PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19949923B4 21.12.2006
Titel Tiefziehverfahren zur Herstellung eines schalenförmigen Formteils mit Hinterschneidungen in der Schalenwand
Anmelder Hoesch Metall + Kunststoffwerk GmbH & Co, 52372 Kreuzau, DE
Vertreter Patentanwälte Maxton Langmaack & Partner, 50968 Köln
DE-Anmeldedatum 16.10.1999
DE-Aktenzeichen 19949923
Offenlegungstag 19.04.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.12.2006
IPC-Hauptklasse B21D 22/26(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B21D 24/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B21D 37/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B29C 51/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B29C 51/34(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von sanitären Becken aus tiefziehbarem Kunststoff, das in wenigstens einem vorgegebenen Teilbereich seiner Schalenwandung mit wenigstens einer Hinterschneidung versehen ist, sowie eine entsprechende Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der Herstellung von schalenförmigen Formteilen im Tiefziehverfahren, beispielsweise sanitären Becken, insbesondere Badewannen und Whirlwannen aus Stahl oder Kunststoffmaterial, Formteile Für Dusch- und/oder Badewannen aus Kunststoffmaterial, ist es aufgrund der geometrischen Gegebenheiten nicht möglich, an beliebigen Stellen der Schalenwandungen Hinterschneidungen in Form von beliebig gestalteten Vertiefungen oder dergl. einzuformen. Bei der Formgestaltung von Vertiefungen muß immer Rücksicht genommen werden auf die sogenannten Auszugsbedingungen, d. h. diese Vertiefungen müssen so geformt werden, dass eine Entnahme des Schalenteils aus der üblicherweise ebenfalls schalen- oder topfförmigen Tiefziehform möglich ist.

Der Begriff "Hinterschneidungen" im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst alle Umformungen an Flächen bzw. Wandungen der vorstehend genannten Formteile, die aus tiefzeihtechnischen Gründen erst nachträglich eingeformt werden können, da sonst das Formteil nicht von der Form getrennt werden kann. Der Begriff umfasst aber auch flächenmäßig begrenzte Umformungen der Wandungen in der Gestalt von Vertiefungen oder Erhöhungen gegenüber den übrigen Flächenbereichen des Formteils.

Speziell bei der Herstellung von Badewannen ergab sich mit der Entwicklung der zunächst großen Whirlpools das Bedürfnis, dass immer mehr Benutzer auch für Badewannen mit normaler Größe eine derartigen Whirlpoolausrüstung wünschen. Der Benutzer wollte nicht nur auf eine begrenzte Formenauswahl beschränkt sein, sondern nach Möglichkeit in der gesamten Formenvielfalt, die die Herstellung derartiger Badewannen aus tiefgezogenem Kunststoffmaterial bietet, auswählen können. Moderne, aus Kunststoff tiefgezogene Badewannen weisen aufgrund der gegebenen, verhältnismäßig freien Gestaltungsmöglichkeiten in vielfältiger Weise gekrümmte und/oder räumlich gewölbte Flächenbereiche auf. Für die Montage der Whirlausrüstung, insbesondere der Whirldüsen, aber auch etwaiger Zusatzteile, ist es jedoch erforderlich, dass die Wannenwandung in einem begrenzten Montagebereich jeweils eine ebene Fläche aufweist, um so die entsprechende Armatur dicht mit der Innenwandung verbinden zu können. Da es aus optischen Gründen nicht akzeptabel ist, auch Normalwannen, d. hl. also Wannen, die ohne Whirlausrüstung eingesetzt werden sollen, bereits so herzustellen, dass die für die Anbringung von Whirlarmaturen notwendigen Anlageflächen bereits eingeformt sind, besteht für den Wannenhersteller die Notwendigkeit, für jedes Wannenmodell, das er sowohl als Normalwanne als auch als Whirlwanne anbieten möchte, zwei Tiefziehformen vorzuhalten. Hierdurch ergibt sich ein nicht unbeträchtlicher Kostenaufwand für die Werkzeuge und zusätzlich noch ein nicht unerheblicher Kostenaufwand für die getrennte Lagerung von Normalwannen und Wannen mit Whirlausrüstung des gleichen Modells.

DE 197 36 462 C2 offenbart ein Verfahren zum Wärmeverformen von Thermoplasten und insbesondere ein Verfahren, wobei die Erwärmung mittels speziell ausgebildeter Infrarotwärmequellen durchgeführt wird. Dabei können unter anderem vorgegebene Teilbereiche der Schalenwandung eines Schalenrohlings erwärmt werden.

DE 198 52 414 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Wannen aus Thermoplastharz unter Aufbringung einer Verformungskraft mittels Vakuum. Das Verfahren umfasst die Kombination der nachstehenden Schritte: Einbringung einer Platte aus einem ersten Thermoplastharz zwischen eine erste und eine zweite Formhälfte der ersten Form; Einbringen eines zweiten Thermoplastharzes in schmelzflüssigem Zustand zwischen die Platte aus dem ersten Thermoplastharz und die Formoberfläche der zweiten Formhälfte; Spannen der ersten Form, um den Hohlraum mit der Platte aus dem ersten Thermoplastharz und dem zweiten Thermoplastharz zu füllen; Abkühlen des ersten und des zweiten Thermoplastharzes im Hohlraum, während die erste Form mit einer vorbestimmten Spannkraft gespannt wird; Öff- der Formhälften, um eine Schichtstoffplatte zu entnehmen, die die Platte aus dem ersten Thermoplastharz und das darauf laminierte zweite Thermoplastharz umfasst; Erhitzen und Erweichen der erhaltenen Schichtstoffplatte und Formen der erweichten Schichtstoffplatte in eine Wannenform unter Verwendung der zweiten Form.

DE 295 04 935 U1 offenbart ein Ziehwerkzeug, mit welchem unterschiedliche Konfigurationen in Kunststoffkörpern hergestellt werden können. Nicht offenbart ist dort die Herstellung von Hinterschneidungen in einem zweischrittigen Verfahren, DE 295 04 935 U1 offenbart dem Gegenüber ein Formwerkzeug, welches zumindest annähernd senkrecht zur auszuformenden Wand eines Kunststoffkörpers verstellbar und von demselben weggerichtet ist. Dabei ist das Ziehwerkzeug mit einem Kernteil versehen, welches in einen hinterschnittenen Körperabschnitt eingreift und in den Werkzeugkörper zurückschwenkbar ist, wobei der Kernteil in einem Wechseleinsatz gelagert ist, welcher lösbar im Werkzeugkörper festsetzbar ist.

DE 94 14 644 U1 offenbart eine Vorrichtung zum Tiefziehen von Metallteilen, gemäß welcher zur Lösung der Aufgabe, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welcher eine einfachere und schnellere Fertigung der Metallteile möglich ist, vorgeschlagen wird, dass die Vorrichtung zum Tiefziehen von Metallteilen im Bereich mindestens eines oder zwischen mindestens zwei Ziehwerkzeugen eine Vorrichtung zum partiellen Glühen des Metallteiles aufweist.

DE 1 749 456 U schließlich offenbart einen oben offenen Behälter in Schüssel- oder Schalenform und eine Maschine zur Herstellung desselben, beispielsweise eine Duschwanne, wobei von wenigstens einem Paar einander gegenüberliegender Seitenwandungen nach innen vorstehende Teile, die mit Abstand vom oberen Behälterrand angeordnet sind und zur Abstützung der Grundfläche eines gleichen Behälters beim Aufstapeln einer bestimmten Anzahl solcher Behälter dienen, vorgesehen sind. Dieser nach oben offene Behälter kann dabei mittels einer Maschine hergestellt werden, welche die Kombination einer Vorrichtung für das Festklemmen eines Außenrandes einer Tafel aus durch Pressen verformbarem Werkstoff mit einem vor- und zurückbewegbarem Formwerkzeug, welches so betätigt werden kann, dass die festgeklemmte Tafel in eine schüsselartige Vorform gezogen werden kann, mit einer Zylinder-Kolben-Anordnung darstellt, deren Kolben quer zu wenigstens einem Paar einander gegenüberliegender Seitenwandungen der gezogenen Vorform hin und her bewegbar sind, so dass aus diesen Seitenwandungen die nach innen vorstehenden Teile ausgeformt werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von sanitären Becken aus tiefziehbarem Kunststoff sowie eine entsprechende Einrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welchem die Herstellung von Hinterschneidungen erheblich vereinfacht wird.

Zur Lösung der Probleme wird für die Herstellung eines schalenförmigen Formteils aus einem tiefziehbaren Werkstoff, das in wenigstens einem vorgegebenen Teilbereich seiner Schalenwandung mit wenigstens einer Hinterschneidung versehen ist, gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von sanitären Becken aus tiefziehbarem Kunststoff mit den folgenden Schritten vorgeschlagen, wobei

  • – in einem ersten Schritt der in einer Tiefziehform ein die Endgrundform bildender Schalenrohling geformt wird;
  • – in einem zweiten Schritt der Schalenrohling der Tiefziehform entnommen wird;
  • – in einem dritten Schritt in einem vorgegebenen Teilbereich, in welchen die Hinterschneidung eingeformt wird, und auf mindestens einer Seite der Schalenwandung ein Formwerkzeug und auf der anderen Seite im entsprechenden Teilbereich ein Wärmequelle angeordnet wird;
  • – in einem vierten Schritt durch die Wärmequelle der Kunststoff im Wesentlichen auf die Kontur der zu Formenden Hinterschneidung begrenzt auf Tiefziehtemperatur erwärmt wird; und
  • – in einem fünften Schritt mittels des Formwerkzeuges eine Formungskraft aufgebracht und eine Hinterschneidung gebildet wird.

Dieses Verfahren kann grundsätzlich für alle tiefziehbaren Werkstoffe angewendet werden, aus denen schalenförmige Formteile herstellbar sind, z. B. aus einem thermoplastisch verformbaren und tiefziehbaren Kunststoff, beispielsweise PMMA, durch Tiefziehen nach Erwärmung. Der Begriff "schalenförmiges Formteil" im Sinne der vorliegenden Erfindung umfaßt insbesondere sanitäre Becken, d. h. sogenannte Pools, Badewannen, Duschwannen, Waschbecken oder dergl., aber auch Wendelelemente für Dusch- und/oder Dampfbadewannen. Die Anwendung ist jedoch nicht auf diese Produkte beschränkt.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet, erläutert am Bauspiel der Herstellung einer Badewanne aus Sanitäracryl (PMMA) den Vorteil, dass mit nur einer Tiefziehform für ein gegebenes Wannenmodell zunächst ein die Endgrundform bildender Schalenrohling hergestellt wird. Dieser Schalenrohling kann dann für die Herstellung von normalen Badewannen ohne weitere Verformung weiterbearbeitet werden, d. h. mit der notwendigen Verstärkungsschicht auf die Außenseite versehen und anschließend durch Besäumen der Kanten fertiggestellt werden.

Soll nun auf der Basis dieses Wannenmodells eine Whirlwanne hergestellt werden, dann wird ein derartiger, die Endgrundform bildender Schalenrohling dem Lager entnommen oder aus der Produktionslinie abgezweigt und einer weiteren Tiefziehbearbeitung unterworfen. Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass in wenigstens einem weiteren Tiefziehschritt in den vorgegebenen Teilbereich der Schalenwandung die Hinterschneidung durch begrenztes Verformen der Schalenwandung eingeformt wird. Da hierbei nicht auf Auszugsbedingungen der Gesamtform Rücksicht genommen werden muß, kann in praktisch beliebiger Gestaltung eine entsprechende Hinterschneidung, beispielsweise in Form einer begrenzten Vertiefung in die Wanne eingeformt werden. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht auch darin, dass gegenüber dem bisherigen Herstellungsverfahren, bei dem für das Ausziehen des Wannenrohlings formgerechte Hinterschneidungen in die Tiefziehform eingearbeitet waren und damit die Hinterschneidungen jeweils in fest vorgegebenen Positionen auf der Schalenwandung eingeformt waren, nunmehr derartige Hinterschneidungen nicht nur in beliebiger Form ohne Rücksicht auf die Auszugsbedingungen für den Schalenrohling, sondern angepaßt an den jeweiligen Verwendungszweck eingeformt werden können. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, diese Hinterschneidungen an frei vorgebbaren Stellen der Wannenwandung anzubringen. Damit ist beispielsweise für die Herstellung einer Badewanne mit Whirlausrüstung die Möglichkeit gegeben, dass bei der Positionierung der Whirldüsen auf Kundenwünsche Rücksicht genommen werden kann. Dieser weitere Tiefziehschritt kann sowohl bei Schalenrohlingen aus einem thermoplastisch verform- und tiefziehbaren Kunststoff als auch bei Schalenrohlingen aus Metall vorgenommen werden. In gleicher Weise kann der beispielsweise für eine Wanne vorgesehene Schalenrohling nachträglich mit einer sogenannten Armaturenbank, Seifenablage oder einer Griffanschlußfläche versehen werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist zur Anwendung bei einem thermoplastisch verform- und tiefziehbaren Kunststoff vorgesehen, dass nach dem Ausformen des Schalenrohlings aus einer Tiefziehform jeweils der mit einer Hinterschneidung zu versehende Teilbereich der Schalenwandung zunächst im wesentlichen auf die Kontur der zu formenden Hinterschneidung begrenzt auf Tiefziehtemperatur erwärmt wird und dann auf den als Hinterschneidung zu verformenden Bereich der Schalenwandung mittels Formwerkzeug eine Verformungskraft aufgebracht wird. Hierbei wird mit Vorteil ausgenutzt, dass die hier zum Einsatz kommenden thermoplastisch verform- und tiefziehbaren Werkstoffe, beispielsweise Sanitäracryl, schlechte Wärmeleiteigenschaften aufweisen, so dass nur der tatsächlich zu verformende Bereich der Schalenwandung auf Tiefziehtemperatur erwärmt werden kann, während die angrenzenden Bereiche sich zwar erwärmen, aber nicht die Verformungstemperatur erreichen.

Zweckmäßig ist es, wenn nach der Formung der Hinterschneidung der verformte Teilbereich der Schalenwandung gekühlt wird. Die Kühlung kann durch Aufblasen von Luft und/oder durch Kühlung der Formwerkzeuge erfolgen, so dass der verformte Werkstoff wieder seine ursprüngliche Festigkeit erreicht hat, bevor die Formwerkzeuge abgenommen werden.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, dass die Erwärmung mittels Infrarotstrahlung erfolgt. Hierbei hat sich die Erzeugung der Infrarotstrahlung mittels elektrischer Energie durch eine sogenannten Quarzgutstrahler als besonders vorteilhaft herausgestellt. Bei einer Strahlertemperatur am Wendel von etwa 2.400°C ergibt sich eine Strahlertemperatur an der den Wendel umhüllenden Quarzgutfassung von maximal 500°C. Dies hat den Vorteil, dass auch bei einer schnellen Änderung der Temperatur des elektrischen Heizwendels die Quarzgutumhüllung einige Zeit braucht, um auf Betriebstemperatur aufgeheizt zu werden. Ist die vorstehend genannte Betriebstemperatur des Quarzguts erst einmal erreicht, folgt das Quarzgut Temperaturänderungen des Wendels sehr träge. Der Abstrahlbereich, d. h. der Wellenlängenbereich der Infrarotstrahlung liegt bei einem derartigen Quarzgutstrahler mit seinem Maximum zwischen 2 und 4 &mgr;m. Die Aufheizung mittels Infrarotstrahlung, insbesondere wie vorstehend beschrieben, mittels eines Quarzgutstrahlers, hat den Vorteil, dass unabhängig von den im Kunststoff enthaltenen Farbadditiven eine schnelle Durchheizung der vollen Dicke der Schalenwandung erzielt wird. Für die zur Herstellung von sanitären Becken verwendeten PMMA-Platten mit einer Dicke von 3 mm werden im nahen Infrarotbereich ab einer Wellenlänge von 2,5 &mgr;m die Infrarotstrahlung nahezu unabhängig von der Einfärbung fast vollständig absorbiert und das Material vollständig durcherwärmt und auf Verformungstemperatur gebracht.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Infrarotstrahlung entsprechend der Randkontur der zu formenden Hinterschneidung begrenzt auf den zu verformenden Bereich der Schalenwandung gerichtet wird. Durch eine Beschränkung der Aufheizung nur auf den zu verformenden Bereich gelingt es, eine Verformung der angrenzenden Schalenbereiche zu vermeiden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verformungskraft mechanisch über Formstempel aufgebracht wird. Hierzu kann beispielsweise eine Formstempelpaar verwendet werden, das nach Art einer Matrize und einer Patrize gestaltet ist. Je nach der Gestaltung der zu bildenden Hinterschneidung wird dann die Matrize auf der Außenseite und die Patrize auf der Innenseite an die Schalenwandung angelegt, wobei jeweils die Matrize gehalten wird und der Formstempel gegen die Schalenwandung gedrückt wird. Dies kann bei tiefziehfähigen Kunststoffen erst nach Erwärmung des zu verformenden Bereichs auf Verformungstemperatur erfolgen. Hierbei kann es zweckmäßig sein, dass der Formstempel selbst erwärmt wird, um so das Durchformen zu gewährleisten. Anschließend sind dann die Werkzeuge selbst kurz zu kühlen, bevor sie entfernt werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Verformungskraft über eine Tiefziehwerkzeug durch Anlegen eines Vakuums aufgebracht wird. Diese Verfahrensweise ist sowohl für die Durchführung des zweiten Tiefziehschritts bei der Serienfertigung als auch bei der Durchführung der zweiten Tiefziehschrittes von Hand für "Maßanfertigung" anwendbar. Beispielsweise für das Einformen einer Vertiefung in eine Schalenwandung, beispielsweise die Wandung einer Badewanne, wird zunächst an die kalte Badewanne das Tiefziehwerkzeug, das entsprechend schalenförmig ausgebildet ist, abgedichtet an die Außenwandung des Schalenrohlings angelegt und mit Unterdruck beaufschlagt. Bei den hier in Betracht kommen Wanddicken wird auf der Innenseite durch eine geringfügige, auf die Kontur des Tiefziehwerkzeuges begrenzte elastische Verformung der Schalenwandung sichtbar. Auf diesen Bereich wird nun die auf eine entsprechende Kontur begrenzte Infrarotstrahlung gerichtet, so dass sich unmittelbar bei Erreichen der eine Plastifizierung bewirkenden Temperatur der Schalenwandung in dem begrenzten Bereich durch die Wirkung des Unterdrucks das Wandmaterial thermoplastisch verformt. Unmittelbar vor oder bei Beginn der Verformung wird die Bestrahlung mit Infrarotstrahlung beendet und ausschließlich der verformte Bereich beispielsweise durch Aufblasen von kalter Luft stabilisiert. Zweckmäßig kann es hierbei sein, wenn zu diesem Zeitpunkt auch das Tiefziehwerkzeug gekühlt wird.

In Ausgestaltung der Erfindung ist es ferner zweckmäßig, wenn der an den Rand der zu verformenden Hinterschneidung angrenzende Bereich der Schalenwandung während der Erwärmung gekühlt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass der angrenzende Bereich nicht plastifiziert wird und so eine auf den durch das Tiefziehwerkzeug genau begrenzten Bereich beschränkte Verformung der Schalenwandung erfolgt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist zur Anwendung bei einem mechanisch verform- und tiefziehbaren metallischen Werkstoff vorgesehen, dass nach dem Herstellen des Schalenrohlings durch Aufbringung einer Verformungskraft über einen als Matrize und als Patrize ausgebildetes Formstempelpaar auf den zu verformenden Bereich der Schalenwandung die Hinterschneidung eingefügt wird. Da Metalle in kaltem Zustand verformt werden können, muß hier allerdings mit verhältnismäßig hohen Verformungskräften gearbeitet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich anwendbar auf Schalenteile für die unterschiedlichsten Einsatzzwecke, bei denen eine als Schalenrohling anfallende Endgrundform zur Adaption an unterschiedliche Einsatzzwecke in Teilbereichen noch weiter verformt werden muß. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird zur Herstellung von sanitären Becken, insbesondere Badewannen und/oder Duschwannen.

Zur Durchführung des Verfahrens ist ferner vorgesehen eine Einrichtung zur Ausbildung von wenigstens einer Hinterschneidung in Teilbereichen der Schalenwandung eines aus tiefziehbaren, thermoplastisch verformbaren Kunststoff durch Tiefziehen hergestellten Schalenrohlings, das im wesentlichen besteht aus wenigstens einem auf eine Teilfläche der Schalenwandung einwirkendes Heizwerkzeug und wenigstens einem auf die erwärmte Teilfläche der Schalenwandung einwirkendes Formwerkzeug.

In Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, dass das Heizwerkzeug durch einen elektrischen Heizstrahler, vorzugsweise einem Infrarot-Quarzgutstrahler gebildet wird. Derartige elektrische Heizstrahler sind in ihrer Heizleistung sehr gut regelbar, so dass eine gezielte Temperaturführung und einwandfreie Durchwärmung des Materials möglich ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der elektrische Heizstrahler mit Mitteln zur Ausrichtung der Wärmestrahlung versehen ist. Diese Mittel bestehen zweckmäßigerweise aus einem topfförmigen Reflektorgehäuse, bei dem der Heizstrahler im Bodenbereich angeordnet ist und die Topfwände so bemessen sind, dass eine ziemlich genaue Seitenbegrenzung des Querschnitts der Wärmestrahlung möglich ist, wobei zur Seite hin austretende, die Begrenzung des zu verformenden Bereichs überschreitende Streustrahlungen weitgehend vermieden werden.

Zur Erzielung reporduzierbarer Werte ist ferner vorgesehen, dass der Heizstrahler mit Mitteln zur Festlegung des Abstandes zur Schalenwandung versehen ist. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass bei gegebener Wärmeenergie der Heizstrahler immer in dem vorgegebenen günstigsten Abstand zur aufzuheizenden Fläche einstellbar ist.

In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass das Formwerkzeug durch ein an den zu verformenden Bereich der Schalenwandung dicht anlegbares Tiefziehwerkzeug gebildet wird, das mit einer Unterdruckquelle verbindbar ist. Das in der Regel schalenförmig ausgebildete Tiefziehwerkzeug ist an seinem äußeren Rand mit einer umlaufenden Dichtung versehen, so dass nach Anlegen des Tieziehwerkzeugs an die Schalenwandung und Beaufschlagung mit Unterdruck das Tiefziehwerkzeug sich an der Schalenwandung festsaugt. Sobald dann von der anderen Seite her die Schalenwandung erwärmt wird und das Material der Schalenwandung eine Temperatur erreicht, die eine plastische Verformung ermöglicht, wird der von dem Unterdruckbereich des Tiefziehwerkzeugs begrenzte Bereich in die Höhlung des Tiefziehwerkzeugs eingezogen. Schon während des Verformungsvorgangs kann der Heizstrahler entfernt werden und dann die verformte Oberfläche von der gleichen Seite her mit Kühlluft beaufschlagt werden. Nach Abkühlung des verformten Flächenbereichs kann der Unterdruck aufgehoben werden und das Formwerkzeug abgenommen werden. Zweckmäßig ist es hierbei, wenn das Formwerkzeug im Bereich der Dichtfläche mit einer Stützfläche versehen ist, so dass die über den Unterdruck auftretenden Reaktionskräfte zuverlässig von den Bereichen der Schalenwandung aufgenommen werden, die nicht die Verformungs-temperatur erreichen und somit zuverlässig auch Verformungen dieser angrenzenden Bereich vermieden werden. Es ist aber auch möglich, das Tiefziehwerkzeug mit einer Halterung so zu verbinden, dass zwischen dem Tiefziehwerkzeug und der zugekehrten Schalenwandung nur so viel Kraft aufgebracht wird, um die Abdichtung sicherzustellen, so dass die übrigen Kräfte über die Halterung aufgenommen werden.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein im Tiefziehverfahren hergestelltes schalenförmiges Formteil mit eingeformten Hinterschneidungen nach dem Stande der Technik,

2 einen Querschnitt durch einen eine Endgrundform bildenden Schalenrohling,

3 die Einformung einer Hinterschneidung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

4 in vergrößerter Darstellung eine Werkzeuganordnung zum Einformen einer Hinterschneidung in eine Schalenwandung aus einem tiefziehbaren thermoplastisch verformbaren Werkstoff,

5 eine Werkzeuganordnung zum Einformen einer Hinterschneidung in eine Schalenwandung aus einem Metallblech

In 1 ist ein tiefgezogener Schalenrohling 1 in Form einer Badewanne im Querschnitt dargestellt. Die aus diesem Rohling herzustellende Badewanne soll als sogenannte Whirlwanne ausgerüstet werden und ist daher an vorgegebenen Stellen der Schalenwandung 2 mit Vertiefungen 3 versehen. Die Vertiefungen 3 müssen so gestaltet sein, dass der die Fertigform darstellende Schalenrohling 1 nach Abschluß des Tiefziehvorgangs aus der entsprechend schalenförmig gestalteten Tiefziehform nach oben herausgenommen werden kann. Hieraus ist ersichtlich, dass man in der Gestaltung dieser Vertiefungen 3 durch diese Vorgabe beschränkt ist und Hinterschneidungen nur insoweit möglich sind, wie sie das Ausheben des schalenförmigen Rohlings 1 aus der Tiefziehform nicht behindern.

In die Vertiefungen 3 wird dann später nach Bohren eines Durchgangslochs 4 eine, hier nur schematisch angedeutete Strahldüse 5 eingesetzt, die dicht mit der Schalenwandung in diesem Bereich verbunden sein muß. Dementsprechend muß auch die zugehörige Anlagefläche 3.1 der Vertiefung 3 ebenflächig ausgebildet sein.

Soll nun das gleiche Wannenmodell sowohl als einfache Badewanne wie auch als sogenannte Whirlwanne vertrieben werden, so ist es zwingend erforderlich, zwei unterschiedliche Tiefziehformen bereit zu halten, weil vom Verbraucher eine Wannenform mit derartigen Vertiefungen in der Wannenwandung nicht akzeptiert werden, da diese das optische Bild der Wannenform stören, sofern die Vertiefungen nicht mit Whirldüsen 5 bestückt sind. Diese Voraussetzungen gelten für alle tiefziehfähigen Werkstoffe.

In 2 und 3 sind die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens für seine Anwendung bei der Herstellung eines schalenförmigen Formteils in Form einer Badewanne dargestellt. Wie in 2 äußerst schematisch und praktisch nur angedeutet dargestellt ist, wird in einem ersten Tiefziehschritt aus einer auf eine mit Unterdruck beaufschlagbare Tiefziehform 6 dicht aufgelegte Platte 7 (gestrichelt dargestellt) aus einem tiefziehfähigen Kunststoffmaterial, beispielsweise Sanitäracryl (PMMA) ein die Endgrundform bildender Schalenrohling 8 geformt.

Dieser Schalenrohling 8 ist so geformt, dass er zum einen zur Herstellung einer normalen Badewanne verwendet werden kann. Hierzu wird der Schalenrohling nach Abkühlung aus der Tiefziehform 6 ausgehoben und anschließend in einem weiteren Bearbeitungsschritt in üblicher Weise auf seiner Außenfläche mit einer Verstärkungsschicht, beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Polyesterharz oder einem anderen entsprechend aushärtenden Werkstoff versehen. Der so gebildete Wannenkörper wird dann anschließend im Randbereich besäumt. Die im Bodenbereich bereits in diesem Tiefziehschritt eingeformte Vertiefung 9 wird dann zur Aufnahme der Ablaufgarnitur aufgebohrt.

Soll nun dieses gleiche Wannenmodell auch als Whirlwanne ausgeliefert werden, dann wird entsprechend 3 der Schalenrohling 8 nach dem Ausformen aus der Tiefziehform 6, ggf. nach Lagerung, einer weiteren Tiefziehbearbeitung unterworfen. Bei dieser weiteren Tiefziehbearbeitung sollen in die Schalenwandung 2 Vertiefungen 3.2 eingeformt werden, die so gestaltet sind, dass sie in ihrer Größe und ihrer Geometrie an die zu montierende Strahldüse angepaßt sind. Wie aus der dargestellten Formgebung in 3 ersichtlich, läßt sich eine derart geformte Vertiefung beispielsweise in Form eines konischen Napfes im normalen Tiefziehverfahren mit einer einzigen Tiefziehform aufgrund der vorhandenen Hinterschneidung 3.3 gar nicht herstellen.

Zur Herstellung einer derartigen Vertiefung 3.2 wird entsprechend dem Verfahren auf die Außenfläche des Schalenrohlings 8 ein Tiefziehwerkzeug 10 aufgesetzt, das über eine entsprechende Zuleitung 11 mit einer hier nicht näher dargestellten Unterdruckpumpe verbindbar ist. Das Tiefziehwerkzeug 10 ist entsprechend der Form der zu bildenden Vertiefung 3.2 napfförmig ausgebildet und ist randseitig mit einer Dichtung 12 versehen, so dass das Tiefziehwerkzeug 10 an die Außenfläche abgedichtet angelegt werden kann.

Wird nun nach dem Anlegen des Tiefziehwerkzeugs 10 dieses mit einem geringen Unterdruck beaufschlagt, dann wölbt sich der über der Formmulde 13 des Tiefziehwerkzeugs 10 befindliche Flächenbereich der Schalenwandung in die Formmulde 13 hinein, so dass die Position des Tiefziehwerkzeugs 10 auch auf der Innenfläche sichtbar wird. Auf diesen leicht verformten Wandungsbereich wird nun über ein Heizwerkzeug 14 in Form eines Infrarotstrahlers dieser so markierte Flächenbereich auf Tiefziehtemperatur des verwendeten Materials aufgeheizt, so dass bei dem anliegenden Unterdruck ggf. nach Erhöhung der Unterdrucks der durch Erwärmung plastifizierte Flächenbereich der Schalenwandung 2 in die Formmulde 13 hinein tiefgezogen und somit entsprechend geformt wird. Sobald der Verformungsprozeß beendet ist, wird dieser verformte Flächenbereich gekühlt, beispielsweise mit Kühlluft angeblasen, so dass das Material sich wieder verfestigt. Anschließend kann das Tiefziehwerkzeug 10 durch Aufheben des Unterdrucks abgenommen werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist abzuleiten, dass damit die Möglichkeit gegeben ist, nahezu beliebig geformte Vertiefungen oder auch entsprechend in den Beckeninnenraum hineinragende Erhöhungen in die Schalenwandung einzuformen, wobei hinsichtlich der Formgebung lediglich die nach dem ersten Tiefziehschritt in diesem Bereich vorhandene Dicke der Schalenwandung und die grundsätzlichen Verformungsbedingungen für das jeweils verwendete Material zu berücksichtigen sind.

Das Verfahren kann nun im Einzelschritt angewendet werden, das reihum die erforderlichen Vertiefungen bzw. Hinterschneidungen nacheinander eingeformt werden, wobei dann noch die Möglichkeit gegeben ist, die zu erstellenden Verformungen auf der Schalenwandung in ihrer Position zum Schalenrand und in ihrer Verteilung über die Länge beliebig einzuformen.

Es ist aber auch möglich, mehrere derartiger Einzelwerkzeuge in einem festen Gestell fest zu positionieren und entsprechend auch die Heizwerkzeuge 14 fest vorgegeben zu positionieren, so dass nach dem Einlegen des die Endgrundform bildenden Schalenrohlings 8 in eine entsprechende Halterung in einem einzige Tiefziehschritt alle Vertiefungen praktisch gleichzeitig eingeformt werden können. An der Halterung sind die Tiefziehwerkzeuge 10 entsprechend bewegbar geführt.

In einer Abwandlung des vorstehend anhand von 3 beschriebenen Verfahrens ist es auch möglich, an die Stelle des Tiefziehwerkzeugs 10 einen entsprechend als Matrize ausgebildeten Formstempel anzuordnen und von der Innenseite her nach Erwärmung des zu verformenden Bereichs durch ein Heizwerkzeug dann mit Hilfe eines vorzugsweise aufgewärmten, als Patrize wirkenden Formstempels das plastifizierte Material in den Formhohlraum der Matrize einzudrücken und nach Kühlung beide Werkzeuge von der Schalenwandung zu lösen.

Der Vorteil der Verwendung eines Heizstrahlers, insbesondere eines elektrischen Quarzgut-Infrarotstrahlers besteht darin, dass die abgegebene Wärmestrahlung in einem Wellenbereich liegt, der in kurzer Zeit eine gleichmäßige und vollständige, die gesamte Wanddicke des Schalenkörpers durchsetzende Erwärmung und damit eine gleichmäßige Plastifizierung bewirkt.

In 4 ist in größerem Maßstab und mit zusätzlichen Details die anhand von 3 beschriebene Werkzeuganordnung näher dargestellt. Auf die Schalenwandung 2, die beispielsweise eine Dicke von 3 mm aufweist und in dem Bereich, in dem eine entsprechende Vertiefung eingeformt werden soll, auch noch gekrümmt ist, wird das Tiefziehwerkzeug 10 aufgesetzt. Das Tiefziehwerkzeug 10 ist an seinem Außenrand mit einer umlaufenden Dichtung 12 versehen, die an der glatten Außenfläche der Schalenwandung 3 anliegt. Das die Formmulde 13 aufweisende Basisteil 15 ist mit einer Reihe von Kanälen 16 versehen die die Formmulde 13 mit einem Saugraum 17 verbinden, der seinerseits über die Zuleitung 11 mit der Unterdruckquelle in Verbindung steht.

Der Basiskörper 15 weist im äußeren Teil des Randbereichs 18 eine Kanalanordnung 19 auf, die über eine Zuleitung 20 und eine Ableitung 21 mit einem Kühlmittel, beispielsweise Wasser, beschickt werden kann.

Das Heizwerkzeug 14 weist bei dem hier dargestellten Beispiel einen topfförmigen Reflektorkörper 22 auf, in dessen Bodenbereich ein elektrischer Quarzgut-Infrarotstrahler 23 angeordnet ist.

Der als Reflektor 24 dienende Boden ist mit einem umlaufenden, gegen den zu verformenden Bereich der Schalenwandung 2 ausgerichteten Rand 25 versehen. Die Querschnittskontur dieses Randes entspricht der Umrißkontur der zu bildenden Vertiefung. Der Rand 25 überragt hierbei die Abstrahlebene 26 des Quarzgut-Infrarotstrahlers 23 so weit, dass im Bereich der Austrittsebene 27 für die Wärmestrahlung 28 eine seitlich die Austrittsöffnung verlassende Streustrahlung weitgehend unterbunden ist und so die Wärmestrahlung 28 im wesentlichen senkrecht und in der Querschnittskontur der Austrittsöffnung des Reflektorkörpers 22 auf die Schalenwandung 2 auftrifft. Das Heizwerkzeug 14 ist hierbei mit einer entsprechenden nicht dargestellten Halterung versehen, durch die gewährleistet werden kann, dass ein vorgegebener Abstand A zwischen der Austrittsebene 27 und der aufzuwärmenden Fläche der Schalenwandung 2 eingehalten wird und somit bei gegebener Heizleistung und gegebener Wärmeenergiemenge reproduzierbare Aufheizungen möglich ist.

Sobald der über die Infrarotstrahlung 28 aufgewärmte Flächenbereich plastifiziert worden ist, wird durch Beaufschlagung der Formmulde 13 mit Unterdruck das Kunststoffmaterial in die Formmulde eingezogen und anschließend, wie vorstehend bereits beschrieben, über einen Kühlluftstrahl bis zur Verfestigung abgekühlt.

Durch die Kühlkanalanordnung 19, 20, 21 im Randbereich der Formmulde 13 wird sichergestellt, dass bei mehrfacher Anwendung des Tiefziehwerkzeugs in kurzen Zeitabständen keine fortschreitende Erwärmung des Basiskörpers außerhalb des Muldenbereichs erfolgt. Damit wird eine Erwärmung und ggf. auch eine ungewünschte Verformung der angrenzenden Schalenflächen vermieden.

Das vorstehend anhand der 3 und 4 beschriebene Verfahren kann auch dazu verwendet werden, die für die Montage der Ablaufgarnitur vorgesehene Vertiefung 9 an einem als Badewanne oder Duschwanne vorgesehenen Schalenrohling nachträglich noch umzuformen, wenn beispielsweise für den konkreten Einsatzfall andere Abmessungen für die anzubringende Ablaufgarnitur vorgesehen sind. In gleicher Weise ist es auch möglich, bei der Herstellung des Schalenrohlings eine derartige Ablaufvertiefung vollständig wegzulassen, so dass später vor dem Aufbringen der Verstärkungsschicht sowohl für Normalwannen als auch für Whirlwannen die Positionierung für die Ablaufgarnitur je nach Kundenwunsch festgelegt werden kann.

Das anhand von 3 und 4 beschriebene Verfahren kann auch dahingehend abgewandelt werden, dass nach dem Erwärmen durch Luftdruck der plastifizierte Wandbereich in ein entsprechendes schalenförmiges Werkzeug "eingedrückt" wird.

In 5 ist schematisch und nur der Vollständigkeit halber das Grundprinzip für ein Formwerkzeug dargestellt, wie es beispielsweise zur Einformung von Vertiefungen bei einem aus Stahlblech gefertigten Schalenrohling eingesetzt werden kann. An die Außenfläche wird im zu verformenden Bereich der Schalenwandung ein als Matrize ausgebildeter Formstempel 29 positioniert, dem auf der Innenseite ein entsprechender als Patrize ausgebildeter Formstempel 30 mit einem nur angedeuteten Niederhalter 30.1 zugeordnet ist. Der als Patrize ausgebildet Formstempel 30 wird nun mit einer entsprechenden Preßkraft P beaufschlagt, so dass das zu verformende Wandmaterial in die Formmulde 31 der Matrize 29 eingepreßt wird. Die Tiefe der Formmulde 31 und die Form der Patrize 30 muß im Hinblick auf die gewünschte Endform so gestaltet werden, dass unter Berücksichtigung der elastischen Dehnung des Materials die endgültige Form durch bleibende Verformung erreicht wird. Anschließend kann dann der Schalenrohling wie üblich mit einer Beschichtung auf der Innen- und/oder Außenfläche versehen werden, beispielsweise emailliert werden.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung von sanitären Becken aus tiefziehbarem Kunststoff, das in wenigstens einem vorgegebenen Teilbereich seiner Schalenwandung mit wenigstens einer Hinterschneidung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass

– in einem ersten Schritt der in einer Tiefziehform ein die Endgrundform bildender Schalenrohling geformt wird;

– in einem zweiten Schritt der Schalenrohling der Tiefziehform entnommen wird;

– in einem dritten Schritt in einem vorgegebenen Teilbereich, in welchen die Hinterschneidung eingeformt wird, und auf mindestens einer Seite der Schalenwandung ein Formwerkzeug und auf der anderen Seite im entsprechenden Teilbereich ein Wärmequelle angeordnet wird;

– in einem vierten Schritt durch die Wärmequelle der Kunststoff im Wesentlichen auf die Kontur der zu Formenden Hinterschneidung begrenzt auf Tiefziehtemperatur erwärmt wird; und

– in einem fünften Schritt mittels des Formwerkzeuges eine Formungskraft aufgebracht und eine Hinterschneidung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Formung der Hinterschneidung der verformte Teilbereich der Schalenwandung gekühlt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung mittels Infrarotstrahlung erfolgt. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahlung entsprechend der Randkontur der zu formenden Hinterschneidung begrenzt auf den zu verformenden Bereich der Schalenwandung gerichtet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungskraft mechanisch über Formstempel aufgebracht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungskraft über ein Tiefziehwerkzeug durch Anlegen eines Vakuums aufgebracht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Rand der zu formenden Hinterschneidung angrenzende Bereich der Schalenwandung zumindest während der Erwärmung gekühlt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als schalenförmiges Formteil eine Badewanne hergestellt wird. Einrichtung zur Ausbildung von wenigstens einer Hinterschneidung in Teilbereichen der Schalenwandung eines aus tiefziehbaren thermoplastisch verformbaren Kunststoff durch Tiefziehen hergestellten Schalenrohlings zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüche 1 bis 8, im wesentlichen bestehend aus wenigstens einem auf eine Teilfläche der Schalenwandung (2) einwirkendes Heizwerkzeug (14) und wenigstens einem auf die erwärmte Teilfläche der Schalenwandung (2) einwirkendes Formwerkzeug (10). Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizwerkzeug (14) durch einen elektrischen Heizstrahler gebildet wird. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstrahler mit Mitteln (22, 24, 25) zur Ausrichtung der Wärmestrahlung (28) versehen ist. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstrahler (14) mit Mitteln zur Festlegung des Abstandes (A) zur Schalenwandung (2) versehen ist. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (10) durch ein an den zu verformenden Bereich der Schalenwandung (2) dicht anlegbares Tiefziehwerkzeug gebildet wird, das mit einer Unterdruckquelle in Verbindung steht.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com