DE3542044A1 - Verfahren und anwendung des verfahrens zum massivpraegen von profilierten mustern mittels einer presse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Massivprägen von profilierten Mustern mittels einer Presse oder Walze, welche das Abbild eines Prägewerkzeuges in die Oberfläche eines massiven Werkstücks eindrückt.

Es ist üblich, mittels eines als Prägewerkzeug ausgebildeten Stempels erhabene oder vertiefte Massivprägungen in Werkstoffen herzustellen. Wenn das Werkstück beidseitig geprägt werden soll, z. B. Münzen, erfolgt das Prägen in der Prägepresse zwischen zwei Prägestempeln (Ober- und Unterstempel), die das Gepräge verkehrt und vertieft enthalten. Die untere, in welche beim Prägen das Arbeitsstück hineingedrückt wird, nennt man Matrize, während das Gegenstück, ein Stempel mit erhabener Prägung, als Patrize bezeichnet wird. Die Prägewerkzeuge, sei es eine Matrize oder eine Patrize, sind nur mit großem Aufwand und hohen Kosten herzustellen. Weil sich das Prägewerkzeug bei dem erforderlichen hohen Druck einerseits nicht verformen darf, aber andererseits in der Lage sein muß, die Oberfläche der Werkstücke maßhaltig zu verformen, ist ein Prägewerkzeug aus hochwertigem Material erforderlich. Die Herstellung eines solchen Prägewerkzeuges lohnt sich aus den genannten Gründen nur für große Serien. Aber auch dort sind dem Einsatz Grenzen gesetzt, weil sich das Prägewerkzeug zunehmend abnutzt und nach einer bestimmten Anzahl von Prägevorgängen durch ein neues Prägewerkzeug ersetzt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, vielseitig einsetzbares und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Prägeprodukten für vorwiegend technische Fictionen zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im kennzeichnenden Teil des Patenanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen vorgeschlagen.

Im Gegensatz zu der seitherigen Praxis werden vom Stempel unabhängige Prägewerkzeuge eingesetzt, welche auf das zu prägende Werkstück aufgebracht und mittels des glatten Preßstempels eingedrückt werden. Es können so leicht konfektionierbare, vorzugsweise für den einmaligen Gebrauch konzipierte Prägewerkzeuge hergestellt werden, welche kostengünstig gefertigt werden können, so daß sich der Einsatz selbst für Einzelstücke und kleine Stückzahlen lohnt.

Der Grundgedanke des Verfahrens ruht auf der Erkenntnis, daß sich zum Massivprägen von festen, fließfähigen Werkstoffen, wie z. B. Metall, selbst weiche Materialien vorzüglich eignen. Es genügt z. B. schon ein Papierstreifen oder ein Stückchen Nähgarn, um unter Anwendung von Druck superfeine Eindruckspuren in Messing oder gar Stahl zu hinterlassen. Als Prägematerial können außer Papier oder Pappe auch andere vergleichbare weiche oder härtere folienartige Materialien dienen, wie Textilien, Kunststoff, Drahtraster, Faservlies, feine Netze oder Teile hiervon. Auch einzelne Fasern oder Drähte können zum Prägen von gestreckten oder gekrümmten Kanälen herangezogen werden.

Legt oder klebt man ein Stückchen Garn oder Draht auf einen Papierzuschnitt oder schichtet man zwei oder mehr unterschiedliche Papierzuschnitte übereinander, so zeichnen sich diese Figuren nach dem Prägevorgang in der Oberfläche des zu prägenden Werkstücks ab. Ordnet man die erwähnten Prägeelemente zwichen zwei zu prägende Werkstücke an, so erscheinen die einzelnen Figuren mit geteilter Eindringtiefe auf beiden Werkstücken, ein Vorgang, den man bei den bisherigen Prägeverfahren nicht kannte und neue interessante Möglichkeiten zur Erzielung von besonders feinen Rinnen, Kanälen und Schlitzen öffnet. Man kann das geprägte Werkstückpaar gegeneinander verschieben und erhält auf diese Weise die doppelte Anzahl von Rinnen, Kanälen oder dgl. mit halbem Querschnitt.

Alle so gearteten konfektionsfähigen Materialien können ohne großen Aufwand in die gewünschte Form gebracht und als flexibles Prägewerkzeug benutzt werden. Sie können mittels eines Druck-Stempels oder -Walze direkt oder indirekt in die Oberfläche fließfähiger fester Werkstoffe, ohne oder mit nur geringem elastischen Anteil, gedrückt werden. Anstelle der üblichen Über- und Unterstempel mit Matrize und Patrize dienen nun z. B. zwei glatte Stahlplatten, zwischen die das Prägewerkzeug und das zu prägende Werkstück anzuordnen sind.

Das erfindungsgemäße Prägewerkzeug kann unterschiedlich aufgebaut sein. Entweder dienen in sich struktierende Materialien, wie Textilgewebe oder Wellpappe direkt zur entsprechenden Strukturierung der Oberfläche, oder das gewünschte Muster wird aus eine Folie herausgeschnitten bzw. gestanzt und die so vorbereitete Papier- oder Kunststoffschablone wie eine Matrize benutzt. Eine andere Möglichkeit besteht durch die Kombination mehrerer übereinanderliegender Schichten unterschiedlicher Struktur, Dicke oder Dichte.

Ein ganz entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Prägewerkzeuges besteht in der Möglichkeit, es als laufendes Band mit wiederkehrenden Prägemustern auszubilden und dieses Band taktweise oder kontinuierlich einer Presse oder Walze zuzuführen. Dabei könnte ein zu prägendes Metallband integriert mitlaufen und nachher in einzelne Prägestücke zerlegt werden.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1a-1c das Prinzip des Prägeverfahrens am Beispiel einer mit Durchbrechungen versehenen Folie.

Fig. 2a + 2b ein zwischen zwei Werkstücken hindurchgeführtes Band mit beidseitig aufgebrachten Prägeteilen in Form von Faser- bzw. Drahtstücken.

Fig. 3 ein aus mehreren nach Fig. 2 hergestellten Scheiben zusammengesetzter Block mit feinen Durchtrittsöffnungen, wie er für eine Düse geeignet wäre.

Fig. 4 + 5 Möglichkeiten der Gestaltung von Düsenkanälen, Leitwegen usw.

Fig. 6 einen Verteiler mit Eintrittskanal, Sammelkammer und radialen Austrittskanälen.

Fig. 7 ein Werkstück mit mäanderförmig verlaufendem Kanal.

Auf das mit einer Feinprägung zu versehende Werkstück 1 wird gemäß Fig. 1a die mit dem gewünschten Prägemuster versehene Prägefolie 2 als Prägewerkzeug aufgelegt. Der Preßstempel 3 mit seiner glatten Preßfläche drückt anschließend die Prägefolie in das Werkstück 1. Wenn die Prägefolie z. B. aus Papier besteht, wird diese durch den wachsenden Preßdruck bis zur Volumenbeständigkeit verdichtet, so daß es in den zu prägenden Werkstoff eindringen muß. Dabei muß der Fließwiderstand des Werkstückes überschritten werden, um bleibende Verformungen zu erzielen. Das benutzte Prägewerkzeug wird anschließend aus dem Werkstück entfernt.

Das überraschende Moment dabei ist, daß ein leicht zu konfektionierender Werkstoff, wie Papier oder dgl., in der Lage ist, in Metallen ein Prägebild zu hinterlassen. Selbst bei Stahl hat sich die Verwendungsmöglichkeit ergeben. Das Werkstück 1 kann auch aus einem anderen fließfähigen irreversiblen Stoff, auch aus Kunststoff wie z. B. Polytetrafluoräthylen (Teflon) bestehen.

Für die Prägeelemente eignen sich billige, fließunfähige oder nur schwach fließfähige Materialien. Der Foliencharakter erschwert die Prägebildveränderung zusätzlich. Solche Prägeelemente bieten sich für das Einweg- oder Wegwerfprinzip an. Man kann ein Folienband mit einem fortlaufend wiederkehrenden Muster versehen und es dann abschnittweise dem Prägewerk zuführen. Der benutzte Folienabschnitt wird jeweils entfernt. Dies hat den Vorteil, daß auch geringe Stückzahlen oder Einzelstücke rationell geprägt werden können, und für jeden Prägevorgang ein Original verwendet wird, so daß Verschleißerscheinungen am Prägebild nicht auftreten.

Anstelle einer schablonierten Folie, wie es in Fig. 1 angedeutet ist, kann auch eine andersartig strukturierte Prägefolie verwendet werden. Fig. 2 zeigt ein solches Beispiel. Auf einer Trägerfolie 4 sind beidseitig die Prägeelemente in Form von Fasern oder Drahtstücken 5 aufgebracht. Hierzu kann die Trägerfolie 4 ein- oder beidseitig zur Positionierung und/oder Fixierung der Prägeelemente klebfähig ausgebildet sein. Eine solche Prägefolie wird zwischen zwei Werkstücke 6 a und 6 b gebracht, so daß nach dem Prägevorgang beide Werkstücke mit entsprechenden Mustern versehen sind. Die Trägerfolie 4 könnte auch nur einseitig mit einem Prägemuster versehen sein. Außerdem ist es möglich, mehrere Werkstücke und Prägefolien abwechselnd aufeinander zu legen und gleichzeitig dem Prägedruck auszusetzen. Die Fasern 5 bewirken kanalartige Eindrücke, so daß bei Zusammensetzen mehrerer geprägter Werkstücke ein Körper mit einer Vielzahl von feinen Kanälen entsteht, wie er in Fig. 3 dargestellt ist. Ein solcher Körper kann z. B. bei Düsen zum Belüften und Entlüften von Formen eingesetzt werden, wobei auch eine rechteckige Düse denkbar ist.

Die Fig. 4 bis 7 sollen andeuten, welche Gestaltungsmöglichkeiten das neue Verfahren bietet. Fig. 4 zeigt eine kammartige Prägefolie 7, wobei die Kammspitzen später die feinen Öffnungen eines entsprechend Fig. 3 aus einzelnen Scheiben zusammengesetzten Düsenkörpers bilden. Fig. 5 deutet an, daß einzelne Fasern 8 unter verschiedenen Winkeln fächerartig zueinander angeordnet werden können, um so den optimalen Effekt einer Düse zu erreichen.

Der Gestaltung der Kanäle und Leitwege sind praktisch keine Grenzen gesetzt. Die Fig. 6 zeigt beispielsweise eine Düse mit einem zentralen Eintrittskanal 9, welcher in eine Kammer 10 mündet, von welcher radial feine Austrittskanäle 11 ausgehen.

Fig. 7 deutet die Möglichkeit der Herstellung mäanderförmiger Kanäle 12 an, was mit den herkömmlichen Methoden nicht durchführbar war. Solche oder beliebig gekrümmte Kanäle 1 sind z. B. für Wärmetauscher von Bedeutung.

Es soll noch erwähnt werden, daß die Prägewerkzeuge selbst im Werkstück verbleiben können, um z. B. als Stromleiter zu dienen. Auch ist es möglich, die eingeprägten Kanäle als Bett und Leitweg für das nachträgliche Einlegen von Röhrchen, Drähten usw. zu benutzen.

Als Beispiel zu der möglichen feinprofilierten Gestaltung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, sei folgendes erwähnt: Durchschlagpapier hat eine Dicke von etwa 0,05 mm. Bei einer Kompressionsverdichtung um 30% hat die Einprägung, welche ein Muster aus Durchschlagpapier hinterläßt eine Tiefe von nur etwa 0,035 mm.

Der gravierende Unterschied zu dem bekannten Verfahren besteht darin, daß man nicht wie bisher ein starres für Dauerbetrieb vorgesehenes teures Prägewerkzeug benötigt, sondern daß man variable und im Prinzip für den einmaligen Gebrauch vorgesehene Prägeelemente verwendet. Die kostengünstig herstellbaren und vom Prägestempel unabhängigen Prägeelemente können im Einweg-Wergwerf-Prinzip eingesetzt werden und gewährleisten hochwertige Massivprägungen. Das Verfahren ist nicht auf die Gestaltung ebener Werkstückflächen beschränkt.

Für all' die vielen Variationen, die das Verfahren bietet, ergibt sich die einzigartige Möglichkeit, mittels weniger improvisierter Versuche die richtigen Materialien, Zuschnitte und Kombinationen für die jeweilige Prägung zu ermitteln.

Claims (24)

1. Verfahren zum Massivprägen von profilierten Mustern mittels einer Presse oder Walze, welche das Abbild eines Prägewerkzeuges in die Oberfläche eines massiven Werkstückes eindrückt oder einwalzt, dadurch gekennzeichnet, daß vom Preßstempel der Presse oder von der Walze unabhängige, einzelne und/oder zu einem Prägebild kombinierte einfache Prägeelemente mittels eines glatten Preßstempels oder einer glatten Walze in das zu prägende Werkstück eingedrückt oder eingewalzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägeelemente aus einem Material bestehen, welches weicher ist als das Material des zu prägenden Werkstückes.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Prägeelemente mindestens so hart wie das Material des zu prägenden Werkstücks ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägeelemente leicht konfektionierbar und/oder kombinierbar sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägeelemente aus Folien oder folienartigen Geweben, Gespinsten, Vliesen oder dgl. bestehen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägeelemente aus Papier, Kunststoff, Preßstoff oder Textilien bestehen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägeelemente aus fadenartigem Material wie Draht und Fasern bestehen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägeelemente aus Biege- oder Stanzteilen bestehen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folie oder folienartiges Gewebe als Träger der Prägeelemente dient.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein der Prägevorrichtung stetig oder taktweise zuführbares die Prägeelemente aufweisendes Folienband.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienband mit einem zu prägenden Werkstückband integriert ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das geprägte Werkstückband in Einzelstücke unterteilt und zu einem Düsenkörper zusammengesetzt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine mehrlagige Folie.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lagen unterschiedliche Struktur und Geometrie aufweisen.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lagen aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich die einzelnen Lagen mit weiteren Prägeeinheiten zu einem Prägebild ergänzen.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch ein- oder beidseitig klebfähige Prägeelemente.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägeelemente zwischen zwei Werkstücken angeordnet und gleichzeitig beide Werkstücke durch einen Preßvorgang geprägt werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Werkstücke und Prägeelemente abwechselnd übereinander gelegt und gleichzeitig geprägt werden.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, daurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Prägeabbildes mehrere Preßvorgänge mit jeweils anderen Prägeelementen durchgeführt werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägeelemente als im Werkstück verbleibende Funktionselemente dienen.

22. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 21 zur Herstellung von feinen Leitwegen und/oder Leitungskanälen für technische Fictionen.

23. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 20 zur Herstellung einer Düse, dadurch gekennzeichnet, daß mit feinen Kanälen versehene als Scheiben ausgebildete Werkstücke einzeln oder kombiniert in einem Düsengehäuse fest oder lösbar angeordnet sind.

24. Nach Anspruch 23 hergestellte Düse, dadurch gekennzeichnet, daß die geprägten Kanäle über eine Zwischenkammer miteinander kommunizieren.