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Title:
METHOD AND TOOL FOR APPLYING A FLAT SUBSTRATE ONTO THE SURFACE OF A WORKPIECE WITHOUT BUBBLES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/206813
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for applying a flat substrate (109) onto the surface of a workpiece (114) without bubbles. The workpiece (114) and the flat substrate (109) are positioned in a negative pressure chamber (100) of a pressing tool (100), said negative pressure chamber being connectable to a negative pressure source. The flat substrate (109) is pressed onto the surface by a pressing means (106), and a negative pressure of ≤ 500 mbar is applied to the negative pressure chamber (100) prior to pressing the flat substrate (109) onto the surface of the workpiece (114). The flat substrate (109) is positioned using positioning elements (110, 111, and 112) that comprise supports, on which the flat substrate (109) is placed, or mountings, by means of which the flat substrate (109) is fixed, and receiving areas, into which the mountings or the supports can be lowered by a pressure exerted by the pressing means (106). The substrate (109) can thereby be positioned in the negative pressure chamber (100) such that a first intermediate space (115) remains between the workpiece (114) and the surface of the flat substrate (109) and a second intermediate space (116) remains between the flat substrate (109) and the pressing means (106). Upon pressing, the mountings and/or supports are lowered into the receiving areas as a result of the pressure exerted by the pressing means (106) such that the flat substrate (109) can come into contact with the workpiece (114). A pressing tool (100) which is suitable for carrying out the method comprises a negative pressure chamber (100) in which the workpiece (114) and the flat substrate (109) can be positioned, including a cover (105) for opening a pressure-tight closure of the negative pressure chamber (100), and a pressing means (106) which is guided through the cover (105) or is integrated into the cover (105) for pressing the flat substrate (109). The invention further relates to the aforementioned positioning elements (110, 111, 112).

Inventors:
WARTA HELGE (DE)
SOMMER HARALD (DE)
FRITZ ROLAND (DE)
FÄRBER PETER (DE)
EISENLOHR JÖRG (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/062315
Publication Date:
November 15, 2018
Filing Date:
May 14, 2018
Export Citation:
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Assignee:
KARL WOERWAG LACK UND FARBENFABRIK GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
B29C63/16
Foreign References:
DE102010021892A12011-12-01
EP0371425A21990-06-06
DE102007040376A12009-02-26
DE102013000400A12014-07-17
Attorney, Agent or Firm:
PATENTANWALTSKANZLEI CARTAGENA PARTNERSCHAFTSGESELLSCHAFT KLEMENT, EBERLE MBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum blasenfreien Aufbringen eines flächigen Substrats (109) auf eine Oberfläche eines Werkstücks (114) mit den Schritten a. Positionieren des Werkstücks (114) in einer mit einer Unterdruckquelle verbindbaren Unterdruckkammer (101) eines Presswerkzeugs (100),

b. Positionieren des aufzubringenden flächigen Substrats (109) in der Unterdruckkammer (100),

c. Pressen des flächigen Substrats (109) auf die Oberfläche des Werkstücks (114) mit einem Pressmittel (106), und

d. Die Unterdruckkammer (100) wird vor dem Pressen des flächigen Substrats (109) auf die Oberfläche des Werkstücks (114) mit einem Unterdruck von < 500 mbar beaufschlagt, wobei e. das Positionieren des flächigen Substrats (109) mit Hilfe von Positionierungselementen (110, 111 und 112) erfolgt, die

Auflagen, auf weiche das flächige Substrat (109) aufgelegt wird, oder Halterungen, mit deren Hilfe das flächige Substrat (109) fixiert wird, und

Aufnahmen, in die sich die Halterungen oder die Auflagen durch einen von dem Pressmittel (106) ausgeübten Druck versenken lassen,

umfassen,

f. das Substrat (109) in der Unterdruckkammer (100) mit Hilfe der Positionierungselemente derart positioniert wird, dass ein erster Zwischenraum (115) zwischen dem Werkstück (114) und der Oberfläche des flächigen Substrats (109) und ein zweiter Zwischenraum (116) zwischen dem flächigen Substrat (109) und dem Pressmittel (106) verbleibt, und

g. beim Pressen die Halterungen und/oder Auflagen in Folge des von dem Pressmittel (106) ausgeübten Drucks in den Aufnahmen versenkt werden, so dass das flächige Substrat (109) mit dem Werkstück (114) in Kontakt treten kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1 mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Schritte und/oder Merkmale: a. Die Unterdruckkammer (100) wird vor dem Pressen des flächigen Substrats (109) auf die Oberfläche des Werkstücks (114) mit einem Unterdruck von < 250 mbar beaufschlagt. b. Die Unterdruckkammer (100) wird vor dem Pressen des flächigen Substrats (109) auf die Oberfläche des Werkstücks (114) mit einem Unterdruck von < 100 mbar beaufschlagt. c. Die Unterdruckkammer (100) wird vor dem Pressen des flächigen Substrats (109) auf die Oberfläche des Werkstücks (114) mit einem Unterdruck von < 10 mbar beaufschlagt.

d. Die Unterdruckkammer (100) wird vor dem Pressen des flächigen Substrats (109) auf die Oberfläche des Werkstücks (114) mit einem Unterdruck von < 1 mbar beaufschlagt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Schritte und/oder Merkmale: a. Der erste Zwischenraum (115) steht in unmittelbarer kommunizierender Verbindung mit dem zweiten Zwischenraum (116).

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Schritte und/oder Merkmale: a. Das Pressmittel (106) umfasst einen flexiblen Kontaktbereich, der sich gegebenenfalls vorhandenen Konturen der Oberfläche des Werkstücks (114) beim Pressen des flächigen Substrats (109) zumindest bedingt anpassen kann.

b. Der flexible Kontaktbereich ist aus einem elastischen Polymermaterial gebildet.

c. Als flexibler Kontaktbereich dient die Wandung eines mit einem gasförmigen oder einem leicht verformbaren festen oder flüssigen Materials gefüllten Beutels.

d. Das Pressmittel ist ein Stempel mit dem flexiblen Kontaktbereich oder einem der Kontur der Oberfläche, auf die das flächige Substrat (109) aufzubringen ist, nachgebildeten Kontaktbereich.

e. Das Pressmittel (106) ist eine flexible Membran, die eine in die Unterdruckkammer (100) gerichtete Innenseite und eine von der Unterdruckkammer wegweisende Außenseite aufweist und die sich mit ihrer Innenseite voran in die Unterdruckkammer (100) wölbt, wenn ihre Außenseite mit einem Druck beaufschlagt ist, der größer ist als der Druck in der Unterdruckkammer (100).

5. Verfahren nach Anspruch 4 mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Schritte und/oder Merkmale: a. Das Presswerkzeug (100) umfasst einen Deckel (105) zum Öffnen und druckdichten Verschließen der Unterdruckkammer (100), in den die Membran (106) integriert ist. b. Der Deckel (105) umfasst einen Deckelboden (117), an dem die Membran (106) flach anliegt, wenn ihre Außenseite und ihre Innenseite mit dem gleichen Druck beaufschlagt werden.

c. Die Außenseite der Membran (106) ist über ein Ventil mit einer Unterdruckquelle verbunden.

d. Die Außenseite der Membran (106) ist über ein Ventil mit einer Druckquelle verbunden. e. Das mit der Unterdruckquelle und/oder das mit der Druckquelle verbundene Ventil ist in den Deckelboden (117) integriert.

f. Der Deckelboden (117) weist mindestens einen Durchlass (107) auf, über welchen die Außenseite der Membran (106) mit dem mit der Unterdruckquelle und/oder dem mit der Druckquelle verbundenen Ventil in kommunizierenderVerbindung steht.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5 mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Schritte und/oder Merkmale: a. Das Pressen des flächigen Substrats (109) auf die Oberfläche wird durch eine Erhöhung des Drucks, mit dem die Außenseite der Membran beaufschlagt ist, und die sich in der Folge in die Unterdruckkammer (100) wölbende Membran (106) bewirkt.

b. Bevor die Erhöhung des Drucks zum Zwecke des Pressens des flächigen Substrats (109) eingeleitet wird, wird die Außenseite der Membran (106) mit dem gleichen Druck beaufschlagt wie die Innenseite.

c. Die Innenseite und die Außenseite der Membran (106) werden mittels derselben Unterdruckquelle mit Unterdruck beaufschlagt.

d. Zur Erhöhung des Drucks, mit dem die Außenseite der Membran (106) beaufschlagt ist, wird das mit der Druckquelle verbundene Ventil geöffnet.

7. Verfahren nach Anspruch 4 mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Schritte und/oder Merkmale: a. Das Presswerkzeug (100) umfasst einen Deckel (105) zum Öffnen und druckdichten Verschließen der Unterdruckkammer (100), durch den der Stempel oder ein mit dem Stempel ge ko p pe Ite r Akto r gef ü h rt ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Schritte und/oder Merkmale: a. Das flächige Substrat (109) ist eine Folie. b. Die Folie ist eine Transferlackfolie (109) umfassend eine Trägerfolie und mindestens eine darauf aufgebrachte Lackschicht.

c. Die Folie ist eine Klebefolie.

d. Das Werkstück (114) weist mindestens eine gekrümmte Fläche auf.

e. Das Werkstück (114) ist ein Automobilteil, insbesondere ein Kühlergrill.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Schritte und/oder Merkmale: a. Das Verfahren wird automatisiert durchgeführt.

b. Das Verfahren ist ein Teilschritt eines Verfahrens zur Herstellung eines lackbeschichteten Werkstücks, bei dem als flächiges Substrat eine Transferlackfolie (109) lackseitig auf das Werkstück (114) aufgebracht und die Trägerfolie in einem Folgeschritt von dem Werkstück (114) abgezogen wird.

10. Presswerkzeug (100) zum blasenfreien Aufbringen eines flächigen Substrats (109) auf eine Oberfläche eines Werkstücks (114), insbesondere gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Merkmalen a. Es umfasst eine mit einer Unterdruckquelle verbindbare Unterdruckkammer (100), in der das Werkstück (114) und das flächige Substrat (109) positioniert werden können, b. Es umfasst einen Deckel (105) zum Öffnen und druckdichten Verschließen der Unterdruckkammer (100).

c. Es umfasst ein durch den Deckel geführtes oder in den Deckel (105) integriertes Pressmittel (106) zum Pressen des flächigen Substrats (109) auf die Oberfläche des Werkstücks (114). d. Es umfasst Positionierungselemente (110, 111, 112) zur Positionierung des flächigen Substrats (109) in der Unterdruckkammer (100) in Beabstandung von dem Werkstück (114) mit

Auflagen, auf welche das flächige Substrat (109) auflegbar ist, oder Halterungen, mit deren Hilfe das flächige Substrat (109) fixierbar ist, und

Aufnahmen, in die sich die Halterungen oder die Auflagen durch einen von dem Pressmittel (106) ausgeübten Druck versenken lassen.

11. Presswerkzeug nach Anspruch 10 mit den folgenden zusätzlichen Merkmalen a. Das Pressmittel (106) ist eine flexible Membran (106), die in den Deckel (105) integriert ist, so dass sie bei geschlossener Unterdruckkammer (100) eine in die Unterdruckkammer (100) gerichtete Innenseite und eine von der Unterdruckkammer (100) wegweisende Au- ßenseite aufweist und sich mit ihrer Innenseite voran in die Unterdruckkammer (100) wölbt, wenn ihre Außenseite mit einem Druck beaufschlagt ist, der größer ist als der Druck in der Unterdruckkammer (100).

b. Der Deckel (105) umfasst einen Deckelboden (117), an dem die Membran (106) flach anliegt, wenn ihre Außenseite und ihre Innenseite mit dem gleichen Druck beaufschlagt werden.

c. Die Außenseite der Membran (106) ist über ein Ventil mit einer Unterdruckquelle verbunden.

d. Die Außenseite der Membran (106) ist über ein Ventil mit einer Druckquelle verbunden.

12. Presswerkzeug nach Anspruch 10 oder nach Anspruch 11 mit den zusätzlichen Merkmalen a. Die Unterdruckkammer (100) ist als konkav gewölbte Vertiefung ausgebildet.

b. In der Unterdruckkammer (100) ist eine Werkstückaufnahme (102) ausgebildet, in der das Werkstück (114) fixierbar ist.

c. Die Werkstückaufnahme (102) bildet den Boden der konkav gewölbten Vertiefung.

d. In der Unterdruckkammer (100) sind die Positionierungselemente (110, 111, 112) angeordnet.

e. Die Positionierungselemente (110, 111, 112) ragen im Bereich der Werkstückaufnahme (102) aus dem Boden der konkav gewölbten Vertiefung.

13. Presswerkzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 12 mit den zusätzlichen Merkmalen a. Die Membran (106) ist doppelwandig ausgebildet und weist einen Zulauf und einen Ablauf für temperierbares Wasser auf.

b. Die Membran (106) ist unter Verwendung eines elastischen Polymermaterials gefertigt.

Description:
Verfahren und Werkzeug zum blasenfreien Aufbringen eines flächigen Substrats auf eine Oberfläche eines Werkstücks

Die nachfolgend beschriebene Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum blasenfreien Aufbringen eines flächigen Substrats auf eine Oberfläche eines Werkstücks.

An Stelle klassischer Lackierverfahren unter Verwendung lösemittelhaltiger Flüssiglacke werden zur Lackierung von Werkstücken in den letzten Jahren zunehmend Transferlack-Techniken eingesetzt, bei denen Lackschichten von einer Trägerfolie auf ein Werkstück übertragen werden. Hierzu wird in der Regel ein Laminat aus der Trägerfolie und der oder den zu übertragenden Lackschichten, die sogenannte Transferlackfolie, bereitgestellt, insbesondere als Bahnmaterial, beispielsweise mit einer Bahnbreite von 600 mm und einer Bahnlänge von 700 m. Zur Applikation wird das Laminat mit der oder den Lackschichten voran auf das zu lackierende Werkstück gepresst. Gegebenenfalls kann zuvor auf die Lackseite des Laminats und/oder das zu lackierende Werkstück eine haftvermittelnde Schicht aufgebracht werden. Anschließend wird die Trägerfolie abgezogen, wobei die Lackschicht oder die Lackschichten auf dem Werkstück zurückbleiben. Derartige Vorgehensweises sind beispielsweise aus der DE 10 2007 040376 AI bekannt.

Ein Verfahren zur Applikation von Transferlackfolien ist aus der DE 10 2013 000 400 AI bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Transferlackfolie unter Erwärmung auf eine Temperatur zwischen 60 und 95°C mittels einer flexiblen Membran auf ein Werkstück gepresst, wobei der Pressvorgang durch einseitige Beaufschlagung der Membran mit Druckluft initiiert wird. Die beschriebene Applikationstechnik kann grundsätzlich automatisiert erfolgen. In der Praxis konnte aber nicht in allen Fällen eine blasenfreie Applikation der Transferlackfolie erreicht werden. Darüber hinaus stellte es sich als sehr schwierig heraus, die Transferlackfolie mittels der flexiblen Membran positionsgenau auf dem Werkstück zu platzieren. Hierfür bedurfte es in der Praxis häufig manueller Eingriffe.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine technische Lösung zur blasenfreien Applikation von Transferlackfolien bereitzustellen, welche die beschriebenen Probleme nicht oder nur in geringem Umfang aufweist. Die gesuchte Lösung sollte möglichst universell einsetzbar sein, so dass sie nicht nur zur Applikation von Transferlackfolien auf Werkstücken, sondern allgemeiner zur Applikation beliebiger flächiger Substrate dienen kann. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung das nachfolgend beschriebene Verfahren, insbesondere dessen bevorzugte Ausführungsform mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie das nachfolgend beschriebene Presswerkzeug, insbesondere dessen bevorzugte Ausführungsform mit den Merkmalen des Anspruchs 10, vor. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 angegeben. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Presswerkzeugs finden sich in den abhängigen Ansprüchen 11 bis 13.

Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet das blasenfreie Aufbringen eines grundsätzlich beliebigen flächigen Substrats auf eine Oberfläche eines Werkstücks. Es umfasst stets die folgenden Schritte:

Positionieren des Werkstücks mit der Oberfläche, auf die das flächige Substrat aufgebracht werden soll, in einer mit einer Unterdruckquelle verbindbaren Unterdruckkammer eines Presswerkzeugs,

Positionieren des aufzubringenden flächigen Substrats in der Unterdruckkammer, und Pressen des flächigen Substrats auf die Oberfläche des Werkstücks mit Hilfe eines Pressmittels.

Besonders zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass die Vakuumkammer vor dem Pressen des flächigen Substrats auf die Oberfläche des Werkstücks mit einem Unterdruck beaufschlagt wird. Erfindungsgemäß wird der Druck in der Vakuumkammer vor dem Pressen auf einen Wert

< 500 mbar eingestellt.

Bei Versuchen hat sich herausgestellt, dass überraschenderweise bereits bei einem Druck von 500 mbar die Gefahr von Lufteinschlüssen zwischen dem aufzubringenden flächigen Substrat und dem Werkstück deutlich verringert wird. Grundsätzlich gilt, dass die Gefahr von Lufteinschlüssen sinkt, je weniger Luft sich in der Vakuumkammer befindet. Aus diesem Grund wird die Vakuumkammer in bevorzugten Ausführungsformen mit einem Unterdruck von < 250 mbar beaufschlagt, besonders bevorzugt mit einem Unterdruck von < 100 mbar, insbesondere mit einem Unterdruck von < 10 mbar. In besonders bevorzugten Ausführungsformen wird vor dem Pressen des flächigen Substrats auf die Oberfläche des Werkstücks in der Vakuumkammer ein Unterdruck von < 1 mbar, insbesondere von

< 0,1 mbar, eingestellt.

Bei der für die Einstellung des Unterdrucks benötigten Unterdruckquelle kann es sich um eine handelsübliche Vakuumpumpe handeln. In aller Regel ist die Unterdruckquelle permanent mit der Unter- druckkammer gekoppelt. Ihre Zuschaltung kann nach dem Schließen derVakuumkammer automatisiert erfolgen.

Es ist bevorzugt, dass das flächige Substrat in der Unterdruckkammer derart positioniert wird, dass ein Zwischenraum (der erste Zwischenraum) zwischen dem Werkstück und der Oberfläche des flächigen Substrats verbleibt. In der Praxis wird hierzu das flächige Substrat meist in geringem Abstand oberhalb des Werkstücks in der Unterdruckkammer platziert.

Es ist gleichermaßen bevorzugt, dass die Positionierung des flächigen Substrats in der Unterdruckkammer derart erfolgt, dass ein weiterer Zwischenraum (der zweite Zwischenraum) zwischen dem flächigen Substrat und dem Pressmittel verbleibt.

Die beiden Zwischenräume stehen in aller Regel in unmittelbarer kommunizierenderVerbindung miteinander. Das flächige Substrat unterteilt somit die Unterdruckkammer nicht etwa in zwei voneinander getrennte Kompartimente. Stattdessen stellt sich in beiden Zwischenräumen bei einer Evakuierung der Unterdruckkammer stets der gleiche Unterdruck ein.

Besonders bevorzugt erfolgt die Positionierung des flächigen Substrats in der Unterdruckkammer mit Hilfe von Positionierungselementen. Diese können Auflagen, auf weiche das flächige Substrat aufgelegt wird, und/oder Halterungen, mit deren Hilfe das flächige Substrat fixiert werden kann, umfassen. Mit Hilfe der Auflagen und/oder der Halterungen kann die beschriebene Positionierung des flächigen Substrats beabstandet von dem Werkstück sowie gegebenenfalls auch beabstandet von dem Pressmittel auf einfache Art und Weise realisiert werden.

Die Positionierungselemente weisen üblicherweise Aufnahmen auf, in die sich die Halterungen und/oder die Auflagen durch einen von dem Pressmittel ausgeübten Druck zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, versenken lassen. Beispielsweise können die Positionierungselemente hierzu in den Aufnahmen angeordnete Federelemente umfassen, auf denen die Auflagen und/oder Halterungen sitzen und die der Belastung durch das flächige Substrat problemlos standhalten können, bei dem von dem Pressmittel ausgeübten Druck aber nachgeben, so dass sich die Halterungen und/oder Auflagen in den Aufnahmen versenken lassen und das flächige Substrat mit dem Werkstück in Kontakt treten kann. In besonders bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Pressmittel einen flexiblen Kontaktbereich, der sich gegebenenfalls vorhandenen Konturen der Oberfläche des Werkstücks beim Pressen des flächigen Substrats auf die Oberfläche zumindest bedingt anpassen kann. Dies kann in Fällen, in denen zu gewährleisten ist, dass in allen Kontaktbereichen zwischen dem flächigen Substrat und der Oberfläche des Werkstückes, auf die es aufgebracht werden soll, ein möglichst gleichmäßiger Druck auftritt, sehr vorteilhaft sein.

Besonders bevorzugt ist der flexible Kontaktbereich aus einem elastischen Polymermaterial gebildet. Alternativ kann als flexibler Kontaktbereich aber auch die Wandung eines mit einem gasförmigen oder einem leicht verformbaren festen oder flüssigen Material gefüllten Beutels dienen.

Bei dem Pressmittel kann es sich im einfachsten Fall um einen Stempel handeln, der einen solchen flexiblen Kontaktbereich oder aber einen der Kontur der Oberfläche, auf die das flächige Substrat aufzubringen ist, nachgebildeten Kontaktbereich aufweist. Der Stempel kann mechanisch, insbesondere hydraulisch oder pneumatisch, bewegt werden.

In vielen Fällen ist es allerdings bevorzugt, wenn es sich bei dem Pressmittel um eine flexible Membran handelt, welche eine in die Unterdruckkammer gerichtete Innenseite und eine von der Unterdruckkammer weg weisende Außenseite aufweist und die sich mit ihrer Innenseite voran in die Unterdruckkammer wölbt, wenn ihre Außenseite mit einem Druck beaufschlagt wird, der größer ist als der Druck in der Unterdruckkammer. Die Verwendung einer solchen Membran hat den Vorteil, dass in vielen Fällen kein separater flexibler Kontaktbereich vorgesehen werden muss. Darüber hinaus lässt sich die Membran sehr einfach ansteuern, nämlich über die Druckdifferenz zwischen ihrer Innenseite und ihrer Außenseite.

Das Pressen des flächigen Substrats auf die Oberfläche des Werkstücks kann unmittelbar durch die Membran vorgenommen werden. Es ist allerdings auch denkbar, dass die Membran lediglich Druck auf eine weitere Pressmittelkomponente ausübt, die dann in unmittelbaren Kontakt mit dem flächigen Substrat tritt.

Das für das erfindungsgemäße Verfahren benötigte Presswerkzeug ist grundsätzlich recht einfach ausgebildet. Neben der bereits erwähnten Vakuumkammer umfasst es in der Regel einen Deckel zum Öffnen und druckdichten Verschließen der Vakuumkammer. Besonders bevorzugt ist die Membran in diesen Deckel integriert. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Deckel einen Deckelboden, an dem die Membran flach anliegt, wenn ihre Außenseite und ihre Innenseite mit dem gleichen Druck beaufschlagt sind. Es ist aber auch denkbar, dass in den Deckel eine weitere Unterdruckkammer integriert ist, die auf einer Seite von der Außenseite der Membran begrenzt wird.

Die Innenseite der Membran begrenzt in bevorzugten Ausführungsformen eine Seite der Unterdruckkammer und ist damit mittelbar mit der mit der Unterdruckkammer verbindbaren Unterdruckquelle gekoppelt.

In bevorzugten Ausführungsformen ist auch die Außenseite der Membran mit einer Unterdruckquelle verbunden, insbesondere über ein Ventil.

Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass die Außenseite der Membran über ein Ventil mit einer Druckquelle verbunden ist.

Es ist grundsätzlich möglich, die Unterdruckquelle und die Druckquelle über separate Ventile mit der Außenseite der Membran zu verbinden. Allerdings ist es auch denkbar, die Unterdruckquelle und die Druckquelle über ein Mehrwegventil mit der Außenseite der Membran zu koppeln. Das Mehrwegventil muss dazu in der Lage sein, die Verbindung zu einer der Quellen herzustellen und gleichzeitig die Ver- bindung zu derjeweils anderen Quelle zu sperren.

Es ist grundsätzlich möglich, das mit der Unterdruckquelle und/oder das mit der Druckquelle verbundene Ventil in den Deckelboden zu integrieren. Der Deckelboden kann aber auch lediglich eine oder mehrere Durchlässe aufweisen, über welche die Außenseite der Membran mit dem mit der Unterdruckquelle und/oder dem mit der Druckquelle verbundenen Ventil in kommunizierender Verbindung steht.

In Fällen, in denen es sich bei dem Pressmittel um die beschriebene Membran handelt, wird das Pressen des flächigen Substrats auf die Oberfläche bevorzugt durch eine Erhöhung des Drucks, mit dem die Außenseite der Membran beaufschlagt ist, bewirkt. Bei einer entsprechenden Druckerhöhung wölbt sich die Membran in die Unterdruckkammer und kann das dort positionierte flächige Substrat auf die Oberfläche des Werkstücks drücken. Dieser Vorgang lässt sich über den Druck, mit dem die Außenseite der Membran beaufschlagt wird, gezielt steuern. Es ist bevorzugt, dass die Außenseite der Membran mit dem gleichen Druck beaufschlagt wird wie die Innenseite, bevor die Erhöhung des Drucks zum Zwecke des Pressens der Folie eingeleitet wird. Mit anderen Worten, bevorzugt ist vor der Erhöhung des auf die Außenseite wirkenden Drucks auf beiden Seiten der Membran der gleiche Druck, insbesondere der gleiche Unterdruck, eingestellt. Hierzu können die Innenseite und die Außenseite der Membran im einfachsten Fall mittels derselben Unterdruckquelle gleichzeitig mit Unterdruck beaufschlagt werden.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen herrscht vor der Druckerhöhung beiderseits der Membran einer der oben definierten Unterdrücke, insbesondere der besonders bevorzugte Unterdruck von < 1 mbar, insbesondere von < 0,1 mbar.

Zur Erhöhung des Drucks, mit dem die Außenseite der Membran beaufschlagt ist, kann im einfachsten Fall das mit der Druckquelle verbundene Ventil geöffnet werden. Bei der Druckquelle kann es sich grundsätzlich um eine Überdruckquelle, beispielsweise eine Druckluftquelle, handeln. In vielen Fällen ist es aber ausreichend, Luft aus der Umgebung des Presswerkzeugs über das Ventil einströmen zu lassen. Die Druckquelle muss somit nicht zwingend eine Überdruckquelle sein. Normaler Atmosphärendruck kann ausreichend sein.

Wenn es sich bei dem Pressmittel um den erwähnten Stempel handelt, so ist es bevorzugt, dass das Presswerkzeug einen Deckel zum Öffnen und druckdichten Verschließen der Unterdruckkammer um- fasst, durch welchen der Stempel oder ein mit dem Stempel gekoppelter Aktor geführt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfüllt vollumfänglich die Anforderung universeller Einsetzbarkeit. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich grundsätzlich flächige Substrate jeder Art auf Oberflächen von Werkstücken aufbringen. In aller Regel handelt es sich bei den aufzubringenden flächigen Substraten um Folien. Verarbeitbar sind hierbei sowohl Kunststofffolien als auch Metallfolien oder aber mehrlagige Verbundfolien, die mindestens eine Metallschicht und mindestens eine Kunststoffschicht aufweisen. Besonders bevorzugt sind als flächige Substrate die eingangs beschriebenen Transferlackfolien, die eine Trägerfolie und mindestens eine darauf aufgebrachte Lackschicht umfassen. Die Folie kann aber auch eine einfache Klebefolie mit einer auf die Folie aufgebrachten Klebeschicht sein, gegebenenfalls eine bedruckte Klebefolie.

Grundsätzlich können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl plane als auch gekrümmte Flächen mit dem flächigen Substrat beschichtet werden. In den meisten Fällen ist es bevorzugt, dass das Werkstück, auf das das flächige Substrat aufgebracht wird, als zu beschichtende Oberfläche mindestens eine gekrümmte Fläche aufweist. Besonders bevorzugt ist das Werkstück ein Automobilteil, insbesondere ein Kühlergrill.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich vollständig automatisieren. In aller Regel ist die automatisierte Durchführung des Verfahrens gegenüber einer manuellen oder teilautomatisierten (was ebenfalls möglich ist) bevorzugt.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist das erfindungsgemäße Verfahren ein Teilschritt eines Verfahrens zur Herstellung eines lackbeschichteten Werkstücks, bei dem als flächiges Substrat eine Transferlackfolie lackseitig auf das Werkstück aufgebracht und die Trägerfolie in einem Folgeschritt von dem Werkstück abgezogen wird.

Die mindestens eine Lackschicht auf der Trägerfolie der Transferlackfolie kann grundsätzlich bereits ausgehärtet sein, so dass sie im Wesentlichen keine vernetzbaren chemischen Gruppen und/oder kein Lösemittel mehr enthält. Es ist aber auch möglich, dass die Lackschicht noch ungehärtet oder lediglich teilgehärtet ist. Beispielsweise kann die Lackschicht auf einem Dual-Cure-Lack basieren, beispielsweise auf Basis eines Urethanacrylats, und thermisch gehärtet sein, so dass eine anschließende Strahlenhärtung, insbesondere mittels UV-Strahlung, noch erforderlich ist.

Wie eingangs bereits angedeutet, kann es auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt sein, dass beim Aufbringen des flächigen Substrats auf das Werkstück ein Haftvermittler zum Einsatz kommt. Dieser kann grundsätzlich sowohl auf der Oberfläche des Werkstücks als auch auf der Lackseite der Transferlackfolie angeordnet werden.

Das erfindungsgemäße Presswerkzeug dient insbesondere zum Aufbringen eines flächigen Substrats auf eine Oberfläche eines Werkstücks gemäß dem beschriebenen Verfahren. Das Presswerkzeug zeichnet sich stets durch die folgenden Merkmale aus:

Es umfasst eine mit einer Unterdruckquelle verbindbare Unterdruckkammer, in der das Werkstück und das flächige Substrat positioniert werden können.

Es umfasst einen Deckel zum Öffnen und druckdichten Verschließen der Unterdruckkammer. Es umfasst ein durch den Deckel geführtes oder in den Deckel integriertes Pressmittel zum Pressen des flächigen Substrats auf die Oberfläche des Werkstücks.

Es umfasst Positionierungselemente zur Positionierung des flächigen Substrats in der Unterdruckkammer, insbesondere in Beabstandung von dem Werkstück und gegebenenfalls auch in Beabstandung von dem Pressmittel.

Mögliche Ausführungsformen der Unterdruckkammer einschließlich Deckel sowie in Frage kommende Pressmittel und mögliche Ausgestaltungen der Positionierungselemente wurden im Rahmen der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits abgehandelt. Auf die entsprechenden Ausführungen wird an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich das erfindungsgemäße Presswerkzeug durch eine Kombination der folgenden bevorzugten Merkmale aus:

Der Deckel umfasst den oben beschriebenen Deckelboden, an dem die Membran flach anliegt, wenn ihre Außenseite und ihre Innenseite mit dem gleichen Druck beaufschlagt werden.

Die Außenseite der Membran ist über ein Ventil mit einer Unterdruckquelle verbunden.

Die Außenseite der Membran ist über ein Ventil mit einer Druckquelle verbunden.

Über mögliche Positionierungen und Ausgestaltungen des Ventils und der Druckquelle sowie der Unterdruckquelle muss hier nicht noch einmal eingegangen werden. Auch diesbezüglich wird auf die im Rahmen der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemachten Ausführungen verwiesen.

Besonders bevorzugt ist die Unterdruckkammer als konkav gewölbte Vertiefung ausgebildet oder umfasst zumindest eine solche Vertiefung, insbesondere, wenn es sich bei dem Pressmittel um die beschriebene Membran handelt. Die konkave Ausgestaltung der Unterdruckkammer trägt der Tatsache Rechnung, dass die Membran, wenn sie sich in die Unterdruckkammer wölbt, in den meisten Fällen eine konvexe Form annimmt. Bei einer konkaven Ausgestaltung der Druckkammer kann sich der von der Membran auf die Wände der Druckkammer ausgeübte Druck gleichmäßig verteilen.

Bevorzugt ist in der Unterdruckkammer eine Werkstückaufnahme ausgebildet, in der das Werkstück fixierbar ist. Die Werkstückaufnahme bildet bevorzugt den Boden der konkav gewölbten Vertiefung. Gegebenenfalls kann das Werkstück auf einem separaten Werkstückträger in der Werkstückaufnahme angeordnet werden.

In der Unterdruckkammer sind die erwähnten Positionierungselemente angeordnet. Diese umfassen bevorzugt die oben beschriebenen Auflagen oder Halterungen sowie insbesondere auch die Aufnahmen, in die sich die Halterungen oder die Auflagen durch das Pressmittel, insbesondere durch die sich in die Unterdruckkammer wölbende Membran, zumindest teilweise versenken lassen.

Die Positionierungselemente ragen bevorzugt im Bereich der Werkstückaufnahme aus dem Boden der konkav gewölbten Vertiefung. So kann das flächige Substrat unmittelbar über dem Werkstück positioniert werden.

In bevorzugten Ausführungsformen sind die Aufnahmen in einer die konkav gewölbte Vertiefung bildenden Wand der Unterdruckkammer, insbesondere im Bereich der Werkstückaufnahme, ausgebildet. Besonders bevorzugt sind die Formen und Dimensionen der Aufnahmen und der weiteren Komponenten der Positionierungselemente, insbesondere die Halterungen und/oder Auflagen, derart aufeinander abgestimmt, dass sich die weiteren Komponenten durch den Druck des Pressmittels vollständig in der Wand der Unterdruckkammer versenken lassen.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist das Pressmittel temperierbar ausgebildet. Wenn es sich bei dem Pressmittel um die beschriebene Membran handelt, ist dies beispielsweise dadurch realisierbar, dass die Membran doppelwandig ausgebildet und mit einem Zulauf und einem Ablauf für temperierbares Wasser versehen wird.

In aller Regel ist die Membran unter Verwendung eines elastischen Polymermaterials gefertigt. Hierfür kommen beispielsweise ein Silikonmaterial oder ein Kautschukmaterial in Frage.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung, deren beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen. Hierbei zeigen Fig. la eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Presswerkzeugs in geöffnetem Zustand ohne Deckel und vor Positionierung eines Werkstücks und eines auf das Werkstück aufzubringenden flächigen Substrats in der Unterdruckkammer,

Fig. lb einen Querschnitt entlang der Linie A-A des in Fig. la dargestellten Presswerkzeugs, allerdings nun mit aufgesetztem Deckel und mit einem in der Unterdruckkammer positionierten Werkstück und einem flächigen Substrat,

Fig. lc eine ausschnittsweise Vergrößerung des in Figur lb dargestellten Presswerkzeuges, und

Fig. ld einen Querschnitt der aus den Figuren la bis lc bekannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Presswerkzeugs während der Einleitung eines Pressvorgangs.

Bei allen Figuren handelt es sich um schematische Darstellungen.

In Fig. la blickt man senkrecht von oben in die Unterdruckkammer 101 des Presswerkzeugs 100. In zentraler Position findet sich eine Werkstückaufnahme 102, in der ein mit einem flächigen Substrat zu beschichtendes Werkstück fixiert werden kann. Im Zentrum der Werkstückaufnahme 102 ist der Durchlass 103 angeordnet. Über diesen ist die Unterdruckkammer 101 mit einer Unterdruckquelle (nicht dargestellt) verbunden, um in der Unterdruckkammer 101 einen Unterdruck einstellen zu können.

Anhand von Fig. lb und lc erkennt man, dass die Unterdruckkammer 101 als konkav gewölbte Vertiefung ausgebildet ist. Die Unterdruckkammer 101 wird begrenzt durch die die konkav gewölbte Vertiefung bildende Wand 104 und die Membran 106, die in den Deckel 105 integriert ist. Die Membran 106 dient als Pressmittel. Der Deckel 105 schließt die Unterdruckkammer 101 druckdicht. Der druckdichte Verschluss wird insbesondere durch die umlaufende Dichtung 108 gewährleistet. Die Membran 106 weist eine in die Unterdruckkammer 101 gerichtete Innenseite 106b und eine von der Unterdruckkammer 101 wegweisende Außenseite 106a auf. Beide Seiten der Membran 106 sind mit dem gleichen Druck beaufschlagt. Daher ist die Membran nicht gewölbt. Stattdessen liegt ihre Außenseite 106a flach an dem Deckelboden 117 an.

In der Werkstückaufnahme 102 ist ein Werkzeughalter 113 angeordnet, auf dem das Werkstück 114 fixiert ist. Oberhalb des Werkstücks 114 ist als auf das Werkstück aufzubringendes flächiges Substrat eine Transferlackfolie 109 angeordnet. Diese ist mittels der Positionierungselemente 110, 111 und 112 derart oberhalb des Werkstücks 114 positioniert, dass zwischen dem Werkstück 114 und der Folie 109 ein Zwischenraum 115 verbleibt. Ein weiterer Zwischenraum 116 findet sich zwischen der Folie 109 und der Membran 106.

Anhand von Fig. ld lässt sich das Aufbringen der Transferlackfolie 109 auf das Werkstück 114 erläutern. Zum Aufbringen der Transferlackfolie 109 wird zunächst die Unterdruckkammer 101 evakuiert, so dass sich in der Unterdruckkammer 101 ein Druck < 0,1 mbar einstellt. Mit diesem Druck ist die gesamte Unterdruckkammer 101 einschließlich der erwähnten Zwischenräume 115 und 116 gleichmäßig beaufschlagt.

Mit dem gleichen Druck wie die Unterdruckkammer 101 wird zunächst auch die Außenseite 106a der Membran 106 beaufschlagt. Die Außenseite 106a der Membran 106 ist zu diesem Zweck über den Durchlass 107 mit einer Unterdruckquelle (nicht dargestellt) verbunden.

Das Aufbringen der Transferlackfolie 109 wird dann eingeleitet indem man durch den Durchlass 107 Luft in das Presswerkzeug 100 einströmen lässt. Hierdurch wird die Außenseite 106a der Membran 106 mit einem höheren Druck beaufschlagt als ihre Innenseite 106b, die von dem in der Unterdruckkammer 101 bestehenden Unterdruck nach innen gezogen, so dass sich die Membran 106 konvex in die Unterdruckkammer 101 wölbt, bis sie schließlich auf die Transferlackfolie 109 trifft und diese nach unten auf das Werkstück 114 presst.

Ermöglicht wird dies durch die Positionierungselemente 110, 111 und 112, die versenkbar ausgebildet sind. Gegebenenfalls kann die Außenseite der Membran 106 mit einem Überdruck beaufschlagt werden, um den Pressvorgang zu beschleunigen.

Nach abgeschlossenem Pressvorgang wird die Unterdruckkammer 101 über den Durchlass 103 belüftet. Dann können der Deckel 105 entfernt und das mit der Folie 109 beschichtete Werkstück 114 entnommen werden.