DE3789512T2

DE3789512T2 - Artikel mit einem an einem porösen Substrat befestigten Kunststoffelement und Verfahren für seine Herstellung.

Info

Publication number: DE3789512T2
Application number: DE3789512T
Authority: DE
Inventors: Walter T Ackermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-07-28
Filing date: 1987-07-27
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2007-07-28
Also published as: EP0276281A1; ATE103536T1; EP0417395A1; JPH01500881A; AU7751887A; CA1321466C; CA1313585C; WO1988000881A1; DE3789512D1; ATE88412T1; US4735753A; DE3785574D1; DE3785574T2; EP0417395B1; EP0276281B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffverschlußelement und dessen Befestigung an einem Textil oder anderem Substratmaterial, beispielsweise Druckknöpfe für Artikel aus Stoff, für Wegwerfkleidungsstücke und ähnlichem.
Übliche Verfahren zur Befestigung eines funktionellen Teils an einem Substrat oder Trägermaterial verwenden üblicherweise die zwei separaten Schritte, nämlich (a) Herstellung des funktionellen Teils als Einzelstück und (b) Befestigen des funktionellen Teils an dem Substrat oder Trägermaterial. Die Befestigung kann durchgeführt werden unter Verwendung einer Oberflächenwirkung, wie über einen Klebstoff, über Verschweißen, Hartlöten und Weichlöten; oder das Substrat kann zur Aufnahme von mit Gewinden versehenen, angenieteten oder tiefgezogenen Vorsprüngen oder ähnlichem Durchstoßen werden.
Die Erfindung wird als für eine große Variationsbreite von funktionellen Verbindungssituationen anwendbar angesehen, aber die Verwendung der Erfindung betrifft primär "Schnappverschlußelemente" bzw. Druckknöpfe, die als lösbare Verschlußvorrichtungen in der Bekleidungsindustrie verwendet werden. Derartige Druckknöpfe gibt es in einer Vielzahl von Arten, aber sie veranschaulichen die übliche Verwendungsweise, die eine Vorfertigung von einzelnen Teilen, üblicherweise aus Stahl, Messing oder Kunstharz benötigt, die dann an dem Textilerzeugnis mittels Durchstanzen und Zusammenfügen mit einem zugehörigen Teil oder einer "Kappe" befestigt werden.
Die bekannte Technologie wendet die Erzeugung von Druckknöpfen als einen getrennten Arbeitsvorgang in einer ersten Industrie- oder Erzeugungseinrichtung an; die vorgefertigten Verschlußteile werden einer anderen Industrie- oder Herstellungseinrichtung zugeführt, in der die Verschlußteile in Abhängigkeit von dem Textilerzeugnis gehandhabt und an diesem Textilerzeugnis befestigt werden. Ein typischer Verschluß besteht aus einem "Set" aus vier Teilen, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, nämlich, wie die Beschriftung auch aussagt, aus einem Zapfen- und einem Hülsenteil, die getrennt mittels eines Schnappvorgangs in Eingriff bringbar sind, und einem Kappenteil zur jeweiligen Befestigung des Zapfen- und Hülsenteils an einem bestimmten Bekleidungsbereich. Wenn der aus vier Teilen bestehende Verschluß aus geformtem Kunststoff besteht, wird die Schnappwirkung des getrennten Ineingriffbringens durch elastisches Verdrängen und dessen Auswirkungen bewirkt, wenn der kugelförmige Zapfen in den Eingang des hohlen Hülsenteils eindringt; wenn ein derartiger Verschluß aus Metall besteht, wird die Verdrängungswirkung realisiert durch Segmentieren der Hülsengeometrie in individuelle Federfinger, oder durch die Verwendung von Drahtringen oder anderer elastisch verformbarer Formen.
Die in der Fig. 1 gezeigten funktionellen Zapfen- und Hülsenteile sind an dem Textilerzeugnis mittels Zinkenkappen, die das Textilerzeugnis durchstoßen, befestigbar, aber dieses ist lediglich eine der vielen Textilerzeugnis- Durchdringungskappen-Techniken, die bekannt sind, beispielsweise Metallkappen mit vorspringenden Ösen, Zinken-Gitter oder Klemm-Formationen oder aus Kunststoff geformte Kappen mit vorspringenden Zapfen oder Zinkenanordnungen. In allen Fällen müssen vier Teile getrennt hergestellt werden, es muß das Textilerzeugnis durchstoßen werden und es ist ein Stauch-, Roll- oder Tiefziehvorgang notwendig, um die Kappe und den funktionsfähigen Verschlußteil festzuklammern und dabei das Trägermaterial des Textilerzeugnises zwischen sich aufzunehmen.
Die Befestigungsqualität ist von ausschlaggebender Wichtigkeit bei der Herstellung zufriedenstellender Verschlüsse und es ist die meiste Entwicklungstätigkeit in der Industrie auf den Erhalt von mehr Befestigungssicherheit am Substrat getätigt worden; beispielsweise ist es eine übliche Praxis, das Textilerzeugnis bzw. das Gewebe in mehrere Schichten einer Dicke zu falten, die Einfügungen einer oder mehrerer Schichten aus einem Verstärkungsmaterial aufweisen, um eine bessere Einheit für die schichtweise Anordnung der kappengesicherten Zapfen- und Hülsenteile zu erzeugen. Aber mit wiederholtem Schließen und Öffnen des Verschlusses führen die lateralen Kräfte zum Ziehen oder Reißen des Gewebes durch den Schichtaufbau. Festgewebte Baumwolle oder Mischgewebe sind reißfester, wohingegen synthetische Wirkwaren oder feste Bahnen leichter beschädigt werden können. Metallschnapper können fest geklammert werden, um eine Klammerwirkung oder "Quetschung" an dem Gewebe zu erzeugen. Eine Quetsch-Klammerung ist aber aufgrund der dem Kunststoffmaterial innewohnenden Elastizität mit Kunststoff-Verschlußteilen nicht leicht erreichbar. Die Notwendigkeit der vier Teile eines Druckknopf-"Sets" hat eine ästhetische Bedingung bewirkt. Die Industrie hat die nicht funktionalen Teile (zum Beispiel Kappen) mit Verzierungen und Geometrien versehen zur Verbesserung des Erscheinungsbildes der Kleidungsaußenseiten. In einigen Fällen ist die Design-Orientierung wichtig, wodurch eine weitere Bedingung bzgl. der Position oder Richtung festgelegt wird.
Die Befestigung von Druckknöpfen benötigt Spezialmaschinen, deren Komplexität variiert von einfachen, fußbetätigten Pressen bis hin zu elektrisch oder pneumatisch angetriebenen Einheiten, welche automatisch einen Zapfen- oder Hülsenteil der zugehörigen Kappe, Öse, Klammer oder Zinken zuführen, ausrichten und befestigen. Der Bediener legt das Kleidungsstück ein und plaziert es und löst die Maschine aus, welche den aktiven Teil auf einer Seite und den nicht aktiven Teil auf der anderen Seite zuführt und beide zusammenpreßt. Weitere Entwicklungen verwenden eine automatische Zuführung der Kleidungsstücke mittels der Maschine und befestigen dabei eine Vielzahl von Schnappern. Üblicherweise sind derartige Maschinen von dem Benutzer auf einer jährlichen Basis geleast und müssen von ausgebildeten Mechanikern gewartet werden. Die jetzt auf dem Markt befindlichen Befestigungsmaschinen können nicht leicht auf andere Größen oder Arten von Verschlüssen umgestellt werden. In vielen Fällen verlangt die saisonabhängige Bekleidung eine kurze Verwendung mit anschließendem Nichtgebrauch, während die Leasingraten weiterlaufen.
Die Kosten sind ein Hauptfaktor für einen relevanten Vergleich der vorliegenden Erfindung. - Typische Druckknöpfe mit vier Teilen aus Metall haben einen Preis in einem Bereich von $ 40,00 bis $ 100,00 pro tausend Sets, und der Bereich von Kunststoffverschlüssen bewegt sich von $ 15,00 bis $ 50,00 pro tausend Sets.
Es wird angenommen, daß der augenblickliche Markt für Druckknöpfe in den Vereinigten Staaten einen jährlichen Umsatz im Bereich von $ 100 Millionen hat und daß der weltweite Umsatz ein Mehrfaches dieser Zahl ist, wobei davon auszugehen ist, daß diese Zahlen die Kosten sowohl für die Produkte als auch die Leasingkosten und Betriebskosten der Maschinen beinhalten. Die Hauptanwendung liegt in der Bekleidungsindustrie; andere und geringere Anwendungsbereiche umfassen Fußbekleidung, Planen, Gepäckstücke, Hüllen, Vorrichtungen und Maschinenkonsolen.
In dem Bewußtsein der Hauptschwäche von Verschlüssen, nämlich die Tendenz des Verschlusses sich von seinem Träger abzutrennen, hat die Technik auch Spritzgußtechniken angewandt, um den Berührungsbereich zwischen dem Verschlußelement und dessen Halterung zu vergrößeren und die Verbindungskraft zwischen beiden zu verbessern. Bei diesen Versuchen ist die Verwendung eines mit Öffnungen versehenen Halterungsteils und die in situ-Formung eines einheitlichen Verschlußelements darauf vorgesehen, wobei flüssiger Kunststoff frei durch die Öffnungen des Halterungsteils hindurchgeht, um auf beiden Seiten des Teils Bereiche von geformten Verschlußelementen auszubilden (FR-A-1360514). Die Verfahren aus der US-A-3890679 umfassen das Zusammenklammern eines keine Öffnungen aufweisenden, faserstoffartigen Halterungsteils zwischen einander gegenüberliegenden Formungsstempeln, die jeweils einen Formungshohlraum aufweisen, und sukzessives Einführen von verfestigtem und flüssigem Formungsmaterial in einen der Formungsstempel unter einem Druck, der ausreichend ist, das verfestigte Formungsmaterial durch den Halterungsteil in den anderen Formungsstempel zu zwängen und um des weiteren beide Formungsstempel mit dem flüssigen Formungsmaterial zu bearbeiten. Nach der Verfestigung des gesamten Formungsmaterials in dem Formungsstempel werden diese Formungsstempel voneinander getrennt.
Bei der Spritzgußtechnik sind die Bereich, an denen das Material geschmolzen wird und an denen das Formungsmaterial verwendet wird, voneinander getrennt. In dem Bereich, in dem das Material geschmolzen ist, neigt das Formungsmaterial dazu, sich zusammenzuziehen bzw. zu schrumpfen. Das Material kühlt von außen nach innen derart ab, daß sich eine Haut bildet, die den flüssigen Kern (Tropfenform) umgibt. Solange der Kern flüssig bleibt, hat dies eine Auswirkung auf eine erhöhte Plastizität der Haut. In diesem Zustand kann die Plastizität des Formungsmaterials verwendet werden, die Öffnungen unter dem Einfluß der Schwerkraft oder eines extern aufgebrachten Druckes zu füllen, ohne daß das im Inneren des Kerns flüssige Material in der rage ist, die Oberfläche zu erreichen, wenn das Material weiter abkühlt.
Die FR-A-2 137 891 betrifft eine Vorrichtung zur Formung von Kunststoffanschlägen an einem Reißverschlußband. Ein Metallblock bildet einen Amboß mit einer flachen, horizontalen Oberseite, die mit einer Aussparung in Form eines kurzen Zylinders mit aufrecht gerichteter Achse versehen ist. Die Aussparung ist der vergrößerte Endbereich einer auf rechten Zuführungsleitung in den Amboß. Eine horizontale Verbindungsleitung führt unterhalb der Aussparung in die Zuführungsleitung und wird selbst von einer vertikalen Versorgungsleitung geschnitten. Dem Amboß gegenüber ist ein Formungsstempel vorgesehen. In dem Formungsstempel ist eine vertikal ausgerichtete Aussparung angeordnet, deren Form und Größe im wesentlichen gleich der ausgerichteten Aussparung in dem Amboß ist. Auf die horizontale Halterungsfläche des Amboß wird ein Band gelegt, das nach oben die Aussparung abdeckt. Der Formungsstempel wird abgesenkt und gleichzeitig wird ein zugeordneter Wandler eingeschaltet. Die von dem eingeschnürten Ende des Formungsstempels abgestrahlte Ultraschallenergie erweicht einen Abschnitt in der Aussparung und der Druck des Formungsstempels gegen das Band bewirkt, daß der erweichte oder verflüssigte Kunststoff zu dem Wirkungsbereich gelangt, wenn der Formungsstempel absinkt. Sobald sich ein geformter Kunstoffbuckel verfestigt hat, wird der Formungsstempel weggezogen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Befestigung einer funktionellen Vorrichtung wie einem Druckknopf, an einem Substrat wie einem Gewebematerial unter Vermeidung der meisten verfahrens- und materialbedingten Kosten und Komplexität, die die momentane Praxis charakterisieren, bereit zustellen.
Eine weitere besondere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und, zum besseren Verständnis, eine Vorrichtung für in situ-Formung und Befestigung eines Druckknopfes oder anderer funktioneller Vorrichtungen an einem Substrat bereit zustellen.
Ein weiterer besonderer Aspekt besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Befestigung einer Vorrichtung der angegebenen Art an einem Substrat mit größerer Verankerungswirkung als bisher bereitzustellen, in dem Sinne, daß die Verankerungswirkung in dem Substrat-Bereich auf einer räumlichen Basis verteilt wird und daß es daher weniger wahrscheinlich ist, daß ein Reißen oder andere Beschädigungen des Substrats, an dem sie befestigt ist, bewirkt werden.
Es ist ebenfalls ein besonderer Aspekt, die oben genannten Aufgaben und Aspekte zu erfüllen, ohne daß eine Vorfertigung von Teilen notwendig ist, und worin, im Fall der Druckknöpfe, die Möglichkeit gegeben ist, daß die Befestigung nur gering oder gar nicht von außen sichtbar ist.
Ein weiterer besonderer Aspekt besteht darin, die oben angegebenen Aufgaben und Aspekte mit einem Verfahren zu erfüllen, welches von sich aus eine einfache und rasche Änderung von einem Befestigungsstil und/oder Größe der funktionellen Vorrichtung zu einem oder einer anderen ermöglicht.
Es ist ein allgemeiner Aspekt, die oben genannten Aufgaben und Aspekte für Druckknöpfe zu erfüllen unter gleichzeitiger wesentlicher Kostenreduktion und verbesserter Qualität und Zuverlässigkeit des fertiggestellten Produkts und seiner Befestigung an dem Substrat.
Die vorstehenden Aufgaben und Aspekte werden nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform durch eine in situ- Kunststoff-Formung einer funktionellen Vorrichtung unter gleichzeitiger Befestigung dieser durch örtliches Durchtränken eines porösen Substratmaterials erfüllt, welches durch Druck-Verformung eines Kunststoff-Pellets oder -Stücks, welches mit dem Substrat so in Kontakt gebracht wird, daß Kontakte über viele Punkte hergestellt werden, von denen jeder wie ein kleiner Bereich zur Fokusierung von Energie wirkt, um lokal das Fortschreiten des Schmelzens des Kunststoff-Pellets zu initiieren. Insbesondere weist eine abgemessene Menge eines Kunststoffmaterials wie ein Kunststoff-Pellet ein derartiges Volumen auf, daß es angepaßt ist (1) zur Druck-Durchtränkung der gesamten Stärke des Substrats von einer Seite des Substrats und entgegen eines dagegenwirkenden Ambosses (oder Formungsstempels) an der gegenüberliegenden Seite, und (2) Formungsstempel-Formung einer funktionellen Vorrichtung auf dieser einen Seite, sobald die Durchdringung vollendet ist. Druck-Verflüssigungsenergie wird dem Kunststoff zugeführt mittels Ultraschallmodulation einer kontinuierlichen Verdrängungskraft, welche in Normalenrichtungen auf das Substrat und den Amboß gerichtet ist, und es werden die Durchdrängungs- und Stempel-Formungsphasen in einem Einzeltaktzyklus der Verdrängungskraft durchgeführt.
Diese Aufgaben werden sowohl durch die unabhängigen Ansprüche 1 und 21 als auch durch die abhängigen Ansprüche gelöst.
Erfindungsgemäß stimmt der Ort, an dem das Kunststoffmaterial geschmolzen wird, mit dem Ort, an dem das geschmolzene Material verwendet wird, überein. Das poröse Substrat wird während der Zuführung des flüssigen Kunststoffmaterials nicht verändert, insbesondere nicht zerstört. Das Material des Substrats muß nicht in irgendeiner Weise, beispielsweise durch vorgesehene zusätzliche Öffnungen für eine Verankerung, vorbereitet werden, damit das flüssige Material durch dieses hindurchdringen kann.
Es besteht eine randzonenfreie Grenzflächenbeziehung zwischen der funktionellen Komponente und dem vollständig durchtränkten Substrat, wodurch eine Befestigung erzeugt wird, die auf der nicht funktionellen Fläche des Substrats praktisch unsichtbar ist, wobei der durchtränkte Bereich des Substrats eine bedeutende, einstückig geformte Strukturkomponente wird.
Das beste, was nach dem Stand der Technik darüber ausgesagt werden konnte, wie ein poröses Substrat mit einem Kunststoff durchtränkt werden kann, war die Verwendung einer Spritzgußtechnik, worin der Kunststoff notwendigerweise vor Injektion in einen flüssigen Zustand zu bringen ist. Aber es liegt in der Natur dieser Injektion, daß, verbunden mit der Tatsache, daß zur Reduktion der Zyklus zeit die Schmelze gekühlt werden muß, der heiße geschmolzene Kunststoff auf dem Weg zu dem Substrat einer Kühlung ausgesetzt wird und daß zum Zeitpunkt, zu dem der eingespritzte Kunststoffschuß zum ersten mal in Kontakt mit dem Substrat tritt, die Führungskante dieses Schusses mit einer Randzone versehen ist.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung der vier einzelnen Komponenten eines dem Stand der Technik entsprechenden Druckknopf-Sets, wobei jeder Teil benannt ist und die zum Zapfen-Teil gehörenden Teile den zum Hülsen-Teil gehörenden Teilen perspektivisch gegenüberliegend angeordnet sind;
Fig. 2A eine vergrößerte Schnittansicht einer Zapfenanordnung als ein Teil einer erfindungsgemäßen Druckknopf -Ausführungsform;
Fig. 2B eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2A der mitwirkenden Hülsenanordnung des anderen Teils der gleichen erfindungsgemäßen Druckknopf-Ausführungsform;
Fig. 2C eine Fig. 2B ähnliche Ansicht zur Darstellung einer alternativen Hülsenanordnung zur Aufnahme der in Fig. 2A dargestellten Anordnung;
Fig. 3A bis 3G aufeinander folgend vereinfacht dargestellte Vertikalschnittansichten zur Darstellung einer typischen Formungssequenz der Teile gemäß den Fig. 2A und 2B;
Fig. 4A, 4B, 4C und 4D vereinfacht dargestellte alternative Formungsstempel in entsprechender Beziehung zueinander zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 5 ein vereinfachtes Diagramm zur Darstellung der kooperierenden Maschinenelemente für die in situ-Herstellung der Zapfen- und Hülsen-Formationen nach den Fig. 2A, 2B, 2C;
Fig. 5A ein schematisches Diagramm einer Geschwindigkeitssteuerung und eines Spitzenanhebungs-Details, die bei einer Maschine von Fig. 5 anwendbar sind;
Fig. 6A, 6B, 6C, 6D, 6E und 6F aufeinander folgende, vertikale Schnittansichten zur Darstellung der Arbeitsschrittfolge zur Herstellung der Zapfen- und Hülsen-Teile mit der Maschine gemäß Fig. 5;
Fig. 7 ein Diagramm in mehrfachen Ebenen zur Darstellung der Koordination verschiedener einzelner Funktionen in einem einzelnen Operationszyklus der Maschine von Fig. 5; und
Fig. 8 eine vereinfachte Seitenansicht zur Darstellung eines die Erfindung verkörpernden hergestellten Artikels.
Es ist bereits oben erklärt worden, daß die vier separat hergestellten und in Fig. 1 benannten Teilkomponenten den Stand der Technik bezüglich Druckknöpfen repräsentieren. Diese Darstellung gilt für eine kunststoffspritzgußgeformte Sorte, bei welcher die Vielzahl von Zinken 10 eines ersten Kappenteils ein Substrat für ein Bekleidungsgewebe durchstoßen muß vor dem Eintritt in, Hindurchgleiten durch und Verformungsklammerung oberhalb entsprechend ausgerichteter Öffnungen 11, die in dem Basisteil des Zapfenteils angeordnet sind. Ähnlich müssen die Zinken 10' eines zweiten Kappenteils einen anderen Substratbereich durchstoßen bevor sie eintreten in, hindurchstoßen durch und deformiert verklammert werden oberhalb entsprechend ausgerichteter Öffnungen 11' in dem Grundteil eines Hülsenteils. Die zwei derart ausgestatteten Substratbereiche sind dann getrennt durch Zusammenschnappen durch den Eintritt des Zapfens in und wieder herausziehen aus der Hülse in Abhängigkeit von transienter, lokaler elastischer Deformation eines oder beider der Zapfen- und Hülsen-Formationen verbindbar.
Im Gegensatz zum Stand der Technik zeigen
Fig. 2A und 2B jeweils eine erfindungsgemäße Zapfenformation 12 und eine damit kooperierende erfindungsgemäße Hülsenformation 14. Die Zapfenformation 12 besteht aus einem geeigneten Kunststoffmaterial, welches in situ an und durch ein dazwischen angeordnetes poröses Substrat 15 geformt ist, welches zufällig als eine Textilware dargestellt ist, die auf doppelte Stärke aufeinander gefaltet und einstückig mit der Zapfen-Formation 12 ist; die Hülsenformation 14 ist ähnlich an dem porösen Substrat 15' angebracht.
Die Formungstechnik bei 12 wird später beschrieben, für die vorliegenden Zwecke genügt es aber auszusagen, daß der Hauptkörper der Formation 12 der Bereich ist, welcher innerhalb eines Außendurchmessers D&sub1; liegt und in welchem das Kunststoffmaterial der Formation 12 vollständig alle Lücken des Substrats ausgefüllt hat und ein fester integraler Bestandteil des Substrats geworden ist. Die Hülse selbst ist dargestellt als ein relativ dünner, stummelförmiger Kreisring 16, der bis zu einer Höhe H&sub1; oberhalb einer relativ dünnen Kunststoffbasisschicht 17 ansteigt, welche örtlich die Substratoberfläche bedeckt, in welcher die Hülse 16 angeordnet ist. An einer anderen Oberfläche des Substrats bedeckt eine ähnliche, relativ dünne Basisschicht 18 aus Kunststoff das Substrat, aber in der dargestellten Form ist es am Rand einstückig mit und verstärkt durch einen flachen, im Umkreis kontinuierlichen und abgerundeten äußeren Ring 19 mit einem inneren Durchmesser D&sub2; ausgebildet.
Der Zapfenring 16 ist gekennzeichnet durch eine im Umfang kontinuierlich verlaufende konvexe ausgebeulte wulstförmige äußere Kontur 20, wobei seine radiale Stärke ΔR&sub1; im Zusammenhang mit den elastischen Eigenschaften des verwendeten Plastikkunststoffmaterials derart gewählt ist, daß der Zapfenring 16 mit einem Grad relativ steifer, aber sanfter, örtlich elastischer Verformbarkeit versehen ist, um eine transiente Wechselbeziehungswirkung des Ein- und Ausschnappens mit der Hülsenformation 14 von Fig. 2B zu ermöglichen. Für derartige Zusammenwirkungszwecke überschreitet der äußere Durchmesser D&sub3; des Zapfenrings 16 den engsten Durchmesser D&sub4; der radial nach innen gerichteten wulstartigen Kontur 21 eines relativ dünnen stummelartigen Rings 22 des Hülsenteils 14; dieser Ring 22 steigt bis zu einer Höhe H&sub2; oberhalb einer relativ dünnen Basisschicht 23 von Kunststoffmaterialien, welches örtlich die Substratoberfläche bedeckt, an welcher die Hülse 14 angeordnet ist.
Bevorzugt ist H&sub1; gleich oder geringfügig kleiner als H&sub2;, so daß, wenn der Zapfen 12 im Eingriff mit der Hülse 14 steht, eine flache, flanschartige Oberfläche 26, die die Basis des Zapfenrings 20 umringt, einen in Umfangsrichtung kontinuierlichen, elastisch geklammerten Halterungseingriff mit einer flachen Anlageoberfläche 27 haben wird, welche die obere Begrenzung der Hülsenformation 14 darstellt. Ebenfalls bevorzugt ist die effektive radiale Stärke AR&sub2; des Hülsenrings 22 derart, daß im Zusammenhang mit dem verwendeten Kunststoffmaterial der Grad der steifen elastischen Deformierbarkeit bzgl. der Ein-/Ausschnapp-Zusammenwirkung mit der Zapfenformation 12 von Fig. 2A verwirklicht ist.
In dem Fall, in dem die Einheitlichkeit des Zapfens 12 mit dem Substrat 15 gegeben ist, ist die Hülse 14 einstückig durch festes Durchtränken durch alle Poren des Substrats 15' gefertigt, innerhalb eines Außendurchmessers D&sub5;, der vergleichbar mit dem Außendurchmesser D&sub1; der Zapfenformation ist. Ein in Umfangsrichtung kontinuierlicher und gerundeter Außenring 24 umrahmt die dünne Basisschicht 25, welche örtlich innerhalb des Rings 24 das Substrat 15' abdeckt. Geringfügig zusammengepreßtes Substratmaterial, welches am Rand jeden sichtbaren Teil jeder Kunststofformation 12-14 umgibt, wird als eine schematische Andeutung eines Preßvorgangs einander gegenüberliegender, zusammengeklammerter Formungsstempel verstanden werden, die in einem in situ Formungsprozeß verwendet werden, was erläutert werden wird.
Für die meisten Zwecke wird die Ein-/Ausschnapp-Wechselwirkung zwischen dem Substrat 15 für den Zapfen und dem Substrat 15' für die Hülse vollständig zufriedenstellend sein, insbesondere wenn das Substrat ein Bekleidungsgewebe und daher relativ weich und kompressibel ist; in diesem Fall werden die Druckknopf-Gewebe 15-15' lückenfrei einander benachbart sein. Falls eine noch engere Zusammenfügung gewünscht ist, zeigt Fig. 2C für ein ausreichend weiches und geschmeidiges Substrat 15'', daß eine Hülsenformation 14' das Ergebnis eines örtlichen Versatzes und Zusammenpressen des Substratmaterials bei dem in situ-Formungsprozeß sein kann. Daher ist in Fig. 2C bei 30 das Substrat örtlich zusammengepreßt zu einer Stärke, welche etwa die Hälfte der normalen Stärke ausmacht, und das Zentrum des örtlich zusammengepreßten Bereichs 30 ist ebenfalls mittels eingedrungenem Kunststoff in einem axial abgesenkten Absatz A von der Mittelsymmetrieebene undurchtränkter Bereiche des Substrats 15'' verstärkt. Der Hülsenring, die Kehlkontur und ähnliche Abmessungen und Verhältnisse in der Hülsenformation 14' können denen für die Fig. 2B beschriebenen entsprechen, so daß mit Strichen versehene Bezugszeichen für entsprechende Merkmale verwendet wurden.
Bei der Betrachtung der Fig. 2A und 2C wird klar, daß beim Einschnappen der Zapfenformation 12 in die Hülsenformation 14' der Flanschbereich 26 der Formation 12 einen in Umfangsrichtung kontinuierlichen Sitz mit der passenden Anlageoberfläche 27' der Hülsenformation 14' entwickeln wird, und daß aufgrund dessen einander benachbarte Oberflächen der mit Druckknöpfen verschlossenen Substrate 15-15'' gegenseitig in Eingrifftreten und frei von jeglichen Zwischenräumen sein werden.
Die Fig. 3A bis 3F zeigen eine vereinfachte Darstellung aufeinander folgender Schritte bei der in situ-Ausbildung eines Zapfens 31 (Fig. 3F) in einer einstückigen Verbindung mit einem zweilagigen Substrat 32. Wie in der Fig. 3A gezeigt, sind zusammenwirkende obere und untere Formungsstempel 33-34 voneinander getrennt, aber vertikal fluchtend angeordnet, um das Einführen und Korrigieren der relativen Anordnung des Substratmaterials 32 zu ermöglichen. Der untere Formungsstempel 34 ist gekennzeichnet durch eine ringförmige Klammerungsauflage 35, welche vertikal fluchtend mit einer ähnlichen Auflage 36 auf der gekennzeichneten unteren Fläche des oberen Formungsstempels 33 fluchtet. Konzentrisch innerhalb der Auflage 35 ist der untere Formungsstempel 34 mit einem einen Umfangsring bildenden Hohlraum 37 gekennzeichnet, welcher eine abgesenkte Auflage 38 umgibt. Der obere Formungsstempel 33 hat eine zentrale Bohrung 39, die eine derartige Größe aufweist und so angepaßt ist, daß ein Stößel 40 abgedichtet aufgenommen und geführt werden kann; und innerhalb der Klemmauflage 36 hat ein allgemein zylinderförmiger Hohlraum mit einer Tiefe H&sub3; eine in Umfangsrichtung kontinuierliche Seitenwandung 41 mit wellenförmigem Bereich zur Erzeugung einer beulenförmigen, konvexen Kontur des schließlich geformten Zapfens.
Nach dem Festlegen der zusammenwirkenden Merkmale des Formgebungsvorganges kann beobachtet werden, daß der Stößel 40 das zylinderförmige untere oder spitze Ende eines Utraschall-Konverters 43 ist, der ausführlicher in Verbindung mit der Maschine von Fig. 5 beschrieben wird; was ebenfalls in Verbindung mit Fig. 5 klar wird ist, daß die Spitze 40 von der Maschine einer gesteuerten vertikalen Verschiebung unterworfen wird, wenn sie einer Ultraschallanregung ausgesetzt ist, wobei die untere Fläche der Spritze 40 in axiale Schwingung versetzt wird, um mit relativ geringer Amplitude kolbengetriebene Stöße auf derartiges Material auszuüben, mit dem es in Kontakt treten kann. Das der Ultraschallwirkung ausgesetzte Schlüsselmaterial ist eine präzis abgemessene Menge geeigneten Kunststoffs, welcher ein Einzelpellet oder -stück 44 sein und auf dem Substrat 32 positioniert und koaxial mit der Mittelachse der Formungsstempel 33-34 und der Spitze 40 sein kann; alternativ kann ein zusätzliches, exakt gemessenes Pellet 44' auf der Ebene 38 unterhalb des Substrats 32 ähnlich positioniert werden.
Wie gezeigt, ist der Durchmesser des Pellets 44 (44') geringer als der Bohrungsdurchmesser bei 39, wodurch ein sauberes Eintreten des Pellets 44 in die Bohrung 39 zu dem Zeitpunkt sichergestellt ist (Fig. 3B), wenn die Formungsstempel 33-34 in die Klemmposition gebracht sind, worin die zusammenpassenden Auflagen 35-36 das Substrat 32 quetschen und dabei den Umkreis begrenzen, innerhalb dessen Substratporen zum Durchtränken verfügbar sind. In Fig. 3 kann gesehen werden, daß durch das Vorhandensein des unteren Pellets 44' im Zusammenhang mit einem ausreichend flexiblen Substrat 32 das obere Pellet nach oben versetzt wurde zur teilweisen Aufnahme innerhalb der Bohrung 39 zum Bereitmachen für den nächsten Schritt (Fig. 3C), in dem die Spitze 40 nach unten bis zum Kontakt mit dem Pellet 44 versetzt ist.
Beim oder vor dem Kontakt mit dem Pellet 44 wird der Ultraschallkonverter 43 aktiviert, um die untere Fläche der Spitze 40 mit Ultraschallfrequenz in eine kolbenähnliche Hin- und Herbewegung mit kurzer Amplitude zu versetzen, wenn der Kolben 40 seinen Absenkvorgang bis zu einer Begrenzungsposition (Fig. 3D) fortsetzt, in der nicht nur alle Lücken, Poren und kleine Zwischenräume des Substrats gefüllt sind, sondern auch alle Formungsoberflächen der Formungsstempel mit Pellet-Kunststoff ausgepreßt sind, der aufgrund der von der Ultraschall-Kolbenbewegung resultierenden Hitze der Teilchen-an-Teilchen-Reibung verflüssigt worden ist. In Fig. 3D symbolisiert der Doppelpfeil 45 die kräftige Wirkung der Kolbenschwingung mit kurzem Hub, wobei der Kunststoff schnell zu einer Schmelztemperatur erhitzt wird, so daß das Durchtränken des Substrats und das Formfüllen bis zur Beendigung fortgesetzt werden kann.
Die Fig. 3E ist annähernd identisch mit Fig. 3D, stellt aber einen kurzen statischen Zustand oder Stillstand dar zur Abführung der Hitze durch die Kälteleitfähigkeit der Teile 33-34 und der Spitze 40, so daß der geschmolzene Kunststoff sich in der substratdurchtränkten und formgefüllten Form verfestigen kann. Schließlich stellt Fig. 3F das Öffnen der Formungsstempel, das Zurückziehen der Spitze 40 und das Abstreifen des oberen Formungsstempels 33 von der beulenförmigen Ausbildung der neu erstellten Zapfenformation dar. Bei dem Abstreifen ist es ratsam, zuerst den völligen Abzug der Spitze 40 aus der Formungsbohrung 39 zu bewirken und anschließend die untere Formungshälfte 34 vor der Durchführung des Abstreifvorgangs durch schräges Abkippen des geformten Bereichs bzgl. des Formungsstempels 33 abzunehmen; ein gebogener Pfeil 46 stellt den Abkippvorgang schematisch dar.
Die Fig. 3G entspricht der Fig. 3E in dem Sinne, daß sie einen geformten Hülsenteil darstellt, ähnlich dem Teil 14 von Fig. 2B, unmittelbar vor dem Zurückziehen der Spitze 40 und der Abtrennung nach unten der unteren Formhälfte 34', wobei das Gewebe 32' mit seinem einstückig geformten Hülsenteil schräg gekippt wird (wie bei 46 in Fig. 3F) zum Abstreifen dieses Teils von der oberen Formhälfte 33'. Es ist zu bemerken, daß das Abstreifen erleichtert wird (1) durch die in dem geformten Kunststoffmaterial innewohnende elastische Verformbarkeit und (2) durch die nach innen gerichtete Konizität der oberen Formwandung 47, die die Außenoberfläche der geformten Hülsenformation bildet. Es ist weiter zu bemerken, daß die obere Formhälfte 33' eine kontinuierliche, zylindrische Bohrung zur Aufnahme der Spitze 40 aufweist, und zwar bis ganz herunter zur äußersten Position (wie in Fig. 3G gezeigt), und daß ein gebundener Ring 48 innerhalb des oberen Formungshohlraums die Kehlkontur und die Hülsenteilöffnung definiert.
Bei der bisherigen Beschreibung wurde unterstellt, daß die Kappenseite einer gegebenen in situ-Anformung an das Substrat eine gerundete Wulst oder Rippe sein soll, die eine dünne Fläche der betreffenden Substratoberfläche umgibt. Aber das ist bei weitem keine Bedingung wie die Untersuchungen der Zapfenformationen der Fig. 4A bis 4D zeigen werden, es ist klar, daß die Merkmale dieser unterschiedlichen Alternativen ebenfalls als Merkmale entsprechender Hülsenformations-Teile anwendbar sind.
In Fig. 4A ist die obere Formhälfte 50 im wesentlichen gleich der im Zusammenhang mit der Fig. 3 beschriebenen Formhälfte 33, aber die untere Formhälfte 51 hat einen Hohlraum 52 mit einheitlicher Tiefe und ist gekennzeichnet durch eine abgerundete äußere Ecke und einen flachen Boden. Die einheitliche Tiefe ermöglicht den sonst flachen Boden des Hohlraums dekorativ oder sonst wie einheitlich zu gestalten zur Ausbildung einer Einprägung oder eines Relief-Designs in dem geformten Produkt, zum Beispiel, um die durch den Boden 52 geformte Oberfläche mit einem kennzeichnenden Buchstaben, einem Knopfmuster oder anderem zu versehen.
In der Fig. 4B ist die gleiche obere Formhälfte 50 in Verbindung mit einer unteren Formhälfte 53 verwendet, welche eine flache, amboßähnliche obere Fläche darstellt, in vollständiger Paßgenauigkeit mit einem flachen, kreisförmigen Rand 54 der oberen Formhälfte, wobei die Klammerwirkung der Formhälften 50-53 beim Quetsch-Druckvorgang des Substrats 15 laterale Grenzen der Kunststoffdurchtränkung des Substrats bestimmt mit geringer oder keiner Kunststoffoberflächenformation beim Amboßkontakt. Daher wird, falls die Farbe des eindringenden Kunststoffs im wesentlichen gleich der Farbe des Substrats ist, der Kunststoff des geschmolzenen Zapfens von Fig. 4B an der sichtbaren Oberfläche 55 des Substrats im wesentlichen unsichtbar sein.
In der Fig. 4C ist die gleiche obere Formhälfte 50 mit einer unterschiedlichen, amboßähnlichen unteren Formhälfte 53' gezeigt, worin die der Oberfläche 55 des Substrats gegenüberliegende Oberfläche des Ambosses gekennzeichnet ist durch ein aus Aussparungen 56 bestehendes Muster. Dies kann ein Muster individueller, kuppelförmiger Aussparungen sein, die auf dem durch die ringförmige Klemmung des Substrats begrenzten Bereich voneinander beabstandet sind. Alternativ kann die Vielzahl der in Fig. 4C gezeigten Aussparungsbereiche eine Vielzahl von ringbildenden Aussparungen darstellen, die konzentrisch um eine zentrale kuppelförmige Aussparung 56 angeordnet sind. Das Resultat im geformten Produkt ist eine illustrative, lokale, dekorative Erscheinung auf der Substratoberfläche 55.
Die Fig. 4D stellt dar, daß die Befestigungsseite des geformten Produkts nicht notwendigerweise auf der Seite angeordnet sein muß, von der der Stößel und die Ultraschallwirkung der Spitze 40 zur Wirkung kommt. Daher kommen in Fig. 4D die Spitze 40 und die zugeordnete obere Formhälfte 57 auf der Oberflächenseite 55 des Substrats zur Wirkung und die untere Formhälfte ist gekennzeichnet durch einen zapfenbegrenzenden Hohlraum 59. Bei der Herstellung des geformten Produkts kann ein ausreichend dimensionierter und abgewogener Kunststoffkörper und -pellet, das vor dem Schließen der Form und vor dem Absenken der Spitze 40 auf das Substrat zugeführt wird, dazu dienen, das Substrat zu durchtränken und die untere Form zu füllen; alternativ können obere und untere, abgemessene Kunststoffüllungen eingeführt werden, wie in dem Fall von Fig. 3A. Das Produkt kann so fertiggestellt werden, daß, wenn die Spitze 40 mit der Klemmauflage 60 fluchtet, bei einer derartigen Vorabmessung der Kunststoffüllung unter dem erforderlichen Formgebungsdruck und zur anfänglichen Aushärtung alle erreichbaren Substrat-Lücken und ebenfalls auch der untere Formen-Hohlraum 59 gefüllt worden sind; alternativ wird mit einem geringfügig geringeren Maß an Kunststoff die Substratoberfläche 55 für die Zapfenformation ein durch die Spitze 40 ausgebildeter, leicht eingezogener kreisförmiger Bereich sein. Des weiteren alternativ wird mit einem geringfügig größerem Maß an Kunststoff die Substratoberfläche 55 für die Zapfenformation leicht angehoben oder eine verdickte, kreisförmige Abdeckung der Substratoberfläche sein, wobei das gleiche für den Bohrungsdurchmesser der Formhälfte 57 gilt.
Fig. 5 zeigt schematisch funktionelle Komponenten einer Maschine zur Herstellung in-situ-geformter funktioneller Vorrichtungen der oben beschriebenen Art unter Steuerung eines geeignet programmierten Mikroprozessors 65. Die Maschine soll Mittel (nicht dargestellt) enthalten zur korrekten Ausrichtung und Positionierung des Substratmaterials 15 zwischen der oberen und der unteren Formhälfte 66-67, die mit Formungshohlkörperformen dargestellt sind, die allgemein für die Formungsstempelteile 33-34 der Fig. 3A bis 3E beschrieben sind. Die obere Formhälfte 66 kann ein an einem Träger 68 wahlweise lösbar befestigtes Teil sein, ist aber aus Vereinfachungsgründen als mit diesem einstückig gebildetes Teil dargestellt. Der Träger 68 ist Teil eines Schlittens 69, der für eine vertikale Hin- und Herbewegung unter der Verstellwirkung eines doppelt wirkenden Pneumatik-Stellzylinders 70 geführt ist. Ein Sensor 71 verfolgt elektrisch die momentane Position des Trägers 68 (und daher auch der Formungshälfte 66) und überträgt die Positionsdaten über eine Rückführleitung 72 zu dem Steuerungs-Mikroprozessor 65. Eine Druckluftsteuerung 73 arbeitet mit einer geeigneten Flüssigkeitsdruckquelle zur Bestimmung des Ausmaßes und der Richtung der Auf/Ab-Verstellung des oberen Formungsstempels 66 über ein Stellglied 70; und eine elektrische Steuerung für diesen Zweck soll ihre Steuersignale von einer Verbindung mit dem Ausgang des Mikroprozessors 65 erhalten, was mit der Bezeichnung "nach 73" angedeutet ist. In ähnlicher Weise trägt ein anderer Mikroprozessorausgang die Bezeichnung "nach 75" zur Darstellung einer ähnlichen doppelt wirkenden Verstellungssteuerung (bei 75) eines zweiten doppelt wirkenden Pneumatik-Stellglieds 74 über eine Pneumatik- bzw. Druckluftsteuerung 75; das Stellglied 74 ist an den Träger 68 angeschlossen und hat eine Auf/Ab-Positionssteuerung mittels eines Abstreifarms 76, der bei 77 eine Scharnierbefestigung mit dem Träger 68 aufweist.
Die untere Formungshälfte 67 ist auswechselbar dargestellt und auf einer Halterung 78 befestigt, welche vertikal geführt mittels einer Antriebssteuerung auf und ab verstellbar ist, die ähnlich derjenigen sein kann, die für das Stellglied 70 des oberen Formungsstempels und dessen Steuerung 73 beschrieben wurde. Der Doppelpfeil 78' soll eine derartige Wirkungsweise und Steuerung darstellen, wie sie von einem anderen mit "nach 78" bezeichneten Mikroprozessorausgang bestimmt ist.
Daher können, wenn und in der Weise wie durch die Ablaufsteuerung des Mikroprozessors festgelegt, die entsprechenden Stempelhälften 66-67 in einen Quetsch-(Klemm-)Kontakt mit dem Substrat gefahren und einzeln oder gleichzeitig gleichmäßig zurückgezogen werden, so wie es für das bestimmte, angewendete Formungsverfahren geeignet ist.
In ähnlicher Weise, aber bevorzugt unter einer Positionssteuerung mittels eines Hydrauliksystems, hat ein doppelt wirkender Zylinder 80 eine Betätigungsverbindung 81 mit einem vertikal geführten Schlitten 82, der den Ultraschall-Konverter 43 trägt. Eine motorgetriebene Pumpe 84 saugt Hydraulikflüssigkeit aus einem Reservoir 85 zur Versorgung eines Proportional-Ventils 86, das Verbindungen mit den entsprechenden Enden des Zylinders 80 aufweist, und die Größe und Richtung der resultierenden Verstellung des Utraschall-Konverters 43 unterliegen der elektrischen Steuerung durch den Mikroprozessor 65 über die Steuerungsverbindung 87, wobei die momentane Positions-Rückführung der Position des Schlittens 82 von einem Sensor 88 dem Mikroprozessor elektrisch zugeführt wird. Wie dargestellt, wird die Antriebsstruktur des Ultraschall-Konverters 43 von einer Trägerkomponente 89 des Schlittens 82 getragen; von diesem Punkt aus sind die Ultraschallsystemkomponeten Booster 90, Schalltrichter 91 und Spitze 40 vertikal an der Antriebsstruktur aufgehängt und die notwendige Versorgungsenergie wird der Antriebsstruktur durch geeignete Mittel 92 zugeführt, die eine Steuerungsverbindung 93 vom Mikroprozessor 65 haben.
In der dargestellten Form werden genau abgemessene Pellets 44 des zu schmelzenden Kunststoffs mittels einer Schervorrichtung 94 ausgebildet, welche eine inkrementale Zuführung eines Kunststoffstabs 95 in der Führungsbohrung eines festen Blocks 96 zuläßt, der elektrische Heizwicklungen aufweist zum anfänglichen Erweichen des nach unten geführten Stabs 95. Eine horizontal hin- und herbewegbare Scherplatte 97 hat eine stabaufnehmende Öffnung, welche in der zurückgezogenen Position der Platte 97 mit dem Boden- oder Auslaßende der Bohrung des Blocks 96 fluchtet; in dieser Position bestimmt die Stärke der Scherplatte 97 die inkrementale Länge des Stabs 95, die (wie mit dem Pfeil 95' angedeutet) bis zu einem festen Anschlag 98 zugeführt werden kann. Es ist klar, daß beim geeigneten Augenblick des Zyklus des Maschinenbetriebs, nämlich, wenn die Spitze 40 vollständig zurückgezogen ist und die Stempelteile 66-67 auf dem Substrat 15 geschlossen sind oder sich im Schließungsprozeß befinden, ein doppelt wirkendes Stellglied 99 die horizontale Verstellung der Platte 97, in der Fig. 5 nach rechts, bewirkt, ein neues Pellet 44 abschert und dieses in eine Registerhalterung (gestrichelte Linie 97') bringt, damit es aufgrund der Gravitation in die Bohrung der oberen Formungshälfte 66 fällt; darauf folgt rasch das Zurückziehen der Scherplatte 97 in die mit durchgezogenen Linien dargestellte Position, wobei die hin- und hergehende Verstellung mit dem Doppelpfeil 99' angedeutet ist. Es ist klar, daß die Hin- und Herbewegung der Scherplatte 97 unter der Steuerung des Mikroprozessors erfolgt und die schematische Darstellung dieser Tatsache ist angegeben durch die Mikroprozessorausgangs-Verbindung mit der Bezeichnung "nach 99'". In gleicher Weise kann die inkrementale Zuführung des Kunststoffstabes 95 ebenfalls mikroprozessorgesteuert sein, aber der mit 95' bezeichnete Pfeil soll die positive Zuführung darstellen mittels Zuführungsrollen (nicht dargestellt) unter konstanter Einwirkung eines Bremsmoment-Elektromotorantriebs, wobei der Antrieb so wirkt, daß die inkrementale Zuführungsannäherung des Kunststoffstabes nur erfolgt, wenn der Scherschlitten 97 in seine zurückgezogene Position zurückkehrt, nachdem er gerade ein neu abgeschertes Pellet 44 in die Bohrung der oberen Formhälfte 66 hat fallen lassen. Sobald der Stab inkremental bis zu dem Anschlag 98 zugeführt worden ist, soll die kontinuierlich aufgebrachte Stabzuführungskraft die Heizspitze des Stabs unter derartiger axialer Kompression halten, daß eine saubere Abscherung senkrecht zur Stabachse sichergestellt ist.
Die schematisch dargestellte Detailzeichnung 5A zeigt sowohl ein Geschwindigkeitssteuerungsmerkmal zur Überwachung der Absenkung der Spitze 40 im Rahmen des Formungsprozesses als auch ein transientes Spitzenanhebungsmerkmal, um die Spitze 40 aus dem Kontakt mit dem Pellet herauszubringen zu dem Zeitpunkt, zu dem die Ultraschallerregung beginnt. Diese Anordnung umfaßt eine Schlauchverbindung von einem Vertikalschlittenteil 81 zu einem Kolben in einem ersten festen angeschlossenen Zylinder A. Hydraulikelemente B-C zur Betrags- Steuerung und ein Solenoidventil A' sind zwischen dem Zylinder A und einem zweiten Zylinder D angeordnet, wobei letzterer einen "schwimmenden" Kolben zur Anpassung an eine Volumenänderung der Hydraulikflüssigkeit in ihrer oberen Zone gegen die Reaktionskraft einer Feder (nicht dargestellt) und/oder Druckluft in seiner unteren Zone aufweist. Der Hydraulikteil des Systems umfaßt zusätzlich die Kopf-Endzone des Zylinders A und auch das Solenoidventil A' und die Elemente B-C der Betragssteuerung; diese Elemente sind dargestellt als eine einstellbare Öffnung B und als ein Rückschlagventil C, die parallel geschaltet und so orientiert sind, daß sie (i) einen einstellbaren "Niedrig" -Betrag der Spitzenabsenkung im Verlauf des Formungsprozesses und (ii) eine andererseits ungehinderte Rückziehverstellung der Spitze 40 regeln. Das Solenoidventil A' wird auf der Grundlage der Verstellungsabtastung bei 71 und 88 vom Mikroprozessor 65 gesteuert sein und so wirken, daß es einen präzise bestimmten festen Halt aufbaut gegen die Annäherung der Spitze 40 über ihre vorbestimmte Halteposition hinaus. Ein weiteres Solenoidventil soll eine momentane Zuführung von Druckluft zur unteren Zone des Zylinders D unter Zeitsteuerung des Mikroprozessors 65 zulassen, was in der Fig. 5 mit der Benennung "nach E" angedeutet ist, alles zu einem Zweck, der im Zusammenhang mit den Fig. 6 und 7 erläutert werden wird.
Nach der Kennzeichnung der Hauptbetriebskomponenten der Maschine nach Fig. 5 und 5A wird ein repräsentativer Betriebszyklus der Maschine beschrieben werden, welche unter Positionsabtast-, Zeit- und Reihenfolge-Steuerung durch den Mikroprozessor 65 steht. In diesem Zusammenhang werden die aufeinander folgenden Arbeitsgänge einer bevorzugten Formgebung und Abstreifung für die aufeinander folgenden Teil ansichten der Fig. 6 im Zusammenhang mit dem Diagramm von Fig. 7 beschrieben werden, welches einen vollständigen 2π -Zyklus im Zusammenhang mit dessen π/2 Quadranten der Maschine darstellt.
In der Formgebungskonfiguration der Fig. 6A bis 6E sind die zapfenbildenden Konturen ein Produkt zusammenarbeitender Hohlräume zweier ringförmiger Formungsstempel-Elemente 101, 102, wobei die obere 101 auswechselbar an einer im Träger 68 befindlichen Bohrung 103 befestigt ist, und die untere 102 ein auswechselbar angepaßter Teil eines Abstreifarms 76 ist. Diese Stempelelemente sind trennbar an kegelstumpfförmigen Verbindungsflächen zwischen ihren entsprechenden konvex und konkav fluchtenden Oberflächen zusammengefügt, wenn der Abstreifarm in seiner normalen angehobenen (unbetätigten) Position (Fig. 6A bis 6D) ist. Die Trennlinie zwischen den Hohlräumen der Stempelelemente 101, 102 ist derart ausgebildet, daß der Hohlraum des oberen Elements 101 die äußere beulenförmige Kontur der Zapfenformation (wie bei 20 in Fig. 2A) bildet und der Hohlraum des unteren Elements 102 dient für den flachen Flansch (wie bei 26 in Fig. 2A) an der Basis der beulenförmigen Formation 20. Eine derartige Trennungslinie ist in Fig. 6E zu sehen, um zu ermöglichen, daß der Abstreifarm 76 mit dem Flansch 26 voll in Eingriff steht, wenn die beulenförmige Formation 20 (mit gezeigter transienter Nachgiebigkeitsdeformation) vom oberen Stempelelement 101 abgestreift wird, wobei das Abstreifen des geformten Zapfens vom Stempelelement 102 eine ähnliche transiente Nachgiebigkeitsdeformation des beulenförmigen Merkmals 20 zeigt, sobald das Substrat 15 mit nicht dargestellten Einrichtungen weggezogen ist.
Oberhalb dieses Formungs-Hohlraum-Bereichs ist das obere Stempelelement durch eine zylinderförmige Führungsbohrung 104 mit einem konisch zulaufenden unteren Ende gekennzeichnet, welches in einem engen Abstand zur äußeren Zylinderoberfläche der Ultraschallspitze 40 endet. Eine elastomere Dichtung 105, geeigneterweise aus Teflon, weist eine derartige Kontur auf, daß sie mit dem unteren Ende der Führungsbohrung 104 zusammenpaßt; und eine mit einem Flansch versehene Buchse 106, welche vom oberen Ende der Bohrung 104 geführt wird und einen Abstand zur Spitze 40 aufweist, soll eine Vorrichtung sein zum engen Abdichten der oberen Endöffnung der Form und zur Spitze 40 passen, wenn der Formungsdruck anliegt. In Fig. 6C deuten nach unten gerichtete Pfeile 107 an, daß ein derartiger Druck während der Formgebungs- und Aushärtungsphase des Prozesses anliegt.
Die Fig. 6A zeigt des weiteren eine momentan bevorzugte Technik der Zuführung von Pellets 44 in das Formgebungssystem und stellt den Moment dar, in dem eine transvers verschiebbare Schräge 108 auf einem Teil 97' der Scherplatte 97 in Betrieb gesetzt worden ist (was mit dem Doppelpfeil 109 angedeutet ist) von seiner in gestrichelten Linien dargestellten Position 108' zu der Position, in der sie ein neues Pellet 44 leicht oberhalb der oberen Oberfläche der Scherplatte 97 angehoben hat; dieses Anheben wurde erreicht über einen Anschlagsstift 110, der der Schräge 108 folgt und von der Pelletbohrung der Platte 97 geführt ist, wobei klar ist, daß in der gestrichelt dargestellten Position 108' der Stift 110 die vertikale Ausdehnung der abgescherten Formation des Pellets 44 begrenzt.
Die in den Fig. 6A bis 6E dargestellte Sequenz beginnt mit der Fig. 6A als ein Ereignis im vierten Quadranten (3π/2 bis 2π) von Fig. 7, nämlich, wenn ein neues Pellet 44 vom Stab 95 abgeschert und soweit vorgeschoben worden ist, daß es unterhalb der Spitze 40 (und leicht angehoben in Richtung der Spitze 40) zur Deckung gebracht worden ist. Dieser Scherplattenvorgang ist in der Kurve (h) von Fig. 7 dargestellt und es ist aus den Kurven (a) und (e) zu sehen, daß eine kurze Periode der Ultaschallerregung und der Abwärtsverstellung der Spitze 40 in einen ausreichenden anhaftenden Kontakt mit der oberen Oberfläche des Pellets 44 überlappen, um ihr Wegziehen von der Scherplatte 97 und Zurückziehen in die obere Formhohlraumsregion zu ermöglichen, was in Fig. 6B für das Ende des letzten Quadranten des Zyklus von Fig. 7 dargestellt ist; zu dieser Zeit zeigt 6B ebenfalls, daß das Pelletliefersystem zurückgezogen worden und frei von jeglicher Formgebungsarbeitsweise ist.
Nachdem das Pelletliefersystem zurückgezogen worden ist, können die Formhälften geschlossen werden, um gegen einander gegenüberliegende Seiten des Substrats 15 gequetscht zu werden; Fig. 6C zeigt dieses Verhältnis im weiteren Zusammenhang für das Anlegen des Drucks 107 zum Abdichten der Öffnung 105, während die Spitze 40 im Formungs- und Aushärtungsprozeß angenähert wird. Insbesondere zeigen die Kurven (a) und (b) von Fig. 7 das gleichzeitig ablaufende Timing der Spitzenannäherung und Aufbringen der Formhälften-Klemmkräfte für die Dauer von ungefähr der Hälfte des gesamten Zykluses und das Überlappen mit dem ersten, zweiten und dritten Quadranten des Zyklus. Als Antwort auf diese Verstellkräfte wird die Annäherung der Spitze 40 aufgrund der Justierung bei der Öffnung B (Fig. 5A) behindert. Wenn die Formhälften zur Quetschung des Substrats sich zusammengeklemmt haben und unmittelbar vor der Zuführung der Ultraschalleistung zum Antrieb 43 der Spitze 40 (siehe Kurve (e) von Fig. 7) unterliegt die Dichtung 105 einer Druckkraft (siehe Kurve (d) von Fig. 7); und das Solenoidventil E wird kurz geöffnet, für eine derartige kurzzeitige Anhebung der Spitze 40, daß das Pellet 44 von einem Anhaftungseingriff mit der Spitze 40 weggestreift wird, wodurch die maximale Möglichkeit einer sofortigen Stellung des Ultraschall-Kolbenmodus der Spitzenwirkung bereitgestellt wird. Daher befindet sich in diesem Zustand die Spitze in der vollen axialverschieblichen Ultraschallschwingung, wenn die gesteuerte Absenkung die Spitze 40 in eine mit dem Pellet in Eingriff stehende Wirkung gegen das Substrat bringt; und die Schall -Schmelzung, Substrat-Durchtränkung und Formausfüllungsphase schreitet während des Verlaufs der justierbar gesteuerten Absenkung der Spitze 40 weiter fort. Diese Absenkung endet abrupt, wenn der Mikroprozessor 65 mittels des Abtastens der Positionssensoren 71-88 feststellt, daß die vorbestimmt begrenzte Annäherung der Spitze 40 erreicht worden ist, wodurch das Solenoidventil A' für den Hydraulikstop von Fig. 5A aktiviert wird; wie aus den Kurven (f) und (e) von Fig. 7 zu sehen ist, tritt dieser abrupte Stopp nach dem Abschalten der Ultraschalleistung für eine kurze Weile auf, um zu ermöglichen, daß die Spitze 40 reine (unmodulierte) axiale Kraft ausübt, während der Füllungszustand der Form und des Substratbereichs innerhalb des Außenrandes der Form-Klemm-Wirkung gefestigt wird.
Die Kurve (j) von Fig. 7 stellt das Timing der Kühleinrichtungen (nicht anderweitig gezeigt) dar, welche auf den Formungsstempel und/oder auf die Spitze (40)-Elemente wirkt, falls die Materialien und die Größe der geformten Artikel eine Kühlung zur Unterstützung der Verfestigung und zur Reduzierung der gesamten Zyklus zeit verlangen; normalerweise ist allerdings keine besondere Kühlung notwendig, weil die Spitze 40 und ihre massive Aufhängung gute Wärmeleiter sind. Sobald sich eine zufriedenstellende Verfestigung mit oder ohne besondere Kühlung eingestellt hat, wird die Kompression der Dichtung 105 gelockert (Kurve (d)) und das Hydraulik-Stopp-Ventil A' ist geöffnet, um das Öffnen der Formen und die Hubbewegungen der Spitzenzurückziehung zu ermöglichen, was in den Kurven (b) und (a) von Fig. 7 dargestellt ist. Fig. 6D zeigt, daß das Zurückziehen der Spitze 40 dem Öffnen der Formen vorangeht. Fig. 6E stellt die Betätigung des Abstreifarmes dar, welche im Fall der Ausformung eines Zapfens gleichzeitig mit dem Öffnen der Formen geschehen kann, und welches für den Fall einer Hülsenformung (beachte die gestrichelten Linien in den Kurven (a) und (c) von Fig. 7) bevorzugt nach dem Öffnen der Formen aus Gründen, die im Zusammenhang mit Fig. 6F erläutert werden, geschieht.
Die verbleibende Kurve (i) von Fig. 7 zeigt die Zeitsteuerung der Stabzuführungseinrichtung, welche auf dem Blockiermomentmotor-Antrieb beruht, auf dem in Verbindung mit dem Bezugszeichen 95' von Fig. 5 Bezug genommen wird. Gemäß dieser Kurve (i) sind die Zuführungsmittel alternativ zur Aufrechterhaltung der Bremsmomentkraftaufbringung auf den Stab wirksam, während das Pellet geschert wird; anschließend läuft zu Beginn des dritten Quadranten des Zykluses der Blockiermomentmotor zum Zurückziehen des Endes des Stabs zur momentanen Nacherwärmung innerhalb der Heizvorrichtung 94 rückwärts.
Fig. 6F zeigt das Zweiteil-Oberformkonzept in Anwendung auf die Formung eines Hülsenteils 115 an das Substrat 15. Das Antriebsende der Spitze 40 ist gekennzeichnet durch eine eingeschnürte und beulenförmige Formation, welche die innere Kontur des geformten Teils 115 bestimmt und zur Erleichterung des Abstreifvorgangs dient, während das untere Ende der Bohrung des oberen Stempelelements 101' nach außen konisch erweitert ist. Die gestrichelt gezeichneten Teile der Kurven (a) und (c), im Zusammenhang mit der Formenöffnung gleich mit Kurve (b) von Fig. 7, zeigen die Vorrangigkeit der Öffnung der Formhälften, so daß die Spitze 40' das geformte Produkt vom konischen Bereich des oberen Stempelelements 101' (siehe Fig. 6F) freifährt, bevor der Abstreifarm 76 (Kurve (c)) betätigt wird, um das Produkt von der Spitze 40' abzudrücken. Anschließend wird, wie die gestrichelten Linien der Kurve (a) zeigen, die Spitze 40' in ihre zurückgezogene Position zurückgefahren.
In der oben dargestellten Beschreibung wurde die Ultraschallwirkung auf das Kunststoffpellet erläutert als eine Verflüssigung durch diejenige Hitze, die durch die aus der Utraschallkolbenbewegung resultierende Teilchenreibung erzeugt wird. Dies ist unzweifelhaft wahr und wird manchmal als "interne Hysterese" bezeichnet, aber meine Beobachtungen bis heute legen nahe, daß das Pellet progressiv schmilzt, vom Substrat ausgehend, in dem der anfängliche Pelletkontakt mit dem Substrat viele Berührungspunkte umfaßt, von denen jeder ein kleiner Bereich zur Fokusierung der Energie ist, um örtlich das Schmelzen zu initiieren.
Nachdem verschiedene Ausführungsformen für unterschiedliche Facetten meiner Erfindung beschrieben worden sind, ist es hilfreich, bestimmte Beobachtungen aufzuzählen, die auf dem experimentellen Gebrauch dieser Erfindung bis heute basieren:
1. Das für das Pellet 44 verwendete Harz wird momentan bevorzugt in fester Einzelform zugeführt, wie es für den Stab 95 beschrieben worden ist, um ein Maximum an Produktqualität bei einem Minimum der Zykluszeit zu erreichen. Pulver oder Granulate schmelzen unregelmäßig und ihr Volumen ist schwer zu steuern. Die am meisten verwendete Grundform für festen Harz ist ein extrudierter Stab, der in Form vom Vorformlingen oder Pellets geschnitten werden kann.
2. Ein akkurates Pellet kann von dem Stabmaterial abgeschert werden, wenn
a) Die Bohrungen der Schervorrichtung 97 und des Führungsstempels 94 eng an dem Stabdurchmesser anliegen;
b) Der Stab wird erhitzt bis zu seinem Erweichungspunkt oder geringfügig darüber; und
c) Es wird während des Abschervorgangs gegen den Zuführungsanschlag 98, 110 eine moderate axiale Kraft auf den Stab ausgeübt.
3. Die Länge des Harzes, zum Beispiel die Höhe des Pellets 44, ist kritisch und muß genau gesteuert werden. Dieser Wert muß genau an den Typ des Substrats, dessen Stärke, an die Anzahl der Substratschichten, die Art des Verschlusses und die Harzart angepaßt werden.
4. Das Pellet 44 muß zentriert werden, d. h. die gleiche Achse wie die Spitze 40 aufweisen, um einen einheitlichen Schmelzvorgang zu erzielen.
5. Der Pelletdurchmesser sollte nicht den Spitzendurchmesser überschreiten, und er ist bevorzugt kleiner als der Spitzendurchmesser. Jeglicher Überhang des Pellets außerhalb des Kontaktkreises der Spitze 40 resultiert in einem unvollständigen Schmelzvorgang.
6. Es muß die Bearbeitungsgeschwindigkeit der Spitze 40 gesteuert werden. Ein zu hoher Wert verursacht einen Schmelzgrat und eine ungenügende Anhaftung auf dem Substrat. Ein zu geringer Wert beeinflußt die Einheitlichkeit des Substrats und verbrennt das Harz. Idealerweise ist ein variables Geschwindigkeitsprofil während eines gegebenen Hubs wünschenswert, wobei relativ hoch gestartet und relativ niedrig beendet wird, wenn die Form sich füllt.
7. Die Amplitude der Ultraschallschwingung ist etwas kritisch. Große Werte liefern eine gute Adhäsion, können aber Verbrennungen verursachen; ein zu geringer Wert führt zu einer unzureichenden Adhäsion. Ein Profil, das hoch beginnt und niedrig endet, ist ideal im Verlauf der Anwendungsperiode, die in der Kurve (e) von Fig. 7 gezeigt ist, welche den ersten und zweiten Quadrantenzyklus überlappt.
8. Die anfängliche Pellethöhe ist kritisch. Ein zu hohes Pellet verursacht eine unzureichende Adhäsion, ermöglicht aber die Ausbildung wünschenswerter Dekors auf der nicht funktionellen Seite; zu flache Pellets ermöglichen es der Spitze 40, in einen zu engen Kontakt mit dem Substrat zu kommen, was zur Beschädigung führt.
9. Ein geringes Überschießen der Spitze nach Beendigung der Beschallung ist wünschenswert. Dies "verdichtet" den Formling und verhindert einen Grat hinter der Dichtung 105.
10. Ein festgelegter Anschlag A, A' zum Halten der Spitze 40 gegen weitere Annäherung ist essentiell für die Produktqualität.
11. Die elastische Dichtung 105 muß der Schwingung der Spitze 40 widerstehen können. Nach meinem Wissen ist das beste Material Teflon, welches einen festen Quetschkontakt um die Spitze 40 haben kann, ohne daß Beschädigungen auftreten.
12. Die Lebensdauer der Dichtung kann erhöht werden (a) durch ein Quetschen der Dichtung nur während des Schmelzens des Harzes, (b) dadurch, daß die Spitze niemals die Möglichkeit hat, die Dichtung zu verlassen (wodurch Wiedereintrittsprobleme vermieden werden), und (c) dadurch, daß die Spitzenoberfläche hochpoliert ist.
13. Falls ein dekoratives Design oder eine Kappe auf der nicht funktionellen Seite des geformten Produkts gewünscht ist, muß der Amboß eine verteilte Halterung auf dem Substrat sicherstellen, wie sie bei Amboß 53' von Fig. 4C zur Verfügung steht.
14. Die Art des Harzes ist nicht kritisch. Kristalline Materialien wie Acetol oder Nylon neigen dazu, leichter einen Grat zu bilden, weil sie einen scharfen Schmelzpunkt haben. Amorphe Materialien bilden nicht leicht einen Grat, benötigen aber eine höhere Energie, um zu fließen und das Substrat zu durchtränken.
15. Harzmischungen funktionieren gut. Die Ultraschallbeaufschlagung bewirkt ein heftiges Vermischen und produziert ein homogenes Material. Diese Tatsache ermöglicht die Verwendung von Abfall- bzw. Ausschußmaterial, welches mehrere unterschiedliche Grundmaterialien enthält.
16. Typische Zykluszeiten sind:
a. Schmelzzeit: 0,20 bis 0,50 Sekunden.
b. Abkühlzeit: 0,50 bis 1,50 Sekunden.
Die beschriebene Erfindung bietet Vorteile über existierende Technologien und löst alle gestellten Aufgaben, einschließlich:
1. Gleichzeitiges Ausbilden und Befestigen funktioneller Teile an den Substraten durch Schmelzen von Kunstharzen.
2. Verwenden und Beaufschlagen von Ultraschallenergie zur Bereitstellung der Wärmebehandlung und als mechanische Unterstützung für die Formenauffüllung.
3. Vollständige Beseitigung jeglicher Notwendigkeit von einzelnen Teilen, die vorfabriziert und anschließend angebracht werden müssen.
4. Bewahrung der Einheitlichkeit des Substrats während des Anbringvorgangs.
5. Überlegene und sehr sichere Befestigung der geformten Teile an dem Substrat, wobei der durchtränkte Bereich des Substrats eine signifikante, integral ausgebildete Strukturkomponente wird.
6. Die Möglichkeit, an der nicht funktionellen Seite des Substrats eine fast unsichtbare Befestigung herstellen zu können.
7. Die Möglichkeit, jegliches Design oder Erscheinungsbild auf der nicht funktionellen Seite des Substrats drehbar und einheitlich durch die Möglichkeit einer fixierten Ausrichtung der Werkzeuge zu orientieren.
8. Das relativ kurze Zeitintervall für einen vollen Zyklus (Fig. 7), der benötigt wird, das Teil an dem Substratmaterial zu schmelzen, auszuformen und anzubringen.
9. Die relativ einfache und leichte Umstellbarkeit des Prozesses auf unterschiedliche Größen, Stile und Teilarten und Geometrien.
10. Spürbar reduzierte Herstellungskosten der angebrachten Teile, verglichen mit den einzelnen Teilen, die separat hergestellt werden müssen.
11. Die Möglichkeit, fast jedes Substrat, das porös ist oder sich mit dem Harz verschweißt, mit Befestigung zu versehen.
12. Die Möglichkeit, jegliche aus einem großen Bereich thermoplastischer Kunststoffe verwenden zu können, der eine Vielzahl an Eigenschaften bietet.
13. Extrem kurze Verweilzeit des Harzes bei Schmelztemperaturen, wodurch thermische Beschädigungen vermieden sind.
14. Die Beseitigung von Angußverteilersystemen, die normalerweise beim Formen von Kunststoffteilen notwendig sind, wodurch die Ausschußproduktion und das Recyclen überschüssiger Teile vermieden wird.
15. Vollständiges Durchtränken bis zur Sättigung eines porösen Substrats mit dem Harz.
16. Die Möglichkeit, Harz durch ein poröses Substrat zur Formfüllung auf beiden Seiten des Substrats zwingen zu können.
17. Die Möglichkeit, die augenblickliche Position der Spitze 40 bzgl. der oberen Form abtasten zu können und die abgetastete Information für ein präzises Abschalten der Ultraschallenergieversorgung zu verwenden.
18. Die Möglichkeit, den Prozeß vollständig zu automatisieren mit programmierter fluchtender Registrierung des Substratmaterials zwischen den aufeinander folgenden Formungszyklen.
19. Die Möglichkeit, eine Vielfalt von Substratmaterialien unterschiedlicher Stärke und in einlagiger Schicht oder mehrlagiger Schicht anpassen zu können.
20. Die Möglichkeit, Füllmaterialien und/oder Verstärkungsfasern (zum Beispiel Glasfasermatten) mit Harz zur Erzeugung fester und wärmeresistenter Teile verwenden zu können.
21. Relative Unempfindlichkeit, die weite Druckbereiche, Harzmengen und Substratvariationen ermöglicht.
22. Die Wiederholbarkeit des Prozesses, was in einer exakten Duplizierung sukzessiv hergestellter und an den Substraten befestigter Teile resultiert.
23. Die Möglichkeit, fertig herstellte Produkte von den Formen abstreifen zu können, trotz hinterschnittener Formungsformationen.
24. Die Möglichkeit, unübliche Abarten bekannter Artikel zu formen und diese an die Substrate in ausgerichteter Art und Weise anbringen zu können, beispielsweise Druckknöpfe mit quadratischer, dreieckiger oder ovaler Form.
25. Die Möglichkeit, die Schnappwirkung der Druckknöpfe leicht durch Änderung der Form und/oder Spitzenelemente variieren zu können.
26. Die Möglichkeit, gewöhnliche extrudierte Stäbe als Harzquelle verwenden zu können, wodurch ein ökonomisches und leicht verfügbares Material verwendbar ist, und ein kompaktes und sauberes Zuführsystem ermöglicht wird.
27. Die innewohnende Anpassungsfähigkeit, kalte Formen verwenden zu können, wodurch kurze Zykluszeiten und fast augenblickliches Schmelzen des Vorformlings (Pellet) innerhalb der Form ermöglicht werden.
Während die Erfindung für verschiedene Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, so soll sie jedoch dahingehend verstanden werden, daß sie modifiziert und auf andere Ausführungsformen erweitert werden kann, ohne den Schutzumfang der gegebenen Patentansprüche zu verlassen. Zum Beispiel, und das ist in Fig. 8 gezeigt, führt die Erfindung selbst zu einer spezialisierten Unterbaugruppe, die separate, gestreckte Substratbänder 120-121 aus flexiblem, porösem (zum Beispiel gewebtem) Material verwendet, an welche Druckknopfkomponenten angeformt worden sind. Wie gezeigt, sind die Druckknopfkomponenten 122 in einer verteilten Reihe mit Abständen D entlang des Bandes 120 eine Zapfenabart, und die Druckknopfkomponenten 123 in gleicher beabstandeter Reihe entlang des Bandes 121 sind eine Hülsenabart. Die zwei Bänder sind in gängiger Weise in eingeschnappten Reihen angeordnet, aber trennbar, um ein Annähen an Gewebeteile zu ermöglichen, die separat befestigbar sind.
Die Erfindung kann am besten als ein Fabrikationserzeugnis beschrieben werden, das ein poröses Substrat und eine funktionelle Kunststoffkomponente enthalten kann, die örtlich auf einer Seite dieses Substrats ausgeformt worden ist, wobei das Kunststoffmaterial dieser Komponente sich einteilig durch dieses Substrat am Ort dieser Komponente erstreckt und dessen Poren imprägniert, welche erhaltbar ist durch eine Druckdeformation eines Kunststoffpellets, welches in Kontakt mit dem Substrat derart gebracht werden kann, daß viele kleine Kontaktpunkte hergestellt werden können, von denen jeder einen kleinen Bereich zur Fokusierung von Energie bildet, um lokal das fortschreitende Schmelzen des Kunststoffpellets zu initiieren.
Die Druckdeformation kann mittels Schall- oder Utraschall-Modulation kontinuierlicher Stärke in Normalenrichtungen zum Substrat aufgebracht werden.
Die Kunststoffkomponente kann eine Druckknopfkomponente und das Substrat ein flexibles Material sein, das Teil eines Kleidungsstückes ist. Die Druckknopfkomponente kann eine von zwei zusammenwirkenden lösbaren Befestigungskomponenten sein, in separater, aber einstückiger Anformungsanordnung an porösen Substratteilen des Kleidungsstückes.
Die Druckknopfkomponente kann des weiteren eine von einer Vielzahl verteilter und voneinander beabstandeter Reihen sein, wobei das Material jeder dieser Komponenten sich einstückig durch die Poren des Substrats erstreckt und örtlich durchtränkt.
Das Substrat könnte erste und zweite langgestreckte Bänder aus flexiblem, porösem Material, eine verteilte und voneinander beabstandete Reihe erster Knopf-Komponenten aus Kunststoffmaterial, wobei jede dieser ersten Komponenten örtlich an eine Seite des ersten Bandes angeformt ist, eine entsprechend verteilte und voneinander beabstandete Reihe von zweiten Druckknopfkomponenten aus Kunststoffmaterial, wobei jede dieser zweiten Komponenten örtlich an eine Seite des zweiten Bandes angeformt ist, enthalten, wobei das Material jeder dieser Druckknopfkomponenten sich einstückig durch die Poren des Bandmaterials erstreckt und örtlich die Poren des Bandmaterials durchtränkt, an dem sie angeformt ist, wobei sowohl die ersten Druckknopfkomponenten als auch die zweiten Druckknopfkomponenten lösbar befestigt werden können.
Die Bänder könnten über gegenseitig lösbare Eingriffe entsprechender erster und zweiter Druckknopfkomponenten vormontiert sein.
Zusätzlich könnte an der anderen Seite des Substrats eine Kunststoffdeckschicht mit durchtränkten Poren vorgesehen sein, wobei diese Deckschicht integrierend mit der Druckknopfkomponente über das porendurchtränkte Kunststoffmaterial verbunden ist.
Die Druckknopfkomponente könnte eine zentrale Symmetrieachse besitzen, die lokal in Normalenrichtung auf das Substrat vorgesehen ist, wobei diese Komponente eine kreisförmige Basis aufweist, die kontinuierlich die Kunststoffimprägnierung aller unter der Basis liegenden Substratporen bedeckt und mit diesen integrierend verbunden ist, und einen aktiven Druckknopfbestandteil in ansteigender Versetzung vor der Basis aufweist, wobei dieser Bestandteil ringförmig und einstückig mit der Basis und der porösen Imprägnierung gebildet ist. Der Rand der Basis kann radial versetzt von dem ringförmigen Bestandteil angeordnet sein und der ringförmige Bestandteil könnte Teil einer Druckknopf-Zapfen- und -Hülsenkonfiguration sein. Ferner könnte diese Komponente zusätzlich an der anderen Seite des Substrats eine kreisförmige Kunststoffabdeckung aufweisen, die kontinuierlich die Basis bedeckt und mit dieser einstückig über porendurchtränktes Kunststoffmaterial verbunden ist. Die Abdeckung wiederum ist im wesentlichen fluchtgerecht mit der anderen Seite des Substrats und die Abdeckung weist zusätzlich einen entlang des Umfanges kontinuierlich mit Wülsten versehenen Rand auf, der sich nach außen an der anderen Seite des Substrats erstreckt. Ferner kann die Abdeckung mindestens einige versetzende Verdickungen aufweisen, die sich von der anderen Seite des Substrats weg erstrecken.
Zusätzlich kann die Druckknopfkomponente eine zentrale Symmetrieachse besitzen, die lokal in Normalenrichtung auf das Substrat vorgesehen ist, wobei diese Komponente eine kreisförmige Formung aufweisen könnte, die sich mit ansteigender Versetzung von der anderen Seite des Substrats erhebt und einstückig mit der porösen Imprägnierung gebildet ist.
Die kreisförmige Formung sollte in radialer Richtung hinreichend dünn sein, um diese an ihrem versetzten Ende nachgebend verformbar zu machen, wobei das Substrat ein Verbundstoff aus mehreren Schichten sein kann.
Das poröse Substrat würde dann mit Kunststoff mit folgenden Arbeitsschritten imprägniert werden: Anordnen von mindestens einem Kunststoffpellet und einem porösen Substrat in den Formen derart, daß die Formen das Substrat festklemmen und daß mindestens ein Kunststoffpellet das Substrat berührt, so daß ein Kontakt über viele Punkte entsteht, Ausüben des Formungsdrucks auf mindestens eines der Kunststoffpellets und in situ-Druckformung des Kunststoffpellets derart, daß jeder der Kontaktpunkte wie ein kleiner Bereich zur Fokussierung von Energie wirkt, um lokal das fortschreitende Schmelzen des Kunststoffpellets zu initiieren und das Substrat mit Kunststoff zu durchtränken.
Das mindestens eine Kunststoffpellet wird in die Form vor dem Klemmen des Substrats eingefügt. Die Druckverformung wird dann mittels Utraschallmodulation einer kontinuierlichen Kraft durchgeführt, welche in Normalenrichtung auf das Substrat gerichtet ist, und die Druckknopfkomponente wird dann an dem porösen Substratmaterial angebracht, um lösbar befestigbar an einer anderen Druckknopfkomponente zu sein, wobei die beiden Komponenten komplementäre Formen haben, die lösbar in einen Einrast-Eingriff bringbar sind, gekennzeichnet durch die in situ-Druckverformung eines Kunststoffpellets gegen eine Oberfläche des Substratmaterials, während ein Amboß an der gegenüberliegenden Oberfläche des Substratmaterials angelegt ist, die Druckenergie hinreichend groß gewählt ist, um den Teil des Kunststoffs vorübergehend durch Teilchenreibung zu erhitzen und weich zu machen, der in der Ausgangslage des Kunststoffpellets mit dem Substrat in einem Kontakt über viele Kontaktpunkte steht, von denen jeder ein kleiner Bereich einer Energiefokussierung ist, um die lokale Initiierung des Schmelzens und um die lokale, poröse Durchtränkung des Substrats zu verursachen, und das Volumen des Kunststoffstücks ist dabei größer als es für die poröse Durchtränkung notwendig ist, wobei überschüssiges Kunststoffmaterial nach der Porendurchtränkung des Substrats auf der einen Oberfläche bleibt, um die Preßformung des überschüssigen Kunststoffmaterials in eine der komplementären Formen hinein zu bewirken. Eine Formation könnte durch eine zentrale Bohrung in einem im allgemeinen zylinderförmigen, von der porösen Durchtränkung abstehenden Ring gekennzeichnet sein, in welchem ein Druckapplikator zur lokalen, im allgemeinen zylinderförmigen Begrenzung des Profils der Bohrung ausgewählt ist, und welchem ein ringförmiger Formungsstempel zur Begrenzung des im allgemeinen zylinderförmigen Rings in Verbindung mit dem Verschieben des Applikators innerhalb des Formungsstempels gewählt ist. Der Druckapplikator ist dann mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden, kontinuierlichen, konvexen, wulstigen Spitzen-Endkontur für die Begrenzung des Bohrungssockels dieses Elementes ausgewählt. Die Ultraschallmodulation kann früher als die kontinuierliche Kraft beendet werden.
Das Pellet kann das Ergebnis des Abschneidens einer vorbestimmten Länge eines Kunststoffstabes sein, wobei dieses Abschneiden ein automatischer Zyklus ist, der mit einem automatisierten Zyklus der Druckverformung und der Stempelformung synchronisiert ist, und wobei der Kunststoffstab unmittelbar vor dem Abschneiden der Stücke auf Erweichungstemperatur vorerhitzt werden kann.
Die derart produzierten Artikel können zusammenfassend beschrieben werden als:
(a) ein poröses Substrat und gestreckte Bänder eines elastischen, porösen Materials und
(b) ein funktionelles Kunststoffelement oder ein Druckknopfelement aus Kunststoffmaterial, welches lösbar an einem anderen Druckknopfelement befestigbar ist, wobei die beiden Elemente komplementäre Formungen aufweisen, die lösbar druckverschließbar sind, das in situ-Kunststofformen weist die folgenden Schritte auf:
(1) ein Kunststoffstück wird durch formgebende obere und unter Stempel in eine eingeklemmte Position gebracht, wobei das Kunststoffstück gegen eine Oberfläche des Substratmaterials gepreßt wird, während ein Amboß an der gegenüberliegenden Oberfläche des Substratmaterials angelegt ist,
(2) ein Ende einer Energievorrichtung wird nach unten gerichtet mit dem Kunststoffstück zu einem definierten Halt in Kontakt gebracht, um das Ende gegen ein weiteres Fortschreiten zu halten,
(3) die Druckenergie wird hinreichend groß gewählt, um vorübergehend durch Teilchenreibung, welche von der Druckenergievorrichtung resultiert, insbesondere von der Ultraschallbewegung des Kolbens, den Teil des Kunststoffs, der mit dem Substrat in Kontakt steht, erhitzt und erweicht, wobei das Kunststoffstück fortschreitend, ausgehend vom Substrat nach oben schmilzt und das anfängliche Ineingriff stehen des Kunststoffstücks mit dem Substrat einen Kontakt über viele Punkt aufweist, so daß jeder der Kontaktpunkte ein kleiner Bereich zur Fokussierung von Energie ist, um das Schmelzen zu Initiieren,
(4) eine in-situ lokale, poröse Durchtränkung in und durch ein dazwischenliegendes poröses Substrat zu verursachen,
(5) wobei überschüssiges Kunststoffmaterial nach der lokalen, porösen Durchtränkung des Substrats auf der einen Seite der Oberfläche verbleibt und das überschüssige Kunststoffmaterial durch Preßformung in ein der komplementären Formungen gebracht wird,
(6) Wärme dissipiert mittels der leitenden Kühlkapazität der Stempelteile und der Spitze, wobei es auf diese Weise dem geformten Kunststoff ermöglicht wird, sich in seiner substratdurchtränkten und formzeugfüllenden Form zu verfestigen.
Ein derartiger, oben beschriebener Gegenstand kann dann verwendet werden zur Befestigung funktioneller Kunststoffkomponenten an einem porösen Substrat, in welchem der Überschuß des Kunststoffmaterials verwendet wird, die funktionelle Kunststoffkomponente zu erstellen.

Claims

1. In situ-geformtes Verschlußelement mit einem porösen Substrat (15, 15', 15'', 32, 32') und einem funktionellen Kunststoffelement (12, 14)' das an einer Seite des Substrats (15, 15', 15''' 32, 32') angeordnet und auch dort geformt worden ist, wobei das Kunststoffmaterial des funktionellen Kunststoffelements (12, 14) am Ort des funktionellen Kunststoffelements (12, 14) sich integrierend durch das Substrat (15, 15', 15'', 32, 32') erstreckt und die Substratporen durchtränkt, wobei durch Druckverformung eines Kunststoffstücks (44, 44'), welches mit dem Substrat (15, 15', 15'', 32, 32') so in Kontakt gebracht wird, daß Kontakte über viele Punkte hergestellt werden, von denen jeder wie ein kleiner Bereich zur Fokussierung von Energie wirkt, um lokal das fortschreitende Schmelzen des Kunststoffstücks (44, 44') zu initiieren, eine "Randzonen-freie" Grenzflächenrelation zwischen dem funktionellen Kunststoffelement (12, 14) und dem vollständig durchtränktem Substrat (15, 15', 15'', 32, 32') erhaltbar ist, wobei die Druckverformung durch eine Schall- oder Ultraschallmodulation einer kontinuierlichen Kraft, welche in Normalenrichtung auf dem Substrat gerichtet ist, und durch einen direkten Kontakt zwischen einem Schall- oder Ultraschallwandler (43) und dem Kunststoffstück (44, 44') ausgeübt wird.

2. Verschlußelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffelement ein Druckknopfelement (122, 123, 12, 14) ist.

3. Verschlußelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (15, 15', 15'', 32, 32') aus elastischem Material ist.

4. Verschlußelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (15, 15', 15'', 32, 32') ein Teil einer Hülle ist.

5. Verschlußelement nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckknopfelement (122, 123, 12, 14) eines von zwei zusammenwirkenden lösbar befestigbaren Elementen (122, 123, 12, 14) ist, die als getrennte aber integral geformte Baugruppe an den Teilen der Hülle aus porösem Substrat (15, 15', 15'', 32, 32') angeordnet sind.

6. Verschlußelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (14, 12, 123, 122) eines einer Vielzahl ist, die verteilt und beabstandet angeordnet sind.

7. Verschlußelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (15, 15', 15'', 32, ä'2') ein erstes und ein zweites gestrecktes Band (120, 121) aus elastischem, porösem Material, eine verteilte und beabstandete Anordnung von ersten Kunststoff-Druckknopfelementen (122), wobei jedes der ersten Elemente an einer Seite des ersten Bands (120) angeordnet und auch dort geformt worden ist, eine entsprechend verteilte und beabstandete Anordnung von zweiten Kunststoff-Druckknopfelementen (123) aufweist, wobei jedes der zweiten Elemente an einer Seite des zweiten Bands (121) angeordnet und auch dort geformt worden ist, wobei das Material jeder der Druckknopfelemente (122, 123) die Bandmaterialporen durchtränkt und sich integrierend durch das Bandmaterial erstreckt, an dem es angeordnet und geformt worden ist, und die ersten Druckknopfelemente (122) und die zweiten Druckknopfelemente (123) lösbar befestigbar sind.

8. Verschlußelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder (120, 121) durch ein gegenseitig lösbares in Eingriffstehen der entsprechenden ersten und zweiten Druck- Verschlußelemente (122, 123) vorangeordnet sind.

9. Verschlußelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich an der anderen Seite des Substrats (15, 15', 15'', 32, 32') eine Kunststoffdeckschicht (18, 25, 30) mit durchtränkten Poren vorgesehen ist, diese Deckschicht ist integrierend mit der Druckknopfelement (12, 14) über das porendurchtränkte Kunststoffmaterial verbunden.

10. Verschlußelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckknopfelement (122, 123, 12, 14) eine zentrale Symmetrieachse besitzt, die lokal in Normalenrichtung auf das Substrat (15, 15', 15'', 32, 32') vorgesehen ist, dieses Element weist eine kreisförmige Basis (18, 19, 24, 25), die kontinuierlich die Kunststoffimpregnierung aller unter der Basis liegenden Substratporen bedeckt und mit diesen integrierend verbunden ist, und einen aktiven Druckknopfbestandteil (12, 16, 17, 20, 26; 14, 21, 22, 23, 27) auf in ansteigender Versetzung von der Basis, dieser Bestandteil ist ringförmig und integrierend mit der Basis und der porösen Impregnierung gebildet.

11. Verschlußelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Basis radial versetzt von dem ringförmigen Bestandteil angeordnet ist.

12. Verschlußelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Bestandteil ein Teil einer Druckknopfstiftkonfiguration (12) ist.

13. Verschlußelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Bestandteil ein Teil einer Druckknopfsockelkonfiguration (14) ist.

14. Verschlußelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Element zusätzlich an der anderen Seite des Substrats (15, 15', 15'', 32, 32') eine kreisförmige Kunststoffdeckschicht (18, 24) aufweist, die kontinuierlich die Basis bedeckt und mit dieser integrierend über porendurchtränkte Kunststoffmaterial verbunden ist.

15. Verschlußelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (18, 25) im wesentlich fluchtgerecht mit der anderen Seite des Substrats (15, 15', 15'', 32, 32') ist.

16. Verschlußelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (18, 25) zusätzlich einen entlang des Umfangs kontinuierlich mit Wulsten versehenen ringförmigen Rand (19, 24) aufweist, der sich nach außen an der anderen Seite des Substrats (15, 15', 15'', 32, 32') erstreckt.

17. Verschlußelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (18, 25) mindestens einige versetzende Verdickungen (52, 56) aufweist, die sich von der anderen Seite des Substrats (15, 15', 15'', 32, 32') weg erstrecken.

18. Verschlußelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckknopfelement (12, 14) eine zentrale Symmetrieachse besitzt, die lokal in Normalenrichtung auf das Substrat (15, 15', 15'', 32, 32') vorgesehen ist, dieses Element weist eine kreisförmige Formung auf, die sich mit ansteigender Versetzung von der einen Seite des Substrats (15, 15', 15'', 32, 32') erhebt und integrierend mit der porösen Impregnierung gebildet ist.

19. Verschlußelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmige Formung in radialer Richtung hinreichend dünn ist, um diese an ihrem versetzten Ende nachgebend verformbar zu machen.

20. Verschlußelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Verbundstoff aus mehreren Schichten ist.

21. Verfahren zum Impregnieren eines porösen Substrats (15, 15', 15'', 32, 32') mit Kunststoff, das die Schritte der Anordnung von mindestens einem Kunststoffstück (44, 44') und einem porösen Substrat (15, 15', 15'', 32, 32') in Formen (33, 34, 33', 34', 50, 51, 53, 53', 57, 58, 66, 67), so daß die Formen (33, 34, 33', 34', 50, 51, 53, 53', 57, 58, 66, 67) das Substrat (15, 15', 15'', 32, 32') festklemmen und das mindestens eine Kunststoffstück (44, 44') das Substrat (15, 15', 15'', 32, 32') berührt, so daß ein Kontakt über viele Punkte entsteht, des Ausübens von Formungsdruck auf das mindestens eine der Kunststoffstücke (44, 44') durch eine Schall- oder Ultraschallmodulation einer kontinuierlichen Kraft, welche in Normalenrichtung auf dem Substrat gerichtet ist, und durch einen direkten Kontakt zwischen einem Schall- oder Ultraschallwandler (43) und dem Kunststoffstück (44, 44') und der in situ Druckverformung der Kunststoffstücke (44, 44') aufweist, so daß jeder der Kontaktpunkte wie ein kleiner Bereich zur Fokussierung von Energie wirkt, um lokal das fortschreitende Schmelzen der Kunststoffstücke (44, 44') zu initiieren und das Substrat (15, 15', 15'', 32, 32') mit Kunststoff zu durchtränken.

22. Verfahren nach Anspruch 21, in welchem das mindestens eine der Kunststoffstücke (44, 44') in die Form (33, 34, 33', 34', 50, 51, 53, 53', 57, 58, 66, 67) eingeführt bevor das Substrat (15, 15', 15'', 32, 32') festgeklemmt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, zum Anbringen eines Druckknopfelements (12, 14) an dem porösen Substratmaterial (15, 15', 15'', 32, 32'), so daß das Druckknopfelement (12, 14) lösbar an einem anderen Druckknopfelement (12, 14) befestigt werden kann, wobei die beiden Elemente komplementäre Formungen aufweisen, die lösbar druckverschließbar sind, gekennzeichnet durch die in situ Druckverformung eines Kunststoffstücks (44, 44') auf und gegen die Oberfläche des Substratmaterials (15, 15', 15'', 32, 32') während ein Gegenamboß an der gegenüberliegenden Oberfläche des Substratmaterials (15, 15', 15'', 32, 32') angelegt ist, die Druckenergie hinreichend groß gewählt ist, um den Teil des Kunststoffs vorübergehend durch Teilchen-Teilchen Reibung zu erhitzen und weich zu machen, der in der Ausgangslage des Kunststoffstücks mit dem Substrat in einem Kontakt über viele Kontaktpunkte steht, von denen jeder ein kleiner Bereich einer Energiefokussierung ist, um die lokale Initiierung. Des Schmelzens und um die lokale, poröse Durchtränkung des Substrats (15, 15', 15'', 32, 32') zu verursachen, und das Volumen des Kunststoffstücks (44, 44') ist größer als es für die poröse Durchtränkung notwendig ist, wobei überschüssige Kunststoffmaterial nach der poröse Durchtränkung des Substrats (15, 15', 15'', 32, 32') auf der einen Oberfläche bleibt, die Preßformung des überschüssigen Kunststoffmaterials zu einer der komplementären Formungen.

24. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Formung mit einer zentralen Bohrung in einem im allgemeinen zylinderförmigen, von der porösen Durchtränkung abstehenden Ring (22) bereitgestellt ist, in welchem ein Druckapplikator zur lokalen im allgemeinen zylinderförmigen Definition des Profils der Bohrung ausgewählt ist und in welchem ein ringförmiger Formungsstempel zur Definition des im allgemeinen zylinderförmigen Rings (22) in Verbindung mit dem Verschieben des Applikators innerhalb des Formungsstempel gewählt ist.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckapplikator mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden, kontinuierlichen, konvexen, wulstigen Spitzendkontur für die Definition des Bohrungssockel dieses Elements ausgewählt ist.

26. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallmodulation früher als die kontinuierlichen Kraft beendet wird.

27. Verfahren nach Anspruch 21 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffstück (44, 44') das Produkt des Abschneidens einer vorbestimmten Länge eines Kunststoffstabes ist, dieses Abschneiden ein automatisierter Zyklus ist, der mit einem automatisierten Zyklus der Druckverformung und der Stempelformung synchronisiert ist.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffstab unmittelbar vor dem Abschneiden der Stücke auf Erweichungstemperatur vorerhitzt ist.

29. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22 zur Herstellung eines Fabrikationsartikels mit

(a) einem porösem Substrat oder gestreckten Bändern eines elastischen porösen Materials (15, 15', 15'', 32, 32') und

(b) einem funktionellen Kunststoffelement oder einem Druckknopfelement (122, 123) aus Kunststoffmaterial, welche lösbar an einem anderen Druckknopfelement befestigbar sind, wobei die beiden Elemente komplementäre Formungen aufweisen, die lösbar druckverschließbar sind, das in situ Kunststofformen weist die folgenden Schritte auf:

(1) ein Kunststoffstück (44, 44') wird durch formgebende obere und untere Stempel (33, 34) in eine eingeklemmte Position gebracht, wobei das Kunststoffstück (44, 44') gegen eine Oberfläche des Substratmaterials (15, 15', 15'', 32, 32') gepreßt wird, während ein Gegenamboß an der gegenüberliegenden Oberfläche des Substratmaterials (15, 15', 15'', 32, 32') angelegt ist

(2) ein Ende (40) einer Energievorrichtung (43) wird nach unten gerichtet mit dem Kunststoffstück (44, 44') zu einem definierten Halt in Kontakt gebracht, um das Ende (40) gegen ein weiteres Fortschreiten zu halten,

(3) die Druckenergie wird hinreichend groß gewählt, um vorübergehend durch Teilchen-Teilchen Reibung, welche von der Druckenergievorrichtung resultiert, insbesondere von der Ultraschallbewegung des Kolbens, den Teil des Kunststoffs, der mit dem Substrat in Kontakt steht, erhitzt und erweicht, wobei das Kunststoffstück (44, 44') fortschreitend, ausgehend vom Substrat nach oben schmilzt und das anfängliche Ineingriffstehen des Kunststoffstücks mit dem Substrat einen Kontakt über viele Punkte aufweist so daß jeder der Kontaktpunkte ein kleiner Bereich zur Fokussierung von Energie ist, um das Schmelzen zu initiieren

(4) eine in-situ lokale poröse Durchtränkung in und durch ein dazwischen liegendes poröses Substrat (15, 15', 15'', 32, 32') zu verursachen,

(5) wobei überschüssiges Kunststoffmaterial nach der lokalen porösen Durchtränkung des Substrats (15, 15', 15'', 32, 32') auf der einen Seite der Oberfläche verbleibt und das überschüssige Kunststoffmaterial durch Preßformung in eine der komplementären Formungen gebracht wird, und

(6) Wärme dissipiert mittels der leitenden Kühlkapazität der Stempelteile (33, 34) und des Endes (40), auf diese Weise wird dem geformten Kunststoff die Möglichkeit gegeben, sich in seiner substratdurchtränktem und formzeugfüllenden Form zu verfestigen.