werden, die eine maximale lineare Abmessung, insbesondere Länge bis zu etwa 96 cm aufweisen. Beispielsweise können hier nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Tiefziehteile oder beschichtete Gegenstände hergestellt werden, die eine Länge von etwa 60 cm bis 96 cm haben.
VORTEILHAFTE AUSGESTALTUNGEN
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Formwerkzeug hat wenigstens eine Formfläche von 800 cm² Eine rechteckige Formfläche von 800 cm² kann beispielsweise mit einem rechteckigen Rahmen der zweiten Formhälfte oder mit einem rechteckigen Rahmen der Mutterform der zweiten Formhälfte erhalten werden, der Innenabmessungen von 400 mm × 200 mm aufweist. Damit lassen sich Tiefziehteile oder beschichtete Gegenstände erzeugen, die eine maximale lineare Abmessung, hier insbesondere Länge bis zu etwa 36 cm haben.
Eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs hat eine Formfläche von 2340 cm². Diese Formfläche kann mit Hilfe eines rechteckigen Rahmens bereitgestellt werden, der Innenabmessungen von 650 mm × 360 mm aufweist. Damit lassen sich Tiefziehteile oder beschichtete Gegenstände erzeugen, die eine maximale lineare Abmessung, hier insbesondere Länge bis zu etwa 60 cm haben. Als solche Tiefziehteile oder beschichteten Gegenstände kommen insbesondere die mit Bedienelementen versehenen Blenden von Haushaltsgeräten, wie etwa Waschmaschine, Trockner, Spülmaschine, Kühlschrank, Mikrowelle (so genannte ”weiße Ware”) in Betracht, die häufig einem Rastermaß (Breite) von 60 cm entsprechen.
Eine andere alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs hat eine Formfläche von 5000 cm². Diese Formfläche kann mit Hilfe eines rechteckigen Rahmens bereitgestellt, der Innenabmessungen von 1000 mm × 500 mm aufweist. Damit lassen sich Tiefziehteile oder beschichtete Gegenstände erzeugen, die eine maximale lineare Abmessung, hier insbesondere Länge bis zu etwa 96 cm haben. Als solche Tiefziehteile oder beschichtete Gegenstände kommen beispielsweise großflächige Interieurteile, wie etwa Teile der Innenverkleidung, von Türen, von Türholmen, vom Armaturenbrett und sonstigen Bestandteile der Innenausstattung für Kraftfahrzeuge, und andere Fahrzeuge, Flugzeuge, Boote und dgl. in Betracht. Auch an die Oberflächen von Möbeln und die Gestaltung der Wandelemente von Aufenthaltsräumen ist hier zu denken.
Sofern das erfindungsgemäße Formwerkzeug eine rechteckige Formfläche hat, kann für diese rechteckige Formfläche ein Verhältnis von Länge:Breite von 1,8 bis 2,2:1 vorgesehen werden. Eine solche rechteckige Formfläche ist mit den verfügbaren Hochdruckpressen und Ausrüstungen kompatibel. Jedoch ist die Erfindung keinesfalls auf ein Formwerkzeug mit rechteckiger Formfläche beschränkt. Sofern es die Stückzahlen an umzuformendem Tiefziehteil oder an zu beschichtendem Gegenstand erlauben, kann eine an die Gestalt des Tiefziehteils bzw. zu beschichtendem Gegenstand angepasste Formfläche vorgesehen werden. Alternativ könnte auch eine kreisrunde oder ovale Formfläche vorgesehen werden. In allen diesen Fällen hat das erfindungsgemäße Formwerkzeug eine Formfläche von wenigstens 800 cm² oder eine noch größere Formfläche.
Weiterhin kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Nut eine im Querschnitt quadratische bis rechteckige Aussparung bildet, und der in diese Nut einsetzbare Körper der Profildichtung einen angepassten, im Wesentlichen quadratischen bis rechteckigen Querschnitt hat. Die Nut wird – abgesehen von den gekrümmten Abschnitten in den Eckenbereichen – typischerweise von ebenen Flächen begrenzt, etwa von einem ebenen Nutgrund und von dazu orthogonalen ebenen Nut-Seitenwänden. Typischerweise kann eine solche Nut – ausgehend von der Richtung der Dichtflächenebene – eine Tiefe von etwa 4 mm bis 8 mm, beispielsweise eine solche Tiefe von etwa 6 mm haben. Die zur Kaverne benachbarte Nut-Seitenwand kann eine etwas geringere Höhe haben und über eine Abschrägung in die Dichtfläche übergehen (vgl. 6).
Der in die Nut einsetzbare Körper wird begrenzt von zwei gegenüber angeordneten Seitenflächen, von einer, zum Nutgrund benachbarten Fußfläche und von einer gegenüber befindlichen Kopffläche. Von diesem Körper steht wenigstens eine erste einstückig angeformte Dichtlippe ab. Diese erste Dichtlippe kann einen keilförmigen Querschnitt haben, dessen Spitze fehlt, so dass die erste Dichtlippe hier ein stumpfes Ende aufweist. Beide, die innere Dichtlippenflanke und die äußere Dichtlippenflanke sind je eben ausgebildet und gerade ausgerichtet. Bei einer ersten Ausführungsform der strangförmigen Profildichtung entwickelt sich diese erste Dichtlippe im wesentlichen aus der Kopffläche des Körpers heraus (vgl. 6). Vorzugsweise ist hier vorgesehen, dass die innere Dichtlippenflanke der ersten Dichtlippe an dieser ersten Ausführungsform Profildichtung mit der Richtung der Dichtflächenebene einen Winkel (α) einschließt; vorzugsweise hat dieser Winkel (α) einen Wert von 20° bis 30°; noch weiter bevorzugt einen solchen Wert von etwa 26°. Die äußere Dichtlippenflanke kann dann mit der Richtung der Dichtflächenebene einen Winkel (β) einschließen; vorzugsweise hat dieser Winkel (β) einen Wert von 8° bis 16°; besonders bevorzugst einen solchen Wert von etwa 12°. Ausgehend von den üblichen Materialien für eine solche strangförmige Profildichtung weist eine solche Dichtlippe hohe Stabilität und ausreichende Flexibilität auf, um von dem anströmenden fluiden Druckmittel wirksam gegen den Schichtstoff gepresst zu werden, um so eine hohe und sichere Abdichtung der Druckglocke gegenüber dem Schichtstoff zu erzielen.
Eine Profildichtung dieser Art hat eine Höhe ”h”, die hier von der Fußfläche des in die Nut einsetzbaren Körpers bis zur entfernten Kante am stumpfen Ende der ersten Dichtlippe gemessen wird. Vorzugsweise hat bei dieser ersten Ausführungsform der Profildichtung diese Höhe ”h” einen Wert von 8 mm bis 12 mm, besonders bevorzugt ist hier eine solche Höhe ”h” von etwa 9 mm bis 10 mm. Auch wenn die umlaufende, strangförmige Profildichtung dieser Art eine Länge größer 100 cm hat, wird mit dieser Ausgestaltung und mit diesen Abmessungen eine gute Abdichtung der Druckglocke gegenüber den verschiedensten Schichtstoffen erzielt, und ein sicherer Sitz der strangförmigen Profildichtung in der umlaufenden Nut erhalten. Im Wesentlichen kann sich die gesamte Dichtfläche der ersten Formhälfte in Richtung der Dichtflächenebene erstrecken.
Bei einer abgewandelten, mehr bevorzugten Ausführungsform des Formwerkzeugs kann vorgesehen sein, dass die an der ersten Formhälfte befindliche Dichtfläche im Randbereich zwischen Nut und Kaverne der Druckglocke eine gegenüber der Richtung der Dichtflächenebene zurückgesetzte Stufe bildet. Beispielsweise kann die Ebene dieser Stufe um etwa 2 bis 5 mm, und vorzugsweise um etwa 3 mm gegenüber der Richtung der Dichtflächenebene zurückgesetzt sein. Es wird ein breiterer Spalt für das unter hohem Druck anströmende, auf die Dichtlippe treffende und diese verformende fluide Druckmittel geschaffen, und ferner wird mehr Freiraum für die Verformung der Dichtlippe geschaffen. Hierdurch kann die Anlage der Dichtlippe an dem Schichtstoff und die damit erzielte Abdichtung noch weiter gesteigert und verbessert werden.
Auch in diesem Falle kann die Nut – ausgehend von der Richtung der Dichtflächenebene – eine Tiefe von etwa 4 mm bis 8 mm haben, beispielsweise eine solche Tiefe von etwa 6 mm haben. Die Kavernen benachbarte Nut-Seitenwand hat dann eine geringere Höhe von etwa 2 mm bis 5 mm, beispielsweise eine solche Höhe von etwa 3 mm, weil die Nut hier von der zurückgesetzten Stufe begrenzt ist, die gegenüber der Richtung der Dichtflächenebene um etwa 2 bis 5 mm, beispielsweise um etwa 3 mm zurückgesetzt ist. Das unter hohem Druck anströmende fluide Druckmittel wird die in die Nut eingesetzte Profildichtung gegen die gegenüberliegende hohe Nut-Seitenwand drücken, die typischerweise eine Höhe von etwa 4 mm bis 8 mm hat. Eine solche Ausgestaltung erhöht die Sicherheit gegen ein unbeabsichtigtes Herausrutschen der Profildichtung aus der Nut, selbst wenn die strangförmige Profildichtung eine Länge größer 100 cm hat, und ein besonders hoher Druckmitteldruck bis zu etwa 300 bar angewandt wird.
Für diese abgewandelte Ausführungsform des Formwerkzeugs ist vorzugsweise auch eine abgewandelte zweite Ausführungsform der strangförmigen Profildichtung vorgesehen, bei welcher sich die erste Dichtlippe im wesentlichen aus dem Eckenbereich des in die Nut einsetzbaren Körpers heraus entwickelt, der von der Kopffläche und der zur Kaverne der Druckglocke benachbarten Seitenfläche des Körpers begrenzt ist (vgl. 7). Es wird mehr Raum für die Dichtlippe und deren Verformung geschaffen, was eine größere/längere Dichtlippe ermöglicht. Ferner wird mehr Raum für die Verformung der Dichtlippe durch das unter hohem Druck anströmende und auf die Dichtlippe treffende fluide Druckmittel geschaffen.
Auch diese zweite Ausführungsform der strangförmigen Profildichtung ist mit einer ersten Dichtlippe versehen, die vorzugsweise einen keilförmigen Querschnitt hat, dessen Spitze fehlt, so dass die erste Dichtlippe hier ein stumpfes Ende aufweist. Beide, die innere Dichtlippenflanke und die äußere Dichtlippenflanke sind je eben ausgebildet und gerade ausgerichtet. Hier ist vorzugsweise vorgesehen, dass die innere Dichtlippenflanke der ersten Dichtlippe an dieser zweiten Ausführungsform der Profildichtung mit der Richtung der Dichtflächenebene einen Winkel (α) einschließt; vorzugsweise hat dieser Winkel (α) einen Wert von 24° bis 36°; noch weiter bevorzugt einen solchen Wert von etwa 30°. Die äußere Dichtlippenflanke kann dann mit der Richtung der Dichtflächenebene einen Winkel (β) einschließen; vorzugsweise hat dieser Winkel (β) einen Wert von 10° bis 15°; besonders bevorzugt einen solchen Wert von etwa 12°. Ausgehend von den üblichen Materialien für eine solche strangförmige Profildichtung weist eine solche Dichtlippe hohe Stabilität und ausreichende Flexibilität auf, um von dem anströmenden fluiden Druckmittel wirksam gegen den Schichtstoff gepresst zu werden, um so eine hohe und sichere Abdichtung der Druckglocke gegenüber dem Schichtstoff zu erzielen.
Für diese zweite Ausführungsform der Profildichtung ist eine von der Fußfläche des in die Nut einsetzbaren Körpers bis zur entfernten Kante am stumpfen Ende der ersten Dichtlippe gemessenen Höhe ”h” vorgesehen, die vorzugsweise einen Wert von 6 mm bis 9 mm hat, besonders bevorzugt ist hier eine solche Höhe ”h” von etwa 7 mm bis 8 mm. Auch wenn die umlaufende, strangförmige Profildichtung dieser Art eine Länge größer 100 cm hat, wird mit dieser Ausgestaltung und mit diesen Abmessungen eine gute Abdichtung der Druckglocke gegenüber den verschiedensten Schichtstoffen erzielt, und ein sicherer Sitz der strangförmigen Profildichtung in der umlaufenden Nut erhalten.
Gut bewährt hat sich auch eine alternative Ausgestaltung der strangförmigen Profildichtung dieser Art. In diesem Falle ist eine dritte Ausführungsform der Profildichtung vorgesehen, bei welcher von dem in die Nut einsetzbaren Körper zusätzlich zu der ersten Dichtlippe eine zweite, einstückig angeformte Dichtlippe absteht, die im Abstand zur ersten Dichtlippe angeordnet ist, und die sich in die gleiche Richtung erstreckt, wie die erste Dichtlippe (vgl. 8). Auch diese zweite Dichtlippe hat vorzugsweise einen keilförmigen Querschnitt, dessen Spitze fehlt, und das so gebildete stumpfe Ende der zweiten Dichtlippe stützt sich an einer Schulter und/oder an Abstützflächen ab, die an der zurückgesetzten Stufe im Randbereich der Dichtfläche ausgebildet sind. Bei dieser dritten Ausführungsform der Profildichtung drückt das anströmende fluide Druckmittel nicht nur die erste Dichtlippe unter deren elastischer Verformung gegen den Schichtstoff, um dort eine gute Abdichtung zu erzielen, sondern das anströmende Druckmittel presst auch die zweite Dichtlippe gegen deren Abstützfläche(n), womit auch der Körper der Profildichtung in die Nut gepresst und damit insgesamt der Sitz dieser Profildichtung innerhalb der Nut noch weiter gesteigert wird.
Vorzugsweise hat auch diese zweite Dichtlippe einen keilförmigen Querschnitt, dessen Spitze fehlt, so dass die zweite Dichtlippe hier ein stumpfes Ende aufweist. Beide, die innere Dichtlippenflanke und die äußere Dichtlippenflanke der zweiten Dichtlippe sind je eben ausgebildet und gerade ausgerichtet. Ausgehend von einer solchen Ausgestaltung ist vorzugsweise vorgesehen, dass die innere Dichtlippenflanke der zweiten Dichtlippe an dieser Profildichtung mit der Richtung der Dichtflächenebene einen Winkel γ einschließt; vorzugsweise hat dieser Winkel (γ) einen Wert von 16° bis 24°; noch weiter bevorzugt einen solchen Wert von etwa 19° bis 20°. Mit ihrer äußeren Dichtlippenflanke liegt die zweite Dichtlippe an einer Abstützfläche, die an der zurückgesetzten Stufe im Randbereich der Dichtfläche ausgebildet ist. Mit dieser Ausgestaltung wird auch an der zweiten Dichtlippe eine innere Dichtlippenflanke geschaffen, die bezüglich der Richtung der Dichtflächenebene schräg ausgerichtet ist, so dass das anströmende und auf diese innere Dichtlippenflanke treffende fluide Druckmittel die zweite Dichtlippe elastisch verformt und gegen ihre Anlage an der Abstützfläche presst. Dies erhöht insgesamt den Sitz der Profildichtung in ihrer Nut.
Hier werden gute Ergebnisse erzielt, wenn die mit zwei Dichtlippen versehene Profildichtung eine Höhe ”h”, – gemessen von der Basisfläche des in die Nut eingesetzten Körpers, bis zur dazu entfernten Kante am stumpfen Ende der ersten Dichtlippe – hat und diese Höhe ”h” vorzugsweise einen Wert von 9 bis 12 mm hat; besonders bevorzugt ist hier eine solche Höhe ”h” mit einem Wert von etwa 10 bis 11 mm. In diesem Falle kann die hohe Nut-Seitenwand ein Höhe von etwa 8 mm bis 12 mm, beispielsweise eine solche Höhe von etwa 9 mm haben.
Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine strangförmige Profildichtung der vorstehend beschriebenen Art aus einem thermoplastischen Polyurethan-Elastomermaterial besteht. Ein besonders gut geeignetes Polyurethan-Elastomermaterial weist eine Shore-A-Härte von 90 bis 100 auf; besonders bevorzugt ist hier ein thermoplastisches Polyurethan-Elastomermaterial mit einer Shore-A-Härte von etwa 95. Eine strangförmige Profildichtung aus einem derartigen Polyurethan-Elastomermaterial weist einerseits die notwendige Steifigkeit auf, um einen stabilen Sitz in der Nut zu gewährleisten, und ist trotzdem in ausreichendem Maße elastisch verformbar, damit sich die erste Dichtlippe unter der Einwirkung des anströmenden fluiden Druckmittels eng und sicher an den Schichtstoff anschmiegt, um eine sichere Abdichtung der mit fluidem Druckmittel beaufschlagten Druckglocke gegenüber dem Schichtstoff zu gewährleisten.
Strangförmige Profildichtungen aus dem genannten Polyurethan-Elastomermaterial sind handelsüblich zugänglich und werden beispielsweise von SKF Economos Deutschland GmbH, Robert-Bosch-Straße 11, 74321 Bietigheim-Bissingen, DE vertrieben. Hier sind auch bestimmte, nach den Vorgaben des Kunden gestaltete strangförmige Profildichtungen erhältlich, wie etwa die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Profildichtungen.
Das erfindungsgemäße Formwerkzeug stellt eine Formfläche von wenigstens 800 cm² zur Verfügung. In diesem Falle kann für die beiden Formhälften je eine quaderförmige Gestalt vorgesehen sein, mit Außenabmessungen von etwa 420 mm × 220 mm. Die Nut an der Dichtfläche der ersten Formhälfte verläuft in einem Abstand von etwa 6 mm zum Rand dieser Dichtfläche benachbart zur Kaverne der Druckglocke. Die in die Nut eingesetzte Profildichtung bildet einen Strang mit geschlossenem Umfang; vorzugsweise hat dieser Umfang eine Länge im Bereich von etwa 100 bis 300 cm.
In diesem Falle weist die in die Nut eingesetzte strangförmige Profildichtung längs ihres Umfangs gerade und gekrümmte Abschnitte auf; die gekrümmten Abschnitte folgen vorzugsweise einem Krümmungsradius größer 3 cm. Um eine ursprüngliche gerade, relativ steife Profildichtung aus dem vorstehend genannten thermoplastischen Polyurethan-Material in eine gekrümmte Nut mit diesem Krümmungsradius einzusetzen, wird die Profildichtung vorher vorzugsweise erwärmt, beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich von etwa 40°C bis 50°C. Diese Erwärmung kann mit Hilfe von Heißluft erfolgen.
Nach ihrem Einsetzen in die Nut wird die strangförmige Profildichtung an ihren aneinander liegenden Stoßflächen verschweißt oder verklebt, um eine umlaufende und allseitig geschlossene Profildichtung zu erhalten. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Klebestelle an einer solchen strangförmigen Profildichtung auch nach mehr als 30.000 Druckbelastungen dicht und elastisch bleibt.
Typischerweise wird die strangförmige Profildichtung innerhalb der Nut fixiert. Dies kann formschlüssig mit Hilfe mechanisch wirkender Mittel (Hinterschnitt, Spannleiste und dgl.) erfolgen oder durch Verklebung. Als Klebemittel kommen hier beispielsweise so genannte Sekundenkleber auf der Basis von Cyanacrylaten in Betracht, gut geeignet ist hier beispielsweise ein von Kisling AG, Ringstrasse, 8137 Tegelswangen, SCHWEIZ unter der Handelsbezeichnung [ERGO 511]^® (= eingetragene Marke) vertriebener Sekundenkleber auf der Basis von Cyanacrylsäureethylester, der an Stahl eine Zugscherfestigkeit größer 17 N/mm² aufweist. Mehr bevorzugt ist die Fixierung durch Verklebung. Eine solche Fixierung verhindert, dass die nach einem Umformungsschritt an dem Schichtstoff anliegende Profildichtung beim Öffnen des Formwerkzeugs und voneinander Entfernen der beiden Formhälften aus der Nut heraus gezogen wird.
ZEICHNUNGEN
Nachstehend wird die Erfindung mehr im Einzelnen anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; die letzteren zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Formwerkzeug in geöffnetem Zustand;
2 das Formwerkzeug nach 1 in geschlossenem Zustand nach Durchführung einer isostatischen Hochdruckumformung;
3 eine schematische Längsschnittdarstellung einer Presse, in welcher das Formwerkzeug einsetzbar ist, um die Hochdruckumformung durchzuführen;
4 eine schematische Querschnittsdarstellung dieser Presse;
5 eine ausschnittsweise perspektivische Darstellung der Doppel-Kniehebel-Anordnung einer solchen Presse;
6 anhand einer schematischen Querschnittsdarstellung einen Ausschnitt aus 1 mit einer ersten Ausführungsform einer strangförmigen Profildichtung; und
7 anhand einer schematischen Querschnittsdarstellung einen Ausschnitt aus 1 mit einer zweiten Ausführungsform der strangförmigen Profildichtung; und
8 anhand einer schematischen Querschnittsdarstellung einen Ausschnitt aus 1 mit einer dritten Ausführungsform der strangförmigen Profildichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Als umzuformender, einlagiger oder mehrlagiger Schichtstoff können die bekannten, nach dem High-Pressure-Forming Verfahren umformbaren Schichtstoffe, Laminate und Verbundstoffe eingesetzt werden. Das Dokument EP 0 371 425 B1 nennt hier einlagige oder mehrlagige Folienanordnungen aus kaltreckbaren, thermoplastischen oder duroplastischen Folienmaterialien, insbesondere Polycarbonate (beispielsweise die von BAYER AG vertriebenen MAKROLON^®-Sorten), Polyester, insbesondere aromatische Polyester (beispielsweise Polyalkylenterephthalate), Polyamide (beispielsweise PA 6- oder PA 66-Sorten, hochfeste ”ARAMIDE-Folien” (ARAMIDE^® ist eine eingetragene Marke)); Polyimide (beispielsweise die unter der Handelsbezeichnung ”KAPTON” (KAPTON^® ist eine eingetragene Marke) vertriebenen Folien auf der Basis von Poly-(diphenyloxid-pyromellith-imid)) sowie Polyarylate, die sich hier gut bewährt haben und vorzugsweise angewandt werden.
Weiterhin können 0,02 mm bis 0,8 mm dicken Folien aus thermoplastischem Kunststoff zusammen mit einer 3 μm bis 50 μm dicken Farbschicht eingesetzt werden. Als geeignete Folienmaterialien werden hier unter anderem thermoplastische aromatische Polycarbonate, thermoplastische Polyarylsulfone, thermoplastische Celluloseester, thermoplastische Polyvinylchloride und thermoplastische Styrol–Acrylnitril-Copolymerisate angegeben. Die Farbschicht enthält typischerweise Pigmente, die in einem bestimmten Farbschichtträger auf Basis Polycarbonat dispergiert sind. Alle dort beschriebenen Materialien und Materialkombinationen können auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
Einlagige Schichtstoffe haben – zusammen mit einer Farbschicht und/oder einer Metallisierung – typischerweise eine Schichtdicke von etwa 40 μm bis 2000 μm, vorzugsweise eine Schichtdicke von etwa 150 μm bis 800 μm. Mehrlagige Schichtstoffe, Laminate und Verbundstoffe, einschließlich der eingangs genannten Verbundstoffe mit mehrschichtigem Elektrolumineszens-Element haben typischerweise eine Schichtdicke von etwa 60 μm bis etwa 2400 μm und vorzugsweise eine solche Schichtdicke von etwa 120 μm bis etwa 1200 μm; noch weiter bevorzugt sind hier Schichtdicken von etwa 150 μm bis etwa 375 μm.
Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Formwerkzeug 9 in geöffnetem Zustand; die 2 zeigt dieses Formwerkzeug 9 in geschlossenem Zustand nach Durchführung einer isostatischen Hochdruckumformung. Wie im Einzelnen aus den 1 und 2 ersichtlich, besteht das Formwerkzeug 9 im Wesentlichen aus einer ersten Formhälfte 10 und aus einer zweiten Formhälfte 60. Die erste Formhälfte 10 bildet eine Druckglocke und ist in einer Presse typischerweise oben angeordnet, so dass die offene Kaverne 17 der Druckglocke nach unten zeigt. Diese erste Formhälfte 10 hat einen abstehenden Halteflansch 11, der an einem umlaufenden Winkelprofil 89 gehalten ist, das seinerseits an einem oberen Formtisch 80 der Presse 70 angebracht ist. Die Kaverne 17 der Druckglocke wird von einem umlaufenden Steg 12 begrenzt, dessen Stirnfläche die umlaufende Dichtfläche 13 der ersten Formhälfte 10 bildet. Im wesentlichen kann sich der gesamte oder überwiegende Teil der Dichtfläche 13 in der Richtung ”d” der Dichtflächenebene erstrecken. ”Dichtflächenebene” bezeichnet hier und an anderer Stelle die Ebene der Dichtfläche 13. In dieser Dichtfläche 13 ist – in geringem Abstand zur Kaverne 17 der Druckglocke – eine umlaufende Nut 16 ausgespart. In diese Nut 16 ist eine umlaufende, strangförmige Profildichtung eingesetzt, die nachstehend mit Bezugnahme auf die 6, 7 und 8 näher erläutert ist. Bei einer abgewandelten Ausführungsform des Formwerkzeugs ist die Dichtfläche 13 an der ersten Formhälfte ebenfalls eben ausgebildet. Jedoch ist im Randbereich zwischen der Nut 16 und der Kaverne 17 eine gegenüber der Richtung ”d” der Dichtflächenebene zurückgesetzte Stufe 14 ausgebildet. Typischerweise ist diese Stufe 14 um etwa 2 mm bis 5 mm gegenüber der Richtung ”d” der Dichtflächenebene zurückgesetzt. Damit wird mehr Raum für das unter hohem Druck anströmende fluide Druckmittel geschaffen, das auf die Dichtlippe der Profildichtung treffen und diese verformen soll. Diese erste Formhälfte 10 begrenzt eine Kaverne 17, in welche ein Kanal 18 mündet, über den ein fluides Druckmittel zugeführt und wieder entfernt werden kann. Lediglich schematisch angedeutete Steuerorgane 19 regeln die Druckmittelversorgung. Das fluide Druckmittel kann eine erhöhte Temperatur aufweisen, insbesondere dann, wenn der zu verformende Schichtstoff bei der Beaufschlagung mit dem fluiden Druckmittel eine höhere Temperatur als die Umgebungstemperatur aufweist.
Dieses Formwerkzeug 9 hat eine zweite Formhälfte 60, die typischerweise unterhalb der ersten Formhälfte 10 angeordnet ist und sich auf einem unteren Formtisch 90 der Presse 70 abstützt. Zu dieser zweiten Formhälfte 60 gehört eine Tragplatte 61, eine Bodenplatte 63, und das eigentliche Werkzeug 64 mit den lediglich schematisch und beispielhaft angedeuteten Konturen 65, 65', 65''; sowie eine gefederte Mutterform 66, welche das Werkzeug 64 umschließt. Die Bodenplatte 63 kann vorzugsweise mit einer Heizeinrichtung ausgerüstet sein, die ihrerseits Heizdrähte und eine Regelungseinrichtung zur Temperaturkonstanthaltung aufweist. Damit kann die Temperatur der zweiten Formhälfte 60 an die Temperatur des Schichtstoffes 4 bei dessen Hochdruckumformung angepasst werden. Zwischen der Tragplatte 61 und der Bodenplatte 63 ist eine Lage aus wärme-isolierendem Material 62 angeordnet. Die Tragplatte 61 wird mit Hilfe der Winkelprofile 99 am unteren Formtisch 90 gehalten.
Die Mutterform 66 weist einen Rahmen 67 auf, der federnd auf Federn 68 abgestützt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform begrenzen und definieren die Innenabmessungen des Rahmens 67 die Formfläche des Formwerkzeugs 9. Die obere Stirnfläche des Rahmens 67 bildet eine Auflagefläche 69 für den Schichtstoff 4. Dieser anfänglich ebene Schichtstoff 4 wird typischerweise an einem rahmenartigen Träger 5 gehalten, beispielsweise einer Palette. Am Außenumfang des Rahmens 67 der Mutterform 66 kann eine umlaufende, nach außen offene Stufe 69' ausgespart sein, in welche die rahmenartige Aussparung des Trägers 5 einsetzbar ist. Auf diese Weise kann der Träger 5 gegenüber der zweiten Formhälfte 60 des Formwerkzeugs 9 zentriert werden, wodurch eine passgenaue Anordnung des Schichtstoffes 4 bezüglich der Konturen 65, 65' und 65” erhalten wird, an welche dieser Schichtstoff 4 angeformt werden soll.
Ein Formwerkzeug dieser Art ist in einer Presse angeordnet, die nachstehend mit Bezugnahme auf die 3, 4 und 5 erläutert wird.
Eine typische Presse 70 weist einen oberen Formtisch 80, einen unteren Formtisch 90 und ein Säulengestell mit vier vertikal ausgerichteten Säulen 71 auf, an welchem die Formtische 80, 90 geführt sind. Für ein erfindungsgemäßes Formwerkzeug 9, das wenigstens eine Formfläche von 800 cm² bereitstellt, ist typischerweise eine Anordnung gewählt, bei welcher die Säulen 71 an den Ecken eines Rechtecks angeordnet sind, das beispielsweise eine Länge von 750 mm und eine Breite von 580 mm hat. Jede Säule 71 ist am oberen Endabschnitt mit einem Außengewindeabschnitt 72 versehen. Jeder Formtisch 80, 90 ist in der Draufsicht im Wesentlichen rechteckig ausgebildet und weist erweitere Eckenbereiche auf, in welchen je eine durchgehende Bohrung 84, 94 ausgespart ist, durch welche je eine Säule 71 geführt ist. Jeder Formtisch 80, 90 weist je eine Tischplatte 81 und 91 auf, die an je einem Traggestell 82, 92 abgestützt ist, das seinerseits mehrere Tragholme 83, 93 aufweist. Wie insgesamt aus den 3 und 4 ersichtlich, ist für die Presse 70 eine schwere, massive Konstruktion vorgesehen, die erhebliche Kräfte aufnehmen und/oder ausüben kann. Für ein beispielhaftes Formwerkzeug 9, das eine Formfläche von wenigstens 800 cm² bereitstellt und das für einen maximalen Druck des fluiden Druckmittels von 300 bar ausgelegt ist, ist eine Presse vorgesehen, die mit Hilfe des noch zu erläuternden Antriebs eine Formschließkraft von wenigstens 2,4 Mega-Newton erzeugt.
Typischerweise ist der obere Formtisch 80 ist im Wesentlichen ortsfest angeordnet, kann jedoch zu Justierzwecken in geringem Umfang in vertikaler Richtung verstellt werden. Hierzu ist ein Kettengleichlauf vorgesehen. In die durchgehenden Bohrungen 84 am oberen Formtisch 80 ist je eine drehbar gehaltene Buchse 85 eingesetzt, die an ihrem Innenumfang mit einem Innengewindeabschnitt 86 versehen ist. Zusätzlich ist an jeder Buchse 85 ein Zahnkranz 87 befestigt. Eine motorisch angetriebene Kette 88 greift nacheinander in jeden Zahnkranz 87 ein und verursacht eine Drehung jeder Buchse 85 um den gleichen Betrag, was eine vertikale Verstellung des oberen Formtisches 80 längs der Gewindeabschnitte 75/86 bewirkt. Hierdurch kann der von der Schichtdicke des umzuformenden Schichtstoffes 4 abhängige Abstand zwischen der Dichtfläche 13 an der ersten Formhälfte 10 zur Auflagefläche 69 an der zweiten Formhälfte 60 in der Schließstellung des Formwerkzeugs 9 eingestellt werden.
Der untere Formtisch 90 ist vertikal verstellbar längs der Säulen 71 geführt. Der Aufbau des Antriebs 100 zur Verstellung des unteren Formtisches 90 ist insbesondere aus den 3 und 4 ersichtlich; hier zeigt die linke Darstellung von 3 die obere Totstellung der Formtischverstellung (Schließstellung), und die rechte Teildarstellung der 3 zeigt die untere Totstellung der Formtischverstellung (Freigabestellung).
Zu diesem Antrieb 100 gehören ein elektrisch betätigter Stirnrad-Getriebebremsmotor 101, der einen Kurbelantrieb 102 treibt. Die Kurbel 103 wirkt über ein Pleuel 104 auf ein verschiebliches Pleuellager 105, das an Führungsstäben 106 in vertikaler Richtung verschieblich geführt ist. Eine Doppel-Kniehebel-Anordnung 110 weist drei gelenkig miteinander verbundene Arme 111, 112 und 113 auf, die sämtlich an der gemeinsamen Kniehebelwelle 114 gelagert sind. Der erste Arm 111 erstreckt sich zwischen der Kniehebelwelle 114 und eine Welle 107 am Pleuellager 105. Der zweite Arm 112 erstreckt sich zwischen der Kniehebelwelle 114 und einer Stützwelle 108, die am Pressengestell abgestützt ist. Der dritte Arm 113 erstreckt sich zwischen der Kniehebelwelle 114 und einer Welle 115, die an den Tragholmen 93 des Hubgestells 92 des unteren Formtisches 90 abgestützt ist.
Wie aus der linken Teildarstellung nach 3 ersichtlich, erstrecken sich – in der oberen Totstellung der Kurbelbewegung – der erste Arm 111 im wesentlichen horizontal, und der zweite und dritte Arm 112 und 113 in vertikaler Richtung, parallel zu den Säulen 73 des Säulengestells. Der Stirnrad-Getriebebremsmotor kann exakt in dieser Stellung angehalten werden, welcher der Schließstellung des unteren Formtisches 90 entspricht. In dieser Stellung kann der Antrieb 100 einen besonders hohen Formdruck ausüben und/oder aufnehmen. Durch die sinusförmige Verstellung über Kurbelantrieb 102 und Doppel-Kniehebel-Anordnung 110 arbeitet der Antrieb 100 sehr leise, und der untere Formtisch 90 nimmt allmählich seine obere oder untere Endstellung beziehungsweise Totstellung ein. Die stärksten Kräfte wirken stets in vertikaler Richtung, parallel zu den Säulen 71, und eine Beschädigung der Säulen 71 und der Führungen 94 am unteren Formtisch wird sicher vermieden. Die gewünschte hohe Formschließkraft von etwa 3 bis 5 Mega-Newton und mehr kann mit einem Antrieb 100 erzielt werden, der vergleichsweise geringe Abmessungen aufweist. Durch entsprechende Ansteuerung des Motors 101 wird der untere Formtisch 90 so lange angehoben, bis er einen oberen Totpunkt erreicht hat und seine Schließstellung einnimmt; beziehungsweise so weit abgesenkt, bis der untere Formtisch 90 seinen unteren Totpunkt erreicht hat und eine Freigabestellung einnimmt. Exakt in diesen jeweiligen Endstellungen kann der Getriebebremsmotor 101 angehalten werden.
Für ein Formwerkzeug mit einer besonders hohen Formfläche von 5000 cm² oder größer kann ein abgewandelter Antrieb der Presse vorgesehen sein. Zur Erreichung der Schließstellung kann nicht nur der untere Formtisch angehoben werden, sondern gleichzeitig auch der obere Formtisch abgesenkt werden, bis eine der Schließstellung zugeordnete Arretierung der beiden Formtische in den jeweiligen Positionen erfolgt. Diese Ausgestaltung gewährleistet besonders hohe Formschließkräfte in einer Größenordnung von etwa 8 Mega-Newton.
An der Tischplatte 91 des unteren Formtisches 90 und an der Tischplatte 81 des oberen Formtisches 80 sind paarweise Winkelprofile 99, 89 angeordnet, die je eine Führungsnut begrenzen, in welche je ein Tragelement 12 der ersten Formhälfte 10 bzw. ein Tragelement 61 der zweiten Formhälfte 60 einschiebbar ist. Je eine – nicht dargestellte – Arretiervorrichtung sichert die eingeschobene Formhälfte 10 bzw. 60 in der vorgesehenen Anordnung. Die resultierende Einschubtechnik erlaubt einen schnellen Wechsel der Formhälften 10 bzw. 60 des Formwerkzeugs 9.
Im oberen Totpunkt der Verstellbewegung des unteren Formtisches 90 nimmt die zweite Formhälfte 60 des Formwerkzeugs 9 eine Schließstellung bezüglich der ersten Formhälfte 10 ein. Zum Erreichen dieser Schließstellung kann der innerhalb der Presse 70 befindliche Träger 5 für den Schichtstoff 4 geringfügig angehoben werden, beispielsweise um ca. 3 mm bis 4 mm, um bei Bedarf auch eine Positiv-Verformung des Schichtstoffes 4 durchzuführen. In dieser Schließstellung ist das Formwerkzeug 9 geschlossen, wie das mit 2 dargestellt ist. Die, die Mutterform 66 haltenden Federn 68 sind zusammengedrückt, und die untere Stirnfläche des Rahmens 67 der Mutterform 66 liegt an der Bodenplatte 63 an. Der von dem Träger 5 gehaltene Schichtstoff 4 befindet sich anfänglich in geringem Abstand oberhalb des Werkzeugs 64. Die Dichtfläche 13 der ersten Formhälfte 10 befindet sich in einem geringen Abstand von [Schichtdicke des Schichtstoffes plus 100 μm bis 1200 μm] zur Auflagefläche 69 an der Mutterform 66. Die in die Nut 16 eingesetzte Profildichtung sorgt für eine druckdichte Abdichtung zwischen der Dichtfläche 13 und dem Schichtstoff 4. Sofern ein fluides Druckmittel über den Kanal 18 in die Kaverne 17 eingeführt wird, trifft dieses Druckmittel auf die schräg gestellte innere Dichtlippenflanke 25 bzw. 35 an der ersten Dichtlippe 24 bzw. 34 der Profildichtung 20 bzw. 30 (vgl. nachstehende 6 und 7), verformt diese erste Dichtlippe 24 bzw. 34 elastisch und presst die so verformte erste Dichtlippe 24 bzw. 34 gegen die Oberfläche des Schichtstoffes 4. Auf diese Weise wird auch bei einer hohen Formfläche von wenigstens 800 cm² und einem hohen Druckmitteldruck bis zum 300 bar eine sichere Abdichtung der Druckglocke gegenüber dem Schichtstoff 4innerhalb der ersten Formhälfte 10 erhalten. Das in die Kaverne 17 eingeführte Druckmittel formt den Schichtstoff 4 innerhalb von 5 sec, vorzugsweise schlagartig an die Konturen 65, 65', 65” des Werkzeugs 64 an. Daraufhin wird mit Hilfe der Steuerorgane 19 die Kaverne 17 wieder entlastet, und der untere Formtisch 90 wird abgesenkt. Die Federn 68 heben die Mutterform 66 an, und der verformte Schichtstoff 4 wird vom Werkzeug 64 gelöst, bzw. der an einen, innerhalb der zweiten Formhälfte 60 befindlichen – nicht dargestellten – Gegenstand angeformte Schichtstoff wird zusammen mit diesem Gegenstand aus der zweiten Formhälfte 60 entnommen.
Nachstehend wird mit Bezugnahme auf die 6, 7 und 8 die strangförmige Profildichtung im Einzelnen erläutert, welche in die Nut 16 an der ersten Formhälfte 10 des Formwerkzeugs 9 eingesetzt ist. Die 6 zeigt – in vergrößertem Maßstab – einen Ausschnitt aus der 1, nämlich an der ersten Formhälfte 10 denjenigen Bereich, wo die Dichtfläche 13 in die Kaverne 17 übergeht und die Nut 16 ausgebildet ist. Bei dieser Ausgestaltung der ersten Formhälfte 10 erstreckt sich im wesentlichen die gesamte Dichtfläche 13 in der Richtung ”d” der Dichtflächenebene. In diese, eine im Querschnitt quadratische bis rechteckige Aussparung bildende Nut 16 ist eine erste Ausführungsform des Dichtmittels eingesetzt, nämlich die strangförmige Profildichtung 50. Diese Profildichtung 50 besteht aus einem in die Nut 16 einsetzbaren Körper 51, von dem wenigstens eine erste, einstückig angeformte Dichtlippe 54 absteht. Sofern die Nut 16 eine im Querschnitt quadratische bis rechteckige Aussparung bildet, hat auch dieser Körper 51 einen angepassten, im Wesentlichen quadratischen bis rechteckigen Querschnitt. Benachbart zum Nutgrund befindet sich am Körper 51 dessen Fußfläche 52. Die in die Nut einführbaren Kanten am Körper 21 können abgefast sein.
Die am Körper 51 einstückig angeformte erste Dichtlippe 54 entwickelt sich aus dessen Kopffläche 53 heraus und hat einen im Wesentlichen keilförmigen Querschnitt, dessen Spitze fehlt. Folglich hat diese erste Dichtlippe 54 dort ein stumpfes Ende 57 und wird ansonsten begrenzt von der inneren Dichtlippenflanke 55 sowie von der äußeren Dichtlippenflanke 56. Diese innere Dichtlippenflanke 55 schließt mit der Richtung ”d” der Dichtflächenebene einen Winkel α ein; vorzugsweise hat dieser Winkel α einen Wert von 20° bis 30°, besonders bevorzugt einen Wert von etwa 26°. Richtung ”d” der Dichtflächenebene meint hier und nachfolgend diejenige Richtung, in welcher sich die Ebene der Dichtfläche 13 erstreckt. Die äußere Dichtlippenflanke 56 schließt mit der Richtung ”d” der Dichtflächenebene einen Winkel β ein; vorzugsweise hat dieser Winkel β einen Wert im Bereich von 8° bis 16°; besonders bevorzugt einen Wert von etwa 12°.
Insbesondere diese Ausrichtung der inneren Dichtlippenflanke 55 ist bedeutsam, weil diese innere Dichtlippenflanke 55 bezüglich der Richtung ”d” der Dichtflächenebene schräg ausgerichtet ist, so dass das unter einem Druck von 20 bar bis 300 bar anströmende und auf die innere Dichtlippenflanke 55 treffende fluide Druckmittel die Dichtlippe 54 elastisch verformt und gegen den Schichtstoff 4 presst.
Diese strangförmige Profildichtung 50 hat eine – von der Fußfläche 52 am Körper 51 bis zur entfernten Kante am stumpfen Ende 57 der ersten Dichtlippe 54 gemessene – Höhe ”h”; vorzugsweise hat dies Höhe ”h” einen Wert von 8 mm bis 12 mm, besonders bevorzugt einen solchen Wert von etwa 9 mm bis 10 mm. Mit diesen Abmessungen wird eine ausreichende elastische Verformung der ersten Dichtlippe 54 an der ersten Ausführungsform der strangförmigen Profildichtung 50 erzielt.
Die 7 zeigt – in vergrößertem Maßstab – einen Ausschnitt aus der 1, nämlich an der ersten Formhälfte 10 denjenigen Bereich, wo die Dichtfläche 13 in die Kaverne 17 übergeht und die Nut 16 ausgebildet ist. Hier ist eine abgewandelte Ausführungsform der ersten Formhälfte 10 vorgesehen, bei welcher im Randbereich zwischen der Nut 16 und der Kaverne 17 eine gegenüber der Richtung ”d” der Dichtflächenebene zurückgesetzte Stufe 14 ausgebildet ist. In die Nut 16 ist eine zweite Ausführungsform des Dichtmittels eingesetzt, nämlich die strangförmige Profildichtung 20. Diese Profildichtung 20 besteht aus einem in die Nut 16 einsetzbaren Körper 21, von dem wenigstens eine erste, einstückig angeformte Dichtlippe 24 absteht. Sofern die Nut 16 eine im Querschnitt quadratische bis rechteckige Aussparung bildet, hat auch dieser Körper 21 einen angepassten, im Wesentlichen quadratischen bis rechteckigen Querschnitt. Benachbart zum Nutgrund befindet sich am Körper 21 dessen Fußfläche 22. Die in die Nut einführbaren Kanten am Körper 21 können abgefast sein.
Die am Körper 21 einstückig angeformte erste Dichtlippe 24 entwickelt sich im Wesentlichen aus dessen Eckenbereich heraus, der von dessen Kopffläche 23 und von dessen zur Kaverne 17 benachbarten Seitenfläche begrenzt ist. Diese erste Dichtlippe 24 hat einen im Wesentlichen keilförmigen Querschnitt, dessen Spitze fehlt. Folglich hat diese erste Dichtlippe 24 dort ein stumpfes Ende 27 und wird ansonsten begrenzt von der inneren Dichtlippenflanke 25 sowie von der äußeren Dichtlippenflanke 26. Diese innere Dichtlippenflanke 25 schließt mit der Richtung ”d” der Dichtflächenebene einen Winkel α ein; vorzugsweise hat dieser Winkel α einen Wert von 24° bis 36°; besonders bevorzugt einen Wert von etwa 30°. Richtung ”d” der Dichtflächenebene meint hier und nachfolgend diejenige Richtung, in welcher sich die Ebene der Dichtfläche 13 erstreckt. Die äußere Dichtlippenflanke 26 schließt mit der Richtung ”d” der Dichtflächenebene einen Winkel β ein; vorzugsweise hat dieser Winkel β einen Wert im Bereich von 10 bis 15°; besonders bevorzugt einen Wert von etwa 12°.
Insbesondere diese Ausrichtung der inneren Dichtlippenflanke 25 ist bedeutsam, weil diese innere Dichtlippenflanke 25 bezüglich der Richtung ”d” der Dichtflächenebene schräg ausgerichtet ist, so dass das unter einem Druck von 20 bar bis 300 bar anströmende und auf die innere Dichtlippenflanke 25 treffende fluide Druckmittel die Dichtlippe 24 elastisch verformt und gegen den Schichtstoff 4 presst.
Diese strangförmige Profildichtung 20 hat eine – von der Fußfläche 22 am Körper 21 bis zur entfernten Kante am stumpfen Ende 27 der ersten Dichtlippe 24 gemessene – Höhe ”h”; vorzugsweise hat dies Höhe ”h” einen Wert von 6 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt einen solchen Wert von 8 mm bis 9 mm. Mit diesen Abmessungen wird eine ausreichende elastische Verformung der ersten Dichtlippe 24 erzielt.
Die 8 entspricht im Wesentlichen der vorstehend erläuterten 7; abweichend zeigt die 8 eine Ausführungsform, bei welcher in die Nut 16 eine dritte Ausführungsform des Dichtmittels eingesetzt ist, nämlich die strangförmige Profildichtung 30, die zusätzlich zu einer ersten Dichtlippe 34 eine zweite Dichtlippe 44 aufweist.
Die 8 zeigt – in vergrößertem Maßstab – einen Ausschnitt aus der 1, nämlich an der ersten Formhälfte 10 denjenigen Bereich, wo die Dichtfläche 13 in die Kaverne 17 übergeht und die Nut 16 ausgebildet ist. Diese Nut 16 bildet eine im Querschnitt quadratische bis rechteckige Aussparung. Im Randbereich zwischen der Nut 16 und der Kaverne 17 ist eine gegenüber der Richtung ”d” der Dichtflächenebene zurückgesetzte Stufe 14 ausgebildet. In dieser zurückgesetzten Stufe 14 kann nochmals eine treppenförmige Abstufung ausgebildet sein, so dass die Schulter 15 resultiert. In die Nut 16 ist eine dritte Ausführungsform des Dichtmittels eingesetzt, nämlich die strangförmige Profildichtung 30. Diese Profildichtung 30 besteht aus einem in die Nut 16 einsetzbaren Körper 31, von dem eine erste, einstückig angeformte Dichtlippe 34 absteht, sowie zusätzlich eine zweite, einstückig angeformte Dichtlippe 44 absteht, die im Abstand zur ersten Dichtlippe 34 angeordnet ist, und sich in die gleiche Richtung erstreckt, wie die erste Dichtlippe 34. Sofern die Nut 16 eine im Querschnitt quadratische bis rechteckige Aussparung bildet, hat auch dieser Körper 31 einen angepassten, im wesentlichen quadratischen bis rechteckigen Querschnitt. Benachbart zum Nutgrund befindet sich am Körper 31 dessen Basisfläche 32. Die in die Nut einführbaren Kanten am Körper 31 können abgefast sein.
Die am Körper 31 einstückig angeformte erste Dichtlippe 34 entwickelt sich im Wesentlichen aus dessen Eckenbereich heraus, der von dessen Kopffläche 33 und von dessen, zur Kaverne 17 benachbarten Seitenfläche begrenzt ist. Diese erste Dichtlippe 34 hat einen im Wesentlichen keilförmigen Querschnitt, dessen Spitze fehlt. Folglich hat diese erste Dichtlippe 34 dort ein stumpfes Ende 37 und wird ansonsten begrenzt von der inneren Dichtlippenflanke 35 sowie von der äußeren Dichtlippenflanke 36. Diese innere Dichtlippenflanke 35 schließt mit der Richtung ”d” der Dichtflächenebene einen Winkel α ein; vorzugsweise hat dieser Winkel α einen Wert von 24° bis 36°, besonders bevorzugt einen Wert von etwa 30°. Die äußere Dichtlippenflanke 36 schließt mit der Richtung ”d” der Dichtflächenebene einen Winkel β ein; vorzugsweise hat dieser Winkel β einen Wert im Bereich von 10° bis 15°; besonders bevorzugt einen Wert von etwa 12°.
Die zweite Dichtlippe 44 entwickelt sich aus der zur Kaverne 17 benachbarten Seitenfläche des Körpers 31 heraus. Auch diese zweite Dichtlippe 44 hat einen keilförmigen Querschnitt, dessen Spitze fehlt. Folglich hat diese zweite Dichtlippe 44 dort ein stumpfes Ende 47 und wird ansonsten begrenzt von der inneren Dichtlippenflanke 45 sowie von der äußeren Dichtlippenflanke 46. Diese innere Dichtlippenflanke 45 schließt mit der Richtung ”d” der Dichtflächenebene einen Winkel γ ein; vorzugsweise hat dieser Winkel γ einen Wert von 16° bis 24°; besonders bevorzugt einen Wert von etwa 19° bis 20°. Das stumpfe Ende 47 dieser zweiten Dichtlippe 44 kann sich an der Schulter 15 oder an der zurückgesetzten Stufe 14 abstützen, die im Randbereich der Dichtfläche 13 ausgebildet ist. Ferner liegt die äußere Dichtlippenflanke 46 auf der verbleibenden Anlagefläche bis zur Schulter 15 oder bis zur zurückgesetzten Stufe 14 auf. Diese Anlagefläche bildet eine Abstützfläche für die zweite Dichtlippe 44.
Auch für diese dritte Ausführungsform der Profildichtung 30 ist die Ausrichtung der inneren Dichtlippenflanke 35 an der ersten Dichtlippe 34, sowie die Ausrichtung der inneren Dichtlippenflanke 45 an der zweiten Dichtlippe 44 bedeutsam. Beide inneren Dichtlippenflanken 35 und 45 sind bezüglich der Richtung ”d” der Dichtflächenebene schräg ausgerichtet, so dass das unter einem Druck von 20 bar bis 300 bar anströmende und auf diese inneren Dichtlippenflanken 35 und 45 treffende fluide Druckmittel diese Dichtlippen 34 und 44 elastisch verformt; hierbei wird die erste Dichtlippe 34 gegen den Schichtstoff 4 gepresst; und die zweite Dichtlippe 44 wird gegen ihre Abstützfläche an der zurückgesetzten Stufe 14 und an die Schulter 15 gepresst, womit auch der Körper 31 dieser Profildichtung 30 in die Nut 16 gepresst wird, und der Sitz dieses Körpers 31 innerhalb der Nut 16 gesteigert und gesichert wird.
Diese strangförmige Profildichtung 30 hat eine – von der Basisfläche 32 am Körper 31 bis zur dazu entfernten Kante am stumpfen Ende 37 der ersten Dichtlippe 34 gemessene – Höhe ”h”; diese Höhe ”h” hat vorzugsweise einen Wert von 9 bis 12 mm; besonders bevorzugt einen Wert von 10 bis 11 mm.
Der anfänglich ebene Schichtstoff 4 wird typischerweise in Form einzelner Stücke eingesetzt. Solche Stücke können einzeln von Hand in das geöffnete Formwerkzeug 9 eingelegt werden. Alternativ kann je ein Stück Schichtstoff 4 an einem rahmenartigen Träger 5 angebracht werden und zusammen mit diesem Träger 5 in das geöffnete Formwerkzeug 9 eingeschoben werden. Der Träger 5 kann dann längs seiner Innenaussparung an der umlaufenden Stufe 69' abgesetzt werden, die am Außenumfang des Rahmens 67 der Mutterform 66 ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine exakte Positionierung des am Träger 5 gehaltenen Schichtstoffes 4 bezüglich der Konturen 65, 65', 65'' am Werkzeug 64 in der zweiten Formhälfte 60 erreicht werden. Ein solcher, den zu verformenden Schichtstoff 4 haltender Träger 5 kann mit Hilfe eines – nicht dargestellten – Schlittens transportiert werden, der einerseits zwischen einer Auflagestation, wo der anfänglich ebene Schichtstoff 4 auf den Träger 5 aufgelegt wird sowie einer Entnahmestation, wo der verformte Schichtstoff bzw. der mit dem Schichtstoff beschichtete Gegenstand von dem Träger 5 entfernt wird und andererseits der Anlage an der zweiten Formhälfte 60 hin- und herbewegt werden. Alternativ kann der rahmenförmige Träger 5 eine Palette sein, und eine Vielzahl solcher Paletten kann mit Hilfe eines endlosen, umlaufenden Kettenförderers durch die verschiedenen Stationen geführt werden, wie das im Einzelnen in dem Dokument DE 41 13 568 C1 beschrieben ist.
Nach Einführung des Schichtstoffes 4 in das geöffnete Formwerkzeug 9 und Schließen der beiden Formhälften 10 und 60 kann die Umformung des ebenen Schichtstoffes 4 und Anformung an die in der zweiten Formhälfte 60 vorhandenen Konturen 65, 65', 65'' nach dem in der Fachwelt gut bekannten Verfahren der Hochdruckverformung erfolgen; dieses Verfahren ist mehr im Einzelnen in dem Dokument EP 0 371 425 B1 beschrieben. Wie dort im Einzelnen ausgeführt, kann der Schichtstoff 4 zum Zeitpunkt der Beaufschlagung mit dem fluiden Druckmittel eine höhere Temperatur aufweisen. Nach dem Dokument EP 0 371 425 B1 wird kaltreckbares Folienmaterial bei eine Arbeitstemperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des Folienmaterials mit Hilfe eines fluiden Druckmittels unmittelbar und direkt beaufschlagt und isostatisch verformt. Diese Verformung kann beispielsweise bei einer Arbeitstemperatur zwischen 80 C und 130°C durchgeführt werden. Sofern ein Schichtstoff auf der Basis Polycarbonat (PC) vorgesehen ist, kann die isostatische Umformung auch unter Bedingungen vorgenommen werden, bei welcher wenigstens eine Seite des gesamten Folienabschnitts oder des überwiegenden Teils des Folienabschnitts eine Folienoberflächentemperatur im Bereich von 180°C bis 200°C aufweist; wahlweise können einzelne ausgewählte Folienstücksegmente sogar eine noch höhere Temperatur aufweisen, welche diese Folienoberflächentemperatur um wenigstens 3°C und um nicht mehr als 10°C übersteigt. Sofern ein Schichtstoff auf Basis Polymethylmethacrylat oder Poly(meth)acrylat (PMMA) vorgesehen ist, kann diese isostatische Umformung auch unter Bedingungen vorgenommen werden, bei welcher wenigstens eine Seite des gesamten Folienabschnitts oder des überwiegenden Teils des Folienabschnitts eine Folienoberflächentemperatur im Bereich von 130°C bis 150°C aufweist; auch in diesem Falle können wahlweise einzelne ausgewählte Folienstücksegmente sogar eine noch höhere Temperatur aufweisen, welche diese Folienoberflächentemperatur um wenigstens 3°C und um nicht mehr als 10°C übersteigt.
Mit der ausdrücklichen Bezugnahme auf die Dokumente DE 41 13 568 C1 , EP 03 71 425 B1 und DE 10 2007 046 472 A1 soll deren Inhalt – soweit zum Verständnis der vorliegenden Erfindung hilfreich – auch zum Bestandteil der hier vorliegenden Anmeldungsunterlagen gemacht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung
eines tiefgezogenen Kunststoff-Formteils bzw. Tiefziehteils oder
eines, eine dreidimensionale Kontur aufweisendes und mit
einem solchen Tiefziehteil beschichteten Gegenstandes,
wobei ein einlagiger oder mehrlagiger, anfänglich ebener Schichtstoff
in einem Formwerkzeug,
das eine erste, eine Druckglocke bildende Formhälfte und
das eine zweite Formhälfte aufweist,
an der sich oder in der sich eine Kontur befindet, oder
in der sich ein einlegbarer und wieder herausnehmbarer
Gegenstand befindet, der mit einer dreidimensionalen Kontur versehen ist,
mit einem fluiden Druckmittel, insbesondere Druckluft
unter einem Druckmitteldruck von 20 bar bis 300 bar
unmittelbar und direkt beaufschlagt wird und
innerhalb einer Zeitspanne kleiner 5 Sekunden isostatisch
an diese Kontur angeformt wird,
ist dadurch gekennzeichnet, dass
mit dem vorstehend beschriebenen Formwerkzeug gearbeitet wird,
das eine Formfläche von wenigstens 800 cm² aufweist und mit der vorstehend beschriebenen, bestimmten, strangförmigen Profildichtung ausgerüstet ist.
Bei diesem Verfahren strömt ein Teil des in die Kaverne eingeführten und den Schichtstoff verformenden fluiden Druckmittels auch gegen das Dichtmittel strömt, das eine strangförmige Profildichtung bildet, die einen in die Nut einsetzbaren Körper hat, von dem wengistens eine erste, einstückig angeformte Dichtlippe absteht, die von einer inneren Dichtlippenflanke sowie von einer äußeren Dichtlippenflanke begrenzt ist.
Diese Profildichtung ist so in die Nut eingesetzt, dass

– sich diese erste Dichtlippe in einer auf die Druckglocke zu führenden Richtung erstreckt; und
– die innere Dichtlippenflanke bezüglich der Richtung der Dichtflächenebene schräg ausgerichtet ist, so dass das anströmende und auf die innere Dichtlippenflanke treffende fluide Druckmittel die erste Dichtlippe elastisch verformt und gegen den Schichtstoff presst.

Insgesamt wird dieses Verfahren unter den bekannten Bedingungen der Hochdruckumformung (= High-Pressure-Forming) durchgeführt. Hinsichtlich dieser bekannten Verfahrensbedingungen wird auf die vorstehend genannten Dokumente verwiesen, so dass sich hier eine erneute Beschreibung dieser Verfahrungsbedingungen erübrigt.
Im Falle der Umformung einlagiger, gegebenenfalls mit einer Farbschicht und/oder einer Metallisierung versehener Schichtstoffe, die eine Schichtdicke von 40 μm bis 2000 μm aufweisen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass in der Schließstellung des Formwerkzeugs die Dichtfläche an der ersten Formhälfte in einem Abstand von 90 μm bis 3200 μm zur Auflagefläche an der zweiten Formhälfte angeordnet wird.
Alternativ kann bei der Umformung mehrlagiger Schichtstoffe, beispielsweise auch mit einem flächigen Elektrolumineszenz-Element versehener Schichtstoffe, die eine Schichtdicke von 60 μm bis 2400 μm aufweisen, vorzugsweise vorgesehen werden, dass in der Schließstellung des Formwerkzeugs die Dichtfläche an der ersten Formhälfte in einem Abstand 110 μm bis 3600 μm zur Auflagefläche an der zweiten Formhälfte angeordnet wird, sofern hier mit einem Formwerkzeug der vorstehend beschriebenen Art gearbeitet wird, das eine rechteckige Formfläche von wenigstens 800 cm² hat, können nach diesem Verfahren tiefgezogene Kunststoff-Formteile oder eine dreidimensionale Kontur aufweisende und mit einem solchen Kunststoff-Formteil beschichtete Gegenstände hergestellt werden, die je eine Länge von etwa 20 cm bis 36 cm haben.
Sofern hier mit einem Formwerkzeug der vorstehend beschriebenen Art gearbeitet wird, das eine rechteckige Formfläche von wenigstens 2340 cm² aufweist, können nach diesem Verfahren tiefgezogene Kunststoff-Formteile oder eine dreidimensionale Kontur aufweisende und mit einem solchen Kunststoff-Formteil beschichtete Gegenstände hergestellt werden, die je eine Länge von etwa 36 cm bis 60 cm aufweisen.
Sofern hier mit einem Formwerkzeug der oben beschriebenen Art gearbeitet wird, das eine rechteckige Formfläche von wenigstens 5000 cm² aufweist, können nach diesem Verfahren tiefgezogene Kunststoff-Formteile oder eine dreidimensionale Kontur aufweisende und mit einem solchen Kunststoff-Formteil beschichtete Gegenstände hergestellt werden, die je eine Länge von etwa 60 cm bis 96 cm aufweisen.
Bei Bedarf könnten auch erfindungsgemäße Formwerkzeuge bereitgestellt werden, die eine Formfläche, insbesondere eine rechteckige Formfläche je größer als 5000 cm² aufweisen. Mit solchen Formwerkzeugen könnten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch tiefgezogene Kunststoff-Formteile oder eine dreidimensionale Kontur aufweisende und mit einem solchen Kunststoff-Formteil beschichtete Gegenstände hergestellt werden, die je eine maximale lineare Abmessung größer als 96 cm aufweisen.

Claims

Formwerkzeug (9) zur Hochdruckumformung eines einlagigen oder mehrlagigen Schichtstoffes (4), mit einer ersten Formhälfte (10), die eine Druckglocke bildet, in die ein fluides Druckmittel, insbesondere Druckluft, unter einem Druckmitteldruck von 20 bar bis 300 bar einführbar ist, und diese erste Formhälfte (10) eine umlaufende Dichtfläche (13) hat, in der eine umlaufende Nut (16) ausgespart ist, in die ein umlaufendes Dichtmittel (20, 30, 50) eingelegt ist, und mit einer zweiten Formhälfte (60), an der oder in der sich eine Kontur (65, 65', 65'') befindet, oder in der sich ein einlegbarer und wieder herausnehmbarer Gegenstand befindet, der mit einer Kontur (65, 65', 65'') versehen ist, an welche Kontur (65, 65', 65'') der mit dem fluiden Druckmittel beaufschlagte Schichtstoff (4) angeformt wird, und diese zweite Formhälfte (60) eine umlaufende Auflagefläche (69) für den Schichtstoff (4) hat, und diese zweite Formhälfte (60) eine von der ersten Formhälfte (10) entfernte Freigabestellung einnehmen kann sowie eine zur ersten Formhälfte (10) benachbarte Schließstellung einnehmen kann, in dieser Freigabestellung der Schichtstoff (4) in einer, die beiden Formhälften (10 und 60) voneinander trennenden Weise zwischen den beiden Formhälften (10, 60) einbringbar ist, und in dieser Schließstellung – die Dichtfläche (13) an der ersten Formhälfte (10) in einem Abstand von [Schichtdicke des umzuformenden Schichtstoffes (4) plus 50 μm bis 1.200 μm] zur Auflagefläche (69) an der zweiten Formhälfte (60) angeordnet ist, – der zwischen die beiden Formhälften (10, 60) eingebrachte Schichtstoff (4) an der Auflagefläche (69) anliegt, und – das Dichtmittel (20, 30, 50) zwischen dem Schichtstoff (4) und der Dichtfläche (13) abdichtet, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (9) wenigstens eine Formfläche von 800 cm² hat; das Dichtmittel eine strangförmige Profildichtung (20, 30, 50) ist, die einen in die Nut (16) einsetzbaren Körper (21, 31, 51) hat, von dem wenigstens eine erste, einstückig angeformte Dichtlippe (24, 34, 54) absteht, die von einer inneren Dichtlippenflanke (25, 35, 55) sowie von einer äußeren Dichtlippenflanke (26, 36, 56) begrenzt ist; und diese Profildichtung (20, 30, 50) so in die Nut (16) eingesetzt ist, dass – sich diese erste Dichtlippe (24, 34, 54) in einer auf die Druckglocke zu führenden Richtung erstreckt; und – die innere Dichtlippenflanke (25, 35, 55) bezüglich der Richtung (d) der Dichtflächenebene schräg ausgerichtet ist, so dass das anströmende und auf die innere Dichtlippenflanke (25, 35, 55) treffende fluide Druckmittel die erste Dichtlippe (24, 34, 55) elastisch verformt und gegen den Schichtstoff (4) presst.
Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (9) wenigstens eine Formfläche von 2340 cm² hat.
Formwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (9) wenigstens eine Formfläche von 5000 cm² hat.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (9) eine rechteckige Formfläche hat, die ein Verhältnis von Länge:Breite von 1,8 bis 2,2:1 aufweist.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (16) eine im Querschnitt quadratische bis rechteckige Aussparung bildet; und der in diese Nut (16) einsetzbare Körper (21, 31) der Profildichtung (20, 30) einen angepassten, im Wesentlichen quadratischen bis rechteckigen Querschnitt hat.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profildichtung (50) einen in die Nut (16) einsetzbaren Körper (51) hat, der teilweise von einer Kopffläche (53) begrenzt ist; und an diesem Körper (51) eine erste Dichtlippe (54) einstückig angeformt ist, die sich im Wesentlichen über diese Kopffläche (53) heraus entwickelt.
Formwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Dichtlippenflanke (55) der ersten Dichtlippe (54) an der Profildichtung (50) mit der Richtung (d) der Dichtflächenebene einen Winkel (α) einschließt; und dieser Winkel (α) einen Wert im Bereich von 20° bis 30° hat.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Dichtfläche (13) an der ersten Formhälfte (10) eben ausgebildet ist; und im Randbereich zwischen der Nut (16) und der Kaverne (17) der Druckglocke eine gegenüber der Richtung (”d”) der Dichtflächenebene zurückgesetzte Stufe (14) ausgebildet ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Dichtlippenflanke (25, 35) der ersten Dichtlippe (24, 34) an der Profildichtung (20, 30) mit der Richtung (d) der Dichtflächenebene einen Winkel (α) einschließt; und dieser Winkel (α) einen Wert im Bereich von 26° bis 33° hat.
Formwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Dichtlippenflanke (26, 36) der ersten Dichtlippe (24, 34) an der Profildichtung (20, 30) mit der Richtung (d) der Dichtflächenebene einen Winkel (β) einschließt; und dieser Winkel (β) einen Wert im Bereich von 10° bis 15° hat.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der ersten Dichtlippe (24) versehene Profildichtung (20) eine Höhe (h) – gemessen von der Fußfläche (22) des in die Nut (16) einsetzbaren Körpers (21) bis zur entfernten Kante am stumpfen Ende (27) der ersten Dichtlippe (24) – aufweist; und diese Höhe (h) einen Wert im Bereich von 6 mm bis 10 mm hat.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Profildichtung (30) zusätzlich zu der ersten Dichtlippe (34) eine zweite Dichtlippe (44) aufweist; und diese zweite Dichtlippe (44) einstückig an dem in die Nut (16) einsetzbaren Körper (31) der Profildichtung (30) angeformt ist, im Abstand zur ersten Dichtlippe (34) angeordnet ist und sich in die gleiche Richtung erstreckt, wie die erste Dichtlippe (34).
Formwerkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtlippe (44) der Profildichtung (30) von einer inneren Dichtlippenflanke (45) und von einer äußeren Dichtlippenflanke (46) begrenzt ist; und diese innere Dichtlippenflanke (45) mit der Richtung (d) der Dichtflächenebene einen Winkel (γ) einschließt, und dieser Winkel (γ) einen Wert im Bereich von 16° bis 24° hat.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mit zwei Dichtlippen (34, 44) versehene Profildichtung (30) eine Höhe (h) – gemessen von der Fußfläche (32) des in die Nut (16) einsetzbaren Körpers (31) bis zur entfernten Kante am stumpfen Ende (37) der ersten Dichtlippe (34) – aufweist; und diese Höhe (h) einen Wert im Bereich von 9 bis 12 mm hat.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Nut (16) eingesetzte Profildichtung (20, 30, 50) einen Strang mit geschlossenem Umfang bildet; und dieser Umfang eine Länge im Bereich von 100 cm bis 300 cm hat.
Formwerkzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Nut (16) eingesetzte Profildichtung (20, 30, 50) längs ihres Umfangs gerade und gekrümmte Abschnitte aufweist; und die gekrümmten Abschnitte einen Krümmungsradius größer 3 cm folgen.
Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die strangförmige Profildichtung (20, 30, 50) aus einem thermoplastischen Polyurethan-Elastomermaterial besteht.
Formwerkzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan-Elastomermaterial eine Shore-A-Härte von 90 bis 100 aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines tiefgezogenen Kunststoff-Formteils bzw. Tiefziehteils oder eines, eine dreidimensionale Kontur aufweisenden und mit einem tiefgezogenen Kunststoff-Formteil beschichteten Gegenstandes, wobei ein einlagiger oder mehrlagiger, anfänglich ebener Schichtstoff in einem Formwerkzeug, das eine erste, eine Druckglocke bildende Formhälfte und das eine zweite Formhälfte aufweist, an der sich oder in der sich eine Kontur befindet, oder in der sich ein einlegbarer und wieder herausnehmbarer Gegenstand befindet, der mit einer dreidimensionalen Kontur versehen ist, mit einem fluiden Druckmittel, insbesondere Druckluft unter einem Druckmitteldruck von 20 bar bis 300 bar unmittelbar und direkt beaufschlagt wird und innerhalb einer Zeitspanne kleiner 5 Sekunden isostatisch an diese Kontur angeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 18 gearbeitet wird; wobei ein Teil des in die Kaverne (17) eingeführten und den Schichtstoff (4) verformenden fluiden Druckmittels auch gegen das Dichtmittel (20, 30, 50) strömt, das eine strangförmige Profildichtung (20, 30, 50) bildet, die einen in die Nut (16) einsetzbaren Körper (21, 31, 51) hat, von dem wenigstens eine erste, einstückig angeformte Dichtlippe (24, 34, 54) absteht, die von einer inneren Dichtlippenflanke (25, 35, 55) sowie von einer äußeren Dichtlippenflanke (26, 36, 56) begrenzt ist; und diese Profildichtung (20, 30, 50) so in die Nut (16) eingesetzt ist, dass – sich diese erste Dichtlippe (24, 34, 54) in einer auf die Druckglocke zu führenden Richtung erstreckt; und – die innere Dichtlippenflanke (25, 35, 55) bezüglich der Richtung (d) der Dichtflächenebene schräg ausgerichtet ist, so dass das anströmende und auf die innere Dichtlippenflanke (25, 35, 55) treffende fluide Druckmittel die erste Dichtlippe (24, 34, 54) elastisch verformt und gegen den Schichtstoff (4) presst.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass einlagige, gegebenenfalls mit einer Farbschicht und/oder einer Metallisierung versehene Schichtstoffe umgeformt werden, die eine Schichtdicke von 40 μm bis 2000 μm aufweisen; so dass in der Schließstellung des Formwerkzeugs (9) die Dichtfläche (13) an der ersten Formhälfte (10) in einem Abstand von 90 μm bis 3200 μm zur Auflagefläche (69) an der zweiten Formhälfte (60) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mehrlagige Schichtstoffe, beispielsweise auch mit einem flächigen Elektrolumineszenz-Element versehene Schichtstoffe umgeformt werden, die eine Schichtdicke von 60 μm bis 2400 μm aufweisen; so dass in der Schließstellung des Formwerkzeugs (9) die Dichtfläche (13) an der ersten Formhälfte (10) in einem Abstand 110 μm bis 3600 μm zur Auflagefläche (69) an der zweiten Formhälfte (60) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Formwerkzeug gearbeitet wird, das eine rechteckige Formfläche von wenigstens 800 cm² hat; und tiefgezogene Kunststoff-Formteile oder eine dreidimensionale Kontur aufweisende und mit einem solchen tiefgezogenen Kunststoff-Formteil beschichtete Gegenstände, hergestellt werden, die eine Länge von 20 cm bis 36 cm haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Formwerkzeug gearbeitet wird, das eine rechteckige Formfläche von wenigstens 2340 cm² hat; und tiefgezogene Kunststoff-Formteile oder eine dreidimensionale Kontur aufweisende und mit einem solchen tiefgezogenen Kunststoff-Formteil beschichtete Gegenstände hergestellt werden, die eine Länge von 36 cm bis 60 cm haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Formwerkzeug gearbeitet wird, das eine rechteckige Formfläche von wenigstens 5000 cm² hat; und tiefgezogene Kunststoff-Formteile oder eine dreidimensionale Kontur aufweisende und mit einem solchen tiefgezogenen Kunststoff-Formteil beschichtete Gegenstände hergestellt werden, die eine Länge von 60 cm bis 96 cm haben.