DE3035271C2

DE3035271C2 - Verfahren zum Prägen von Mustern, insbesondere von maßhaltigen mikroprismatischen reflektierenden Strukturen, in bandförmige thermoplastische Kunststoffbahnen und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE3035271C2
Application number: DE3035271A
Authority: DE
Inventors: William P. Southington Conn. Rowland
Original assignee: Reflexite Corp
Current assignee: Reflexite Corp
Priority date: 1979-09-20
Filing date: 1980-09-18
Publication date: 1984-05-17
Also published as: DE3035271A1; JPS5651320A; GB2058676B; JPS6056103B2; US4244683A; CA1154223A; GB2058676A

Description

a) die zu prägende Kunststoffbahn wird mit ihrer Unterseite auf einen eine glatte Oberfläche aufweisenden Träger aufgelegt,

b) auf die Oberseite der zu prägenden Kunststoffbahn werden im Bereiche des Trägers mehrere der einzuprägenden Struktur entsprechende ι= Formen aneinanderstoßend aufgelegt,

c) der Träger, die Kunststoffbahn und die aufgelegten Formen werden mit der ersten Form beginnend schrittweise nacheinander einer Reihe von auf unterschiedliche Temperaturen aufgehegte Prägestempeln zugeführt um die einer jeden Form zugeordneten Teile der Kunststoffbahn nacheinander einem mehrstufigen Prägevorgang zu unterwerfen und

d) die Formen werden nach dem schrittweisen Durchlaufen der Prägestempel forttaufend von dem geprägten Teil dec Kunststoffbahn abgenommen und auf den sich anschließenden ungeprägten Teil der Kunststoffbahn wieder aufgelegt, und die maßhaltig geprägte Kunststoff- m> bahn wird vom Träger gelöst.

2. Verfahren nach- Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der ersts Prägestempel etwa auf die Spritzgießtemperatur des Hj= zes aufgeheizt wird, und daß die nachfolgenden Prägestempel schrittweise abgekühlt werden, so daß die Temperatur bei der letzten Form um 0 bis 21 "C unterhalb der Erweichungstemperatur liegt

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffbahn schrittweise um jeweils einen dem Mittenabstand der Prägestempel entsprechenden Betrag bewegt und daß die Prägestempel jeweils in eine geschlossene bzw. in eine geöffnete Stellung wechselweise bewegt werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ab- und Aufwickelrolle (34, 36) mehrere einzeln steuerbare Hydraulikstempel (54) in einer Reihe nebeneinander liegend angeordnet sind, denen jeweils obere und untere auf unterschiedliche Temperaturen aufheizbare flächengleiche Prägeplatten (60, 62) aneinanderstoßend zugeordnet sind, deren Mittelpunkte auf einer Linie im gleichen Abstand voneinander über einer vorgegebenen Strecke entlang der Kunststoffbahn 16) liegen und zwischen denen die Kunststoffbahn auf einem endlosen Band (30) aufliegend von der Abwikkel-(34) zur Aufwickelrolle (36) bewegbar ist, daß eine in Förderriehtiing gesehen vor ilen Prligcphitlen liegende Aufgiihcsiaiion (40) für die Anflüge von Formen (46) ;iuf die Oberfläche der Kunststoffbahn (16) vorgesehen ist, deren Anzahl der Anzahl der Prägcplattcnpuiirc entspricht, und daß eine Steuereinrichtung (14) vorgesehen ist, so daß das in den Formen vorhandene Prägemuster schrittweise in endloser Folge maßgenau auf die Kunststoffbahn

übertragbar ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß das endlose Band (30) eine hochglanzpolierte Oberfläche aufweist auf der die Kunststoffbahn aufliegt

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß jedem Hydraulikstempel (54) eine obere Prägeplatte (60) beweglich und eine als Widerlager dienende untere Prägeplatte (62) maschinenfest derart angeordnet ist daß in der Schließstellung das endlose Band (30), die zugeordneten Formen (46) und die dazwischenliegende Kunststoffbahn (16) durch die Prägeplatten (60, 62) zusammenpreßbar sind

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Prägeplatten (60, 62) derart regelbar ist daß die zwischen den ersten zwei Prägestationen befindlichen Teile der Kunststoffbahn auf eine vorgegebene Prägetemperatur erhitzbar und die zwischen den nachfolgenden Prägestationen befindlichen Teile der Kunststoffbahn stufenweise abkühibar sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß das endlose Band (30) über Trommeln (18,20) führbar ist, die in Halterungen (24) drehbar gelagert sind, welche auf Schienen (26) quer zur Vorschubrichtung des Bandes bewegbarsind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prägen von Mustern, insbesondere von maßhaltigen mikroprismatisehen reflektierenden Strukturen, in bandförmige thermoplastische Kunststoffbahnen und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Hierzu sind sowohl kontinuierliche als auch diskontinuierliche Verfahren bekannt.

Bei einem gattungsgemäb'en diskontinuierlichen Verfahren wie es in der US 36 84 3*8 und US 38 10 804 beschrieben ist, wird das zu prägende Material schrittweise einer Prägepresse zugeführt, wobei das Material auf die erforderliche Prägetemperatur erwärmt wird und dann in der Presse abgekühlt, während gleichzeitig der Pressendruck aufrechterhalten bleibt. Die Form der Prägepresse und das geprägte Material müssen sich dabei auf eine Temperatur abkühlen können, bei der das geprägte Material ohne Beschädigungen des Musters aus der Form entfernt werden kann.

Eine weitere Schwierigkeit beim Pressen solcher Kunststoffbahnen besteht darin. Luft- oder Gaseinschlüssc in den Hohlräumen der Prägeform zu vermeiden, da hierdurch die Qualität des Prägemusters becinträchtigt wird. Ferner ist darauf zu achten, daß keine ungewollten Dehnungen in der Prägeform als Folge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der aus Metall bestehenden Form und der Kunststoffbahn entstehen, was besonders kritisch ist. da sich der bereits

M) geprägte Kunststoff innerhalb der Form abkühlt und dabei »η der Prägefläehe anliegt. Liegt nämlich das gC' prügle Material nicht giiii/ exiiki ;in der l'riijii-FHiclic der l'oriii wahrend der Abkühlung an, besteht die (ief;ihr von Verformungen b/.w. Formabweiehiiiigen und mich

b¹) das zu frühe Abziehen aus den Formen wirkt sich auf die Güte der Prägung aus. Diese Schwierigkeiten sind besonders störend, wenn reflektierende Bahnen mit einem aus sehr kleinen Prismen zusammengesetzten Muster

hergestellt werden sollen wie sie in großem Umfange sowohl als Sicherheitsvorrichtungen an Fahrrädern, Autos und anderen Fahrzeugen als auch für andere reflektierende Sicherheitsvorrichtungen und -Zwecke benutzt werden.

Variationen dieser Technologie sind in den US-Patentschriften 36 89 346 und 39 35 359 beschrieben.

Bei kontinuierlichen Frägeverfahren wie z. B. nach der US 23 80 447 werden im allgemeinen Prägewalzen, an deren Umfang das gewünschte einzuprägende Muster aufgebracht ist, benutzt und das bahnenförmige Material durchläuft eine von der Prägewalze und einer damit zusammenwirkenden Walze gebildete Verengung.

Weitere Verfahren zum Pressen oder Gießen von prismatischen Strukturen aufweisenden Reflektoren zeigen beispielsweise die US-PS 25 38 638 und 34 17 959 sowie das dänische Patent 60 837.

Die Herstellung mikroprismatischer Formationen mit Hilfe der Prägetechnik blieb bisher unbefriedigend, da es bei der Herstellung nicht gelang, die Größe und den Winkel der einzelnen Prismen in engen To'_;;ranzen genau einzuhalten. Bereits eine Abweichung in der Größenordnung einer Winkelminute verursacht eine wesentliche Abweichung in der Fähigkeit des Materials, auftreffende Lichtstrahlen in der gewünschten Weise zu reflektieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Verfahren zur diskontinuierlichen, also schrittweisen Herstellung exakter Prägungen auf Kunststoffbahnen, vorzugsweise thermoplastische Kunststoffe, die als Endprodukt in Rollenform anfallen, mit vertretbarer Arbeitsgeschwindigkeit und mit genauer Steuerung des Prägevorganges, die Abweichungen in den geprägten Strukturen über die gesamte Länge des sich wiederholenden Musters vermeidet, und eine Vorrichtung, also eine Prägeanlage zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, die mit verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten für die diskontinuierliche Prägung solcher Kunststoffbahnen mit exakt strukturierten einzelnen Prägungen über die gesamte Länge betrieben werden kann, so daß praktisch keine Abweichungen in der Struktur der steh wiederholenden Muster auftreten, wobei die Prägeanlage verhältnismäßig klein und mühelos bedienbar sein und sich schnell auf unterschiedliche Prägemuster umstellen lassen soll.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art ist diese Aufgabe nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 4 angeführten Merkmale gekennzeichnet.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich erstmals Kunststoffbahnen in wirtschaftlicher Weise schrittweise mit exakten, maßhaltigen, gut reflektierenden mikroprismatischen Prägungen versehen. Die Prägeanlage ist klein und für die Verarbeitung unterschiedlichster Kunstharze geeignet. Ihre Bedienung und Steuerung ist einfach, ebenso ihre Wartung. Die Prägungen sind auch nach langer Betriebsdauer der dabei verwendeten Formen exakt ausgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Prägeanlage mit einem Bandförderer In seiner unwirksamen Stellung,

F i g. 2 eine perspektivische, vergrößerte Teildarstellung einer Auflagestation für Formen, wobei eine Form auf dem Prägeband bereits aufliegt, während eine andere nach unten abgeschwenkt ist,

F i g. 3 die schematische Draufsicht auf die Anlage nach Fig. 1, in der der Bandförderer seine unwirksame Stellung nach den gestrichelten Linien und seine Wirkstellung nach den ausgezogenen Linien einnimmt,

F i g. 4 eine Teildarstellung einer Preßplatten-Anordnung mit elektrischen Heizelementen,
F i g. 5 eine ännliche Darstellung wie F i g. 4, wobei als Medium für den Wärmeaustausch öl dient

F i g. 6 eine ähnliche Darstellung einer Preßplatten-Anordnung, bei der das Wärmeaustausch-Medium Wasser ist,

F i g. 7 eine schematische Teilans^ht in vergrößerter Darstellung auf die Pressenstatioi· der Anlage nach Fig-1,

F i g. 8 die Draufsicht auf einen Teil des mit der Anlage nach den F i g. 1 bis 7 geprägten Endproduktes, und F i g. 9 die Draufsicht in starker Vergrößerung auf das Endprodukt mit der aus Mirkroprismen gebildeten Struktur.

Die F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Prägeanlage, in der eine Kunststoffbahn 16 kontinuierlich auf ihrer einen Seite mit einem ausgeprägten Muster versehen wird. Die Anlage enthält eine mit dem Bezugszeichen 10 versehene Presse, eine Bandfördereinrichtung 12 und eine Steuereinrichtung 14. Wie aus der Zeichnung weiter hervorgeht, durchläuft die Kunststoffbahn 16 die Anlage in Richtung der Pfeile von rechts nach links.

Der Bandfördereinrichtung 12 besteht im wesentlichen aus zwei Trommeln 18 und 20, die drehbar in Halterungen 24 gelagert sind. Die Bandfördereinrichtung 12 ist auf über Rollen 28 verschieblich gelagerten Schienen 26 quer zu seiner Vorschubrichtung beweglich, so di 3 sie aus ihrer unwirksamen Stellung gemäß F i g. 1, in der die Bandfördereinrichtung nach links verschoben ist, in ihre wirksame Stellung gemäß F i g. 1 bewegbar ist; die Stellungen sind in Fig.3 in gestrichelten bzw. ausgezogenen Linien dargestellt. Über Uie Trommeln 18 und 20 läuft ein endloses Hochglanz-Metallband 30, dessen Außenfläche poliert ist. Zu der Bandfördereinrichtung 12 gehört ebenfalls eine Zuführeinrichtung für das zu prägende Material, die aus einer Rollenhalterung 32 für eine Abwickelrolle 34 der Kunststoffbahn 16, einer Aufwickelrolle 36 an der gegenüberliegenden Seite der Anlage und einer Aufnehmerrolle 38 besteht.

D'C Bandfördereinrichtung 12 weist außerdem eine mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnete Aufgabestation für die Formen ai;', die aus einer Platte 42 unterhalb des Bandes 30 mit senkrecht nach oben stehenden Führungszapfen 44 auf beiden Seiten des Bandes 30 besteht. Wie F i g. 2 zeist, wird eine Vielzahl von Formen 46 auf die Oberseite deo bahnenförmigen Kunststoffes 16 auf Stoß aneiiianderliegend beim Durchlauf der zu prägenden Kunststoffbahn 16 und dem als Widerlager dienenden Band 30 des Förderers aufgebracht.

Auf der Abzugsseite des Bandförderers befindet sich ein in F i g. 3 schematisch dargestellter Antriebsmotor 50, über den die Trommel 20 und folglich das Band 30 angetrieben werden, sowie ein Motor 51 der die Aufwikkelrolle 36 antreibt. Beide Motoren sind über geeignete Kupplungen mit den jeweils anzutreibenden Teilen ver-

bunden und weisen Bremsen auf, über die die Anzahl der Umdrehungen festgelegt werden kann.

Die Presse 10 besteht im wesentlichen aus einem Rahmen 52 mit einer waagrechten Grundplatte 64 und einer Kopfplatte 68. Beide Platten sind über senkrechte Säulen 66 starr miteinander verbunden. Innerhalb des Rahmens 52 sind mehrere mit dem Bezugszeichen 54 versehene Hydraulikstempel vorgesehen, die jeweils aus einem von der Kopfplatte getragenen Zylinder 56 und einem im Zylinder beweglichen Kolben 58 bestehen sowie aus einer Prägeplatte 60, die mit dem Kolben 58 beweglich verbunden ist, und einer unteren, starr auf der Grundplatte 64 angeordneten Prägeplatte 62.

Wie F i g. 7 zeigt, sind die Flächen der Prägeplatten 60, 62 durch Dämpfungselemente 70 zum Schutz des Bandes 30 und der Formen 46 gegen Beschädigungen abgedeckt; ferner soll vermieden werden, daß Harz mit den Prägeplatten in Berührung kommt. Die Dämpfungselemente 70 bestehen vorzugsweise aus einem Verbundmaterial aus einem Glasfasergewebe, dessen Oberseite einen Überzug aus Polyteirafluorethylenharz aufweist, während der plattenseitige Rücken mit Silikongummi überzogen ist.

Aus den F i g. 3 und 4 geht hervor, daß in einer Presse 546 mit Heizstäben 72 beheizte Prägeplatten 60 und 62 verwendet werden, deren Kabel 74 jeweils mit einer Stromquelle 76 verbunden sind. Eine Presse 54a weist in gleicher Weise beheizte Prägeplatten auf.

Wie die F i g. 3 und 5 zeigen, sind die Prägeplatten 60 und 62 einer Presse 54c über ein heißes Ol lieferndes Aggregat 81 ölbeheizt. Die erforderliche Verbindung wird über je einen Einlaß- und Auslaßschlauch 78 bzw. 80 hergestellt.

Die Prägeplatten 60 und 62 einer Presse 54c/sind, wie die F i g. 3 und 6 zeigen, durch Heißwasser beheizt, das über die Einlaß- und Auslaßschläuche 82 bzw. 86 aus einer Heißwasserquelle 87 zu- bzw. abgeführt wird. Die Prägeplatten einer Presse 54e werden mit Wasser auf Raumtemperatur gekühlt, das Einlaß- und Auslaßschläuche 88 bzw. 90 aus einem Kühlwasseraggregat 92 kommend durchfließt.

Die einzelnen Zylinder 56 sind mit einer Hydraulikpumpe 96 oder einem Druckbehälter über Einlaß- und Auslaßschläuche 94 verbunden. Über die Hydraulikpumpe 96 wird die Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Kolben 58 und folglich das Öffnen und Schließen der Prägeplatten 60 und 62 gesteuert.

Die Steuereinheit 14 enthält alle für die Steuerung der Hydraulikpumpe 96, der Motoren 50 und 51 und für die Betätigung der Wärmetauscher für die Prägeplatten der einzelnen Prersen erforderlichen Schaltmittel. Gemäß Fig. 7 ist ein Endschalter 100 am Rahmen 52 vorgesehen, der anspricht, sobald die Prägeplatten 60 in die geöffnete, in ausgezogenen Linien dargestellte Stellung gegenüber der geschlossenen in gestrichelten Linien gezeichneten Stellung bewegt worden sind. Eine Formabtast-Vorrichtung 102 tastet an der Unterseite der vorlaufenden Form 46 das reflektierte Licht ab und steuert dadurch die Vorschubbewegung des Bandes 30. In F i g. I isi ein Wal/ensteiierimgsglied 104 gezeigt, das sich dreht, wenn sich il;i% Hand M) d:u übcrbewi-gi, uiul das einen nicht gezeigten Schalter zum Abschalten des Bandvorlaufes betätigt, sobald die abgetastete Anzahl der Umdrehungen der linearen Ersireckung der Länge einer Form 46 entspricht.

In Fig.9 ist ein auf einer Bahn aufgebrachtes, aus sehr kleinen Prismen bestehendes, plastisch-geometrisches Muster nach der genannten US-Patentschrift 36 84 348 gezeigt, das mit dem noch zu beschreibenden erfindungsgemäßen Verfahren aufgebracht wurde. Die aufgeprägten Kuben 106 besitzen drei dreieckförmige Flächen 108 und entsprechen im wesentlichen paßgenau den Ausnehmungen in der Form 46.

In F i g. 8 ist ein Teilstück einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Prägeanlage geprägten Kunststoffbahn dargestellt, auf der :sich die eingeprägten Muster UO über die Bahnlänge wiederholen. Wie die Darstellung zeigt, entspricht jedes Muster 110 dem Abdruck einer einzigen Form 46 und jedes Muster 110 besteht aus vier gleichen Quadraten 112. Die einzelnen Muster 110 sind voneinander an den angrenzenden Stirnseiten durch einen schmalen Spalt 114 getrennt, der der durch nebeneinanderliegende Formen gebildeten Fuge entspricht.

Die Wirkungsweise der Prägeanlage ist folgende. Die Bandfördereinrichtung 12 befindet sich gemäß F i g. 1 in der geöffneten Stellung und gemäß der gestrichelten Linie in F i g. 3 in der Stellung, in der das Band 30 und die Materialbahn sich außerhalb des Bereiches der Presse 10 als Folge der Bewegung der Schienen 26 in der geöffneten Stellung befinden. In dieser Stellung sind das Band 30 und die Kunststoffbahn 16 keiner Wärmebeanspruchung durch die Pressen 54a —e ausgesetzt, so daß die Vorarbeiten für den Betrieb der Prägeanlage getroffen wenden können.

Die Bedienungsperson führt ein Ende der Kunststoffbahn T6 von der Abwickelrolle 34 entlang dem Band 30 durch die Berührungsstelle (Walzenspalt) zwischen der Trommel 20 und der Aufnehmerrolle 38 hindurch zur Aufwickelrolle 3te. Die erste der Formen 46 wird lotrecht unterhalb der ersten Presse 54a (vgl. F i g. 7) aufgebracht und die übrigen Formen werden dann auf Stoß

j5 nebeneinander aufgebracht, bis die Aufgabestation 40 voll ist. Die Anlage kann nunmehr mit einer Prägeform in der ersten Pressenstation in Betrieb gesetzt werden.

Dementsprechend wird die Steuereinheit betätigt, um die einzelnen Heizelemente einzuschalten, durch die die Prägeplatten 60, 62 der Pressen 54a—e auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Sobald die jeweits gewünschte Temperatur erreicht ist, kann der Prägevorgang beginnen und die Bandfördereinrichtung 12 wird über die Schienen 26 in ihre in F i g. 3 in ausgezogenen Linien dargestellte wirksame Stellung übergeführt, in der sie lotrecht unterhalb der Pressen 54a—e der Anlage liegt, wodurch auch die erste Form 46 lotrecht zur ersten Presse 54a zu liegen kommt.

Durch Betätigen des Startkopfes (der hier nicht gezei{;t ist) auf dem Steuerpult der Steuereinheit wird die Hydraulikpumpe % in Betrieb gesetzt und das h ,draulische Medium wird in die Zylinder 56 der einzelnen Pressen 54a-e gepumpt, wodurch die oberen Prägeplatten 60 nach unten auf die erste Form 46, das Band 30 und die Kunststoffbahn 16 gepreßt werden. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, in der sich der Wärmeübergang zwischen Form 46, Band 30 und Kunststoffbahn 16 in gewünschtem Maß vollzogen hat schaltet die Steuereinheit 14 die Hydraulikpumpe 96 ein, um durch die

ho Zylinder 56 die oberen Prägeplatten 60 anzuheben und den Aiiprclklnick mif/uliclieii.

Über den Endschalter 100 wird die Kndlagc der Aufwärtsbewegung ermittelt und die Steuereinheit 14 betätigt den Motor 50 zur Drehung einer Welle 22 und folglich der Trommel 20, wodurch das Band 30, die Formen 46 und die Kunststoffbahn 16 um einen vorbestimmten Betrag vorwärtsbewegt werden, nämlich um den Abstand von Mitte zu Mitte der Formen und ent-

sprechend der Pressen 54;j —e. Gleichzeitig wird der Motor 51 eingeschaltet, so daß sich die Aufwickelrolle 36 dreht und den vorgeschobenen Teil der Kunststoffbahn aufwickelt. Das Walzensteuerungsglied 104 dreht sich mit dem Vorschub des Bandes 30 und betätigt einen nicht dargestellten Schalter, sobald der Vorschub den gewünschten Betrag erreicht, damit die Motoren 50,51 abgeschaltet und die Hydraulikpumpe % eingeschaltet werden, können, durch die die Zylinder 56 die oberen Prägeplatten 60 wieder zur Auflage bringen. Zu diesem Zeitpunkt ist die zweite Form 46 in der Folge der ersten Presse 54a zugeordnet und die erste Form 46 der Folge ist an die der zweiten Presse 54t> zugeordnete Pressenstation bewegt worden. Die Bedienungsperson legt eine weitere Form 46 auf das bahnenförmige Material in der Prägestation 40 auf.

Dieser Ablauf setzt sich fort, wenn die Formen 46 die Kunststoffbahn 16 und das Band 30 die einzelnen aus den hiniereinandergeschalteten Pressen 54a —e bestehenden Stationen durchlaufen. Sobald die erste Form 46 der Reihe die Presse 10 verläßt, bewegt sie sich zusammen mit dem Band 30 und der Kunststoffbahn 16 zur Trommel 20. wodurch sie sich, da der Umgebungsluft ausgesetzt, weiter abkühlt. Während sich die Kunststoffbahn 16 und das Band 30 dem Umfang der Trommel 20 anpassen, bewegt sich die starre Form 46 horizontal vorwärts, so daß die geprägte Kunststoffbahn abgenommen werden kann. Gleichzeitig wird auch die Form 46 entfernt und der Bedienungsperson zur Wiederverwendung in der Aufgabestation 40 übergeben. Fails erforderlich, wird die Form vor erneuter Verwendung geprüft und/oder gereinigt.

F i g. 7 zeigt eine Formabtasteinrichtung 102 an der Austrittsseite der Anlage, nämlich dort, wo die Formen 46 linear über die Trommel 20 geführt werden. Wenn die Unterseite der Form 46 reflektierend ausgebildet ist. kann die Tastvorrichtung das reflektierte Licht abtasten und das abgetastete Signal dient zum Abschalten des Motors 50 und folglich des Vorschubes des Bandes 30.

Die optische Tasteinrichtung kann wahlweise aus einem Endschalter bestehen, der von der sich vorwärtsbewegenden Form betätigt wird.

Die Kunststoffbahn wird selbstverständlich beim Eintritt in den Bereich der ersten Presse annähernd auf die für den Prägevorgang erforderliche Temperatur erwärmt, tatsächlich kann, je nachdem aus weichem Harz das Werkstück besteht und welche Temperaturen erzeugt werden, bereits hier eine begrenzte Prägung erfolgen. In der zweiten Presse wird die Kunststoffbahn 16 auf eine Temperatur gebracht, bei der sie unter der Wirkung des Pressendruckes fließfähig ist und die Hohlräume der Form 46 auszufüllen vermag. Der Preßdruck wird über eine gewisse Zeit beibehalten, so daß Luft oder flüchtige Bestandteile an den Schnittstellen sich im Harz lösen können bzw. an den Kanten der Form austreten können, sofern entsprechende Ablaufnuten vorgesehen sind. Zu diesem Zeitpunkt haftet das heiße Harz an der Oberfläche der Form 46 und an dem Band 30.

Sobald der Anpreßdruck nachläßt, sind Band 30, Form 46 und Kunststoffbahn 16 durch das heiße Harz fest miteinander verklebt und werden der dritten Preßstufe zugeführt. Während der Anpreßdruck nachläßt, tritt eine geringe Schrumpfung an Form 46, Kunststoffbahn 16 und Band 30 ein, wodurch die aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnungs-Koeffizienten von Harz und Metall erzeugten Beanspruchungen abgefangen werden. In der dritten Pressenstation wird der Anpreüdruck erneut erhöht und die Temperatur der Priigeanlage wird um einen bestimmten Betrag verringert, da der Wärmeaustausch der Prägcplatten 60,62 gesteuert wird, so daß in der Form 46 neue Beanspruchungen auftreten. Beim Nachlassen des Anpreßdruckes tritt wiederum eine begrenzte Schrumpfung auf, durch die diese Kräfte aufgefangen werden.

Dieser Vorgang vollzieht sich auch in den nachfolgenden Preßstationen während die Kunststoffbahn 16 auf

ίο eine unterhalb der Erweichungstemperatur liegende Temperatur abgekühlt wird, so daß die Kunststoffbahn aus der Form 46 ohne Beeinträchtigung der Prägungen abgenommen werden kann. Während der gesamten Arbeitsschritte haftet die Kunststoffbahn 16 an den Flächen der Hohlräume in der Form 46 und an der Oberfläche des Bandes 30, so daß die eine Seite der Bahn exakt mit dem Prägemuster übereinstimmt, während die andere Seite dem in der Regel hochglanzpolierten Band genau angepaßt ist. Wenn die Anordnung die Trommel 20 erreicht, ist die Temperatur bereits so niedrig, daß die Kunststoffbahn 16 von der Form 46 beim Übergang in die Krümmung leicht abgezogen werden kann. Wenn die Kunststoffbahn 16 über die Aufnehmerrolle 38 läuft, läßt sie sich leicht vom Band 30 lösen und kann auf die Aufwickelrolle 36 aufgewickelt werden.

Das Auflegen der Formen 46 auf die Kunststoffbahn in der Aufgabestation 40 und das Abnehmen der Formen an der Ablieferungsseite der Prägeanlage kann wahlweise automatisch erfolgen. Der Vorschub der Einrichtung durch die einzelnen Pressenstationen sowie die Mittel zur Steuerung des Wärmeaustausches können selbstverständlich auch anders als hier beschrieben sein. Die beschriebene Prägeanlage hat sich jedoch als besonders zuverlässig und unempfindlich gegen Störungen erwiesen.

Welche Vorgänge sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im einzelnen abspielen, ist nicht genau bekannt. Es kann jedoch mit Sicherheit angenommen werden, daß infolge der hohen Temperaturen und Drücke in den Prägestationen über eine definierte Zeit etwaige Lufteinschlüsse und andere flüchtige Bestandteile an den Schnittstellen sich in dem verhältnismäßig fließfähigen Harz lösen, so daß sich das Harz ungehindert gänzlich in die Hohlräume der Form verteilen kann. Dadurch, daß der Druck auf die Kunststoffbahn, die Form und das Band in jeder Station begrenzt ist und anschließend aufgehoben wird, und daß die Kunststoffbahn nach dem Prägevorgang stufenweise abgekühlt wird, schrumpfen die Formen und die Kunststoffbahn nur um den der Temperaturdifferenz zwischen den Pressen entsprechenden Betrag, wodurch die Beanspruchungen in Abhängigkeit von der jeweiligen Schrumpfung des Harzes und des Metalls abgefangen werden. So lange die Schrumpfung unterhalb der Elastizitätsgrenze des Materials, aus dem die Formen bestehen, bleibt, treten an den Formen keine Veränderungen auf, so daß auch einer wiederholten Verwendung nichts im Wege steht. Ferner haftet die Kunststoffbahn an der Oberfläche der das Prägemuster ergebenden Hohlräume und an dem polierten Band beim Durchlauf durch die einzelnen Stationen und wird zusammen mit den Formen gekühlt, so daß die satte Haftung erhalten bleibt und keine Verformungen an den Prägungen auftreten können. Verfahren und Prägeanlage nach der Erfindung eignen sich für die verschiedensten Harze, die bei hohen Temperaturen ausreichend fließfähig sind, um die angestrebte Prägung zuzulassen, deren Klebefähigkeit andererseits aber auch nicht so groß ist, daß sie zu fest in der

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Form haften und sich nicht abziehen lassen.

Obwohl hitze- und druckhärtbare Harze (Duroplaste) verwendet werden können, beispielsweise Polyester der B-Stufe und Acrylharze, sind besonders vorteilhaft Thermoplaste, wie Polycarbonate, Polyacryl und gummi-elastische Polyacryle, Polystyrol und gummi-elastisches Polystyrol, Acrylnitril/Butadien/Styrol-Mischpolymerisate (ABS), lineare Polymere, wie Polyethylen usw. Die Hart·? sollten keine Lösungsmittel und andere flüchtige Bestandteile aufweisen, die während des Prägevorgangs freigesetzt werden, wenngleich sehr geringe Mengen von im Material enthaltenen flüchtigen Bestandteilen zulässig sind.

Die Kunststoffbahn kann unterschiedliche Dicken aufweisen, je nachdem, wie tief die Prägung sein soll, da in jedem Fall ausreichend Harz in die Formen fließen muß, ohne daß sich die Gesamtstruktur des Endproduktes ändert. Die Dicke hängt ferner von der Länge des unterzubringenden Prägezyklus ab, da für die Wärmedem Band während der Formgebungs- und Kühlvorgänge auswirken.

Die Steuerung der Beheizung der Formen kann zwar durch direkten Anschluß der Leitungen mit dem Heizmedium erfolgen oder durch den Einbau von Heizelementen, doch ist es wesentlich einfacher und wirtschaftlicher, die Formen und das Band durch Wärmeaustausch auf die erforderliche Temperatur zu bringen und hierfür die Platten der Pressen zu heizen bzw. zu kühlen. Es ist

ίο zwar möglich, den Wärmeübergang in gewünschtem Maße ausschließlich über die Form herzustellen, doch ist im Hinblick auf einen schnelleren und gleichmäßigeren Arbeitsablauf es zweckmäßiger, die oberen und unteren Pressenplatten zu kühlen bzw. zu heizen.

Die Temperatur auf die die Formen und folglich auch die Kunststoffbahn aufgeheizt werden müssen, hängt vom jeweils ausgewählten Harz ab, denn das Harz meß jeweils so weit fließfähig gemacht werden, daß es in die Hohlräume der Prägeform unter dem jeweils vorhande-

übenragung zwischen den Prägeplatte», der Form, dem 2ö nen Druck fließen kann. Vorzugsweise ist eine Tempe-Band und der Materialbahn Sorge zu tragen ist. Die ratur anzuwenden, wie sie für den Spritzguß des betref-

Dicke kann also zwischen 0,000762 und 0,00127 mm und gegebenenfalls mehr schwanken.

Die aufzuprägenden Hohlräume und die erzeugten Prägeformen können jede beliebige Konfiguration aufweisen. Die Hohlräume sind vorzugsweise voneinander getrennt, um zu vermeiden, daß Luft oder flüchtige Bestandteile in stärkerer Konzentration an irgendeiner Stelle der Form sich ansammeln. Wahlweise oder auch fenden Harzes angegeben ist. Beispielsweise ist bei einem Polycarbonatharz eine Temperatur von etwa 204⁰C für die Kunststoffbahn zu empfehlen.

In den anschließenden Kühlstufen sollte die Temperatur des Harzes bis unter die Erweichungstemperatur, möglichst etwa 0 bis 21°C unter diese Temperatur gebracht werden. Die Temperatur darf jedoch nicht so weit abgesenkt werden, daß infolge der unterschiedli-

zusätzlich können flache Ablaufnuten am Umfang der 30 chen Ausdehnungskoeffizienten des Werkstoffes der Form vorgesehen werden, damit Gase entweichen kön- Form und des Harzes Spannungen entstehen. Bei einer nen. Wenn die Hohlräume dicht nebeneinander liegen,
wird der Strom und die Auflösung von Luft und flüchti

gen Bestandteilen gefördert. Das Verfahren läßt sich Kunststoffbahn aus Polycarbonat sollte die Temperatur der letzten Form bei etwa 60° C liegen.

Die Regelung der Temperatur der Prägeplatten kann

besonders vorteilhaft für die Bildung sehr kleinflächiger 35 auf verschiedene Weise erfolgen. Je nachdem, welche Prägungen einsetzen, deren Tiefe bzw. Höhe nicht mehr Temperaturen erreicht werden müssen, können elcktrials etwa 0,00381mm vorzugsweise weniger als sehe Stab-Heizkörper, heißes öl oder ein anderes Wär-0,00203 mm, beträgt. Als Beispiel für solche klcinilächi- meaustausch-Medium, wie heißes oder kaltes Wasser, gen Prägemuster sei auf die US-PS 36 84 348 verwiesen. ein Kühl- oder ähnliches Mittel verwendet werden. In Als Beispiel für längliche Prägeformen sind linsenförmi- 40 den ersten Formen der Reihe, in denen die Materialge Rippen zu nennen, wie sie für die Herstellung von bahn auf die gewünschte Temperatur gebracht wird, Fresnel'schen Linsen verwendet werden. erwiesen sich jedoch elektrische Heizkörp~r als am wir-

Für die Formen eignet sich jedes Material, das die kungsvollsten.

erforderliche Wärmeleitfähigkeit aufweist und wider- Die Anzahl der Pressen kann von einer Mindestzahl

standsfähig gegen sich ständig wiederholende Wärme- 45 von drei — eine zum Prägen zwei zum Kühlen — bis zu und Druckbeanspruchung ist, wozu Nickel, Kupfer und einer beliebigen Zahl reichen, wobei die Kosten und der

h di bi

Stahl zählt. Die Prägefläche sollte reaktionsbeständig gegenüber den Kunstharzen sein; es empfiehlt sich daher ein Überzug mit geeigneten Metallen, wie Nickel und Gold.

Die Formengröße ist ebenfalls beliebig entsprechend der in der Anlage verfügbaren Pressengrößc wählbar. Da der auf die Formen ausgeübte Druck über deren gesamte Fläche möglichst gleichmäßig sein soll, ist es

zu erzielende Grad des Wärmeaustausches die bestimmenden Faktoren sind. Um die Dauer jedes Zyklus zu verkürzen und die Kühlung einwandfrei steuern zu können, und um das Entstehen von Wärmespannung möglichst klein zu halten, sollten für die Kühlung mindestens drei Pressen eingesetzt werden. Obwohl auch Wärmestrahlung und dgl. Mittel zum Aufheizen des Kunstharzes, der Form und des Bandes vor dem Einlaufen in die

zweckmäßig, die Breite oder die Länge der Formen auf 55 Prägestation angewendet werden können, hat es sich als etwa 83,8 cm zu begrenzen, wobei besonders vorteilhaft vorteilhaft erwiesen, der Prägestation eine Presse und solche Formen sind, bei denen zumindest eine Kante eine Station, in der die Kunststoffbahn, die Form und nicht mehr als etwa 30,4 cm mißt Die Formen können das Band annähernd auf die Prägetemperatur erwärmt jede beliebige geometrische Form aufweisen (Quadrat werden, vorzuschalten. Je nach der Art des verwendeten oder Rechteck), was wiederum von der Geometrie der eo Harzes kann in dieser vorgeschalteten Station bereits vorhandenen Prngeplatien abhängt. eine teilweise Prägung der Kunststoffbahn erfolgen.

Es können zwar Trennmitlei für die Formen verwendet werden um das Ablösen der Materialbahn aus der Form beim Austritt aus der letzten Station zu erleichtern, doch sind derartige Trennmittel für die Bildung von Mikrostrukturen nicht besonders erwünscht, da sie sich sehr ungünstig auf die zu erzielende Haftung zwischen der Kunststoffbahn und der l-Ormcnflächc sowie Obwohl die unteren, unter dem Band liegenden Prägeplatten aus einer einzigen, in mehrere Aufnahmen unterteilte und gegeneinander isolierte Platte bestehen können, um die gewünschte Temperaturregelung an den einzelnen Stationen zu erreichen, sind bei einer bevorzugten Ausbildung jedoch getrennte Platten vorgesehen, die leichter hcr/.usiellen sind, billiger sind und die

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Temperaturregelung erleichtern. Es ist ferner möglich, die unleren Prägeplatten ebenfalls beweglich auszubilden, um dun gewünschten Anpreßdruck zu er/.iden. doch hat es sich als ausreichend herausgestellt, nur die oberen Prägeplatten beweglich auszubilden, snfern die 5 unteren Prägeplatten nahe genug an dem polierten Band angeordnet sind.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anlage und das erfindungsgemäße Verfahren sind nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. io

Beispiel

Die in der Zeichnung dargestellte Anlage weist Hydraulikzylindtr auf. die einen Druck von 15 t. das entspricht etwa 211 kg/cm² auf die Fläche von quadratischen Formen mit einer Seitenlänge von 22.86 cm pro Form aufbringen können. Die Formen bestehen aus ver-"olde'.em Nicke! und weisen Hohlräume auf, die eine aus Mikroprismen gebildete Struktur auf dem zu prägenden M-icrial ergeben. Die Abmessungen der Hohlräume betragen etwa 0.152 mm zum Mittelpunkt und 0,6604 mm in der Tiefe, vgl. Prägemuster in F i g. 9.

Die Prägeplatten der ersten Presse werden durch elektrische Heizstäbe auf eine Temperatur von etwa 205° bis 215° C gebracht, während die Prägeplatten der zweiten Prägepresse über Heizstäbe auf eine Temperatur von etwa 260° bis 270° C gebracht werden. Die Prägeplatten der dritten Presse werden über Öl mit einer Temperatur von 160° bis 117° C temperaturgeregelt, die Prägeplatten der vierten werden über Heißwasser mit einer Temperatur von etwa 85° bis 9O⁰C temperaturgeregelt. Die Prägeplatten der letzten Presse werden mit Wasser von Raumtemperatur gekühlt. In den einzelnen Stationen werden also an den Formen Temperaturen von etwa 205°,215°, 165°,96° und 60°C erzeugt.

Das Prägeband besteht aus rostfreiem, hochglänzendem, poliertem Stahl mit 232,41 mm Breite und 0.508 mm Dicke. Die zu prägende Kunststoffbahn ist 0.254 mm dick und besteht aus Polycarbonatharz. Die Kunststoffbahn wird in jeder Station für die Dauer von 15 Sekunden eingespannt, während die Übergabe der Form, der Kunststoffbahn und des Bandes an die jeweils folgende Station etwa 3,2 Sekunden beträgt.

Bei der Sichtprüfung des Endproduktes wurde festgestellt, daß eine Rolle Kunststoffbahn aus Polycarbonat auf einer Seite glänzend und auf der anderen Seite ein sich wiederholendes Muster von eingeprägten Mikroprismen aufwies, das über seine gesamte Länge frei von Unregelmäßigkeiten war, wenngleich die Kanten der Formen sichtbar waren. Eine genauere Prüfung der Mikroprismen ergab, daß die Abweichung in jeder Richtung der Mikroprismen ein und derselben Form über die Länge der Kunststoffbahn weniger als 03 Prozent betrug. Die Formen wie auch das Band wiesen keinerlei Formänderungen auf.

Wie aus der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen ist, bieten die Anlage und das Verfahren nach der Erfindung die Möglichkeit, eine Kunststoffbahn in sehr einfacher und wirtschaftlicher Weise mit einer fortlaufenden exakten Prägung zu versehen. Die Anlage selbst ist klein und eignet sich für die Verarbeitung der verschiedensten Harze; sie ist darüber hinaus einfach zu bedienen und zu steuern. Das Endprodukt weist ein fortlaufendes äußerst gleichmäßiges, von einer Form vorge- es gebenes Muster sehr maßhaltig über die gesamte Länge auf. Die Formen haben eine verhältnismäßig lange Lebensdauer.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Prägen von Mustern, insbesondere von maßhaltigen mikroprismatischen reflektierenden Strukturen, in bandförmige thermoplastische Kunststoffbahnen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: