DE68919929T2

DE68919929T2 - Form mit Metallüberzug für Kunststoffgegenstände und Verfahren zu deren Herstellung.

Info

Publication number: DE68919929T2
Application number: DE68919929T
Authority: DE
Inventors: Olli Jovero; Pauli Kirmanen
Original assignee: Neste Oyj
Current assignee: Neste Oyj
Priority date: 1988-07-14
Filing date: 1989-07-10
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2009-07-11
Also published as: EP0351154A2; EP0351154B1; NO892829L; DE68919929D1; FI883349L; ATE115460T1; EP0351154A3; DK347489D0; FI82412C; DK347489A; FI82412B; FI883349A0; NO892829D0

Description

Bei der Herstellung verstärkter Kunststoffgegenstände und durch Gießen hergestellter Kunststoffgegenstände wird üblicherweise eine solche Form eingesetzt, in die der verstärkte Kunststoff schichtweise eingeführt oder gegossen wird und von welcher der Gegenstand nach der Härtung des Kunststoffs gelöst werden kann. Die Güte der Oberfläche des Kunststoffs ist äußerst wichtig, da diese die Außenseite des Gegenstands bildet.
Bei einem Verfahren des Standes der Technik zur Herstellung von Formen für Kunststoffgegenstände handelt es sich um eine Schicht aus verstärktem Kunststoff, die über ein Modellstück aufgeschichtet und dann nach angemessener Verfestigung als die eigentliche Form verwendet wird. Der in dieser Stufe am häufigsten verwendete Kunststoffrohstoff ist Polyesterharz. Ein Nachteil bei diesen Formen ist die geringe Hitzebeständigkeit und Verschleißfestigkeit; außerdem wird deren Oberfläche leicht rissig, was das Aussehen der Gegenstände verdirbt und die Lebenszeit der Form verkürzt. Formen wurden auch aus Epoxyharzen hergestellt, aber die dabei auftretende negative Eigenschaft ist die schlechte Oberflächengüte, da es schwierig ist, dem Epoxykunststoff eine unporöse Oberfläche zu geben. Die mit Kunststoff überzogenen Formen sind auch stoßempfindlich.
Es sind auch solche Formen mit Metallüberzug in der Technik bekannt, bei denen die Unterschicht mit einer dünnen Metallschicht überzogen ist. Die mittels Aufspritzen von Zink erhaltene Oberfläche ist jedoch porös und von geringer Güte, was das Äußere der Gegenstände beeinträchtigt und deren Entnahme aus der Form erschwert. Formen mit Metallüberzug wurden auch durch Gießen von Aluminium oder Zink hergestellt, aber die dabei auftretenden Nachteile sind schlechte Oberflächengüte und geringe Formbeständigkeit. Formen mit Metallüberzug lassen sich auch mittels elektrolytischer Verfahren herstellen, beispielsweise aus Nickel und Kupfer, wodurch man gute Qualität erreicht, die Form aber teuer wird. Die besten Formen erhält man durch Bearbeitung von Aluminium oder Stahl, aber die Kosten für die Formen steigen dabei sehr stark an, und die Herstellung kleiner oder mittelgroßer Produktserien mit solchen Formen ist unwirtschaftlich.
Aus diesem Grund wird es erforderlich, Formausführungen zu entwickeln, die sowohl verschleißfest sind als auch gute Oberflächengüte aufweisen und ferner mit relativ geringen Kosten erneuert werden können. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb eine Form mit Metallüberzug für Kunststoffgegenstände und ein Verfahren zur Herstellung einer Form mit Metallüberzug für Kunststoffgegenstände, bei dem man hohe Oberflächengüte und gute Verschleißfestigkeit erreicht. Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Form mit Metallüberzug für Kunststoffgegenstände und ein Verfahren zur Herstellung einer Form mit Metallüberzug für Kunststoffgegenstände, die hohe Wärmebeständigkeit aufweist, sowie eine weitere Form und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Form mit Metallüberzug für Kunststoffgegenstände, die hinsichtlich Kosten und der Herstellungsmethode so vorteilhaft ist, daß Vervielfältigung und Reparaturen einer solchen Form ermöglicht werden.
Gegenstand einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist eine Form mit Metallüberzug zur Herstellung von Kunststoffgegenständen, wobei die Form eine Unterlag- oder Trägerschicht (40) mit einer der Gestalt des Gegenstands entsprechenden Oberfläche sowie eine mit dieser Unterlagschicht in Berührung stehende, ersetzbare dünne Metallschicht (30) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht durch Strecken einer dünnen Metallfolie gegenüber einer der Gestalt des Gegenstands entsprechenden Fläche mittels einer Technik wie Tiefziehen, Ausbauchen mit Flüssigkeitsdruck oder Explosionsformung hergestellt wird, um dadurch eine ersetzbare, mit der Unterlagschicht in Berührung zu bringende Formfläche zu bilden.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer Form mit Metallüberzug zur Herstellung von Kunststoffgegenständen, wobei die Form eine Unterlag- oder Trägerschicht (40) mit einer der Gestalt des Gegenstands entsprechenden Oberfläche sowie eine mit der Unterlagschicht in Berührung stehende, ersetzbare dünne Metallschicht (30) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht durch Strecken einer dünnen Metallfolie gegenüber einer der Gestalt des Gegenstands entsprechenden Fläche mittels einer Technik wie Tiefziehen, Ausbauchen mit Flüssigkeitsdruck oder Explosionsformung hergestellt wird und dadurch eine ersetzbare, mit der Unterlagschicht in Berührung zu bringende Formfläche bildet.
In diesem Zusammenhang bezieht sich Tiefziehen auf eine Technik, bei der eine ziemlich dünne Metallfolie auf ein Modellstück aufgepreßt wird, so daß sie die Gestalt des Modellstücks annimmt. Das Verfahren stellt keine sehr hohen Anforderungen an die Festigkeit der für das Modell und Preßwerkzeug zu verwendenden Stücke, und die Oberflächengüte des so erhaltenen Formflächenrohlings ist hoch. Mehrere Formflächenrohlinge lassen sich gleichzeitig herstellen, was die Erneuerungskosten solcher Formen verringert. Der Werkstoff läßt sich zweckmäßig auswählen, und in dieser Weise ist jede beliebige tiefziehfähige Metallfolie als Werkstoff verwendbar. Die Dicke dieser Metallfolie wird anwendungsgemäß ausgewählt, aber beim erfindungsgemäßen Verfahren kann man sogar sehr dünne Werkstoffe aufbringen, da nach der Grundidee der Erfindung der metallische Formflächenrohling auf eine getrennte Unterlagschicht aufgebracht wird, die den Formrohling in seiner endgültigen Gestalt hält.
Weitere dem Tiefziehen entsprechende Verfahren zur Herstellung eines Formrohlings sind Ausbauchen mit Flüssigkeitsdruck und Explosionsformung. Im ersteren Fall wird das beim Tiefziehen eingesetzte Preßwerkzeug durch Flüssigkeitsdruck ersetzt, indem man eine Flüssigkeit in einen über dem Folienrohling auf einem Muster gebildeten Raum pumpt. Der Flüssigkeitsdruck preßt und biegt den Metallfolienrohling gegen die Oberfläche des Musters und streckt und biegt ihn dadurch, so daß er sich an die Gestalt des Musters anpaßt. Eine dritte dem Tiefziehen entsprechende Technik ist die sogenannte Explosionsformung, wobei der zur Gestaltung erforderliche Druck durch die Explosion eines geeigneten Sprengsatzes in dem geschlossenen, über einem Metallfolienrohling gebildeten Raum geliefert wird, wodurch der dabei gebildete Druckstoß den Metallfolienrohling zwingt, sich der Gestalt des Musters anzupassen.
Ein nach einer der oben beschriebenen Formungstechniken hergestellter Formflächenrohling kann nicht als solcher direkt als Form für Kunststoffgegenstände eingesetzt werden, sondern er wird, wie die Erfindung lehrt, zunächst an einer Unterlagschicht befestigt, deren Gestalt derjenigen des Formflächenrohlings entspricht. Die Unterlagschicht stützt den Formflächenrohling und hält ihn in seiner Gestalt. Heiz- und/oder Kühlelemente lassen sich ebenfalls leicht in die Unterlagschicht einlegen, beispielsweise Durchgänge oder Widerstandsdrähte, mit deren Hilfe die Härtung des Gegenstands im Verkauf seiner Herstellung regulierbar ist. Die Unterlagschicht ermöglicht auch eine Reparatur und/oder Erneuerung der gegossenen Form, indem man den Formflächenrohling ganz oder teilweise von der Unterlagschicht entfernt und ganz oder teilweise durch einen neuen Formflächenrohling ersetzt.
Die Unterlagschicht läßt sich nach einer beliebigen Technik herstellen. Die Hauptsache ist, daß eine Schicht, die sich genügend an die Gestalt des Formflächenrohlings anpaßt, daraus herstellbar ist, so daß deren Festigkeitseigenschaften ausreichen, und daß sie an den Formflächenrohling angebracht werden kann. Die Unterlagschicht läßt sich z. B. durch Gießen aus Kunststoff wie Epoxykunststoff, Polyester, Polymerbeton, Beton oder Metall herstellen und kann Verstärkungs- oder Haftglieder, -schichten oder -fasern enthalten. Eine Trägerschicht läßt sich entweder direkt auf einem Formflächenrohling oder auf einem getrennten Muster erstellen. Durch Bearbeitung hergestellte Unterlagschichten sind ebenfalls möglich. Der Formflächenrohling kann nach einer beliebigen Methode an der Unterlagschicht befestigt werden. Demnach kann man beispielsweise eine Klebemethode oder Laminiermethode anwenden, sowie, im Fall der Verwendung von Metallträgerschichten, auch Schweißen oder Löten. Ein Grunderfordernis ist es, daß die Unterlagschicht und der Formflächenrohling während der Herstellung jenes Gegenstands aneinander befestigt bleiben.
Die Erfindung ist weiter unten mit Hilfe der beigefügten Zeichnung näher beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 im Querschnitt die Herstellung eines Formflächenrohlings nach der Tiefziehtechnik,
Fig. 2 im Querschnitt die Herstellung eines Formflächenrohlings nach der Ausbauchungsmethode mit Flüssigkeitsdruck,
Fig. 3 im Querschnitt die Herstellung eines Formflächenrohlings nach der Explosionsmethode und
Fig. 4 im Querschnitt die erfindungsgemäße Form für Kunststoffgegenstände.
In der Ausführungsform nach Fig. 1 wird der Formflächenrohling für einen Gegenstand mit ziemlich niedrigem Profil hergestellt. Die Bezugsziffer 10 bezeichnet einen Ziehring, dessen Innenfläche so gebildet wird, daß sie mit der Gestalt des Gegenstands übereinstimmt. Ein Folienanschlag 11 hält eine Metallfolie 20 fest, aus welcher der Formflächenrohling hergestellt wird. Ein Stempel 12, dessen Gestalt ebenfalls der Gestalt des herzustellenden Formflächenrohlings entspricht, wird an der Stelle 13 unter dem auf den Stempel aufgebrachten Preßdruck (Pfeil A) gegen die Metallfolie 20 gepreßt und zwingt diese, sich zu strecken und gegen die Fläche des Ziehrings 10 geformt zu werden. Entweder das Muster des erwünschten Endgegenstands oder ein getrenntes, zur Übereinstimmung damit hergestelltes Stück können diesen Stempel 12 darstellen. Bei Verwendung verhältnismäßig dünner Folien braucht man keine sehr hohen Festigkeitseigenschaften für den Stempel anzusetzen, da der sich bildende Formflächenrohling später von der Unterlagschicht abgestützt wird.
In der Ausführungsform nach Fig. 2 wird ein dem in Fig. 1 gezeigten ähnlicher Formflächenrohling hergestellt, hier unter Anwendung der Ausbauchungsmethode mit Flüssigkeitsdruck. Die Bezugsziffer 10a bezeichnet eine untere Form, deren Innenfläche so gestaltet wird, daß sie der Gestalt des Gegenstands entspricht. Die obere Form 11a hält die Metallfolie 20 fest, indem sie zwischen der Metallfolie 20 und der oberen Form einen Flüssigkeitsraum 12a begrenzt, in den unter Druck stehende Flüssigkeit von einem Verbindungsstück 13a eingeführt wird. Die unter Druck stehende Flüssigkeit drückt die Folie 20 nach unten, wodurch sie sich streckt und sich der Oberfläche der unteren Form 10a anpaßt. Die Bezugsziffer 14 bezeichnet Entlüftungsdurchgänge.
In der Ausführungsform nach Fig. 3 wird ein ähnlicher Formflächenrohling wie in Fig. 1 hergestellt, jedoch unter Anwendung der Explosionsmethode. Die Bezugsziffer 10a bezeichnet eine untere Form, deren Innenfläche entsprechend der Gestalt des Gegenstands geformt wird. Ein Folienanschlag 11 hält die Metallfolie 20 fest, aus welcher der Formflächenrohling hergestellt wird. Über dem Folienanschlag 11 befindet sich eine Luftzellenkonstruktion 12B zur Entlastung des Explosionsdrucks. Über der Luftzelle 12b befindet sich der Sprengsatz 16. Die ganze Konstruktion ist in ein Flüssigkeitsvolumen 15 eingesetzt, das bei der Explosion des Sprengsatzes 16 die Druckwelle durch die Luftzelle 12b in die Metallfolie 20 leitet, welche sich streckt und sich an die Oberfläche der unteren Form 10a anschmiegt. Die Bezugsziffer 14 bezeichnet einen Entlüftungskanal.
Fig. 4 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Formkonstruktion. Die Bezugsziffer 30 bezeichnet einen nach einer in Fig. 1, 2 oder 3 gezeigten Technik hergestellten Formflächenrohling. Die Bezugsziffer 40 bezeichnet die Unterlagschicht, an welcher der Formflächenrohling 30 in der vorliegenden Ausführungsform mit Hilfe einer Haftschicht 41 befestigt ist. Die Bezugsziffer 42 bezeichnet die Heiz- und/oder Kühlelemente, mit denen die Unterlagschicht 40 erhitzt und/oder gekühlt werden kann, und die Bezugsziffer 43 bezeichnet in die Unterlagschicht 40 eingelegte Stützelemente. Die Form kann nun als Gießform oder zum Laminieren bei der Herstellung von Gegenständen 50 eingesetzt werden.
Es ist offensichtlich, daß weiter oben nur die Grundprinzipien des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben sind, innerhalb deren Umfang eine Mehrzahl von Abänderungen durchführbar sind, ohne vom Schutzbereich der Ansprüche abzuweichen. Die beschriebenen Formkonstruktionen können somit beim Gießen komplizierterer Kunststoffgegenstandsstücke lediglich als Teilformen fungieren.
Die erfindungsgemäßen Formen lassen sich in Herstellungsverfahren für verschiedene Kunststoffgegenstände einsetzen. Typische Herstellungsverfahren sind beispielsweise Spritzguß, Formpressen, Blasformen, Vakuumformen und die Formung verstärkter Kunststoffe.

Claims

1. Form mit Metallüberzug zur Herstellung von Kunststoffgegenständen, wobei die Form eine Unterlag- oder Trägerschicht (40) mit einer der Gestalt des Gegenstands entsprechenden Oberfläche sowie eine mit dieser Unterlagschicht in Berührung stehende, ersetzbare dünne Metallschicht (30) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht durch Strecken einer dünnen Metallfolie gegenüber einer der Gestalt des Gegenstands entsprechenden Fläche mittels einer Technik wie Tiefziehen, Ausbauchen mit Flüssigkeitsdruck oder Explosionsformung hergestellt wird, um dadurch eine ersetzbare, mit der Unterlagschicht in Berührung zu bringende Formfläche zu bilden.

2. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen dem Formflächenrohling (30) und der Unterlagschicht (40) eine Haftschicht (41) aufweist.

3. Form nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlagschicht (40) durch eine Schicht gebildet ist, die sich der Gestalt des Formflächenrohlings (30) anpaßt und aus verstärktem Kunststoff, Polymerbeton oder Normalbeton oder einem anderen, gegen auf die Form gerichtete Spannungen widerstandsfähigen Werkstoff besteht.

4. Form nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht (40) Heiz- und/oder Kühlelemente (42) enthält.

5. Verfahren zur Herstellung einer Form mit Metallüberzug zur Herstellung von Kunststoffgegenständen, wobei die Form eine Unterlag- oder Trägerschicht (40) mit einer der Gestalt des Gegenstands entsprechenden Oberfläche sowie eine mit der Unterlagschicht in Berührung stehende, ersetzbare dünne Metallschicht (30) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht durch Strecken einer dünnen Metallfolie gegenüber einer der Gestalt des Gegenstands entsprechenden Fläche mittels einer Technik wie Tiefziehen, Ausbauchen mit Flüssigkeitsdruck oder Explosionsformung hergestellt wird und dadurch eine ersetzbare, mit der Unterlagschicht in Berührung zu bringende Formfläche bildet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung des Formflächenrohlings (30) durch Verwendung einer entsprechenden Haftschicht (41) zwischen diesem und der Unterlagschicht (40) erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlagschicht (40) so ausgebildet wird, daß sie sich der Gestalt des Formflächenrohlings anschmiegt, wobei diese Schicht aus verstärktem Kunststoff, Polymerbeton oder Normalbeton oder einem anderen, gegen auf die Form gerichtete Spannungen widerstandsfähigen Werkstoff, hergestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlagschicht (40) mit Heiz- und/oder Kühlelementen (42) versehen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlagschicht (40) durch Gießen oder sonstige Formung über jenem Formflächenrohling (30) hergestellt wird.