DE4324927A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung eines Werkstückes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung eines Werkstückes, insbesondere bei der drucktechnischen Herstellung von Oberflächenmustern auf Werkstücken.

Zur Herstellung von Oberflächenmustern auf Werkstücken können drucktechnische Verfahren eingesetzt werden. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, ein stempelartiges Werkzeug nach Art eines Tampons auszubilden, um auf einer Matrize od. dgl. entsprechend dem gewünschten Muster darge­ botene Farbstoffe aufzunehmen und dann unter Druck auf das Werkstück zu übertragen.

Des weiteren ist ein sogenannter Hi-Transfer bekannt, bei dem zwischen dem Werkstück und einem gegen das Werk­ stück andrückbaren Werkzeug ein Trägerband mit auf das Werkstück übertragbarem Bildmuster hindurchgeführt und zur Bildübertragung gegen das Werkstück angedrückt wird.

Bei allen diesen Verfahren ist es wichtig, daß im Bereich des zu erzeugenden Oberflächenmusters gleiche Druckver­ hältnisse bzw. -kräfte auftreten und Relativbewegungen zwischen dem Werkstück und der werkstücksseitigen Ober­ fläche des Werkzeuges vermieden werden.

Um die gleichmäßige Druckbeaufschlagung zu gewährleisten, besitzen die Werkzeuge werkstücksseitig eine relativ dicke Beschichtung aus Elastomermaterial, welche bei Werkstücken mit unebenen oder gewölbten Oberflächen nach Art einer Negativform des Werkstückes ausgebildet ist.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß keine hin­ reichend reproduzierbare Druckqualität erreichbar ist. Außerdem ist die Beschichtung aus Elastomermaterial nur begrenzt standfest, insbesondere wenn die Oberfläche des zu bedruckenden Werkzeuges kompliziertere oder kantenartige Wölbungen aufweist. Hier entstehen in der Beschichtung aus Elastomermaterial nach verhältnismäßig kurzer Zeit Risse.

Im übrigen ist zu berücksichtigen, daß insbesondere bei der Bedruckung von Werkstücken aus Kunststoff beim Druck­ vorgang eine vorgegebene Temperatur eingehalten werden muß. Die Beschichtung aus Elastomermaterial behindert jedoch eine gleichförmige Wärmeübertragung zwischen Werkzeug und Werkstück.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten aufzuzeigen, wie auch bei relativ kompliziert geformten Werkstücken eine gleichförmige Druck- und/oder Wärme-Übertragung zwischen Werkzeug und Werkstück ermöglicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die als Teil eines fluidisch aufblähbaren Polsters ange­ ordnete werkstücksseitige Oberfläche des Werkzeuges nach Art einer verformbaren Haut bzw. Membran ausgebildet und derart durch Fluiddruck an das Werkstück angedrückt wird, daß sie sich unter Anpassung an die Form des Werk­ stückes an dessen Oberfläche anschmiegt. Da der auf die Innenseite der Haut wirkende Fluiddruck überall gleich groß ist und der Widerstand der Haut bzw. Membran gegen Biegebeanspruchung im Vergleich zum Fluiddruck vernach­ lässigt werden kann, ergeben sich auch bei komplizierter Form der Werkstückoberfläche überall gleiche Flächen­ pressungen, wobei besonders vorteilhaft ist, daß Vor- bzw. Rücksprünge der Werkstückoberfläche den örtlichen Flächendruck praktisch nicht beeinflussen können.

Insbesondere kann eine gleichmäßige Druckbeaufschlagung auch an solchen Oberflächenzonen des Werkstückes gewähr­ leistet werden, die senkrecht oder stark geneigt zu einer virtuellen Hüllfläche der zu bedruckenden Werk­ stückoberseite angeordnet sind.

Insbesondere wenn das aufblähbare Polster gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Hydro­ polster ausgebildet ist, lassen sich besonders gleich­ förmige Temperaturverhältnisse gewährleisten, weil Hydraulikmedien regelmäßig gute Wärmeleiter sind. Im übrigen treten bei der Druckbeaufschlagung des Werk­ zeuges innerhalb des Polsters zwangsläufig mehr oder weniger ausgeprägte Bewegungen des Hydraulikmediums auf, welche neben eventuellen Konvektionsströmungen für eine gleichmäßige Temperaturverteilung sorgen.

Gegebenenfalls kann das Fluid bzw. Hydraulikmedium auch ständig im Kreislauf zwischen einer Heizung (oder Kühlung) und dem Innenraum des Polsters umgewälzt werden.

Das das Polster tragende Werkzeug kann nach Art eines gegen das Werkstück andrückbaren Stempels ausgebildet sein, welcher gegebenenfalls auch stationär angeordnet sein kann, wenn sich das Werkstück relativ zum Stempel entsprechend bewegen läßt.

Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich und vorteilhaft, das Werkzeug nach Art einer Walze auszubilden, deren Ober­ fläche mit einem ringförmigen Polster oder mit ringförmig angeordneten Polstern im Bereich einer an der Walze vorbei­ laufenden Werkstückbahn versehen ist.

Die die Oberfläche des Polsters bildende Haut bzw. Membran kann als elastisch nachgiebige Schale mit dem Werkstück an­ gepaßter Form ausgebildet sein, so daß sie sich auch bei verschwindendem Fluiddruck weitestgehend an die Werk­ stückoberfläche anzuschmiegen vermag.

Die Erfindung ist nicht auf die drucktechnische Erzeugung von Oberflächenmustern an Werkstücken beschränkt. Grund­ sätzlich sind auch andere Einsatzfälle möglich. Beispiels­ weise läßt sich die Erfindung vorteilhaft zur schonenden Halterung eines Werkstückes sowie zu dessen Wärme- bzw. Kältebeaufschlagung einsetzen.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung von Ausführungsbeispielen verwiesen, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematisierte Ansicht eines Werkstück­ abschnittes, welcher gemäß der Erfindung unter Verwendung eines Stempels mit Hydropolster bedruckt wird, und

Fig. 2 ein schematisiertes Schnittbild eines derartigen Stempels.

Ein Werkstück 1 aus Kunststoffmaterial läßt sich in grundsätzlich bekannter Weise mit einem Farbmuster od. dgl. im sogenannten Hi-Transfer-Verfahren bedrucken, indem mittels eines Stempels 2 ein zwischen dem Werkstück 1 und dem Stempel 2 hindurchgeführtes Trägerband 3, an dessen dem Werkstück 1 zugewandter Seite Farbpigmente nach Art eines dem gewünschten Muster entsprechenden Abziehbildes anhaften, unter hinreichender Wärmebeauf­ schlagung an das Werkstück 1 angedrückt wird.

Im vorliegenden Fall besitzt die mit dem Farbmuster od. dgl. zu versehende Oberfläche des Werkstückes 1 ausgeprägte Wölbungen und Vertiefungen.

Daran ist der Stempel 2 grob angepaßt.

Die Besonderheit der Erfindung liegt nun darin, daß die dem Werkstück 1 zugewandte Seite des Stempels 2 als Hydropolster 4 ausgebildet ist, welches sich durch hydraulische Druckbeaufschlagung aufblähen und bei entsprechender Annäherung des Stempels 2 an das Werk­ stück 1 gegen dasselbe anpressen läßt.

Hierbei wird überall im Berührungsbereich zwischen Werkstück 1 und Hydropolster 4 eine gleichmäßige Flächenpressung erzeugt, und zwar praktisch unabhängig von der Form des Werkstückes 1. Darüber hinaus ist vorteilhaft, daß zwischen der Oberseite des Hydro­ polsters 4 und dem Werkstück 1 beim Andruck des Hydropolsters 4 an das Werkstück 1 praktisch keine Relativbewegungen parallel zur Werkstückoberseite auftreten können, welche die Bildqualität des Druck­ musters beeinträchtigen würden.

Gemäß Fig. 2 kann der Stempel 2 ein Basisteil 5 mit einer dem Werkstück 1 zugewandten Fläche 6 auf­ weisen, die der Werkstückform grob angepaßt sein kann. Außerhalb dieser Fläche 6 besitzt das Basis­ teil 5 einen gegenüber der Fläche 6 zurückversetzten Randbereich, auf dem mittels eines Rahmens 7 eine die Fläche 6 überdeckende Membran 8 dicht gehaltert ist, so daß zwischen der Membran 8 und der Fläche 6 ein Hohlraum 9 gebildet wird. Die Membran 8 besitzt vorzugsweise innerhalb des Rahmens 7 eine der zuge­ wandten Werkstückoberseite weitestgehend angepaßte Form.

Der Hohlraum 9 ist mit hydraulischem Druckmedium gefüllt, welches sich über Kanäle 10 im Basisteil 5 steuerbar zu- bzw. abführen läßt. Insbesondere läßt sich der Druck des Hydraulikmediums im Hohlraum 9 mit vorgeb­ barer Genauigkeit steuern, um die Membran 8 mit vorgebbarer Flächenpressung gegen das Werkstück 1 spannen zu können. Das hydraulische Druckmedium innerhalb des Hohlraumes 9 läßt sich mittels einer nicht dargestellten Heizung gegebenenfalls erwärmen, beispielsweise auf ca. 300°C, soweit beim Bedrucken des Werkstückes eine entsprechende Wärmeeinwirkung notwendig ist. Durch das Hydraulikmedium im Hohlraum 9 werden praktisch überall gleiche Temperaturen gewährleistet.

Gegebenenfalls kann das Hydraulikmedium im Hohlraum 9 ständig zwangsweise umgewälzt werden, indem es über einen der Kanäle 10 zu einer Heizung abgeführt und von der Heizung über einen anderen Kanal 10 zugeführt wird.

Abweichend von der dargestellten Ausführung besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, auf eine gesteuerte Zu- und Abführung von Hydraulikmedium zu verzichten und den Hohlraum 9 mit einer vorgegebenen Menge des Hydraulikmediums zu befüllen. In diesem Falle wird der gewünschte hydraulische Druck im Hohlraum 9 allein dadurch erzeugt, daß der Stempel 2 mit entsprechender Kraft gegen das Werkstück 1 angedrückt wird.

Grundsätzlich kann darauf verzichtet werden, die Fläche 6 der Form des zu bearbeitenden Werkstückes anzugleichen, weil die Fläche 6 bei der Werkstückbe­ arbeitung durch das hydraulische Medium im Hohlraum 9 von der Membran 8 ferngehalten wird.

Darüber hinaus kann die Fläche 6 auch mit deutlich größerem Abstand von dem das Werkstück beaufschlagenden Bereich der Membran 8 angeordnet sein. Jedoch ist ein relativ enger Abstand zwischen Membran 8 und Fläche 6 zumindest bei größeren Abmessungen der Fläche 6 vor­ teilhaft, um mögliche Schwallbewegungen des Hydraulik­ mediums im Hohlraum 9 gering zu halten.

Bei entsprechender Elastizität der Membran 8 kann gegebenenfalls darauf verzichtet werden, deren Form der Werkstückoberfläche anzupassen, da diese Anpassung bei entsprechendem hydraulischen Druck im Hohlraum 9 (und hinreichender Annäherung des Stempels 2 an das Werkzeug 1) zwangsläufig erfolgt.

Gegebenenfalls kann der Stempel 2 stationär angeordnet sein, wenn das Werkstück 1 mittels eines Werkstückhalters (nicht dargestellt) entsprechend beweglich ist.

Schließlich besteht die Möglichkeit, anstelle eines Stempels 2 eine Walze vorzusehen, deren zur Werkstück­ bearbeitung dienende Umfangsfläche als Hydropolster ausgebildet ist.

Die dem Werkstück zugewandte Seite der Membran 8 kann stufen-, rillen- oder gratförmige Strukturen geringer Höhe bzw. Tiefe aufweisen, wenn ein Prägemuster auf der Werkstückoberfläche erzeugt werden soll. Da zur Erzeugung eines solchen Musters in der Regel - z. B. bei Werkstücken aus Kunststoff - auch eine Hitzeeinwirkung auf das Werkstück notwendig ist, ist die bei der Erfindung mögliche gleichförmige Heizbarkeit des Polsters besonders vorteilhaft.

Die Härte der Membran 8 kann beispielsweise bei 70 bis 90 Shore liegen.

Claims (16)

1. Verfahren zur Druckbeaufschlagung eines Werkstückes, insbesondere bei drucktechnischer Herstellung von Oberflächenmustern auf Werkstücken, wobei ein relativ zum Werkstück bewegliches Werkzeug mit werkstücksseitig nachgiebiger Oberfläche auf das Werkstück aufgedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die als Teil eines fluidisch aufblähbaren Polsters (4) angeordnete werkstücksseitige Oberfläche des Werkzeuges (2) nach Art einer verformbaren Haut bzw. Membran (8) ausgebildet ist und derart durch Fluiddruck an das Werkstück (1) angedrückt wird, daß sie sich unter Anpassung an die Form des Werk­ stückes (1) an dessen Oberfläche mit vorgebbarer und überall etwa gleicher Flächenpressung anschmiegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluiddruck gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polster (4) hydraulisch aufblähbar ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid im Polster (4) auf vorgebbarer Temperatur gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Polster (4) vom Fluid durchströmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Werkzeuges (2) ein zwischen Werkstück (1) und Werkzeug (2) hindurchgeführtes Trägerband (3) mit auf das Werkstück übertragbarem Bildmuster gegen das Werkstück angedrückt wird (Hi-Transfer).

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Polster (4) nach Art eines Tampons ein Bildmuster von einer Vorlage, z. B. Matrize od. dgl., aufgenommen und auf das Werkstück (1) unter Druckbeaufschlagung übertragen wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (2) werkstücksseitig ein fluidisch aufblähbares Polster (4) mit einer die werkstücks­ seitige Polsteroberfläche bildenden Haut bzw. Membran (8) aufweist, welche durch steuerbaren Fluiddruck unter Anschmiegung an die Werkstück­ oberfläche sowie unter Anpassung an die Werkstück­ form an das Werkstück andrückbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluiddruck durch Zu- bzw. Abfuhr von Fluid steuerbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluiddruck durch Steuerung des zwischen Werkstück (1) und Werkzeug (2) wirksamen Andruckes steuerbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (2) nach Art eines Stempels ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (2) nach Art einer Walze aus­ gebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Haut bzw. Membran (8) auch bei geringem bzw. verschwindendem Fluiddruck eine zur Form des Werkstückes annähernd gegengleiche Form aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid heizbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid umwälzbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid hydraulisches Medium vorgesehen ist.