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Verfahren zum Herstellen eines schalenartigen
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Körpers aus einer Kunststoffplatine Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Herstellen eines schalenartigen Körpers aus einer Kunststoffplatine, die nach
einer Plastifizierung des Kunststoffes unter Anwendung von Unterdruck in die gewünschte
Form gebracht wird.
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Das Herstellen eines schalenartigen Körpers aus eine#r Kunststoffplatine
durch Tiefziehen ist bekannt. Das Tiefziehen erfolgt in einer Tiefziehmaschine mit
Hilfe eines Positiv-Modells. Die Kunststoffplatine wird zunächst durch Erwärmung
plastifiziert. Es erfolgt dann eine Dehnung der Kunststoffplatine durch Vorblasen.
klschließend wird das Positiv-Modell von unten gegen die durch Vorblasen gedehnte
Kunststoffplatine bewegt. Mit Hilfe von Unterdruck, der vom Positiv-Modell ausgeht,
wird der Kunststoff am Modell zur Anlage gebracht. Nach Abkühlung verfestigt sich
der Kunststoff, so daß der hergestellte Körper eine ausreichende Eigenfestigkeit
erhält.
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Hierbei ist es nachteilig, daß die Herstellung des Positiv-
Modells
sehr aufwendig ist. Auch die notwendige Verwendung einer Tiefziehmaschine führt
zu entsprechend hohen Herstellungskosten.
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Es ist ferner bekannt, einen Kunststoffkörper allein durch Blasen
zu -formen. Dies ist aber nur bei Verwendung von Acrylglas als Herstellungsmaterial
möglich, wenn die Einhaltung einer Materialstärke von bestimmter Größe mit der erforderlichen
Gleichmäßigkeit und Genauigkeit gewährleistet sein soll. Je größer die Abmessungen
des herziistellenden Körpers sind, desto größer sind auch die Schwierigkeiten in
bezug auf die Gleichmäßigkeit und die Genauigkeit der Materialstärke. Die zusätzliche
Anwendung entsprechender Maschinen würde dieses Verfahren zu teuer werden lassen.
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Hiervon ausgehend lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zur
Herstellung eines schalenartigen Kunststoffkörpers aus einer Kunststoffplatine geeignetes
Verfahren zu schaffen, mit dem sich die jeweils vorgegebene Materialstärke mit ausreichender
Genauigkeit und Gleichmäßigkeit einhalten läßt und das zu seiner Verwirklichung
einen wesentlich geringeren technischen Aufwand erfordert.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen
daß
die plastifizierte Kunststoffplatine mittels des Unterdrucks an einer Negativ-Form
zur Anlage gebracht wird.
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Die Erfindung hat erkannt, daß sich auf diese Weise ein schalena#rtiger
Körper mit nur geringem technischen Aufwand aus einer Kunststoffplatine herstellen
läßt und daß trotz der Einfachheit des Verfahrens die gewünschte Genauigkeit und
Gleichmäßigkeit der Materialstärke gewährleistet werden kann.
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Im einzelnen wird für die Durchführung des von der Erfindung vorgeschlagenen
Verfahrens weiterhin vorgeschlagen, daß in einem ersten Verfahrensschritt die Kunststoffplatine
mittels des Unterdruckes in ihrem ganzen Flächenbereich ein erstes Stück verformt
wird, bis die Ausdehnung der im Unterdruckbereich vorhandenen und sich erwärmenden
Luft zumindest ausgeglichen und gleichzeitig eine Vordehnung des Materials bewirkt
ist, daß in einem zweiten Verfahrensschritt der Unterdruck im wesentlichen nur in
den Randbereichen einwirkt, bis das Material in den Randbereichen an der Negativ-Form
anliegt, und daß in einem weiteren Verfahrensschritt der mittlere Bereich des Materials
durch den Unterdruck zum Anliegen an der Negativ-Form gebracht wird.
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Durch diese Unterteilung des Herstellungsverfahrens in die
genannten
Abschnitte ist insbesondere auch die Herstellung solcher schalenartiger Körper möglich,
deren Form Versprünge, Kanten- und Eckbereiche aufweist. Wichtig ist es also, das
plastifizierte und vorgedehnte Material ausgehend von den Randbereichen in Richtung
auf die Mitte zur Anlage an der Negativ-Form zu bringen.
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Der Unterdruck muß jeweils so stau3; sein, daß die für die Abwicklung
der einzelnen Verfahrensschritte benötigte Zeit so kurz wie irgend möglich ist.
Wenn nämlich das Material vor dem Abschluß des Verformungsvorganges zu stark abkühlen
kann, ist die Formgebung mit der yewünschten Präzision lentsprechend schwieriger.
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Vorteilhaft ist es ferner, daß vor dem Beginn der eigentlichen Verformung
die Kunststoffplatine nur auf der Negativ-Form festgespannt zu werden braucht. Dies
ist mit sehr einfachen teqhnischen Mitteln möglich. Die Erwärmung der Kunststoffplatine
auf eine Temperatur vorzugsweise im Bereich zwischen 110°C und 135 0C wird im allgemeinen
nach dem Aufspannen vorgenommen werden.
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Die eingangs genannte Erfindungsaufgabe erstreckt sich über das eigentliche
Verfahren hinaus auch auf die Schaffung einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten
Form, die
erfindungsgemäß also eine mit Unterdruckleitungen versehene
Negativ-Form ist.
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In diesem Zusammenhang wird im einzelnen vorgeschlagen, daß die Unterdruckleitungen
zumindest in einen im Randbereich des herzustellenden Körpers und in einen im mittleren
Bereich des herzustellenden Körpers wirksamen Unterdruckkreis unterteilt sind. Hierdurch
läßt sich die zeitliche Abstufung der Formgebung in den Rand- und Mittelbereichen
in der gewünschten Weise und ohne größeren technischen Aufwand bewirken. Die Unterdruckkreise
können je nach Bedarf in dem jeweils zugeordneten Formgebungsbereich Unterdruck
von unterschiedlicher Stärke erzeugen.
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Die Unterdruckleitungen werden zweckmässig unterhalb der eigentlichen
Formfläche der Negativ-Form verlaufend angeordnet und mit in den Formraum mündenden
Öffnungen versehen. Letztere sollten über die ganze Formfläche verteilt vorhanden
sein, wobei insbesondere auch in den Eck- und Kantenbereichen der Negativ-Form die
Öffnungen so ausgebildet sein sollten, daß der Unterdruck hier sehr schnell und
effektiv zur Wirkung gebracht werden kann.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
weist der jeweils dem oder den Randbereichen
zugeordnete Unterdruckkreis
eine von beiden Seiten her evakuierbare Ringleitung auf. Durch die zweiseitige Evakuierung
wird erreicht, daß sich der Unterdruck besonders schnell aufbauen kann.
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Im übrigen kann der dem oder den mittleren Bereichen jeweils zugeordnete
Unterdruckkreis eine oder mehrere Abzweileitungen aufweisen, die jeweils nur von
einer Seite her evakuierbar sind.
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Im übrigen werden Aufteilung und Anordnung der Unterdruckkreise sowie
die Größe der in den Formraum mündenden öffnungen von Fall zu Fall in Abhängigkeit
von Form und Größe des jeweils herzustellenden schalenartigen Körpers sowie von
dem jeweils gewählten Kunststoffmaterial festgelegt werden.
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Um zu verhindern, daß sich die Negativ-Form zu stark erwärmt, kann
diese mit Kühlleitungen versehen sein, die von einem Kühlmedium durchströmt werden.
Hierdurch wird die von der Negativ-Form aufgenommene Wärme verhältnismässig schnell
wieder abgeführt, so daß sich die Eigentemperatur der Negativ-Form auf einem konstanten
Wert halten läßt, was hierbei wünschenswert ist.
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Damit der Unterdruck von den Öffnungen her in möglichst gleichmäßiger
Verteilung über die ganze Formfläche zur Wirkung gebracht werden kann, ist es vorteilhaft,
der Formfläche der Negativ-Form eine rauhe oder grobkörnige Oberfläche zu geben.
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Das Aufspannen der Kunststoffplatine kann erfindungsgemäß mit Hilfe
eines auf dem oberen Rand der Negativ-Form angeordneten Spannrahmens erfolgen. Das
Einspannen der Kunststoffplatine läßt sich in sehr einfacher Weise durchführen,
wenn der Spannrahmen an einer Seite mittels scharnierender Verbindungen und an der
gegenüberliegenden Seite mittels lösbarer Verschlüsse gehalten ist, die vorzugsweise
die Form von Spannhebelverschlüssen haben können. Trotzder leichten Lösbarkeit ist
dann in jedem Fall ein gleichmäßiges Festhalten der Kunststoffplatine über den ganzen
Umfang hin gewährleistet.
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Nachfolgend wird eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
anhand einer Zeichnung näher beschrieben.
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Im einzelnen zeigen: Fig. 1 eine Negativ-Form in perspektivischer
Darstellung; Fig. 2 einen Querschnitt durch die Negativ-Form mit eingespannter Kunsts-toffplatine
vor dem Beginn der Verformung;
Fig. 3 einen der Darstellung nach
Fig. 2 entsprechenden Querschnitt nach Durchführung des ersten Verfahrensschrittes;
Fig. 4 einen der Darstellung nach Fig. 2 entsprechenden Querschnitt nach Durchführung
eines nächsten Verfahrensschrittes; Fig. 5 einen der Darstellung nach Fig. 2 entsprechenden
Querschnitt nach Abschluß der Verformung.
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Eine Negativ-Form 1o kann z.B. aus Aluminium hergestellt sein. Im
vorliegenden Fall dient die Negativ-Form 1o zur Herstellung von Dachhauben, die
als Abdeckungen für Dachbelüftungen verwendet werden. Als Ausgangsmaterial für die
Herstellung dient eine Kunststoffplatine 11 aus Hart-PVC Die Kunststoffplatine 11
wird auf der Negativ-Form 1o mittels eines Spannrahmens 12 aufgespannt (in Fig.
1 nicht dargestellt), der an einer Längsseite durch Scharniere 13 mit der Negativ-Form
1o verbunden ist. An der gegenüberliegenden Längsseite sind Spannhebelverschlüsse
14 vorgesehen, die den Rand des Spannrahmens 12 übergreifen und in einfacher Weise
von Hand betätigbar sind. Bei hochgeklapptem Spannrahmen 12 wird die Kunststoffplatine
11
aufgelegt. Es braucht dann nur der Spannrahmen 12 heruntcrgeklappt
und mit Hilfe der Spannhebelverschlüsse 14 festgehalten zu werden, um die Kunststoffplatine
11 ausreichend fest einzuspannen.
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Durch die Form der herzustellenden schalenartigen Körper ergeben sich
in den Randzonen Eck- und Kantenbereiche mit winkliger Anordnung der einzelnen Teilflächen
zueinander in konvexer und konkaver Form. Demgegenüber ist die Form der Dachhaube
im mittleren Bereich verhältnismäßig gleichmäßig und flächig. ls sind nur zur Verstarkuny
dienende Rippen vorgesehen, die mit Hilfe von entsprechend geformten Nuten 15 in
der Negativ-Form 1o geformt werden.
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Die Negativ-Form 1o ist von Unterdruckleitungen 16 und 17 durchsetzt.
Die Unterdruckleitung 16 dient zur Erzeugung des Unterdrucks im Randbereich und
ist eine Ringleitung, die um den ganzen Umfang verläuft und die innerhalb der Negativ-Form
1o ein T-Stück aufweist, von dem aus ein Abzweig der Unterdruckleitung 16 nach außen
geführt ist. Innerhalb der Unterdruckleitung 16 kann deshalb von zwei Richtungen
her evakuiert werden.
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Die Unterdruckleitung 17 dient zur Erzeugung des Unterdrucks im mittleren
Bereich und ist in einzelne Abzweigleitungen unterteilt, die ausgehend von der in
Fig. 1 sichtbaren Anschlußseite in Längsrichtllng der Negativ-Form 1o bis etwa
zur
gegenüberliegenden Schmalseite verlaufen und dort dicht sind.
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Die Unterdruckleitungen 16 und 17 haben in ungefähr gleichmäßiger
Verteilung über ihren Verlauf hin jeweils eine Anzahl von Öffnungen 18, die meist
durch entsprechende Bohrungen gebildet sein werden und die in den Formraum 19 der
Negativ-Form 1o münden. Die Verteilung, die Anzahl und die Größe der Öffnungen 18
müssen so gewählt werden, daß an allen Stellen ein ausreichend großer Unterdruck
erzeugt werden kann.
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Die Negativ-Form 1o ist ferner von Kühlleitungen 20 durchsetzt, die
von einem Kühlmedium wie z.B. Wasser durchströmt werden und die die anfallende Wärme
aus allen Bereichen der Negativ-Form 1o abführen. Es kann zweckmäßig sein, die Kühlleitungen
20 in einen Regelkreis einzubeziehen, der die Temperatur der Negativ-Form 1o selbsttätig
auf einem vorgeyebenen konstanten Wert hält.
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Für die Herstellung der Dachhaube ergeben sich im einzelnen folgende
Verfahrensschritte: Nach dem bereits beschriebenen Aufspannen der Kunszstoffplatine
11 wird diese auf eine Temperatur zwischen 110°C und 1350C erhitzt. Es werden zunächst
sowohl die Unterdruckleitung
16 im Randbereich als auch die Unterdruckleitung
17 im mittleren Bereich eingeschaltet, so daß in allen Teilen des Formraums 19 Unterdruck
wirksam ist.
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Hierdurch wird die erwärmungsbedingte Ausdehnung der im Formraum 19
befindlichen Luft ausgeglichen. Durch einen darüber hinaus auf die Kunststoffplatine
11 zur Einwirkung gebrachten Unterdruck wird eine Vordehnung des Kunststoffmaterials
im gesamten Flächenbereich erreicht, wie es in Fig. 3 angedeutet ist.
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Anschließend wird der im mittleren Bereich durch die Unterdruckleitung
17 aufgebaute Unterdruck verringert oder sogar ganz abgeschaltet, während der im
Randbereich durch die Unterdruckleitung 16 zur Wirkung gebrachte Unterdruck zunächst
die Randbereiche der plastifizierten Kunststoffplatine 11 in die entsprechenden
Kanten- und EckbereiclB der Negativ-Form 1o hineinzieht. Hierbei kann der von der
Unterdruckleitung 16 ausgehende Unterdruck gegebenenfalls noch stärker sein als
im Verlauf des ersten Verfahrensschrittes, der zur Vordehnung des Materials dient.
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Wie Fig. 4 erkennen läßt, liegt die plastifizierte Kunststoffplatine
11 jetzt in den Rand- und Eckbereichen der Negativ-Form 1o vollständig an. Mit Wiedereinschaltung
bzw. Verstärkung des von der Unterdruckleitung 17 ausgehenden
Unterdruckes
im Mittelbereich wird jetzt auch dort das Kunststoffmaterial zur Anlage an die Neativ-Form
10 gebracht, wie es die icl. 4 und 5 erkennen lassen.
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Nach Abkühlung und Verfestigung des Kunststoffes und nach Öffnen des
Spannrahmens 12 kann die Dachhaube entnommen werden.
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Wie die Beschreibung erkennen iäE?.t, ist die Erfindung allgemein
zur Herstellung von schalenartigen iMörpern beliebiger Form anwendbar. Der zeitliche
Ablauf des Anlegens einzelner Flächenbereiche an die Negativ-Form kann durch Unterteilung
des Unterdrucksystems in eine entsprechende Anzahl von Unterdruckkreisen und durch
die differenzierte Steuerung dieser Kreise im Einzelfall je nach Bedarf vorgegeben
werden.
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Bezugsziffernliste : 10 Negativ-Form 11 Kunststoffplatine 12 Spannrahmen
13 Scharnier 14 Spannhebelverschluß 15 Nut 16 Unterdruck leitung 17 Unterdruckleitung
18 Öffnung 1 19 Formraum 20 Kühl leitung