DE1908354A1

DE1908354A1 - Verfahren zum Herstellen von Metallreliefs

Info

Publication number: DE1908354A1
Application number: DE19691908354
Authority: DE
Inventors: Lothar Umbreit
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-02-20
Filing date: 1969-02-20
Publication date: 1970-09-10

Description

Verfahren zum Herstellen von Metallreliefs =============================== ===================== Die Brfinaung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von reliefartigen Darstellungen oder Hohlkörpern mit feinster Struktur aus Metallblechen oder Folien.
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.
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.
Aus diesen Gründen sind die im Handel erhältlichen, maschinell hergestelltan Reliefplatten verhältnismäßig grob gezeichnet und nur wenig tief gezogen.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
@@@@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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
ueber das Vorstehende hinaus dienen die metallischen Überzüge gleichzeitig auch als Oberflächenschutz, insbesondere, wenn diese noch durch nicht-metallische W'oerzüge verstärkt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung noch anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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.
In dem Rahmen 3 ist die Matrize 4 angeordnet. Die Anpreßkraft des Niederhalters 2 wird so eingestellt, daß beim Verformungsvorgang eine Faltenbildung verhindert wird.
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.
Die Schockwellenfront 8 bewegt sich in Richtung 9 auf das Werkstück 1 zu und bewirkt die erwünschte Abformung der Matrize 4.
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.
Die Matrize kann auch aus Beton oder Gips statt Kunstharz sein.
Die Evakuierung des Raumes 6 geschieht zweckmäßigerweise bis auf etwa 0,6 ata.
- P a t e n t a n s p r ü c h e -

Claims

Patent ans'orüche Verfahren zum Herstellen von reliefartigen Darstellungen oder Hohlkörpern mit feinster Struktur aus Metallblechen oder Folien, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schockwellen-Umformung angewendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Explosions-Umformung angewendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektroschock-Umformung angewendet wird.
4. Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs für die Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daB es als Abguß aus Metall oder Gießharz von einem Positiv-Original abgenommen wird..
5. Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs für die Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 3, dadurch gekennzeichnet, daß es durch galvanische Abbildung eines metallischen oder metallisierten Original hergestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (i) durch einen Niederhalter (2) auf einem die Matrize (4) umfassenden Rahmen (3) gehalten wird, und der Raum (6) zwischen Werkstück (1) und Matrize (4) durch Vorsehung einer Dichtung (5) zwischen Niederhalter (23 und Raten (3) sowie einen Anschlug (7) zu einer Saugpumpe evakuiert wird.
7. Verfahren zum Behandeln von nach einen Verfahren gemäß Ansprüchen 1 - 3 hergestellten Reliefs, dadurch gekennzeichnet, daß die RelIefs mit einem metallischen Uberzug durch Aufdampfen oder galvanisch versehen werden.
8. Verfahren zum Behandeln von nach einen Verfahren gemäß Ansprüchen 1 - 3 hergestellten Reliefs, dadurch gekennzeichnet, daß die Reliefs auf chemische Weise gefärbt, künstlich gealtert oder anderen dem besonderen Verwendungszweck angepaßten Oberflächenbehanälungen insgesamt oder örtlich differenziert unterworfen werden.
9. Verfahren zum Behandeln von nach einem Verfahren gemäß Ansprüchen 1 - 3 hergestellten Reliefs, dad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Reliefs mit einem nicht-metallischen Uberzug versehen werden.