DE4314789C2 - Verfahren und Vorrichtung zur mehrseitigen Beschichtung von Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 5.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der EP 0 379 844 A2 bekannt.

Zur Beschichtung von dreidimensionalen Körpern sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt:
So zeigt beispielsweise die DE-PS 11 83 353 ein Verfahren zur Überziehung gepolsterter Werkstücke mit einem Überzugsstoff, wobei eine erwärmte Membran auf diesen, auf das Werkstück aufgelegten Überzugsstoff aufgedrückt um das Werkstück gespannt wird, wozu das Volumen zwischen Membran und Werkstückunterlagen mit Vakuum beaufschlagt wird. Hierdurch wird gewährleistet, daß der Bezugsstoff auch den seitlichen Konturen des zu beziehenden Werkstückes weitgehend folgt und an den Rändern festgeklebt werden kann, die beheizbare Membran dient dabei hierzu, um den dafür erforderlichen Klebstoff an der Unterseite des Werkstückes zum Haften zu bringen.

Die DE-OS 38 27 497 beschreibt ein ähnliches Verfahren, wobei ebenfalls ein Druckkissen mit einer Membran eingesetzt wird, die mit Hilfe eines Druckmediums gegen die zu beschichtende Platte angedrückt wird. Die Beheizung der Folie erfolgt hierbei über die Membran, die mit Hilfe eines Vakuums an der Unterseite einer beheizten Grundplatte anliegt und somit auf deren Temperatur erwärmt wird. Die derart erwärmte Membran wird durch Anlegung einer Druckdifferenz zwischen ihrer Ober- und Unterseite dann über die Folie gelegt, wobei sie die in ihr gespeicherte Wärme während eines Zeitraums von einigen Minuten an die Folie abgibt, so daß diese dem Oberflächenverlauf der zu beschichtenden Platte folgen kann und mit der Oberfläche dieser Platte verklebt wird.

Während dieses Prozesses wird der Membran durch ein Luftumwälz­ prinzip weiter Wärme zugeführt, um die auftretenden Wärmeverluste nach Entfernung von der beheizten Grundplatte auszugleichen und eine Auskühlung zu verhindern. Nach der Verklebung der Platte wird die Druckdifferenz dann umgekehrt, so daß die Membran wieder in ihre Grundposition an der Unterseite der beheizten Grundplatte zurückkehrt und wieder auf die gewünschte Temperatur erwärmt werden kann.

Bei den beiden vorbekannten Vorrichtungen dient folglich die Membran zur "Druckübermittlung" auf die um das Werkstück herum zu legende Folie bzw. den Bezugsstoff. Wenn es sich bei der zu beschichtenden Folie um eine Kunststoffolie handelt, muß diese zwangsläufig vorgewärmt werden, wobei die Temperatur über die ganze Flächenfolie möglichst gleichmäßig verteilt sein soll.

Die Verwendung einer Membranpresse gemäß der DE-OS 38 27 497, wo die Erwärmung der Folie über den Kontakt mit der vorgeheizten Membrane erfolgt, hat jedoch wesentliche Nachteile:
Je nach Art der verwendeten Folie kann diese unter Umständen an der Membran anhaften und von dieser beim Abheben der Membran beispielsweise an nicht vollständig überdeckten Klebebereichen wieder vom Werkstück abgezogen werden. Eventuelle zusätzliche Vorkehrungen, um dies zu vermeiden, verlängern den Beschichtungszyklus und verteuern den Prozeß.

Die Membran ist darüber hinaus ein teures Verschleißteil, insbesondere bei der Beschichtung relativ scharfkantiger Werkstücke verschleißt die Membran schnell, muß ausgetauscht werden und führt folglich ebenfalls zu einer Verteuerung der Produktion. Bei scharfkantigen Gegenständen sind auch Einschränkungen in der Beschichtungsqualität zu erwarten, da die, wenn auch geringe Eigensteifigkeit der Membran diese nicht in der Lage versetzt, sich auch bei scharfkantigen Ecken, Kanten oder Nutgründen exakt dem Querschnittsverlauf des zu beschichtenden Werkstückes anzupassen, so daß sich folglich dort auch unzulängliche Beschichtungsergebnisse mit unzureichenden Verklebungen einstellen können.

Die indirekte Erwärmung der Folie über die Membran hat weiterhin den Nachteil, daß die Temperaturführung der Folie bestenfalls angenähert den optimalen Bereich homogen über die Folienoberfläche überspannt, da die Membran eine Isolierschicht darstellt, mit der Folge, daß ihre Temperatur auf der Folienseite nicht exakt der Temperatur der Heizplatte und damit der Temperatur der Membranoberseite entspricht. Der Temperaturgradient durch die Membran hindurch muß ermittelt und bei der Aufheizung der Membran berücksichtigt werden, in jedem Fall ist somit lediglich eine "indirekte" Temperaturwahl möglich. Dies bedeutet aber auch, daß eine exakte Reproduzierbarkeit der Folienerwärmung bei aufeinanderfolgenden Beschichtungsvorgängen nur ungefähr möglich sein wird, mit der Folge einer ungleichmäßigen Serienfertigung, d. h., mit Produkten mit schwankender Beschichtungsqualität.

Bei der DE-OS 38 27 497 hat man diese Probleme offensichtlich erkannt und versucht die schwer beherrschbaren Temperaturverhält­ nisse mit den oben beschriebenen Nachteilen für die Fertigungs­ qualität dadurch zu reduzieren, indem man einen Kreislauf mit beheizter Luft vorsieht, der die Membranoberfläche (also die der Heizplatte zugewandte Oberfläche der Membran) mehr oder weniger notdürftig offenbar auf etwa der gleichen Temperatur halten soll, wie dies von der beheizten Grundplatte durchgeführt wurde. Es versteht sich von selbst, daß dies nur eine Notlösung sein kann, die zudem einen erheblichem apparativen Zusatzaufwand bedingt, der wiederum die Produktionskosten erhöht.

Die Lösung gemäß der DE-OS 38 27 497 ist daher insgesamt gesehen technisch sehr aufwendig und erreicht das Ziel einer gleichmäßigen, qualitativ hochwertigen Folienbeschichtung bestenfalls näherungsweise.

Es sind auch Lösungen bekannt, bei denen die Folie selbst in einen Spannrahmen gespannt und durch Wärmestrahlung (Heizstrahler, DE-AS 12 93 655) oder Kontaktwärme (Heizplatte, EP 0 379 844) erwärmt wird; bei letzterem wird durch das Absaugen der Luft zwischen Werkstück und Folie die Folie von dem darüber lastenden Atmosphärendruck an das Werkstück gepreßt und um dieses geformt. Das gattungsgemäße Verfahren hat jedoch folgenden Nachteil: Die praktisch abrupte Einwirkung der Heizplatte, die in der Regel aus blankem Stahl besteht, hat zur Folge, daß die aus Abdichtungsgründen bereits randseitig eingespannte Folie plötzlich aufgeheizt wird. Infolge ihres hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten führt diese Erwärmung daher zu einer Ausdehnung, die infolge der seitlichen Einspannung notwendigerweise zur Faltenbildung führt.

Die Beheizung der Folie durch einen Heizstrahler gemäß der DE-AS 12 93 655 ermöglicht andererseits keine gleichmäßige Temperaturführung über die gesamte Folienfläche, eine genaue Temperaturvorgabe im Sinne eines Sollwertes ist damit kaum möglich. Damit treten jedoch im Endeffekt die gleichen Qualitätsprobleme auf, wie sie oben im Zusammenhang mit der DE-OS 38 27 497 geschildert wurden.

Die DE 32 29 150 A1 zeigt ein Beschichtungsverfahren, bei dem als Heizelement die Grundplatte vorgesehen ist, auf der über eine Auflage aus Silikonkautschuk Beschichtungsmaterial oder eine Beschichtungsfolie aufgewärmt wird. Darauf wird dann ein Spaltleder aufgelegt und von einer Gegenplatte oder einer Membran auf das Beschichtungsmaterial gedrückt. Zur mehrseitigen, insbesondere auch randseitigen Beschichtung von Werkstücken wie z. B. Möbelteilen ist dieses Verfahren nicht vorgesehen und auch nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die vorbekannten Verfahren so zu modifizieren bzw. zu verbessern, daß mit günstigem apparativen Aufwand eine gleichmäßige, qualitativ hochwertige und über die Dauer einer Serienfertigung eindeutig reproduzierbare Beschichtungsquali­ tät auch bei schwierigen Werkstücken gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. die Vorrichtung nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 5 gelöst.

Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht hierbei in dem unmittel­ baren Kontakt bzw. in der unmittelbaren Zusammenarbeit von Heizplatte, Werkstück und Beschichtungsfolie insbesondere in der Aufheizphase, wobei es sich ausschließlich um ein Vakuumverfahren handelt (die bei manchen vorbekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen eingesetzte Membran bzw. Druckkissen entfällt) und die Beaufschlagung der Teilvolumina mit geeigneten Unter-/Überdrücken als "Steuerelement" dient.

Durch die unmittelbare Erwärmung der Folie und des Werkstücks ist eine genau definierte Temperaturführung über die gesamte Folie und die darunter liegende Oberfläche des Werkstücks möglich, Auskühl­ effekte oder Verzögerungseffekte entfallen praktisch, ebenso wird eine Faltenbildung der Folie verhindert; die Folie kann dann ohne Zeitverlust sofort nach Erreichen der gewünschten Temperatur, d. h. in der Regel nach Erreichen der Temperatur der Heizplatte, durch "Umschalten" der Druckverhältnisse mit genau dieser Temperatur um die Seitenflächen des zu beschichtenden Werkstücks gelegt werden; da die angelegte Druckdifferenz unmittelbar auf die Oberfläche der Folie wirkt, ist auch gewährleistet, daß die Folie gleichmäßig auch schwierigen Strukturen wie Kanten, Nuten, Rinnen oder reliefartigen Profilierungen des Werkstücks folgen kann, da letzteres "vorgewärmt" ist, was sich insbesondere bei solch schwierigeren Strukturen in einer leichteren Formbarkeit der Folie bemerkbar macht.

Die genau definierbare homogene Temperaturverteilung sowohl der Folie als auch der darunter liegenden Werkstückbereiche gewähr­ leistet eine reproduzierbare Serienfertigung mit gleichmäßig hoher Qualität.

Ein weiterer Vorteil der gemeinsamen Erwärmung von Werkstück und eingespannter Folie besteht darin, daß bei der Aufbringung von Leim auf dem Werkstück, dieses beim Kontakt mit der Heizplatte wieder flüssig wird und geglättet wird, wenn das Werkstück an die Heizplatte gepreßt wird.

Nach der Beendigung des Formvorganges kann sofort nach dem Ent­ spannen der Luft im oberen Teilvolumen die Presse geöffnet, entleert und neu beschickt werden, Prozeduren wie das Trennen einer Membran von den beschichteten Werkstücken entfallen. Durch die leichte Formbarkeit der Folie auch durch geringe Luftdruckunterschiede im Gegensatz zu dem größeren Druckaufwand bei Einsatz einer Membran, können auch alle vom Luftdruck belasteten Teile der Presse einfach und leicht und somit auch kostengünstig dimensioniert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert, es zeigen:

Fig. 1: einen Querschnitt durch die Presse im geöffneten Zustand,

Fig. 2: einen Querschnitt durch die Presse der Fig. 1 beim Aufheizen der Folie, und

Fig. 3: einen Querschnitt durch die Presse beim Aufziehen der Folie auf das Werkstück.

Die Vorrichtung umfaßt eine Flachpresse mit einem festen unteren Preßtisch 32, einem unteren Rahmen 30A, mit zwei Werkstückträgern 31A, 31B für zwei zu beschichtende Werkstücke 11A, 11B und mit einem oberen Rahmen 21 und einer damit verbundenen Heizplatte 20. Im unteren Rahmen 30A ist hierbei eine Grundplatte 34 gehalten, auf der sich über Federelemente 35 eine Trägerplatte 30 abstützt, die zusammen mit den Werkstücken als Einheit in die Presse eingelegt bzw. nach der Durchführung des Folienaufbringvorganges wieder entfernt werden kann, was eine sehr rationelle Arbeitsweise ermöglicht.

Die Randbereiche des unteren Rahmens sind so dimensioniert, daß er mit dem oberen Rahmen 21 der Heizplatte 20 in dem Sinne zusammenwirkt, daß mit Hilfe von umlaufenden Dichtungen 11, 12 die zur Beschichtung verwendete Folie 10 zwischen diesen beiden Bauteilen eingespannt und festgehalten wird. Im nicht druckbelasteten Zustand liegt die Folie 10 daher bei geschlossener Presse horizontal über den Werkstücken 11A, 11B und unterteilt den Presseninnenraum in ein oberes Teilvolumen V1 und ein unteres Teilvolumen V2.

Zur Erzeugung von Unterdruck bzw. Überdruck sind im oberen und unteren Rahmen Luftkanäle 22, 33 vorgesehen, die mehrere Öffnungen zu dem ihnen jeweils zugeordneten Teilvolumen aufweisen.

Zur Erzielung einer präzisen Arbeitsweise müssen die Federelemente so gewählt oder einstellbar sein, daß einerseits bei geschlossener Presse die Werkstücke die Folie flächig leicht an die Unterseite der Heizplatte drücken, andererseits muß die beim Beschichtungsvorgang der Randbereiche eingesetzte Druckdifferenz ausreichen, um die Federelemente zusammenzudrücken, so daß die Folie von der Heizplatte abgesenkt wird.

Die Arbeitsweise dieser Presse ist wie folgt:
In den Zwischenraum zwischen dem unteren Rahmen 30A und dem Tisch 32 wird bei geöffneter Presse die luftdurchlässige Trägerplatte 30 eingelegt, auf der die zu beschichtenden Werkstücke 11A, 11B auf jeweils einem Werkstückträger 31A, 31B angeordnet sind, überdeckt mit der zur Beschichtung vorgesehenen Folie 10. Dabei liegt die Träger­ platte 30 auf den Federelementen 35 auf (Fig. 1). Nachdem die Trägerplatte 30 derart vorbereitet in ihrer Arbeitsposition inner­ halb der Presse ist, wird die Presse geschlossen (Fig. 2), wobei im geschlossenen Zustand der Presse die Werkstücke 11A, 11B die Folie 10 nach oben an die Heizplatte 20 drücken und somit die Folie leicht zwischen Werkstücken und Heizplatte eingespannt wird, so daß bereits hier eine Faltenbildung zuverlässig vermieden wird. Dies wird unterstützt von einer Druckdifferenz zwischen oberem und unterem Teilvolumen V1/V2 (die horizontalen Pfeile deuten die Erzeugung der Druckdifferenz an), so daß auch die übrigen Folienflächen an die Unterseite der Heizplatte gezogen werden. In dieser Position werden somit die gesamte Folie 10 und auch die angrenzenden Volumenbereiche der Werkstücke 11A, 11B von der Heizplatte 20 gleichmäßig auf die vorgewählte optimale Verformtemperatur gebracht.

Wenn die Folie diese optimale Formtemperatur erreicht hat, wird eine geeignete Druckdifferenz erzeugt, indem (Fig. 3) das obere Teilvolumen V1 mit Druckluft beschickt wird und das untere Teilvolumen V2 evakuiert wird, was in Fig. 3 durch die vertikal nach unten zeigenden Pfeile dargestellt ist (die vier horizontalen Pfeile deuten die Druckluftzufuhr bzw. Evakuierung der beiden Teilvolumen an). Durch die dadurch erzeugte zusätzliche Gegenkraft zur Federkraft wird die Trägerplatte 30 nach unten gedrückt, wobei der Flächenkontakt zwischen Folie und Werkstücken erhalten bleibt.

Außerdem legt sich die plastifizierte Folie exakt und konturgetreu um die zu beschichtenden Randbereiche der aufgewärmten Werkstücke 11A, 11B, wozu solche Druckdifferenzen zwischen den beiden Teil­ volumina erforderlich sind, die ausreichen, um die Federelemente zusammenzudrücken und so den Kontakt zur Heizplatte 20 zu lösen. Da die üblicherweise verwendeten Folien sehr dünn und somit leicht in ihrer Formgebung zu "steuern" sind, reichen diese Druckdifferenzen dann in der Regel auch zur Verformung der Folien aus.

Nach Beendigung dieses Formvorganges kann sofort nach dem Entspannen der Luft im oberen Teilvolumen V1 die Presse geöffnet werden und die Trägerplatte 30 mit den fertig beschichteten Werkstücken 11A, 11B aus der Presse entfernt und eine neue, vorbereitete Trägerplatte 30 eingelegt werden.

Die Formvorgänge in der erfindungsgemäßen Presse sind daher auf das absolut notwendige mit höchster Präzision reduziert und die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung arbeitet daher sehr genau und sehr schnell.

Claims (10)

1. Verfahren zur mehrseitigen Beschichtung von Werkstücken mit einer Folie, wobei zunächst über das zu beschichtende Werkstück ein Folienzuschnitt gelegt wird, der randseitig eingespannt wird, derart, daß er das zu beschichtende Werkstück überdeckt und zwei Teilvolumina gegeneinander luftdicht abschließt, danach nach oben unmittelbar an eine Heizplatte gedrückt und/oder gezogen und dort unter Anliegen an die Heizplatte auf die gewünschte Temperatur gebracht wird und schließlich, derart erwärmt, durch Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Teilvolumen über das zu beschichtende Werkstück gezogen wird, und dann die rand­ seitige Einspannung gelöst und das beschichtete Werkstück entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Folienzuschnitt (10) unter flächigem Kontakt mit dem zu beschichtenden Werkstück (11A, 11B) an die Heizplatte (20) gedrückt und, gesteuert von der Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Teilvolumen zur Beschichtung des Werkstückes (11A, 11B), zusammen mit diesem unter Beibehaltung dieses Kontaktes sich wieder von der Heizplatte (20) löst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck­ differenz zwischen erstem und zweitem Teilvolumen (V1, V2) durch Überdruckbeaufschlagung des ersten Teilvolumens (V1) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck­ differenz zwischen erstem und zweitem Teilvolumen (V1, V2) durch Unterdruckbeaufschlagung des zweiten Teilvolumens (V2) erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz zwischen erstem und zweiten Teilvolumen (V1, V2) sowohl durch Überdruckbeaufschlagung des ersten Teilvolumens (V1), als auch durch Unterdruckbeaufschlagung des zweiten Teilvolumens (V2) erfolgt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Tisch und mindestens einem Werkstückträger zur Aufnahme eines zu beschichtenden Werkstücks, einem unteren, den Werkstück­ träger umgebenden Rahmen, derart, daß das bis unterhalb der Unterkante des zu beschichtenden Werkstückes reichende erste Teilvolumen gebildet wird, bei dessen Evakuierung mittels Unter­ druckvorrichtungen der zur Beschichtung vorgesehene, durch Heizeinrichtungen erwärmte Folienzuschnitt sich um das zu be­ schichtende Werkstück herumlegt, und mit einer oberen Heizplatte als Heizeinrichtung, die auf den unteren Rahmen absenkbar ist und das evakuierbare, zweite Teilvolumen luftdicht abschließt, wozu die Heizplatte derart ausgebildet und geformt ist, daß der zur Beschichtung dienende Folienzuschnitt zwischen den Rändern der Heizplatte und dem unteren Rahmen derart einspannbar ist, daß er die beiden Teilvolumina voneinander zumindest im wesentlichen luftdicht abgrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückträger (11A, 11B) vertikal federnd gelagert sind, und daß die Federkraft derart einstellbar oder vorgebbar ist, daß die Vertikalbewegung der Werkstückträger (11A, 11B) im Bereich unterhalb der Heizplatte (20) durch die erzeugbare Druckdifferenz zwischen den beiden Teilvolumina (V1, V2) steuerbar und kontrollierbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte (20) einen umlaufenden Rahmen (21) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Evakuierung und/oder Überdruckbeaufschlagung des vom Folien­ zuschnitt (10), Rahmen (21) und Heizplatte (20) gebildeten ersten Teilvolumens (V1) Heizplatte (20) und/oder Rahmen (21) Luftzu­ fuhr-/Luftabsaugkanäle (22) aufweisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke (11A, 11B) auf einer gemeinsamen Trägerplatte (30) angeordnet sind, die sich über mehrere Federelemente (35) auf dem Tisch (32) abstützen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke (11A, 11B) auf einer gemeinsamen Trägerplatte (30) angeordnet sind, die sich über eine homogene, elastische Träger­ schicht auf dem Tisch (32) abstützen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Evakuierung des vom Folienzuschnitt (10), den Werkstücken (11A, 11B), den Werkstückträgern (31A, 31B) und der Trägerplatte (30) gebildeten zweiten Teilvolumens (V2) ebenfalls Luftzufuhr-/Luft­ absaugkanäle (33) vorgesehen sind.