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Verfahren zum Herstellen von Metallreliefs ===============================
===================== Die Brfinaung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von reliefartigen
Darstellungen oder Hohlkörpern mit feinster Struktur aus Metallblechen oder Folien.
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Reliefs sind bekanntlich Werke der Bildhauerkunst, wobei die Figuren
nicht frei im Raum stehen, sondern an eine Fläche gebunden sind. Derartige Reliefs
kennen bei der Vervrendung von Metall als Werkstoff von Hand, Jedoch auch auf Ziehpressen,
durch Gießen oder durch galvanischen Metallauftrag hergestellt werden.
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7während die Herstellung des Entwurfs und die Schaffung des Originals
gemeinhin grundsätzlich von Hand vorgenommen werden muß, ist es anstrebenswert,
die Vervielfältigung
des Kunstwerks auf möglichst einfache, maschinelle
Weise durchführen zu können. Hierzu ist die Vervielfältigung auf Ziehpressen bekannt,
wobei jedoch große Reliefdarstellungen mit großem Detailreichtum wegen des notwendigen
technischen Aufwandes Einzelstücke bleiben müssen. Doch auch bei kleineren Darstellungen
werden bei der Verwendung von Ziehpressen sehr hohe spezifische Drücke benötigt,
um die Peinheiten eines künstlerischen Entwurfes abzubilden Auch hierdurch sind
der Größe der Ziehpresse Grenzen gesetzt, da bei einer zu starken Vergrößerung der
Fläche die Beinheiten nicht mehr abgebildet werden können. Überdies gestattet die
Anwendung der Ziehtechnik auch nur verhältnismäßig geringe Ziehtiefen, da anderenfalls
leicht die Ecken aufreißen. Bei geringen Ziehtiefen vergröbert sich aber auch die
Oberfläche der tiefgezogenen Partien und zerstört damit den einheitlichen Eindruck
des Reliefs.
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Aus diesen Gründen sind die im Handel erhältlichen, maschinell hergestelltan
Reliefplatten verhältnismäßig grob gezeichnet und nur wenig tief gezogen.
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Reliefplatten, die durch Metallabguß vom Original abgenommen worden
sind, können ebenfalls nicht die Reinheit der Struktur zeigen, wie das Original
und sind außerdem nur in größeren Materialstärken herstellbar. Materialstärken von
wenigen zehntel Millimeter, welche aus Gewichtsgründen erwünscht sind, scheiden
dabei völlig aus.
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Lediglich galvanisch hergestellte Abbildungen des handgefertigten
Reliefs zeigen alle Reinheiten und Strukturen. Es sind hierzu jedoch aufwendige
Bäder und Stronversorgungsanlagen notwendig und auch die Zeit, die erforderlich
ist, um das Material in hinreichender Dicke aufzutragen, ist so lang, daß auch dieses
Verfahren zu einer wirtschaftlichen Herstellung größerer Reliefplatten nicht verwendet
werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren
zur Herstellung von Reliefs oder Hohlkörpern mit feinster Struktur zu schaffen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine Schockwellen-Umformung angewendet
wird. Zweckmäßigerweise wird eine Explosions-Umformung angewendet, oder aber eine
Elektroschock-Umformung.
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Diese Verfahren sind der Umformtechnik als Hochleistungsumformung
oder Hochgeschwindigkeitsumformung bekannt. Sie zeichnen sich dadurch aus, daß gegenüber
den mechanischen Verfahren wesentlich höhere Pormändernngsgeschwindigkeiten erzielt
werden.
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Bei der Explosionsumformung wird die bei der Explosion eines Sprengsto{ffs;auftretende
Druckwelle für die Verformungdes Werkstcffs ausgenutzt. Es kann dabei zwischen zwei
Verfahrenuterschieden werden. Im einen Falle pflanzt sich die Druckwelle in der
Luft fort und preßt den zu verformenden Werkstoff ins Werkzeug. Im anderen alle
befinden sich Sprengstoff und Werkzeug in einer Flassigkeit; meistens wird Wasser
verwendet. Zur Yerzen-und kommen die von anderen gebieten her benannten Sprengstoffe,
wobei
je nach der Verbrennungsgeschwindigkeit zu unterscheiden ist in langsam verbrennende
bzw. verpuffende Pulversorten (z. B. Schwarzpulver) und in detonierende bzw. hochbrisante
Sprengstoffe (z. B. TNT).
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Bei den hochbrisanten Sprengstoffen erfolgt ein sehr steiler Druckanstieg.
Dadurch ergibt sich eine entsprechend hohe Verformungsgeschwindigkeit. Die Form
der Sprengstoffe richtet sich nach den zu fertigenden Werkstücken. Daher wird er
in Kugelform oder als Platten oder Schnur verwendet.
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Die Elektroschock-Umformung oder die hydro-elektrische Umformung ist
der Explosionsumformung ähnlich. Die Schockwelle wird bei diesem Verfahren entweder
durch elektrische Funkenentladung zwischen zwei Elektroden oder durch das schlagartige
Verdampfen eines zwischen den Elektroden gespannten Drahtes hervorgerufen. In beiden
Fällen werden die Schockwellen in einer Flüssigkeit erzeugt und von hier auf das
Werkstück übertragen Die elektrische leistung wird im allgemeinen Äggregaten entnommen,
die im wesentlichen aus dem Hochspannungserzeuger, der Kondensatorbatterie, dem
Entladungsschalter und dem Gefäß mit den Elektroden, in dem die Formge bung stattfindet,
besteht. Der Arbeitsablauf geht dann se vor sich, daß zunächst die Kondensatoren
durch den Hochspa@@@@@steil mit Gleichspannung aufgeladen werden.
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@@@@n die v@@@@@wähl@ E@@@@ie gespeichert ist, wird der @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@lossen
und so die Fu@kenentla-@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ in d@@ Kondensatoren ge-@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
über den Lichtbe-@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@s @@@@@@well@ erzeugt.
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Der Vorteil des Elektroschock-Verfahrens gegenWoer der Explosiv-Umformung
ist, daß ein Arbeitszyklus von 30 Sekunden oder weniger erreicht werden kann und
daß eine derartige Einrichtung in normalen Pertigungswerkstätten aufgestellt werden
kann, was bei Explosiv-Verfahren nicht möglich ist. Nachteilig ist jedoch, daß im
Verhältnis zur Explosiv-Umformung nur kleine Energiebeträge ohne allzugroßen Aufwand
erzeugt werden können.
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Allgemein wird bei der Schockwellen-Umformung so vorgegangen,' daß
das Werkstück, also das Metallblech oder die Folie, auf eine Matrize, also das Werkzeug,
gelegt wird, und von oben her dann die Druckwelle auf das Werkstück zu gerichtet
wird. Durch Anordnung von Reflektoren oder dgl. kann die Druckwellenfront dem Werkstück
entsprechend ausgebildet und gebündelt werden.
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Zur Herstellung von Hohlkörpern, z. B. Vasen oder Plasiken, kann als
Werkstück ein einseitig offener Zylinder oder dgl. verwendet werden, der in eine
als Matrize ausgebildete, gegebenenfalls teilbare Hohlform eingesetzt und durch
die Schockwelle an deren Wandung angedrückt wird.
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Der Raum zwischen Werkstück und Werkzeug muß gut entlüftet werden,
vorzugsweise über eine Saugpumpe evakuiert werden, damit die Luftpolster beim Eindrücken
des Werkstücks in die Matrize keine Fehler ergeben.
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Die Schockwellen-Umformung erfüllt alle Anforderungen, die an ein
Verfahren zur Herstellung von hochwertigen Reliefdarstellungen mit feinsten Strukturen
zu stellen
sind; Die Explosiv-Umformung ermöglicht die Einwirkung
von hundertfach größeren Energien gegenüber den größten Pressen. Die Drücke an der
Schockwellenfront betragen über eine Million Atmosphären. Die Art des Verfahrens
bringt es mit -sich, daß durch die hohen Drücke und kurzzeitig hohen Temperaturen
das Metall in e-inen plasmaartigen Zustand übergeht und dadurch ideale Verformungsmöglichkeiten
entstehen.
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Es kann damit die bei der Vervielfältigung hochkünstlerischer- Reliefs-
notwendige- Feinheit der Struk-' turen wiedergegeben werden. Die Wiedergabe auch
von feinsten Einzelheiten ist erreichbar bei großer Ziehtiefe und einer unbeschädigten,
geschlossenen Oberfläche. Die erfindungsgemäße Anwendung des Schockwellen-Umform-Verfahrens
beschränkt sich nicht auf die Herstellung hochwertiger, künstlerischer Reliefs,
sondern kann auch für entsprechend fein strukturierte, technische Teile verwendet
werden.
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Die Größe der Reliefs ist beim der erfindungsgemäßen Verwendung des
Schockwellen-Verfahrens praktisch unbegrenzt und findet seine Grenze nur in der
Größe der abzubildenden Matrize und deren stabilen-Lagerung.
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Reliefs in der Größe einer normalen --Tür sind ohne weiteres möglich.
Bemerkenswert ist insbesondere--, daß die Einheit der Struktur nicht von der Größe
de erkstückes abhängig ist.
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Ein besonderer Vorteil bei der A2zwandung von Schockwellen-Umformung
liegt auch darin, daß im Gegensatz zu Ziehwerkzeugen nur eine einseitige, negative
Formhälfte
benötigt wird. Dies ist besonders deswegen von Bedeutung,
da die Herstellung genau passender Matrizen und Patrizen bei Ziehwerkzeugen besondere
Schwierigkeiten bereitet.
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Matrizen für erz das Schockwellenverfahren müssen nicht aus Stahl
oder Metall mechanisch herausgearbeitet sein, sondern sie können auch aus einem
Abguß bestehen. Dieser Abguß kann beispielsweise aus Gießharz mit oder ohne Glasfaserverstärkung
bestehen. Bei einer derartigen Herstellung der Matrize kann auch ein einmaliges,
positives Maisteroriginal naturgetreu vervielfältigt werden. Ähnliche Vorteile ergeben
sich beim galvanischen Abformen eines entsprechend präparierten Originals.
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Die gewählte Methode der Herstellung des Werkzeugs wird sich nach
der zu erwartenden Auflage richten und bietet damit die Möglichkeit, auch kleinere
Serien wirtschaftlich herzustellen.
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Bei der Durchführung -der erfindungsgemäß anzuwendenden Verfähren
wird zweckmäßigerweise so vorgegangen, daß das Werkstück durch einen Niederhalter
auf einem Rahmen mit der patrize gehalten wird, und der zwischen dem- Werkstück
und der Matrize entstehende Raum durch Vorsehung einer Dichtung zwischen Niederhalter
und Rahmen, sowie einen Anschluß zu einer Saugpumpe evakuierbar ist.
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Die Abdichtung des Raumes unterhalb bzw. außerhalb des Werkstückes
ist grundsätzlich notwendig, damit die zur Weiterleitung der Druckwelle vorzusehende
Flüssigkeit nicht zwischen Matrize und Blech e=ndringen kann und beim Verformungsvorgang
erst wieder verdrängt werden muß. Die Erzeugung von Unterdruck bzw. die Evakuierung
dieses Raumes bewirkt darüberhinaus, daß auch die Bildung von Luftnestern verhindert
wird. LuStnester oder iuftpolster können die genaue Abbildung der Matrize beeinträchtigen.
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Nachteilig kommt beim Vorhandensein von Luft hinzu, daß die plötzliche
Kompression eine adiabatische Erwärmung bedingt, so daß auch aus diesem Grund die
Entfernung der Luft zweckmäßig ist.
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Für die Weiterbehandlung der hergestellten Reliefs oder Hohlkörper
ist es zweckmäßig, die abgeformten Teile mit einem aufgalvanisierten und aufgedampften
Überzug zu versehen. Außerdem können die Teile auf chemischem Wege gefärbt, künstlich
gealtert oder anderen, dem besonderen Verwendungszweck angepaßten Oberflächenbehandlungen
insgesamt oder örtlich differenziert ausgesetzt werden. Der Vorteil dieser Maßnahme
liegt darin, daß durch einen Edelmetallüberzug,wie Gold oder Silber, der vollständige,
farblich richtige Eindruck goldener oder silberner Originale erzielt wird, ohne
daß das abgeformte Relief aus diesem tsuren Material hergestelltwerdenmuß. Durch
chemische Färbung kann eine natürliche Alterung durch Oxydation oder Abnutzung imitiert
werden, so daß auch hierdurch vollständige Ähnlichkeit mit dem Original erzielbar
ist.
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ueber das Vorstehende hinaus dienen die metallischen Überzüge gleichzeitig
auch als Oberflächenschutz, insbesondere, wenn diese noch durch nicht-metallische
W'oerzüge verstärkt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung noch anhand eines in einer Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In der Zeichnung ist als Werkstück 1, ein Metallblech oder eine Tolie,
vorgesehen. Das Werkstück 1 wird durch einen Niederhalter 2 auf einem Rahmen 3 festgehalten.
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In dem Rahmen 3 ist die Matrize 4 angeordnet. Die Anpreßkraft des
Niederhalters 2 wird so eingestellt, daß beim Verformungsvorgang eine Faltenbildung
verhindert wird.
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Zur Verhinderung des Eindringens von Flüssigkeit von außen in den
Raum zwischen Werkstück 1 und Matrize 4 ist eine Dichtung 5 vorgesehen. Außerdem
weist der Raum 6 zwischen Werkstück 1 und Matrize 4 einen Anschluß 7 auf, an welchem
eine nicht gezeichnete Saugpumpe angeschlossen wird so daß der-Raum 6 vor der Verformung
evakuiert werden kann.
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Die Schockwellenfront 8 bewegt sich in Richtung 9 auf das Werkstück
1 zu und bewirkt die erwünschte Abformung der Matrize 4.
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Allgemein ist zu bemerken, daß die Matrize beispiels weise als Kunstharzeinsatz
in einer Stahlform ausgebildet sein kann. 3ei der Verwendung von Araldit-Harz ergibt
sich
eine Lebensdauer von etwa 1000 bis 2000 Stück.
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Die Matrize kann auch aus Beton oder Gips statt Kunstharz sein.
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Die Evakuierung des Raumes 6 geschieht zweckmäßigerweise bis auf etwa
0,6 ata.
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- P a t e n t a n s p r ü c h e -