DE3905177B4

DE3905177B4 - Formwerkzeug zum Verformen einer Kunststoffolie, insbesondere einer bedruckten Kunststoffolie

Info

Publication number: DE3905177B4
Application number: DE3905177A
Authority: DE
Inventors: Curt Niebling; Joachim Dipl.-Ing. Wank
Original assignee: Bayer MaterialScience AG
Current assignee: Covestro Deutschland AG
Priority date: 1989-02-20
Filing date: 1989-02-20
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2009-02-21
Also published as: DE3905177A1

Abstract

Vorrichtung zum Verformen einer Kunststoffolie (18), insbesondere einer bedruckten Kunststoffolie (18), bestehend aus einem Formwerkzeug (1), dessen eine Formhälfte (5) den Formhohlraum (6) enthält und dessen andere Formhälfte (9) aus einer Druckglocke (7) besteht, deren Druckraum (8) über eine Druckleitung (2) mit einem Druckluftkompressor (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (10) des Formhohlraumes (6) aus einer auf Federn (12) gelagerten Platte (11) besteht, welche in unbelastetem Zustand eine die unverformte Kunststofffolie (18) abstützende Position und in druckbelastetem Zustand eine das Maximalvolumen des Formhohlraumes (6) freigebende Stellung einnimmt, wobei in der Druckleitung (2) zwischen Druckglocke (7) und. Kompressor (4) ein Windkessel (3) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verformen einer Kunststoffolie, insbesondere einer bedruckten Kunststoffolie, wobei diese mittels Druckluft in den formgebenden, mittels einer Druckglocke abgedeckten Formhohlraum eines Formwerkzeuges gedrückt wird.

Zum Verformen von Kunststoffolien sind mehrere Verfahren bekannt. Bei der Vakuumverformung durch Tiefziehen muß die Folie auf Temperaturen oberhalb der Glastemperatur des Folienmaterials erwärmt werden.

Bei der sogenannten Preßluftverformung wird zusätzlich zum angelegten Vakuum die Verformung durch Druckluft von 3 bis 6 bar unterstützt, wodurch eine schnellere und wirtschaftlichere Verformung möglich ist.

Beim Prägen wird die Folie mittels eines Oberstempels in ein Gesenk gepreßt.

Schließlich ist noch die Hydroverformung bekannt. Dabei handelt es sich um eine Modifizierung des Prägeverfahrens, wobei anstelle des Oberstempels eine elastische Membran, die den Boden eines hydraulischen Zylinders bildet, die Folie in das Gesenk drückt.

Alle Verfahren arbeiten relativ langsam.

Für die Verformung bedruckter Kunststoffolien, bei der das Dekor sehr exakt positioniert sein muß, sind Thermoformverfahren, wie Vakuum- und Preßluftverformung ungeeignet, da sich die Folie bei einer Erwärmung verzieht und dadurch eine exakte Positionierung des Dekors nicht erreicht werden kann.

Bei der Prägung ist zwar eine Positionierung des Dekors möglich, jedoch sind die Verformungstiefe und die Verformungsgenauigkeit sehr stark eingeschränkt. So sind z.B. zylinderartige Vertiefungen mit einer Tiefe von über 3 mm nicht mehr herstellbar. Das Verfahren hat auch den weiteren Nachteil, daß Folien, deren Dicke gleich oder größer der Höhe des Verformungsspaltes zwischen Ober- und Unterstempel ist, mechanisch geschädigt werden.

Das Hydroformverfahren hat den Nachteil, daß die Zykluszeit sehr lang und damit das Verfahren unwirtschaftlich ist. Von besonderem Nachteil ist jedoch, daß die Kunststoffolie nur kalt verformbar ist, wodurch bei bedruckten Kunststofffolien die Farbe im verformten Bereich aufreißt.

Es besteht die Aufgabe, ein Verfahren zum Verformen einer Kunststoffolie zu finden, welches hinsichtlich seiner Wirtschaftlichkeit gegenüber den bisherigen Verfahren durch schnelleren Ablauf Vorteile bietet.

Darüber hinaus soll das neue Verfahren die Verformung bedruckter Kunststoffolien hinsichtlich der Vermeidung von Farbrissen verbessern.

Die Aufgabe, die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu verbessern, wird dadurch gelöst, daß Druckluft von 20 bis 300 bar, vorzugsweise 50 bis 200 bar, angewendet wird.

Durch diese Maßnahme wird ein schnellerer Verfahrensablauf ermöglicht. Für den Fachmann lag es wegen des größeren Aufwandes nicht auf der Hand, mit derart hohen Drücken zu arbeiten. Es war für ihn auch überraschend, daß die mit der Anwendung von hohen Drücken verbundene schlagartige Verformung keine Beschädigung der Kuttststoffolie zur Folge hat. Es versteht sich, daß anstelle von Druckluft auch ein anderes Druckgas, insbesondere ein inertes Gas einsetzbar ist.

Ein weiterer bedeutender Vorteil des neuen Verfahrens liegt darin, daß auch duroplastische Kunststoffolien sowie stark orientierte hochkristalline Kunststoffolien, die weder nach dem Thermoformverfahren, noch nach dem Hydroformverfahren verformt werden können, mittels der neuen Hochdruck-Preßluft-Verformung verformbar sind. Dabei ist der Verformungsgrad durch die Reißdehnung der jeweiligen Kunststoffolie limitiert. Hat beispielsweise eine Kunststoffolie eine Reißdehnung von 100 %, so kann nach dem neuen Verfahren die Oberfläche des verformten Teiles maximal doppelt so groß sein, wie die für die Verformung benötigte Ausgangsfläche der Kunststoffolie.

Gemäß einer besonderen Durchführungsform des neuen Verfahrens erfolgt die Verformung gegen einen federnd gelagerten Wandungsteil, insbesondere gegen einen federnd gelagerten Boden des Formhohlraumes.

Dieser Verfahrensschritt ist bei der Verformung großflächiger Kunststoffolien, welche zum Durchhängen neigen, von Vorteil, weil diese dann während des gesamten Verformungsvorganges abgestützt bleiben.

Vorzugsweise wird angeheizte Druckluft verwendet und/oder das Formwerkzeug wird beheizt.

Mit diesen Durchführungsformen des Verfahrens kann den Verformungsbedingungen bedruckter Folien entsprochen werden, um einerseits eine exakte Positionierung des Dekors und eine porenfreie Farbschicht nach der Verformung zu garantieren und um andererseits Farbrisse zu vermeiden.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Verformung bei einer Temperatur unterhalb der Glastemperatur der Folienmatrix und/oder oberhalb der Glastemperatur der Druckfarbe, jedoch unterhalb der Glastemperatur der Folienmatrix, durchgeführt wird.

Als Folienmaterial eignen sich insbesondere Polycarbonat, Polyamid, Polyimid, Polyester sowie Polyfluorkohlenwasserstoffcopolymerisate.

Es ist möglich, die verformten Kunststoffolien durch Hinterspritzen mit einer weiteren Kunststoffschicht zu versehen.

Auf diese Weise ist es möglich, für die Verformung dünnere Folien, welche sich besser verformen lassen, zu verwenden und nachträglich durch das Hinterspritzen die notwendige Steifigkeit zu erreichen.

Die neue Vorrichtung zum Verformen einer Kunststoffolie, insbesondere einer bedruckten Kunststoffolie, geht aus von einem Formwerkzeug, dessen eine Formhälfte den Formhohlraum enthält und dessen andere Formhälfte aus einer Druckglocke besteht, deren Druckraum über eine Druckleitung mit einem Druckluftkompressor verbunden ist.

Das Neue ist darin zu sehen, daß der Boden des Formhohlraumes aus einer auf Federn gelagerten Platte besteht, welche in unbelastetem Zustand eine die unverformte Kunststoffolie abstützende. Position und in druckbelastetem Zustand eine das Maximalvolumen des Formhohlraumes freigebende Stellung einnimmt.

Dadurch wird erreicht, daß insbesondere bei größeren Formhohlräumen durch das Abstützen der Kunststoffolie ein Durchhängen vermieden wird und daß auch beim Verformungsvorgang selbst die Kunststoffolie dauernd an dieser Platte anliegt.

Von der beschriebenen vorbekannten Vorrichtung ausgehend, ist diese zusätzlich dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung zwischen Druckglocke und Kompressor ein Windkessel angeordnet ist.

Durch diesen Puffer wird der Verformungsvorgang begünstigt.

In der Zeichnung ist die neue Vorrichtung gemäß der Kombination der beiden Ausgestaltungen in einem Ausführungsbeispiel rein schematisch im Schnitt dargestellt und nachstehend näher erläutert:
Die Vorrichtung besteht aus einem Formwerkzeug 1, welches über eine Druckleitung 2, in welcher ein Windkessel 3 an geordnet ist, mit einem mehrstufigen Kompressor 4 zum Erzeugen von Druckluft von 20 bis 300 bar in Verbindung steht. Das Formwerkzeug 1 besteht aus einer unteren Formwerkzeughälfte 5, in welcher ein Formhohlraum 6 angeordnet ist und einer als Druckglocke 7 ausgebildeten, einen Druckraum 8 aufweisenden oberen Formhälfte 9. Der Boden 10 des Formwerkzeuges ist durch eine senkrecht bewegbare Platte 11 gebildet, welche durch Federn 12 abgestützt ist und Führungsbolzen 13 aufweist, welche in Führungsbohrungen 14 gleiten. In unbelastetem Zustand nimmt die Platte 11 die Position gemäß linker Darstellung ein, in welcher der Boden 10 mit der Trennebene 15 eine Fläche bildet, indem die Anschläge 16 den Hub der Platte 11 begrenzen. Wenn der Druckraum 8 beaufschlagt wird, wird die zwischen Zentrierstiften 17 angeordnete Kunststoffolie 18 verformt, wobei die Platte 11 durch den Druck unter Zusammenpressen der Federn 12 zurückfährt, bis sie anschlägt und dabei die Position gemäß rechter Darstellung einnimmt. Das Formwerkzeug 1 ist in einer Formschließeinheit angeordnet, welche durch symbolische Pfeile angedeutet ist. Es versteht sich, daß diese Schließeinheit so ausgebildet sein muß, daß sie die durch die Druckbeaufschlagung des Formwerkzeuges auftretenden Kräfte abfängt. Die Heizkanäle des Formwerkzeuges sind mit 19 bezeichnet.
Beispiel 1
Eine 500 μm dicke Polycarbonatfolie auf Basis Bisphenol A mit einem Molekulargewicht von 30 000, deren Glastemperatur bei 145°C liegt, wird mit einer handelsüblichen hochdeckenden schwarzen Siebdruckfarbe auf Basis Polyvinylchlorid/Acrylharz-Mischung negativ so bedruckt, daß zwei Symbolfelder offen bleiben. Das eine Symbolfeld wird mit einer weißen, das andere mit einer roten Siebdruckfarbe der gleichen Harzbasis wie die hochdeckende schwarze Farbe, hinterlegt. Danach wird die bedruckte Folie in an sich bekannter Weise so ausgestanzt, daß die Symbole den vorher bestimmten Abstand zur äußeren Kontur haben. Die so präparierte Kunststoffolie wird in das auf 120°C aufgeheizte Werkzeug gemäß 1 so eingelegt, daß die Farbseite zur Druckglocke 7 zeigt. Nach Schließen des Formwerkzeuges erfolgt die Verformung der Kunststoffolie mittels Druckluft von 150 bar. Die Zykluszeit für den Verformungsvorgang beträgt 8 Sekunden. Nach dem Öffnen des Formwerkzeuges läßt sich das verformte Teil entnehmen.
Beispiel 2
Eine 100 μm dicke unbedruckte Polyimidfolie auf Basis Pyromellithsäureanhydrid und 4,4'-Dihydroxy-diphenyläther mit einem Molekulargewicht von 60 000, deren Erweichungspunkt über der Zersetzungstemperatur von 450°C liegt, wird in das Formwerkzeug eingelegt. Der Formhohlraum 6 hat die Form eines Quaders mit den Abmessungen 80 × 80 × 20 mm. Nach dem Schließen des Formwerkzeuges erfolgt die Verformung mittels Druckluft unter einem Druck von 200 bar. Die Zykluszeit beträgt 6 Sekunden.

Claims

Vorrichtung zum Verformen einer Kunststoffolie (18), insbesondere einer bedruckten Kunststoffolie (18), bestehend aus einem Formwerkzeug (1), dessen eine Formhälfte (5) den Formhohlraum (6) enthält und dessen andere Formhälfte (9) aus einer Druckglocke (7) besteht, deren Druckraum (8) über eine Druckleitung (2) mit einem Druckluftkompressor (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (10) des Formhohlraumes (6) aus einer auf Federn (12) gelagerten Platte (11) besteht, welche in unbelastetem Zustand eine die unverformte Kunststofffolie (18) abstützende Position und in druckbelastetem Zustand eine das Maximalvolumen des Formhohlraumes (6) freigebende Stellung einnimmt, wobei in der Druckleitung (2) zwischen Druckglocke (7) und. Kompressor (4) ein Windkessel (3) angeordnet ist.