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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bohren von Absaugöffnungen
in Vakuum-Tiefziehwerkzeugen. Weiterhin betrifft die vorliegende
Erfindung eine Vorrichtung zum Bohren von Absauglöchern
in Vakuum-Tiefziehwerkzeugen.
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Vakuum-Tiefziehwerkzeuge
finden vielfach Anwendung, insbesondere auch in der Verpackungstechnik.
Sie dienen dazu, Kunststoffverpackungen herzustellen, die eine starke
Konturierung bzw. ein starkes Relief aufweisen. Dies hat den Grund,
dass durch diese reliefartige Ausgestaltung taschenförmige
Bereiche erzeugt werden, die dann zur Aufnahme von Gegenständen
dienen. Das Kunststoffmaterial kann dabei transparent sein, sodass
der sich darunter befindende, eingepasste und gehaltene Gegenstand
von der Außenseite gut sichtbar ist.
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Derartige
Verpackungen werden mittels Vakuum-Tiefziehwerkzeugen erzeugt, die
den Produkten entsprechenden komplementären Konturen aufweisen.
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Die
Kosten für derartige Werkzeuge sind sehr hoch. Dies liegt
zum einen daran, dass sie aus hochwertigem Aluminiumguss bestehen
und zur Erzeugung der Werkzeuge entsprechend komplementäre,
komplex aufgebaute Gießwerkzeuge notwendig sind. Zum anderen
ergibt sich ein hoher Bearbeitungsaufwand zum Einbringen der Bohrungen
durch die die Luft abgesaugt wird, damit sich die Folie an die Kontur
des Werkzeugs anlegen kann.
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Erst
durch das Absaugen des Luftpolsters zwischen dem Werkzeug und der
thermoplastischen Folie kann sich die erwärmte und damit
verformbare Folie am Werkzeug anlegen. Durch den wiederkehrenden
Kontakt von warmer Folie und Werkzeug wird das Werkzeug ohne Kühlung
zu heiß. Deshalb wird weiterhin vorgesehen, das Werkzeug
zu kühlen, was beispielsweise durch flüssige Medien
erfolgen kann.
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Durch
den wiederkehrenden Kontakt von warmer Folie mit dem Werkzeug aus
Aluminium wird dieses erwärmt, bzw. würde ohne
Kühlung zu heiß werden und die Tiefziehfolie könnte
sich nicht an der Form abkühlen und somit die gewünschte
Form abbilden.
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Die
Durchmesser der Vakuum-Absaugöffnungen müssen
sehr klein gewählt werden, um den Vakuum-Tiefziehprozess
zu verwirklichen. Die Werkzeuge selbst haben eine stabile Grundplatte,
auf der sich die Konturen befinden, was den Nachteil hat, dass relativ
lange Absaugöffnungen erzeugt werden müssen. Aufgrund
der geringen Durchmesser, beispielsweise 0,5 bis 1 mm ergibt sich
der fertigungstechnische Nachteil, dass mit so dünnen Bohrern
gebohrt werden muss, bei denen die große Gefahr besteht,
dass der Bohrer beim Bohren eines tieferen Loches abbricht.
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Deshalb
werden von der Rückseite des Vakuum-Tiefziehwerkzeuges
ebenfalls Bohrungen mit einem entsprechend größeren
Durchmesser eingebracht und es soll diese Bohrung bis nahe an die Oberseite
erfolgen, so dass nur noch ein kurzer Weg für die zu bohrende
Bohrung der Vakuum-Absaugöffnung mit vorgenanntem kleinen
Durchmesser übrig bleibt. Dabei besteht jedoch die Gefahr,
dass bei nicht ganz exakter Vorschubeinstellung der von der Rückseite
des Vakuum-Tiefziehwerkzeugs eingebrachten Bohrung, bis zur Oberseite
durchgebohrt wird, was zu einer Funktionszerstörung der
Vakuum-Absaugöffnung führt.
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Aufgrund
der vorgenannten hohen Materialkosten der Tiefziehwerkzeuge werden
dann solche Fehlbohrungen wieder aufwendig repariert, beispielsweise
durch Aufschmelzen von neuem Material und erneutem Bohren von beiden
Seiten. Dies führt jedoch nachteilig zu einem drastisch
erhöhten Bearbeitungsaufwand und zu den hohen Werkzeugkosten.
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Die
Schwierigkeiten beim Einbringen der Vakuum-Absaugöffnungen
werden dadurch noch erhöht, dass sie vornehmlich in den
Kantenbereichen der Vertiefungen einzubringen sind, wodurch ein senkrechtes
Bohren von der Oberseite bezogen auf die Tiefziehwerkzeugebene nicht
möglich ist, sondern die Absaugöffnungsachse schräg
verläuft.
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Durch
die positiven und negativen Erhebungen bzw. Vertiefungen der Werkzeuge
ist nach heutigem Stand der Technik das Bohren der Löcher
von der Stirn- bzw. Vorderseite nur manuell von Hand oder mit hohem
Konstruktionsaufwand mit einer 5-Achsen CNC-Fräsmaschine
möglich.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Bohren von Absaugöffnungen in Vakuum-Tiefziehwerkzeugen
zu schaffen, mit dem die oben genannten Nachteile überwunden
werden und damit eine deutliche Reduzierung der Herstellungskosten
derartiger Tiefziehwerkzeuge erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Bohren von Absaugöffnungen
von Vakuum-Tiefziehwerkzeugen zeichnet sich durch die folgenden
Schritte aus:
- – Auflegen des Tiefziehwerkzeugs
mit der Rückseite auf eine ebene Messplatte, Ausrichten
des Tiefziehwerkzeugs und Erfassen der Längs- und Stirnkanten
mittels eines Messarms, der auf der Messplatte befestigt ist und über
eine Schnittstelle per Draht oder drahtlos mit einem Rechner verbunden
ist,
- – Auswählen der einzubringenden Absaugöffnungen
auf der Vorderseite des Tiefziehwerkzeugs und kollisionsfreies Anfahren
der zu bohrenden Stellen mit der Abtastspitze des Tastkopfes des Messarms
sowie Erfassen der Koordinaten der jeweiligen Absaugöffnung
und Übertragen der Daten an den Rechner,
- – Berechnen der Koordinaten der zu bohrenden Absaugöffnungen
sowohl von der Vorderseite aus als auch von der Rückseite
des Tiefziehwerkzeugs und Übertragen der Koordinaten vom Rechner
auf eine CNC-Bohrmaschine,
- – Einspannen und Ausrichten des Tiefziehwerkzeugs in
einer Spanneinrichtung der CNC-Bohrmaschine und Bohren der Absaugöffnungen
von beiden Seiten des Tiefziehwerkzeugs gemäß den berechneten
Koordinaten.
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Dadurch
wird erreicht, dass eine exakte Koordinatenberechnung der jeweiligen
Absaugöffnung einerseits und deren Verknüpfung
mit den Koordinaten des Bohrwerkzeuges ermöglicht wird,
wodurch eine Automatisierung des Bohrvorganges erreicht wird, was
nicht nur zu einer Beschleunigung des Bohrprozesses der Absaugöffnungen
sondern auch zu einer sicheren Einbringung der Bohrungen sowie einer
Verhinderung von Bohrwerkzeugbrüchen führt.
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Als
Messarm kann beispielsweise ein Messarm der Firma FARO Technologies,
Inc. (www.faro.com) verwendet werden, mithilfe
dessen die Koordinaten der Absaugöffnungen erfasst und
mittels entsprechender Software an eine CNC-Bohrmaschine übertragen
werden.
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Dabei
ist von besonderem Vorteil, dass ein angepasster Tastkopf bei dem
Messarm verwendet wird, der in seinen Abmessungen den Abmessungen der
Bohrwerkzeuge der CNC-Bohrmaschine entspricht. Dies hat den Vorteil,
dass bei Verhinderung einer Berührung des Tastkopfes der
Oberfläche des Vakuum-Tiefziehwerkzeuges auch ein Kontakt
der Bohrwerkzeuge mit dem Tiefziehwerkzeug sicher verhindert werden
kann, was die Sicherheit des Herstellungsverfahrens derartiger Vakuum-Tiefziehwerkzeuge
weiter erhöht.
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Zusätzlich
ist vorteilhaft, dass neben den Koordinaten der Absaugöffnungen
der Ober- bzw. Vorderseite des Tiefziehwerkzeugs auch die Winkelstellung
im Raum der Achse des Tastkopfes erfasst wird. Dies dient insbesondere
zur störungsfreien Erzeugung von Absaugöffnungen
an schwer zugänglichen Stellen des Vakuum-Tiefziehwerkzeugs,
beispielsweise in großen Vertiefungen.
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Die
Sicherheit des Herstellungsprozesses des Tiefziehwerkzeugs einerseits
und dessen Beschleunigung andererseits wird vorteilhafterweise dadurch
verbessert/erhöht, dass das Bohren unterschiedlicher Absaugöffnungen
von der Vorderseite und der Rückseite gleichzeitig, jedoch
das Bohren der jeweiligen gesamten Absaugöffnung nicht
gleichzeitig erfolgt, sondern als erstes der Abschnitt großen Durchmessers
von der Rückseite mit der zweiten Bohrvorrichtung und anschießend
der Abschnitt kleinen Durchmessers von der Vorderseite mit der ersten Bohrvorrichtung
gebohrt wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zum Bohren von Absauglöchern in Vakuum-Tiefziehwerkzeugen zu
schaffen, mit dem der Bohrvorgang schnell und sicher bewerkstelligt
werden kann. Hierzu weist die erfindungsgemäße
Vorrichtung eine Spannvorrichtung zum Einspannen des Tiefziehwerkzeugs,
eine erste Bohrvorrichtung zum Bohren der Absauglöchern
von der Vorderseite des Tiefziehwerkzeugs und eine zweite Bohrvorrichtung
zum Bohren der Absauglöcher von der Rückseite
des Tiefziehwerkzeugs auf, wobei beide Bohrvorrichtungen die Absauglöcher
gemäß den mittels eines Messarms erfassten Koordinaten
der Absauglöcher, die über einen Rechner der Bohrvorrichtung übermittelt
werden, automatisch erzeugt.
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Vorteilhafterweise
weist die erste Bohrvorrichtung 5-Achsenfreiheitsgrade und die zweite
Bohrvorrichtung wenigstens 3-Achsenfreiheitsgrade auf.
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Weiterhin
ist vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Bohrvorrichtung
ein Druckluft-Sprühnebelsystem aufweist, mit dem eine entsprechende
Kühlung des Bohrers beim Bohren und ein Entfernen der Bohrspäne
erreicht werden kann.
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Als
Bohrwerkzeuge eignen sich insbesondere pneumatische Bohrvorschubeinheitein
gemäß der PSM-Line der Firma Power Tool Systems,
Schwalmstadt (www.powersystemstools.com).
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen. Darin zeigt:
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1 eine
schematische Teilansicht eines Vakuum-Tiefziehwerkzeugs und eines
Abtastkopfes eines Messarms zur Erfassung der Koordinaten einer noch
einzubringenden Absaugöffnung;
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2 eine
perspektivische schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Bohrvorrichtung mit eingespanntem Vakuum-Tiefziehwerkzeug;
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3 eine
Ansicht von vorne auf die Bohrvorrichtung von 2;
mit eingespanntem Tiefziehwerkzeug, und
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4 eine
Ansicht auf das Tiefziehwerkzeug, ähnlich zu jener von 1,
jedoch mit einem Bohrer am Anfang des Bohrvorgangs der entsprechenden
Absaugöffnung von der Vorderseite des Tiefziehwerkzeugs.
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In
den Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern
bezeichnet.
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In 1 ist
in Teilansicht von der Seite ein Vakuum-Tiefziehwerkzeug 2 dargestellt.
Das Vakuum-Tiefziehwerkzeug 2 weist eine Vorder- oder Oberseite 4 und
eine Rückseite 6 auf. Gemäß Ansicht
von 1 ist das Vakuum-Tiefziehwerkzeug 2 auf
einer ebenen Messplatte 8 angeordnet.
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Das
Vakuum-Tiefziehwerkzeug 2 weist eine reliefartige Kontur 10 auf,
die ihrerseits Erhebungen 12 und Vertiefungen 14 aufweist.
Die Rückseite 6 des Vakuum-Tiefziehwerkzeugs 2 wird
durch Längskanten 15 und Stirnkanten 16 begrenzt.
Wie weiterhin aus 1 ersichtlich, ist ein Messarm 18 dargestellt, der
beispielsweise ein Faro-Messarm sein kann. Dieser ist an einer vorbestimmten
Stelle der ebenen Messplatte 8 befestigt (nicht dargestellt)
und weist gelenkig gelagerte und miteinander verbundene Teilarme
(nicht dargestellt) in üblicher Weise auf. Am vorderen
Ende des Messarms 16 ist ein Abtastkopf 20 angeordnet,
der eine Abtastnadel oder -spitze 22 aufweist. Der Abtastkopf 20 ist
in seiner Außenkontur so gebildet, dass er der Außenkontur
eines Bohrers entspricht, wie dies weiter unten unter Bezugnahme auf 4 näher
erläutert wird.
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Der
Hersteller des Vakuum-Tiefziehwerkzeugs 2 bestimmt den
Ort der Absaugöffnungen. Wie aus 1 ersichtlich,
können sich diese an schwierigen Stellen, beispielsweise
im unteren Kantenbericht 24 der Vertiefungen 14 befinden.
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Wie
weiterhin aus 1 ersichtlich, kann der im Bohrkopf
einer Bohrvorrichtung nachgebildete Abtastkopf 20 nicht
immer senkrecht von oben den Kantenbereich und den Ort der Absaugöffnung
erreichen, sondern er muss bei der dargestellten Ausführungsform
des Vakuum-Tiefziehwerkzeugs 2 schräg gestellt
werden. Alle diese Daten, also auch die Schrägachse des
Abtastkopfes 20 an der jeweiligen einzubringenden Absaugöffnung,
werden von dem Messarm erfasst und gespeichert.
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Nachdem
alle Absaugöffnungen auf der Vorderseite des Tiefziehwerkzeugs 2 ausgewählt
und die entsprechenden Daten an den zugehörigen Rechner übertragen
wurden, berechnet dieser die Koordinaten der zu bohrenden Absaugöffnungen
sowohl von der Vorderseite 4 als auch von der Rückseite 6 des
Vakuum-Tiefziehwerkzeugs 2.
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In 2 ist
in perspektivischer Ansicht eine Bohrvorrichtung schematisch dargestellt,
mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt
werden kann.
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Die
Bohrvorrichtung 30 weist einen rechteckförmigen
Gestellrahmen 32, mit einer vorderen Querstrebe 33,
einer hinteren Querstrebe 35 sowie diese verbindende Seitenstreben 37 auf.
In der Mitte der Seitenstreben 37 ist eine Spannstrebe 34 vorgesehen,
die die beiden Seitenstreben 37 miteinander verbindet.
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Die
Bohrvorrichtung 30 weist weiterhin einen Tragrahmen 36 auf,
mit zwei Tragsäulen 38 in denen in vertikaler
Richtung bewegliche Halterahmen 40 und 42 angeordnet
sind, wobei der vordere Halterahmen 40 zur Halterung einer
vorderen Bohrvorrichtung 42 und der hintere Halterahmen 42 zur
Halterung einer hinteren Bohrvorrichtung 46 dient. Beide Bohrvorrichtungen 42 und 46 sind
jeweils querverschieblich an einem Querträger 48 bzw. 50 gelagert. Der
Querträger 48 ist seinerseits längsbeweglich
an Seitenträgern 49 gelagert und der Querträger 50 ist längsbeweglich
an Seitenträgern 51 gelagert.
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Die
vordere Bohrvorrichtung 44 ist mittels einer geteilten
Hülse bzw. eines geteilten Futters 52, dessen
Teilfläche schräg verläuft, durch Drehung
des ein Bohrwerkzeug 54 aufnehmenden Bohrkopfes 53 um
seine Drehachse verschwenkbar, wodurch die vordere Bohrvorrichtung 44 insgesamt
5-Achsenfreiheitsgrade aufweist: links-rechts, oben-unten, in Richtung
Tiefziehwerkzeug 2 und zurück und verschwenkbar,
um Stellungen des Bohrkopfes 53 schräg, wie beispielsweise
in 1 dargestellt, einnehmen zu können.
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Demgegenüber
genügt es für das Einbringen exakt senkrechter
Bohrungen in das Tiefziehwerkzeug 2, das die hintere Bohrvorrichtung 6 nur
3-Achsenfreiheitsgrade aufweist: links-rechts, oben-unten, zum Tiefziehwerkzeug 2 hin
und zurück.
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Wie
weiterhin aus 2 ersichtlich, ist das Tiefziehwerkzeug 2 in
eine obere und untere Nutenschiene 56 bzw. 58 und
durch vier Spannelemente 60 in der Bohrvorrichtung 30 festgeklemmt.
Die Klemmung muss dabei so sicher sein, dass für die Maßhaltigkeit
der von der Vorderseite 4 des Tiefziehwerkzeugs 2 zu
bohrenden Vakuum-Absaugeröffnungen das Tiefziehwerkzeug 2 ausreichend
lagegesichert ist.
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In 3 ist
die Bohrvorrichtung 30 in der Ansicht von vorne, d. h.
auf die Vorderseite 4 des Tiefziehwerkzeugs 2,
dargestellt. Wie leicht verständlich, kann das Bohren,
nachdem die Orte und Achsen der Absaugöffnungen bestimmt
sind auf einfache Weise und vollautomatisch erfolgen, wobei insbesondere vorteilhaft
der Einsatz beider Bohrvorrichtungen 44 und 46 im
Wesentlichen gleichzeitig verwirklicht werden kann.
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In 4 ist
sehr schematisch das Tiefziehwerkzeug 2 dargestellt und
mit der vorderen Bohrvorrichtung 44 wird mittels des Bohrwerkzeugs 54 der schräge
und durchmesserkleine Teil 63 der Absaugöffnung 62 eingebracht,
dessen Durchmesser im Wesentlichen 0,5 mm beträgt. Es ist
leicht verständlich, dass bei derartigen kleinen Durchmessern
die Gefahr des Werkzeugbruches des Bohrwerkzeugs 54 besteht,
sodass, um diesen zu Vermeiden von der Rückseite des Tiefziehwerkzeugs 2 ein
deutlich im Durchmesser größerer Teil 64 der
Absaugöffnung 62 eingebracht wird. Aus der 4 in
Zusammenschau mit 1 wird offensichtlich, warum
der Abtastkopf 20 des Messarms 18 der Kontur des
Bohrkopfes 53 der vorderen Bohrvorrichtung 44 nachgebildet
ist, um ein Anstoßen des Bohrkopfes 53 beim Bohren
des Teils 63 der Absaugöffnung 62 an
dem Tiefziehwerkzeug 2 zu vermeiden. Andernfalls besteht
die Gefahr, dass das Bohrwerkzeug gleich abbricht. Bei Kollision vom
Bohrkopf mit dem Tiefziehwerkzeug wird das Werkzeug unbrauchbar
bzw. ei ist eine aufwendige Reparatur notwendig.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - www.faro.com [0016]
- - www.powersystemstools.com [0023]
