DE1296334B

DE1296334B - Vorrichtung zum gleichzeitigen Praegen von mehreren Platten aus Kunststoff

Info

Publication number: DE1296334B
Application number: DE1964O0010551
Authority: DE
Original assignee: OSENBERG; WERNER DR ING
Current assignee: OSENBERG; WERNER DR ING
Priority date: 1964-12-08
Filing date: 1964-12-08
Publication date: 1969-05-29
Also published as: DE1554820A1; DE1504641A1; BE673459A; NL6515977A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Prägen von mehreren Platten aus Kunststoff, bei der abwechselnd eine Platte, eine Prägematrize und eine elastische Zwischenlage im Stapel der Wirkung eines Preßstempels ausgesetzt sind.
Es sind bereits Einrichtungen bekannt, bei denen ein Preßstempel, wie beim Anmeldungsgegenstand, Kunststoffplatten, Matrizen und elastische Zwischenlagen, die übereinander geschichtet sind, gemeinsam verpreßt. Außerdem wird in der USA-Patentschrift 2 779 386 ein Formwerkzeug beschrieben zur Herstellung von Reifen aus Kautschuk, bei dem der Formhohlraum an ein Vakuum angeschlossen ist, um eine genaue Ausbildung des Profils zu gewährleisten. Im Gegensatz zu der vorstehend erwähnten bekannten Einrichtung arbeitet die Vorrichtung nach dem Erfindungsgedanken auch mit übereinander geschichteten Prägematrizen und elastischen Zwischenlagen sowie Hochglanzblechen, die im Stapel der Wirkung des Preßstempels ausgesetzt sind, wobei jedoch der gesamte Stapel von einem gasdicht unter Vakuum stehenden geschlossenen Behälter umschlossen ist.
Nach dem Erfindungsgedanken werden zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit gleichzeitig mehrere derartige Schichten zu einem Stapel zusammengesetzt. Gegenüber dem normalen Warmprägen auf einer Heiß-Kühlpresse unter Verwendung nur einer Matrize und einer Folie ist diese hohe Wirtschaftlichkeit insbesondere auch durch die günstigere Wärmeenergieausnutzung beim stapelweisen Pressen und der Erwärmungs- und Abkühlungsverfahren, beispielsweise durch Tauchen in eine Flüssigkeit des unter Vakuum stehenden, mit Stapeln beschickten Behälters gegeben.
Nach der Beschickung des Behälters wird dieser gasdicht verschlossen und einem Vakuum ausgesetzt, so daß auch zwischen dem Matrizenprofil und den aufliegenden Kunststoffplatten keine Luft mehr vorhanden ist, die ein sauberes Ausprägen eines Profils mit hoher Gestalttreue unmöglich machen würde.
Anschließend wird der evakuierte Behälter durch bekannte Maßnahmen, z. B. durch Heißdampf oder -öl, in einem Wärmeschrank od. dgl. bis zur optimalen Prägetemperatur der Kunststoffplatten erhitzt, worauf bei dieser Ausführungsart des Behälters die in den Deckel des letzteren eingelötete bzw. geschweißte Metallfolie durch einen Pressenstempel so weit in den Behälter hineingedrückt wird, daß der für die Warmprägung erforderliche Prägedruck sich gleichmäßig auf die zu einem Stapel zusammengefaßten Matrizen, Folien, Beilagen usw., jedenfalls auf die gesamte Beschickung des Behälters überträgt, ohne daß das vorher erzeugte Vakuum beeinflußt wird. Sofort nach Ausübung des Prägedruckes kann, falls erwünscht, der Behälter aus der Presse genommen werden. Da das Vakuum erhalten bleibt, ist eine Steh- oder Tischzeit nicht erforderlich. Der Behälter einschließlich der Beschickung wird nunmehr soweit abgekühlt, daß die Einfriertemperatur des Kunststoffes unterschritten wird und die Prägung eine absolute Gestalttreue aufweist. Der heiße Behälter und die somit gleichfalls heißen Matrizen ermöglichen, ständig unter Vakuum stehend, die Ausformung allerfeinster Einzelheiten und durch das anschließende Kühlen (Einfrieren) die Beibehaltung aller Konturen der gegebenen Matrizengestalt.
An die Stelle des vorstehend beschriebenen Behälters größerer Wandstärke mit einer unter Preßdruck verformbaren Metallfolie, die einen Bestandteil eines aufgeschraubten Deckels bildet, können auch aus dünnem Metallblech gefertigte Behälter treten, die glattwandige, balgenartige oder gewellte Seitenwände aufweisen und die, wie vorstehend beschrieben, beschickt und dann mit einem Deckel gasdicht verschlossen werden. Letzteres kann durch Verlöten oder Verschweißen erfolgen.
Ein derartiger aus dünnem Metallblech bestehender Behälter kann, gasdicht verschlossen, einschließlich seiner unter Vakuum stehenden Beschickung durch Tauchen in eine heiße Flüssigkeit, z. B. Ö1, gleichmäßig erwärmt, anschließend einem Preßdruck ausgesetzt und dann unter Beibehaltung des Vakuums in eine unterkühlte Flüssigkeit, z. B. eine Lauge, getaucht werden, wobei eine Abkühlung nicht nur des Behälters, sondern auch seines gesamten Inhaltes erfolgt. Die geprägten Kunststoffolien werden hierbei nach erfolgter Warmverformung stabil eingefroren.
Der Behälter wird nunmehr geöffnet und die eingesetzten Matrizen, die geprägten Folien, elastischen Zwischenglieder, Hochglanzbleche u. dgl. werden im kalten Zustand entnommen. Das Trennen der eingefrorenen Kunststoffolien von den Matrizen kann durch Einführen eines gasförmigen oder flüssigen Freßmittels durch eine mittig angeordnete, verschließbare Bohrung der Matrize weiterhin durch Ausnützung der unterschiedlichen Wärmedehnung zwischen Matrizen und Kunststoffplatten erfolgen.
Bei dem zuletzt genannten Verfahren wird die Matrize, die bei galvanoplastischer Herstellung nur eine Stärke von 0,5 bis 2 mm aufzuweisen braucht, von der Rückseite her durch einen Warmluftstrom, durch Wärmeplatten u. dgl. erhitzt, während die Folie durch einen Kaltluftstrom, durch Auflegen von Kühlplatten u. dgl. gekühlt wird.
Sowohl der Behälter als auch die Matrizen und die zu prägenden Kunststoffplatten bzw. -folien können viereckig, quadratisch oder rund ausgeführt sein.
Das Verfahren nach dem Erfindungsgedanken ermöglicht im Gegensatz zum Preßspritzen in Spritzformen die wirtschaftliche und hochgenaue Herstellung z. B. von Fresnellinsen als Fernsehoptiken, als Vergrößerungsfolien für Schaufenster u. dgl. in Stärken von etwa 0,5 bis 3 mm. Außerdem kann das Verfahren auch angewendet werden zur wirtschaftlichen Herstellung von Schallplatten. Ein in der Form mittig angeordneter Führungsstift muß für eine entsprechende Zentrierung der einzelnen, zu einem Stapel zusammengesetzten Lagen sorgen. Die Matrizen können selbstverständlich auch beiderseitig profiliert sein.
Die Anordnung der Lagen innerhalb des ganzen Stapels richtet sich natürlich nach der Art der Ausführung der Matrizen. Werden unter Vakuum stehende Behälter entsprechender Dimensionen aus dünnem Blech verwendet, so kann der erforderliche Warmprägedruck nicht nur durch Preßstempel, sondern auch durch Walzen erzeugt werden.
Als Material für die Kunststoffplatten bzw. -folien kommen alle in der Wärme verformbaren Thermoplaste in Frage: z. B. Mischpolymerisate auf der Basis des Polyvinylchlorids oder Acrylpolymerisate (»organisches Glas«). Für die Vorrichtung nach dem Erfindungsgedanken können, je nach Verwendungszweck, glasklare, glasklar gefärbte oder auch undurchsichtige Kunststoffplatten bzw. -folien, auch mit diesen Materialien beschichtete Werkstoffe verwandt werden.
Die Vakuum-Prägevorrichtung nach dem Erfindungsgedanken ist auf den Zeichnungen Blatt 1 und 2 in den F i g. 1 bis 5 beispielhaft dargestellt. Es zeigt F i g. 1 ein mit einem Deckel gasdicht verschlossener Behälter, der eine größere Wandstärke aufweist (eventuell erforderliche Heiz- und Kühlkanäle sind in der Figur nicht mit dargestellt), F i g. 2 ein aus Metallblech geringerer Stärke hergestellter und mit einem aufgelöteten Blechdeckel gasdicht verschlossener Behälter mit einem eingelegten, aus mehreren Schichten Matrizen, Prägefolien, Hochglanzblechen und elastischen Zwischenlagen gebildeten Stapel, F i g. 3 a einen Querschnitt durch eine einseitig, F i g. 3b durch eine doppelseitig profilierte Prägematrize, Fig. 4 die Anordnung einer in der Prägematrize mittig eingearbeiteten Bohrung geringeren Durchmessers, die während des Prägens durch eine Kopfschraube verschlossen werden kann, Fig. 5 ein Schnitt durch den hier balgenartig, also elastisch nachgiebig ausgebildete Seitenwandung eines durch einen aufgeschraubten Deckel gasdicht verschlossenen Behälter.
Nach F i g. 1 weist der gesamte Behälter eine größere Stärke der Wandung 6 auf. Der Behälter ist durch den rahmenartig ausgebildeten Deckel 8 verschlossen, in den eine metallische oder aus warmfestem Material bestehende Membran 15 durch Einlöten (Lötfuge 9), durch Einschweißen oder - bei nichtmetallischem Material - durch Einklemmen eingesetzt ist. In die Seitenwandung 6 des Behälters ist der Saugstutzen 7 zum Anschluß einer Vakuumpumpe bzw. der Stutzen7' zum Einführen eines Warmluftstromes eingesetzt. Der Deckel8, 15 ist durch Senkkopfschrauben 13 gasdicht mit 6 verschraubt. In den Behälter werden vor dem Aufschrauben des Deckels entweder einzelne profilierte Matrizen, aufgelegte Folien und elastische Beilagen als Stapel 14 (F i g. 1) eingebracht. Durch diese stapelweise Anordnung erübrigt sich die Anwendung kostspieliger Etagenpressen mit Heiz- und Kühleinrichtungen für jede einzelne Preßplatte (Etage).
Der in F i g. 1 starkwandig dargestellte Behälteer6,8,15 wird auf einen Pressentischl7 aufgesetzt. Der Stempel 16 übt dann den Preßdruck zum Warmverformen der thermoplastischen Kunststofffolien aus, wobei die in den Deckel 8 eingesetzte Membran 15 sich so verformt, daß der Preßdruck gleichmäßig auf den ganzen Stapel übertragen wird.
Während des gesamten Verformungsprozesses wird das Vakuum in dem Behälter aufrechterhalten, wodurch die Abformgenauigkeit (Profiltreue) nicht durch Lufteinschlüsse zwischen Folien und den Matrizenoberflächen beeinträchtigt werden kann. Der Behälter 6, 8, 15 kann in seiner Gesamtheit nach Einsetzen des Stapels und nach Erzeugen des Vakuums in einem Wärmeschrank auf die erforderliche Prägetemperatur gebracht werden oder er kann durch elektrische Heizelemente bzw. durch Heiz- und Kühlkanäle, die in F i g. 1 nicht mit dargestellt sind und die in bekannter Weise in die Behälterwandungen eingearbeitet werden, aufgeheizt und nach Ausübung des Prägeprozesses so weit abgekühlt werden, daß die Einfriertemperatur des Kunststoffes unter- schritten wird. Das Aufheizen des Behälters kann auch durch Hindurchleiten eines Warmluftstromes über den Stutzen 7' erfolgen. In diesem Fall würde erst nach diesem Aufheizen die Leitung 7' verschlossen und über den Saugstutzen 7 unter Verwendung einer Vakuumpumpe der Unterdruck in dem Behälter hergestellt.
Die Zusammensetzung eines in F i g. 1 mit 14 nur angedeuteten Stapels, durch den es ermöglicht wird, gleichzeitig eine größere Zahl von Warmprägungen vorzunehmen, wird in F i g. 2 gezeigt. 1 ist die Prägematrize mit den hier nur schematisch dargestellten Profilierungen 2, die beliebig, z. B. erhaben oder vertieft ausgebildet sein können, 3 stellt die zu prägende, thermoplastische Folie dar, deren Stärke etwa 0,5 bis zu 3 mm aufweisen kann, 4 ein Hochglanzblech zur eventuellen Erzeugung einer hochglänzenden Rückseite der Folie und 5 zum Ausgleich eventueller Dickenunterschiede der Matrize, Folie und des Hochglanzbleches eine elastische Zwischenlage, die aus Filz, Papierlagen, einer Glas- bzw. Metallwollematte oder aus einer Weichbleiplatte bestehen kann. Nach Einbringen des gesamten, aus mehreren derartigen Schichten bestehenden Stapels wird der in Fig.2 aus Blech geringerer Stärke 6 gebildete Behälter durch den Deckel 8 gasdicht verschlossen. Dieses Verschließen kann durch Verlöten oder Verschweißen erfolgen. Anschließend wird das Vakuum innerhalb des Behälters erzeugt und der gesamte Behälter einschließlich des eingebrachten Stapels in einem Wärmeschrank oder durch Eintauchen in eine erwärmte Flüssigkeit, z. B. heißes Öl, gleichmäßig erhitzt.
Ist die optimale, für jede Kunststoffqualität unterschiedliche Prägetemperatur erreicht, so wird durch Druckausübung auf einer Presse in den Pfeilrichtungen 11 und 12 der F i g. 2 das Prägen der Kunststoffolien vorgenommen. Der Unterdruck in dem Behälter wird hierbei beibehalten. Anschließend wird der zusammengepreßte Behälter einem Kühlprozeß unterworfen, der entweder in einer Heiß-Kühlpresse selbst, einem Kühlschrank oder ebenfalls durch Eintauchen in eine unterkühlte Flüssigkeit, z. B. eine Lauge, erfolgen kann. Nach Einfrieren der Kunststoffolien wird der Behälter geöffnet und der Stapel entnommen und in einzelne Lagen aufgeteilt, wobei sich die Hochglanzbleche und die elastischen Zwischenlagen sofort lösen lassen, während die Trennung der Kunststoffolien von der profilierten Matrizenoberfläche noch besondere Maßnahmen erfordert.
Die zum Prägen erforderliche Druckausübung kann auch durch Auswalzen des gesamten unter Vakuum stehenden Behälters nach F i g. 2 vorgenommen werden.
Soll der aus Metallblech bestehende Behälter mehrfach wiederverwendet werden, so können, wie in F i g. 5 dargestellt, dessen Seitenwandungen 6 balgenartig oder gewellt ausgebildet werden. Der Behälter wird nach Beschickung mit dem Deckel 8 unter Verwendung einer größeren Zahl von Senkkopfschrauben 13 gasdicht verschlossen.
Nach F i g. 3 kann die Matrize einseitig (F i g. 3 a) oder beiderseitig (F i g. 3 b) mit Prägungen versehen werden, die in dieser Figur ein Profil zur Herstellung von Fresnellinsen aufweisen. An die Stelle dieses Profils können natürlich auch andere treten, z. B. zur Herstellung der Tonrillen von Schallplatten.
Nach F i g. 4 ist in die Matrize 1 mittig eine Kopfschraube 10 eingesetzt, die während des Warmprägeprozesses eine feine Bohrung verschließt, die vorgesehen ist, um zwecks Trennung der geprägten Folie von der Matrize ein gasförmiges oder flüssiges Preßmittel, das kalt oder erwärmt sein kann, zwischen die Kontaktflächen zu pressen.
Diese Trennung der geprägten, also eingefrorenen Folie von der profilierten Matrizenoberfläche kann auch dadurch erfolgen, daß nach Auflösung des Stapels die Rückseite der Matrizen durch Wärmeplatten, durch Warmluft, durch Strahleinrichtungen od. dgl. erwärmt und die Folien durch Auflegen oder Aufpressen von Kühlplatten oder durch einen Kaltluftstrom bei niedriger Temperatur gehalten werden. Infolge der unterschiedlichen Wärmedehnung löst sich dann die geprägte Folie von der Matrizenoberfläche.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum gleichzeitigen Prägen von mehreren Platten aus Kunststoff, bei der abwechselnd eine Platte, eine Prägematrize und eine elastische Zwischenlage im Stapel der Wirkung eines Preßstempels ausgesetzt sind, d a d u r c h g e -k e na z ei c h n e t, daß der Stapel (1 3, 4, 5) von einem gasdicht geschlossenen Behälter umschlossen ist, dessen Abdeckung (8 bzw. 15) zur Übertragung des Preßdruckes auf dem Stapel nachgiebig ausgebildet ist, wobei der Behälter, wie an sich bekannt, mit einem Saugstutzen (7 bzw. 7') versehen ist, über den das Behälterinnere an ein Vakuum anschließbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter durch einen aufschraubbaren, als Rahmen ausgebildeten Deckel (18) verschlossen wird, in den eine unter dem Prägedruck sich verformende Metallfolie (15) oder eine elastische, höheren Temperaturen aussetzbare Membran (15), z. B. aus Siliconkautschuk gasdicht eingesetzt ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter durch in bekannter Weise in seinen Wandungen angeordneten Kanälen aufheizbar und abkühlbar ist.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter einschließlich der eingebrachten Matrizen, Folien u. dgl. durch Hindurchleitung eines Warmluftstromes aufgeheizt wird.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen (6) des geschlossenen, gasdichten Behälters elastisch, also nachgiebig, z. B. balgenartig oder gewellt ausgebildet und der Deckel (8) gasdicht aufgeschraubt ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene, gasdichte Behälter aus einem Metallblech geringer Stärke oder aus warmfestem Kunststoff hergestellt wird, der durch Aufschweißen, Auflöten oder Aufschrauben eines Deckels (8) luftdicht abgeschlossen wird.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Prägematrizen (1) verwandt werden, die beiderseitig Prägungen aufweisen.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei erwünschter glatter Rückseite der Folien (3) Hochglanzbleche (4) in den Stapel mit eingeschichtet werden.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte gasdichte Behälter mit eingebrachtem Stapel vor dem Pressen oder Auswalzen in einem Behälter mit heißer Flüssigkeit, z. B. Öl, gleichmäßig erwärmt und nach dem Pressen oder Auswalzen bei Beibehaltung des Vakuums in einer unterkühlten Flüssigkeit, z. B. einer Lauge, abgekühlt wird.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Trennung der geprägten Folien (3) von der Matrize (1) durch eine in letztere mittig angeordnete, feine Bohrung ein gasförmiges oder flüssiges Preßmittel, das kalt oder erwärmt sein kann, eingebracht wird.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Trennung der geprägten Folien (3) von den Matrizen (1) letztere rückseitig durch Wärmeplatten, Warmluft, Strahleinrichtungen od. dgl. so weit erwärmt wird, daß als Folge unterschiedlicher Wärmedehnungen von Matrize und nunmehr kalter Folie eine Ablösung derselben vom Matrizenprofil erfolgt.