CH686820A5 - Thermo-forming of semi-finished prods. made from composite materials - Google Patents
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Abstract
Description
1 1
CH 686 820 A5 CH 686 820 A5
2 2nd
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Verformung, insbesondere zum Biegen, von Halbzeugen aus thermoformbaren Verbundwerkstoffen zu Formteilen gemäss dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 17. The invention relates to a method and a device for thermal deformation, in particular for bending, of semi-finished products made of thermoformable composite materials to form molded parts according to the preamble of claims 1 and 17.
Begriffe Terms
Thermoformbare Werkstoffe sind Werkstoffe, die mit Mitteln der Erwärmung und Druckerzeugung zu Formteilen umgeformt werden können. Zweck der Erwärmung ist es, den Werkstoff thermoformbar zu machen. Thermoformable materials are materials that can be formed into molded parts by means of heating and pressure generation. The purpose of heating is to make the material thermoformable.
Thermoformbare Verbundwerkstoffe sind Mehrstoffwerkstoffe, die aus mindestens zwei Werkstoffen bestehen; nämlich aus einem ersten thermoformbaren Werkstoff, der mit Mitteln der Erwärmung und der Druckerzeugung formbar ist, und welcher seinerseits zweite Werkstoffe wie z.B. Fasern aus Metall, Kohlenstoff, Glas, Aramid und gegebenenfalls weitere Werkstoffe in anderen Formen miteinander verbindet. Zu den thermoformbaren Werkstoffen zählen sowohl Thermoplaste wie Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polyetherimid (PEI), als auch Werkstoffe wie Polymethacrylimid-Hartschaumstoff als Werkstoff für den Kern eines Sandwiches. Ein Sandwich in diesem Zusammenhang ist ein Verbundwerkstoff, der aus mindestens einer dünnen Deckschicht, mindestens einem Kern und einer adhäsiven Schicht dazwischen besteht, welche die Deckschicht und den Kern miteinander verbindet. Eine besondere Ausführung von Sandwiches sind jene mit Leichtmetallwaben und/oder Nomex™ (Fa. Du Pont de Nemours) als Kernmaterial. Sind Verbundwerkstoffe thermoformbar, so sind sie mit dem erfindungsgemässen Verfahren umformbar. Thermoformable composite materials are multi-material materials that consist of at least two materials; namely from a first thermoformable material which can be shaped by means of heating and pressure generation, and which in turn is made of second materials such as e.g. Fibers made of metal, carbon, glass, aramid and possibly other materials in other forms. Thermoformable materials include thermoplastics such as polypropylene (PP), polyamide (PA), polyetherimide (PEI), as well as materials such as rigid polymethacrylimide foam as the material for the core of a sandwich. A sandwich in this context is a composite material which consists of at least one thin cover layer, at least one core and an adhesive layer in between, which connects the cover layer and the core to one another. A special version of sandwiches are those with light metal honeycombs and / or Nomex ™ (Du Pont de Nemours) as the core material. If composite materials are thermoformable, they can be deformed using the method according to the invention.
Ziel und Zweck der Verwendung von Verbundwerkstoffen ist, die Eigenschaften der einzelnen Komponenten des Verbundes zu kombinieren, um andere und/oder verbesserte Eigenschaften mit dem Verbund zu erhalten. Beispielhaft sei eine metallische Einlage, ein- oder mehrlagig, in eine Thermoplastmasse genannt zwecks Abschirmung oder Schutz vor elektromagnetischen Feldern oder die Verwendung von Kohlenstoff- oder Glasfasern zur Verstärkung eines thermoplastischen Kunststoffes. Auch ein verbessertes Crash-Verhalten oder ein verbessertes Schwingungsverhalten eines Bauteils können den Einsatz von Verbundwerkstoffen rechtfertigen. The aim and purpose of using composite materials is to combine the properties of the individual components of the composite in order to obtain other and / or improved properties with the composite. Examples include a metallic insert, one or more layers, in a thermoplastic compound for the purpose of shielding or protection against electromagnetic fields, or the use of carbon or glass fibers to reinforce a thermoplastic. Improved crash behavior or an improved vibration behavior of a component can also justify the use of composite materials.
Ein thermoformbarer Zustand ist der erwärmte Zustand eines Verbundwerkstoffes, in dem sich der Verbundwerkstoff mit den von der Vorrichtung zur Verfügung gestellten Kräften bleibend verformen lässt. Die für den thermoformbaren Zustand erforderliche Temperatur hängt wesentlich vom Aufbau des Verbundwerkstoffes ab. A thermoformable state is the heated state of a composite material in which the composite material can be permanently deformed using the forces provided by the device. The temperature required for the thermoformable state essentially depends on the structure of the composite material.
Unter Halbzeugen werden Flachkörper, Formkörper oder ähnliche verstanden, die aus thermoformbaren Verbundwerkstoffen bestehen, und die alle Flachkörpersektionen - mindestens an einem freien Ende - aufweisen, d.h. gebietsweise ebene Bereiche. Semi-finished products are understood to mean flat bodies, shaped bodies or the like which consist of thermoformable composite materials and which all flat body sections have - at least at one free end - i.e. partially flat areas.
Liegt ein thermoformbarer Verbundwerkstoff vor, so muss für die Anwendung dieses Verfahrens neben der Bedingung der Thermoformbarkeit das Halbzeug auch konsolidiert sein. Mit dem Ausdruck «konsolidiert» wird ausgedrückt, dass ein schichtweise aufgebautes Halbzeug gebildet ist, bei dem -auch unterschiedliche Zusammensetzung besitzende - Schichten mit der Matrix (=Kunststoff) ver-presst sind. Die Schichten können nach bestimmten Richtungen orientiert sein. Wird ein konsolidierter Verbundwerkstoff erwärmt und ohne Druckanwendung auf den erwärmten Teil abgekühlt, so wird die Adhäsion zwischen den einzelnen Schichten nach der Abkühlung wesentlich herabgesetzt. Diese, im folgenden auch Delamination genannte Reaktion des Werkstoffes entspricht einer erheblichen Veränderung der Eigenschaften desselben im Vergleich zum konsolidierten Zustand vor dessen Erwärmung. Diese Delamination kann verhindert werden, indem mit Mitteln der Druckanwendung Druck auf den erwärmten Teil eines vorher konsolidierten Verbundwerkstoffes aufgebracht wird. Damit wird der Werkstoff «rekonsolidiert». If a thermoformable composite material is present, then in addition to the condition of thermoformability, the semifinished product must also be consolidated in order to use this method. The expression “consolidated” means that a semi-finished product is formed in layers, in which layers - also with different compositions - are pressed with the matrix (= plastic). The layers can be oriented in certain directions. If a consolidated composite material is heated and cooled to the heated part without applying pressure, the adhesion between the individual layers after the cooling is significantly reduced. This reaction of the material, also called delamination in the following, corresponds to a considerable change in the properties of the material compared to the consolidated state before it was heated. This delamination can be prevented by applying pressure to the heated part of a previously consolidated composite material by means of the pressure application. This means the material is "re-consolidated".
Stand der Technik State of the art
Zur Herstellung gekrümmter Bauteile aus derartigen Halbzeugen sind verschiedene Verfahren bekannt. Ihnen gemeinsam ist das Aufbringen von Temperatur auf das Halbzeug mit anschliessender Umformung durch Druck. Da die Art der Temperatur- und Druckverteilung zwecks Konsolidierung des Halbzeugs nach dem Umformschritt wichtig ist, wird meistens das gesamte Halbzeug erwärmt und mit Hilfe von Druck auf dem gesamten Halbzeug umgeformt, z.B. im Press-Verfahren: Das Halbzeug wird erwärmt und unter Temperatur und Druck und mit einigen zusätzlichen Hilfsmitteln gegen das Werkzeug umgeformt, ein energie-, weil zeitaufwendiger Prozess. Eine Verbesserung ist, auf das Halbzeug nur begrenzt Temperatur und Druck an der Umformstelle aufbringen zu müssen, um Zeit und Energie zu sparen. Auch der apparative Aufwand hält sich dabei in Grenzen. Nach der Offenlegungsschrift WO 86/03451 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem ein ebenes, faserverstärktes Thermoplastblech lokal aufgeheizt und gebogen wird. Lokal wird die Erwärmung begrenzt auf die Biegezone, d.h. durch die Differenz zwischen innerem und äusserem Biegeradius ^unterschiedlicher Teilkreisumfang) und die Verwendung von Fasern kommt es zum «Ausbeulen» bzw. «Ausscheren» der Fasern aus der Biege- und Blechebene. Das bedeutet ein Verlust an mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes sowie eine Verletzung des Materials, wenn z.B. ein Einsatz des gebogenen Bauteils in feuchter oder korrosiver Umgebung vorgesehen ist. Various methods are known for producing curved components from such semi-finished products. What they have in common is the application of temperature to the semi-finished product, followed by forming by pressure. Since the type of temperature and pressure distribution is important for the consolidation of the semi-finished product after the forming step, the entire semi-finished product is usually heated and shaped with the help of pressure on the entire semi-finished product, e.g. in the press process: the semi-finished product is heated and reshaped against the tool under temperature and pressure and with a few additional aids, an energy-intensive, time-consuming process. One improvement is that the semifinished product only has to be subjected to limited temperature and pressure at the forming point in order to save time and energy. The outlay on equipment is also limited. According to the published patent application WO 86/03451, a method is known in which a flat, fiber-reinforced thermoplastic sheet is locally heated and bent. Locally, the heating is limited to the bending zone, i.e. due to the difference between the inner and outer bending radius ^ different pitch circle circumference) and the use of fibers there is a "bulging" or "pulling out" of the fibers from the bending and sheet metal level. This means a loss of mechanical properties of the material and a violation of the material if e.g. the bent component is intended to be used in a damp or corrosive environment.
Nach der Europäischen Patentanmeldung EP 456 121 - A1 ist ein Verfahren zum Gesenkbiegen bekannt: Auch hier erfolgt eine auf die Biegezone lokal begrenzte Erwärmung eines Halbzeugs, was ein Ausbeulen der Fasern zur Folge hat. Bei Winkeln > 45° knicken die Fasern im Innenkrümmungs-bereich weg - das im Faserverbundbereich bekannte «Fibre Bückling» -, um die Längendifferenz zwi- According to European patent application EP 456 121 - A1, a method for die bending is known: Here too, a semi-finished product is heated locally, which results in bulging of the fibers. At angles> 45 °, the fibers bend away in the inner curvature area - the “Fiber Buckle” known in the fiber composite area - to reduce the length difference between
5 5
10 10th
15 15
20 20th
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30 30th
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4 4th
sehen Aussen- und Innenradius zu kompensieren (Composites Polymers Nr. 1, März 1990, S. 31-44, H. Van Dreumel, Origami Technology Creative Manufacturing of Advanced Composite Parts). Das führt zur Aufdickung in der Biegezone und zu einer Reduktion der Festigkeiten des Bauteils in diesem Bereich durch Delamination. see compensating the outside and inside radius (Composites Polymers No. 1, March 1990, pp. 31-44, H. Van Dreumel, Origami Technology Creative Manufacturing of Advanced Composite Parts). This leads to thickening in the bending zone and a reduction in the strength of the component in this area due to delamination.
Obwohl dieses «Bückling» als natürliche Folge des Thermofold-Prozesses und als Kompromiss zwischen struktureller Integrität und Fertigungsmachbarkeit zu akzeptieren sei, ergeben sich aus einem derartigen Verfahren Nachteile, denen meistens nur mit weiteren Bearbeitungsschritten begegnet werden kann. Although this “buckling” is to be accepted as a natural consequence of the thermofold process and as a compromise between structural integrity and feasibility of manufacture, disadvantages arise from such a process, which can usually only be countered with further processing steps.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gelöst, bei welchen eine exakte Positionierung und Fixierung des Halbzeugs sichergestellt wird, eine Erwärmung des Halbzeugs im umzuformenden Bereich erzeugt wird, unter Druckeinwirkung eine Verformung erfolgt, eine Re-konsolidierung ermöglicht und eine rasche Abkühlung gewährleistet wird. The object of the invention is achieved by a method and a device in which an exact positioning and fixing of the semi-finished product is ensured, heating of the semi-finished product is produced in the area to be formed, deformation takes place under the action of pressure, re-consolidation is made possible and rapid cooling is guaranteed.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäss dem Wortlaut des Patentanspruches 1 und einer Vorrichtung gemäss dem Wortlaut des Patentanspruches 17 gelöst. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. According to the invention, this object is achieved with a method according to the wording of claim 1 and a device according to the wording of claim 17. The invention is explained in more detail below with reference to the drawings.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 Um 90° gebogenes Halbzeug, bei dem das bekannte Ausbeulen der Schichten auftritt Fig. 1 90 ° bent semi-finished product, in which the known bulging of the layers occurs
Fig. 2 Erfindungsgemässes um 90° gebogenes Halbzeug Fig. 2 semi-finished product according to the invention
Fig. 3 Flussdiagramm zur Darstellung des Verfahrens Fig. 3 flow chart to illustrate the method
Fig. 4 Vorrichtung zur thermischen Verformung in schematischer Darstellung im Schnitt Fig. 4 device for thermal deformation in a schematic representation in section
Fig. 5 Vorrichtung zur thermischen Verformung nach erfolgter 180°-Verformung in schematischer Darstellung im Schnitt Fig. 5 apparatus for thermal deformation after 180 ° deformation in a schematic representation in section
Fig. 6 Vorrichtung zur thermischen Verformung mit versetztem Werkzeug in schematischer Darstellung im Schnitt Fig. 6 device for thermal deformation with offset tool in a schematic representation in section
Fig. 7A Thermoverformtes Halbzeug mit konstantem Radius als Verformungsprofil Fig. 7A thermoformed semi-finished product with a constant radius as a deformation profile
Fig. 7B Thermoverformtes Halbzeug mit nichtkonstantem Radius als Verformungsprofil Fig. 7B thermoformed semi-finished product with a non-constant radius as a deformation profile
Fig. 1 zeigt ein um 90° gebogenes Halbzeug 10, bestehend aus den Schichten 1-4, bei dem das bekannte Ausbeulen im Bereich 5 der auf der Innenseite der Krümmung liegenden Schichten auftritt. Die Schichten des thermoformbaren Verbundwerkstoffes können nicht frei abgleiten. Somit beulen die Schichten innen aus (Fibre Bückling), da die Enden des Verbundes durch Nichterwärmung fixiert bleiben. Dieses gebogene Halbzeug 10 besitzt auf beiden Seiten glatte Enden. 1 shows a semi-finished product 10 bent by 90 °, consisting of layers 1-4, in which the known bulging occurs in area 5 of the layers lying on the inside of the curvature. The layers of the thermoformable composite cannot slide freely. Thus, the layers bulge on the inside (fiber buckling), since the ends of the composite remain fixed due to non-heating. This curved semi-finished product 10 has smooth ends on both sides.
Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemässes um 90° gebogenes Halbzeug 20, bestehend aus den Schichten 21-24. Die Schichten des Verbundwerkstoffes gleiten untereinander frei ab, wenn der zu verformende Bereich A-A' des Halbzeugs durch Mittel der Erwärmung in den thermoformbaren Zustand gebracht wird. Dies äussert sich durch ein nach Stufen gegliedertes Halbzeugende auf der einen Seite mit den Schichtenden 21', 22', 23' und 24'. Sind alle Schichten des Halbzeuges im umzuformenden Bereich druckbeständig, d.h. verändern sie ihre Dicke durch die Druckausübung der Mittel zur Verformung nicht wesentlich, so bleibt die Dicke des Halbzeuges im verformten Bereich durch das Abgleiten der Schichten untereinander erhalten. FIG. 2 shows a semifinished product 20 bent by 90 ° according to the invention, consisting of layers 21-24. The layers of the composite material slide freely from one another when the region A-A 'of the semi-finished product to be deformed is brought into the thermoformable state by means of heating. This manifests itself in a semi-finished product, divided into stages, on one side with the layer ends 21 ', 22', 23 'and 24'. Are all layers of the semi-finished product resistant to pressure in the area to be formed, i.e. If they do not change their thickness significantly due to the pressure exerted by the means for deformation, the thickness of the semi-finished product in the deformed area is retained by the layers sliding off from one another.
Fig. 3 zeigt das Flussdiagramm des erfindungs-gemässen Verfahrens in schematischer Darstellung. Ausgangspunkt ist ein thermoformbares Halbzeug. Diese Halbzeuge werden in anderen Verfahren, z.B. Press-, Autoklav- oder Diaphragmaverfahren, durch Aufbringen von Druck und Temperatur hergestellt und besitzen Flachkörpersektionen am einen freien Ende, d.h. gebietsweise ebene Bereiche, die eine Weiterverarbeitung mit den hier vorgestellten Verfahren und Vorrichtungen erlauben. 3 shows the flowchart of the method according to the invention in a schematic representation. The starting point is a thermoformable semi-finished product. These semi-finished products are used in other processes, e.g. Press, autoclave or diaphragm processes, produced by applying pressure and temperature and have flat body sections at one free end, i.e. regionally flat areas which allow further processing with the methods and devices presented here.
1. Einlegen und Positionieren 1. Insert and position
Auf einer ebenen Arbeitsplatte, die als Grundelement des Verfahrens dient, erleichtern Positionierhilfen das exakte Einlegen des Halbzeugs, wie etwa verschiebbare Anschlagwinkel mit/ohne Skaleneinteilung, in Arbeitsplatte integrierte Vakuumnäpfe, Handhabungsautomaten und dergleichen. Die Arbeitsplatte kann aber auch die Form eines Auflagebalkens aufweisen, wenn z.B. ein bereits erstmals thermoverformtes Halbzeug für eine zweite Verformung eingelegt und positioniert werden soll. Die Arbeitsplatte kann auch Schlitze, Vertiefungen oder dergleichen, aufweisen, in welchen beispielsweise ein bereits erstmals thermoverformtes Halbzeug die verformten Bereiche aufzunehmen in der Lage ist. On a flat worktop, which serves as the basic element of the method, positioning aids facilitate the exact insertion of the semi-finished product, such as displaceable stop angles with / without scale division, vacuum cups integrated in the worktop, handling machines and the like. The worktop can also have the shape of a support beam, e.g. if a thermoformed semi-finished product is to be inserted and positioned for a second deformation for the first time. The worktop can also have slots, depressions or the like in which, for example, a semi-finished product that has already been thermoformed for the first time is able to accommodate the deformed areas.
Zur Minderung der Adhäsionskräfte beim späteren Verformungsvorgang wird das Halbzeug ein-oder beidseitig mit einer Trennfolie belegt, und/oder es wird die Schwenkwange, das Werkzeug und die Arbeitsplatte mit einem Trennmittel beschichtet. To reduce the adhesive forces during the later deformation process, the semi-finished product is covered on one or both sides with a release film, and / or the swivel beam, the tool and the worktop are coated with a release agent.
2. Fixieren 2. Fix
Fixierhilfen halten das Halbzeug an seinen Flachkörpersektionen relativ zur Arbeitsplatte fest, um die eindeutige Zuordnung der Verformungszone auf dem Halbzeug zu gewährleisten. Zu den Mitteln zur Fixierung gehören Klemmeinrichtungen und insbesondere ein Werkzeug, um welches später die Verformung erfolgt und mit welchem Druck auf eine Flachkörpersektion des Halbzeugs erzeugt wird. Hierzu dient ein im wesentlichen senkrecht zur Arbeitsplatte angeordneter Antrieb. Fixing aids hold the semi-finished product at its flat body sections relative to the worktop in order to ensure the clear assignment of the deformation zone on the semi-finished product. The means for fixing include clamping devices and in particular a tool, around which the deformation occurs later and with which pressure is generated on a flat body section of the semi-finished product. A drive arranged essentially perpendicular to the worktop serves this purpose.
3. Erwärmen 3. Warm up
Die Mittel der Erwärmung des Halbzeugs sind zahlreich: Kontaktheizung, Infrarotstrahlungsheizung, Konvektionsheizung (Heissluft), Ultraviolett-Strahlungsheizung, Induktionsheizung, dielektrische Heizung. Die letzteren drei Heizverfahren sind unvorteilhaft, da sie entweder eine zu hohe Strahlungsenergie aufweisen (UV-Strahler) und damit zu The means of heating the semi-finished product are numerous: contact heating, infrared radiation heating, convection heating (hot air), ultraviolet radiation heating, induction heating, dielectric heating. The latter three heating methods are disadvantageous because they either have too high a radiation energy (UV radiator) and therefore too
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einem Abbau des Kunststoffes im Halbzeug führen können, eine zu inhomogene Durchwärmung bewerkstelligen (Induktion) oder ihr Einsatz auf nichtleitende Werkstoffe beschränkt bleibt (dielektrische Heizung = Mikrowellenheizung, nicht anwendbar bei Kohlenstofffasern im Halbzeug) sowie der apparative Aufwand momentan noch zu gross ist. Die er-steren 3 Heizverfahren können einzeln oder in Kombination, sowie einseitig oder beidseitig auf den zu verformenden Bereich des Halbzeugs einwirken. Jede Wärmequelle wird auf ein ganz bestimmtes Wirkungsfeld gerichtet, wo sie ihre Leistung primär abgeben soll; es können auch mehrere Wärmequellen auf das gleiche Wirkungsfeld wirken. Vorzugsweise wird eine Infrarot-Strahler-Heizung (kurz IR-Heizung) verwendet. Diese Heizung ermöglicht eine kostengünstige und einfach handhabbare Erwärmung der verwendbaren thermoformbaren Halbzeuge. Abhängig von der Art des zu formenden Halbzeugs ist eine Erwärmung von beiden Seiten des Halbzeugs ratsam, um kürzere Prozesszykluszeiten und eine homogenere, bzw. gleichmässigere Durchwärmung zu erzielen. Zur Steuerung des Aufheizens sind Temperatursensoren wie Thermoelemente, Widerstandstemperaturfühler oder Pyrometer vorzusehen. can lead to degradation of the plastic in the semi-finished product, bring about inhomogeneous heating (induction) or its use is limited to non-conductive materials (dielectric heating = microwave heating, not applicable to carbon fibers in the semi-finished product) and the equipment currently is too great. The first 3 heating processes can act individually or in combination, as well as on one or both sides on the area of the semi-finished product to be deformed. Each heat source is directed to a very specific field of activity, where it should primarily give off its output; several heat sources can also act on the same field of action. An infrared radiator heater (IR heater for short) is preferably used. This heating enables inexpensive and easy-to-use heating of the usable thermoformable semi-finished products. Depending on the type of semi-finished product to be formed, heating from both sides of the semi-finished product is advisable in order to achieve shorter process cycle times and more homogeneous or more uniform heating. Temperature sensors such as thermocouples, resistance temperature sensors or pyrometers must be provided to control heating.
4. Verformen 4. Deform
Mittel zum Verformen, bzw. Biegen, des Halbzeugs sind Mittel, die den in den thermoformbaren Zustand gebrachten Bereich des Halbzeugs um das Werkzeug verformen, bzw. biegen, wobei ständig ein Druck anliegt. Dieser Druck wird über eine Schwenkwange auf den zu verformenden Bereich des Halbzeugs übertragen, und zwar entlang einer Linie, bzw. bandähnlichen Zone, entsprechend der Kontaktlinie, bzw. der Kontaktfläche, welche sich durch den Kontakt der Schwenkwange mit dem Halbzeug ergibt. Die Schwenkwange ihrerseits wird durch einen Schwenkmechanismus geführt, welcher die Kontaktlinie, bzw. die Kontaktfläche, nach Ort, Zeit und Druck definiert. Die Verwendung einer automatischen Steuerung für den Schwenkmechanismus, wie auch für den gesamten Ablauf des vorgestellten Verfahrens, ergibt eine hohe Reproduzierbarkeit der thermoverformten Halbzeuge. Zur Formgebung während des Verformungsprozesses dient ein Werkzeug, welches am einen Ende eine Verformungs- bzw. Biegegeometrie aufweist. Unter die Mittel der Verformung fallen auch Hilfen, die die Verformungs-, bzw. Biegegeometrie, sowie die unterschiedlichen Halbzeugdicken kompensieren. Dies können zum einen von einem Verformungsprozess zum anderen fixe Einrichtungen sein, wie etwa Ver-stellschrauben oder Parallelmasse. Zum anderen können es auch variable Hilfen sein, wie etwa ela-stomere Puffer oder pneumatische, elektrische und hydraulische Hilfen. Das Werkzeug ist für die Formgebungsgeometrie verantwortlich. Diese muss aber über die Länge der Schwenkwange nicht notwendigerweise gleich, bzw. einheitlich sein. Vielmehr kann durch die Wahl von verschiedenen Krümmungsradien über die gesamte Länge der Schwenkwange die Formgebung in weiten Grenzen beeinflusst werden. So kann der Übergang von einem konstanten Radius am einen Ende der Biegewange in einen nichtkonstanten Radius am anderen Ende, der aber nur geringfügig vom konstanten Radius abweicht, zu neuen Formgebungen Anlass geben, die mit dem erfindungsgemässen Verformungsvorgang in einem Schritt erzielbar sind. Werden die Unterschiede der Krümmungsradien aber zu verschieden, so wird eine mechanische Unterteilung, bzw. Trennung, der Schwenkwange in mindestens zwei voneinander unabhängig bewegliche, jedoch gleichzeitig schwenkbare Teile unumgänglich. Die Schwenkwange zeichnet sich durch eine besondere Formstabilität bei erhöhten Temperaturen aus. Dies kann durch geeignete Werkstoffauswahl und/oder Profile der Schwenkwange erzielt werden. Ähnliche Anforderungen an die Formstabilität gelten auch für den Schwenkmechanismus, bzw. für die ganze Vorrichtung, sowie deren Bauteile und Baugruppen. Die Schwenkwange weist vorteilhafterweise eine dunkle, matte Oberfläche auf, was die Erwärmung wirkungsvoll positiv beeinflusst. Deren Material weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Means for deforming or bending the semi-finished product are means that deform or bend the area of the semi-finished product that has been brought into the thermoformable state, or bend, whereby pressure is constantly applied. This pressure is transferred via a swivel cheek to the area of the semi-finished product to be deformed, specifically along a line or band-like zone, corresponding to the contact line or the contact surface which results from the contact of the swivel cheek with the semi-finished product. The swivel beam, in turn, is guided by a swivel mechanism that defines the contact line, or the contact area, according to location, time and pressure. The use of an automatic control for the swivel mechanism, as well as for the entire sequence of the method presented, results in a high reproducibility of the thermoformed semi-finished products. A tool is used for shaping during the deformation process, which has a deformation or bending geometry at one end. The means of deformation also include aids that compensate for the deformation or bending geometry and the different semi-finished product thicknesses. On the one hand, these can be fixed devices from one deformation process to the other, such as adjusting screws or parallel mass. On the other hand, it can also be variable aids, such as elastic buffer or pneumatic, electrical and hydraulic aids. The tool is responsible for the shaping geometry. However, this does not necessarily have to be the same or uniform over the length of the swivel cheek. Rather, the shape can be influenced within wide limits by choosing different radii of curvature over the entire length of the swivel beam. For example, the transition from a constant radius at one end of the bending beam to a non-constant radius at the other end, which deviates only slightly from the constant radius, can give rise to new shapes that can be achieved in one step with the inventive deformation process. However, if the differences in the radii of curvature become too different, mechanical division or separation of the swivel cheek into at least two parts which can be moved independently but are at the same time swiveling becomes unavoidable. The swivel beam is characterized by a special dimensional stability at elevated temperatures. This can be achieved through a suitable selection of materials and / or profiles of the swivel beam. Similar requirements for dimensional stability also apply to the swivel mechanism, or for the entire device, as well as its components and assemblies. The swivel cheek advantageously has a dark, matt surface, which has a positive effect on the heating. Their material has a high thermal conductivity.
Zur Rekonsolidierung des Halbzeugs, welche anschliessend an die Verformung, bzw. bereits während derselben stattfindet, wird Druck benötigt. Dieser muss auf den in den thermoformbaren Zustand gebrachten Bereich des Halbzeugs aufgebracht werden, während und nach dem Formvorgang. Während des Formvorgangs kann Druck durch eine fixe Einrichtung wie z.B. ein zu knapp bemessener Spielraum zwischen der Schwenkwange und dem Werkzeug oder durch variable Hilfen wie pneumatische, hydraulische oder elastomere Komponenten aufgebaut werden. Pressure is required to reconsolidate the semi-finished product, which takes place after the deformation, or already during the same. This must be applied to the thermoformable area of the semi-finished product during and after the molding process. During the molding process, printing can be done by a fixed device such as insufficient scope between the swivel beam and the tool or by means of variable aids such as pneumatic, hydraulic or elastomeric components.
5. Abkühlen 5. Cool down
Zum Abkühlen des Halbzeugs genügt die natürliche Konvektion durch die Umgebungsluft kaum. Sinnvolle Abkühlhilfen sind z.B. normale Druckluft oder speziell abgekühlte Druckluft oder die Verwendung von Wasser. Natural convection from the ambient air is hardly sufficient to cool the semi-finished product. Useful cooling aids are e.g. normal compressed air or specially cooled compressed air or the use of water.
Die Rekonsolidierung braucht während des Verformungsprozesses nicht abgeschlossen zu sein. Sie kann vielmehr auch noch während des Abkühlens stattfinden und ist wesentlich von der Art des verwendeten Verbundwerkstoffes und der gewählten Art der Erwärmung abhängig. So wird die Rekonsolidierung im allgemeinen zeitlich irgendwann während der Verformung beginnen und im darauffolgenden Schritt des Abkühlens enden. Sie stellt einen wesentlichen Faktor des gesamten Verformungsprozesses dar, werden dadurch doch die mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäss thermoverformten Halbzeuges weitgehend bestimmt. Reconsolidation does not have to be completed during the deformation process. Rather, it can also take place during cooling and is essentially dependent on the type of composite material used and the type of heating selected. Reconsolidation will generally begin at some point during the deformation and end in the subsequent cooling step. It represents an essential factor of the entire deformation process, since it largely determines the mechanical properties of the thermoformed semi-finished product according to the invention.
Zur Erzielung einer besonders vorteilhaften Rekonsolidierung hat sich die Verwendung eines Vakuumsackes erwiesen, der das ganze Halbzeug umgibt und vor oder während des Verformungsvorganges evakuiert wird. To achieve a particularly advantageous reconsolidation, the use of a vacuum bag, which surrounds the entire semi-finished product and is evacuated before or during the shaping process, has proven to be useful.
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6. Freigeben 6. Release
Nachdem das Halbzeug hinreichend abgekühlt wurde, wird es über die Fixierhilfen freigegeben. Dies kann automatisch erfolgen, wenn beispielsweise die Fixierhilfen pneumatisch betätigt werden und das Halbzeug danach ausgeworfen wird. Bei grösseren Halbzeugen kann dieses beispielsweise auch manuell nach der Freigabe durch den Freigabemechanismus von der Arbeitsplatte wieder entfernt werden. After the semi-finished product has cooled down sufficiently, it is released using the fixing aids. This can take place automatically if, for example, the fixing aids are actuated pneumatically and the semi-finished product is then ejected. In the case of larger semi-finished products, this can also be removed from the worktop manually, for example, after the release by the release mechanism.
Nach dieser Freigabe steht dann ein thermoverformtes Halbzeug zur weiteren Verwendung zur Verfügung, womit das Verfahren abgeschlossen ist. After this approval, a thermoformed semi-finished product is available for further use, which completes the process.
Einzelne Verfahrensschritte können sich zeitlich überlappen, d.h. die Abgrenzung ist nicht ganz scharf zu definieren. So kann z.B. die Erwärmung auch noch während des Verformungsvorganges andauern, und zwar aktiv, falls irgendwelche Wärmequellen noch eingeschaltet bleiben, oder aber passiv, wenn die in die Vorrichtung eingebrachte Wärme nach dem Abschalten der Wärmequellen in die verschiedenen Bauteile der Vorrichtung dissipiert. Ebenfalls können die Verfahrensschritte «Abkühlen» und «Freigeben» überlappen, nämlich wenn bereits freigegeben wird, nachdem die Formstabilität erreicht wurde, und das verformte Halbzeug noch beträchtliche Wärmeinhalte aufweisen kann, die einer weiteren Abkühlung bedürfen. Individual process steps can overlap in time, i.e. the delimitation cannot be clearly defined. For example, the heating also continues during the deformation process, actively if any heat sources remain switched on, or passively if the heat introduced into the device dissipates into the various components of the device after the heat sources have been switched off. The “cooling” and “releasing” process steps can also overlap, namely if releasing is already carried out after the dimensional stability has been achieved, and the deformed semi-finished product can still have considerable heat contents which require further cooling.
Das beschriebene Verfahren weist die folgenden wichtigen Vorteile auf: The method described has the following important advantages:
- Kurze Fertigungszeiten durch lokal begrenzte Erwärmung, - short production times due to localized heating,
- Niedrige Werkzeugkosten durch Variation nur eines Werkzeuges, - Low tool costs through variation of only one tool,
- Hohe Verformungsqualität durch Abgleiten der Schichten des Halbzeugs untereinander, sodass kein Ausbeulen der innen im Krümmungsbereich liegenden Schichten auftritt, - High quality of deformation by sliding the layers of the semi-finished product together, so that there is no bulging of the layers lying inside in the area of curvature,
- Hohe Reproduzierbarkeit durch automatisierte Steuerung des Prozesses, - High reproducibility through automated process control,
- Formen von Hinterschneidungen möglich, - Forming undercuts possible
- Bau einer Vorrichtung, die wenig Energie verbraucht, und ein - Construction of a device that uses little energy and one
- Breites Anwendungsspektrum. - Wide range of applications.
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur thermischen Verformung in schematischer Darstellung im Schnitt. Auf einer Arbeitsplatte 31, welche eine ebene Auflagefläche 31' aufweist, wird ein thermoformbares Halbzeug 30 so eingelegt und positioniert, dass ein nicht zu verformender Bereich 30" auf die Arbeitsplatte zu liegen kommt und ein zu verformender Bereich 30' die Arbeitsplatte überragt. Das Halbzeug 30 besteht hier aus 4 Schichten 21-24. Mittel zum Einlegen und Positionieren des Halbzeugs sowie zur Verringerung der Adhäsionskräfte sind der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Über der Arbeitsplatte befindet sich ein Werkzeug 32, mit welchem das Halbzeug 30 auf der Arbeitsplatte 31 über die Mittel zur Fixierung 33 fixiert wird. Mit den Mitteln zur Fixierung 33, die hier nicht näher beschrieben werden, kann senkrecht auf das Halbzeug ein Druck aufgebaut werden, dass während des Verformungsvorganges das Halbzeug vorzugsweise verschiebungsfrei fixiert bleibt. Das Werkzeug Fig. 4 shows a device for thermal deformation in a schematic representation in section. A thermoformable semi-finished product 30 is inserted and positioned on a worktop 31, which has a flat contact surface 31 ', in such a way that an area 30' 'which is not to be deformed comes to lie on the worktop and an area 30' to be deformed projects beyond the worktop 30 here consists of 4 layers 21-24. Means for inserting and positioning the semi-finished product and for reducing the adhesive forces are not shown for the sake of clarity.Over the work surface there is a tool 32 with which the semi-finished product 30 is placed on the work surface 31 via the Means for fixing 33. With the means 33 for fixing, which are not described in more detail here, a pressure can be built up vertically on the semi-finished product, so that the semi-finished product preferably remains fixed without displacement during the deformation process
32 weist auf der einen Seite ein Verformungsprofil 32' auf, welches hier als konstanter Krümmungsradius mit Zentrum 32" ausgebildet ist. Das Zentrum 32" und das Ende 31" der Arbeitsplatte liegen in einer Ebene. Unterhalb des zu verformenden Bereiches 30' des Halbzeugs befindet sich eine Schwenkwange 34, die auf der dem Halbzeug zugewandten Seite eine ebene Fläche aufweist, wodurch ein planes Aufliegen des zu verformenden Bereiches 30' auf der Schwenkwange gewährleistet wird. Die Schwenkwange 34 ist so angeordnet, dass sie auf der einen Seite an die Arbeitsplatte anstösst, während sie auf der anderen Seite den zu verformenden Bereich 30' des Halbzeugs vollständig bedeckt oder sogar überragt, wobei die Auflagefläche 31' und die ebene Oberfläche 34' der Schwenkwange in einer Ebene liegen. Die Schwenkwange 34 ist über eine Halterung 35 mit einem Schwenkmechanismus 40 so verbunden, dass die Schwenkwange während des Verformungsvorganges die dafür erforderliche Bewegung durchführen kann. Oberhalb und unterhalb des zu verformenden Halbzeugs befinden sich als Mittel zur Erwärmung die IR-Strahler 50 und 50', über welche der zu verformende Bereich 30' des Halbzeugs bis in den thermoformbaren Zustand erwärmt wird. Die Leistung der IR-Strahler kann beispielsweise durch die Verwendung von geeigneten Reflektoren unterstützt werden. Die hier dargestellte Lage der Schwenkwange entspricht dem Anfangzustand des Verformungsvorganges, d.h. dem Ende des Verfahrensschrittes 3. Da es auf Grund des begrenzten Konstruktionsraumes bei bestimmten Verformungsgeometrien zu Kollisionen zwischen den einzelnen Vorrichtungskomponenten kommen kann, kann es notwendig sein, diese durch Aktoren aus dem Kollisionsbereich herauszubewegen. 32 has a deformation profile 32 'on one side, which is designed here as a constant radius of curvature with a center 32 ". The center 32" and the end 31 "of the worktop lie in one plane. Below the region 30' of the semi-finished product to be deformed there is a swivel cheek 34, which has a flat surface on the side facing the semi-finished product, thereby ensuring that the region 30 'to be deformed lies flat on the swivel cheek. The swivel cheek 34 is arranged such that it abuts the worktop on one side , while on the other hand it completely covers or even projects over the area 30 'of the semi-finished product to be deformed, with the bearing surface 31' and the flat surface 34 'of the swivel cheek lying in one plane 40 connected so that the swivel cheek performs the required movement during the deformation process Above and below the semifinished product to be deformed are as means for heating the IR radiators 50 and 50 ', by means of which the region 30' of the semifinished product to be deformed is heated to the thermoformable state. The performance of the IR emitters can be supported, for example, by using suitable reflectors. The position of the swivel beam shown here corresponds to the initial state of the deformation process, i.e. the end of process step 3. Because of the limited construction space with certain deformation geometries, collisions between the individual device components can occur, it may be necessary to move them out of the collision area by actuators.
Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung zur thermischen Verformung nach erfolgter 180°-Verformung in schematischer Darstellung im Schnitt. Arbeitsplatte 31, Werkzeug 32, Schwenkwange 34 und Halbzeug 30 entsprechen der Fig. 4. Die Schwenkwange befindet sich hier im Endzustand, welche sie nach dem Verformungsvorgang einnimmt, d.h. dem Ende des Verfahrensschrittes 4. Erkennbar sind die Schichten 21-24, welche nach der Verformung ein nach Stufen gegliedertes Halbzeugende mit den Schichtenden 21', 22', 23' und 24' aufweisen. Falls die Schichten 21-24 druckbeständig sind, was beispielsweise bei der Venwendung eines glasfaserverstärkten Polyetherimid der Fall ist, lassen sich Verformungen mit weitgehend gleichen Dicken im Krümmungsbereich erzielen. Zur Unterstützung der Rekonsolidierung kann zusätzlich zur Schwenkwange ein Druckbalken 60 verwendet werden. Dieser ist ein senkrecht auf die Schwenkwange in ihrer Endposition zu bewegender Balken, an dessen beiden Enden Aktoren angeordnet sind (nicht dargestellt), die zur Steuerung des Druckbalkens vorgesehen sind. Fig. 5 shows a device for thermal deformation after 180 ° deformation in schematic representation in section. Worktop 31, tool 32, swivel cheek 34 and semi-finished product 30 correspond to FIG. 4. The swivel cheek is here in the final state, which it assumes after the deformation process, i.e. the end of process step 4. The layers 21-24 can be seen which, after the deformation, have a semi-finished end divided into stages with the layer ends 21 ', 22', 23 'and 24'. If the layers 21-24 are pressure-resistant, which is the case, for example, when using a glass fiber-reinforced polyetherimide, deformations with largely the same thicknesses in the area of curvature can be achieved. To support the consolidation, a pressure bar 60 can be used in addition to the swivel beam. This is a bar to be moved vertically on the swivel beam in its end position, at the two ends of which actuators are arranged (not shown) which are provided for controlling the pressure bar.
Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung zur thermischen Verformung mit versetztem Werkzeug in schematischer Darstellung im Schnitt. Arbeitsplatte 31 mit dem Ende 31", Schwenkwange 34 und Halbzeug 30 entsprechen der Fig. 4. Das Zentrum 32" des Fig. 6 shows a device for thermal deformation with offset tool in a schematic representation in section. Worktop 31 with the end 31 ", swivel cheek 34 and semi-finished product 30 correspond to Fig. 4. The center 32" of
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Werkzeugs 32 und das Ende 31" der Arbeitsplatte liegen hier nicht mehr in einer Ebene. Sie weisen einen Versatz a von 5 mm auf, d.h. das Zentrum 32" des Werkzeuges 32 ist bezüglich Ende 31" der Arbeitsplatte in Richtung der Schwenkwange verschoben. Durch diese Anordnung wird ein Teil der Flachkörpersektion des Halbzeugs 30 ebenfalls aufgeheizt. Überraschenderweise ergibt sich dadurch ein steter Übergang von der Flachkörpersektion in den verformten Bereich des Halbzeugs. Dies wirkt sich insbesondere auf die optischen Eigenschaften, bzw. die optische Erscheinung des thermoverformten Halbzeugs positiv aus. Tool 32 and the end 31 "of the worktop are no longer in one plane here. They have an offset a of 5 mm, ie the center 32" of the tool 32 is displaced with respect to the end 31 "of the worktop in the direction of the swivel cheek An arrangement also heats up part of the flat body section of the semi-finished product 30. Surprisingly, this results in a constant transition from the flat body section into the deformed area of the semi-finished product, which has a particularly positive effect on the optical properties or the optical appearance of the thermoformed semi-finished product.
Die Fig. 7A und 7B zeigen zwei thermoverformte Halbzeuge mit verschiedenen Profilformgeometrien. In Fig. 7A wurde die Verformung mit einem Werkzeug hergestellt, welches eine Profilformgeometrie mit konstantem Radius aufwies, während in Fig. 7B zur Verformung ein Werkzeug mit nichtkonstantem Radius als Profilformgeometrie verwendet wurde. 7A and 7B show two thermoformed semi-finished products with different profile shape geometries. In FIG. 7A, the deformation was produced with a tool which had a profile shape geometry with a constant radius, while in FIG. 7B a tool with a non-constant radius was used as the profile shape geometry for the deformation.
Beispiel 1 beschreibt ein erstes Ausführungsbeispiel: Example 1 describes a first embodiment:
In der Vorrichtung wurde mit dem Werkzeug das Halbzeug auf der Arbeitsplatte fixiert. Als Halbzeug wurde ein thermoformbarer Verbundwerkstoff gewählt, der aus einer Polyamid-Kunststoffmatrix mit zwei darin eingelagerten Glasfasergewebematten bestand. Der Verformungsvorgang gestaltete sich im zeitlichen Phasenablauf wie folgt: In the device, the semi-finished product was fixed on the worktop with the tool. A thermoformable composite material was selected as the semi-finished product, which consisted of a polyamide plastic matrix with two glass fiber fabric mats embedded therein. The deformation process took place in the following phase:
Phase 1 /Zeit 0-5 s: Phase 1 / time 0-5 s:
Das pneumatisch bewegte Werkzeug fixierte das bezüglich der Verformungskante ausgerichtete Halbzeug auf der Arbeitsplatte. Zur Vermeidung der Adhäsionsneigung des thermozuformenden Halbzeugs an Werkzeug und Schwenkwange wurde das Halbzeug, - vor allen Dingen der umzuformende Bereich -, beidseitig mit einer Teflonfolie abgedeckt, sodass er keinen direkten Kontakt mit Werkzeug und Schwenkwange hatte. The pneumatically moved tool fixed the semi-finished product aligned with the deformation edge on the worktop. In order to avoid the tendency of the semi-finished product to adhere to the tool and swivel cheek, the semi-finished product - above all the area to be reshaped - was covered on both sides with a Teflon film so that it had no direct contact with the tool and swivel cheek.
Phase 2/Zeit 5-120 s: Phase 2 / time 5-120 s:
Erwärmen der Schwenkwange von Raumtemperatur auf 220°C durch einen Infrarotstrahler. Warming the swivel beam from room temperature to 220 ° C using an infrared heater.
Phase 3/Zeit 120-140 s: Phase 3 / time 120-140 s:
Halten der eingestellten Temperatur zur gleich-mässigeren Wärmeverteilung im Halbzeug. Maintaining the set temperature for more even heat distribution in the semi-finished product.
Phase 4/Zeit 140-150 s: Phase 4 / time 140-150 s:
Verformen des Halbzeugs um 180°. Deform the semi-finished product by 180 °.
Phase 5/Zeit 150-200 s: Phase 5 / time 150-200 s:
Abkühlen der über das Halbzeug an das Werkzeug drückenden Schwenkwange bis auf die voreingestellte Entformtemperatur von 130°C, bei der das thermoverformte Halbzeug freigegeben wurde. Cooling of the swivel cheek pressing against the tool via the semifinished product to the preset demolding temperature of 130 ° C, at which the thermoformed semifinished product was released.
Beispiel 2 beschreibt ein zweites Ausführungsbeispiel: Example 2 describes a second embodiment:
Das Halbzeug, das aus einem thermoplastischen Verbundwerkstoff (Polyetherimid-Kunststoffmatrix mit acht darin eingelagerten Kohlenstofffasergewebematten) bestand, wurde zuerst in einen Vakuumsack - Upilex™-Folie mit Dichtgummi - die Folie ist auf der Innenseite zur weiteren Verringerung der Adhäsion des Kunststoffes mit einem Trennmittel vorher eingestrichen worden eingepackt, anschliessend unter Vakuum gesetzt und dann in der Vorrichtung mit dem pneumatisch zu bewegenden Werkzeug auf der Arbeitsplatte fixiert. Der Verformungsvorgang gestaltete sich im zeitlichen Phasenablauf wie folgt: The semi-finished product, which consisted of a thermoplastic composite material (polyetherimide plastic matrix with eight carbon fiber fabric mats embedded therein), was first placed in a vacuum bag - Upilex ™ film with sealing rubber - the film is on the inside to further reduce the adhesion of the plastic with a release agent coated, packed, then placed under vacuum and then fixed in the device with the pneumatically movable tool on the worktop. The deformation process took place in the following phase:
Phase 1/Zeit 0-5 s: Phase 1 / time 0-5 s:
Das pneumatisch bewegte Werkzeug fixierte das bezüglich der Verformungskante ausgerichtete Halbzeug im Vakuumsack auf der Arbeitsplatte. The pneumatically moved tool fixed the semi-finished product aligned with the deformation edge in the vacuum bag on the worktop.
Phase 2/Zeit 5-250 s: Phase 2 / time 5-250 s:
Aufheizen der Schwenkwange von Raumtemperatur auf 330°C durch einen ersten Infrarotstrahler. Ein zweiter Infrarotstrahler heizte das Halbzeug im Vakuumsack von oben auf. Heating of the swivel beam from room temperature to 330 ° C by a first infrared heater. A second infrared heater heats the semi-finished product from above in the vacuum bag.
Phase 3/Zeit 250-300 s: Phase 3 / time 250-300 s:
Halten der eingestellten Temperatur zur gleich-mässigeren Wärmeverteilung im Halbzeug. Maintaining the set temperature for more even heat distribution in the semi-finished product.
Phase 4/Zeit 300-310 s: Phase 4 / time 300-310 s:
Verformen des Halbzeugs um 180°. Deform the semi-finished product by 180 °.
Phase 5/Zeit 310-350 s: Phase 5 / time 310-350 s:
Abkühlen der über das Halbzeug an das Werkzeug drückenden Schwenkwange bis auf die voreingestellte Entformtemperatur von 250°C. Anschliessend wurde das thermoverformte Halbzeug freigegeben und aus dem Vakuumsack ausgepackt. Cooling of the swivel beam pressing against the tool via the semi-finished product to the pre-set demolding temperature of 250 ° C. The thermoformed semi-finished product was then released and unpacked from the vacuum bag.
Beispiel 3 beschreibt ein drittes Ausführungsbeispiel: Example 3 describes a third embodiment:
In der Vorrichtung wurde mit dem Werkzeug das Halbzeug, das ein Sandwich (Deckschicht aus Polyamid-Kunststoffmatrix mit zwei darin eingelagerten Glasfasergewebematten, Kernmaterial aus Hartschaum) war, auf der Arbeitsplatte fixiert. Der Verformungsvorgang gestaltete sich im zeitlichen Phasenablauf wie folgt: In the device, the semi-finished product, which was a sandwich (cover layer made of polyamide plastic matrix with two glass fiber fabric mats embedded therein, core material made of rigid foam), was fixed on the worktop with the tool. The deformation process took place in the following phase:
Phase 1 /Zeit 0-5 s: Phase 1 / time 0-5 s:
Das pneumatisch bewegte Werkzeug fixierte das bezüglich der Verformungskante ausgerichtete Halbzeug auf der Arbeitsplatte. The pneumatically moved tool fixed the semi-finished product aligned with the deformation edge on the worktop.
Phase 2/Zeit 5-250 s: Phase 2 / time 5-250 s:
Aufheizen der Schwenkwange von Raumtemperatur auf 220°C durch einen ersten Infrarotstrahler. Ein zweiter Infrarotstrahler heizt das Halbzeug von oben auf. Heating of the swivel beam from room temperature to 220 ° C by a first infrared heater. A second infrared heater heats the semi-finished product from above.
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
6 6
11 11
CH 686 820 A5 CH 686 820 A5
12 12th
Phase 3/Zeit 250-300 s: Phase 3 / time 250-300 s:
Halten der eingestellten Temperatur zur gleich-massigeren Wärmeverteilung im Halbzeug. Maintaining the set temperature for more even heat distribution in the semi-finished product.
Phase 4/Zeit 300-310 s: Phase 4 / time 300-310 s:
Verformen des Halbzeugs um 90°. Deform the semi-finished product by 90 °.
Phase 5/Zeit 310-400 s: Phase 5 / time 310-400 s:
Abkühlen der über das Halbzeug an das Werkzeug drückenden Schwenkwange bis auf eine voreingestellte Entformtemperatur von 130°C, bei der das thermoverformte Halbzeug freigegeben wurde. Cooling of the swivel cheek pressing against the tool via the semifinished product to a preset demolding temperature of 130 ° C, at which the thermoformed semifinished product was released.
Anwendungsgebiete für das beschriebene Verfahren finden sich: Areas of application for the described method are:
- in der Fahrzeugindustrie (Strasse, Eisenbahn, Sport) zum Formen von thermoformbaren Verbundwerkstoffen, wie z.B. zu Teilen für die Rahmenkonstruktionen, Crash-Strukturen, als Montagehilfen für andere Teile sowie bewegte Teile; - in the automotive industry (road, railroad, sports) for molding thermoformable composite materials, e.g. parts for frame structures, crash structures, as assembly aids for other parts and moving parts;
- in der Möbelindustrie zum Formen von thermoformbaren Verbundwerkstoffen, wie z.B. zu Hilfskonstruktionen oder Montagehilfen, zu hochwertigen Möbelstücken, sowie zu stark beanspruchten Bauteilen; - in the furniture industry for molding thermoformable composite materials, e.g. for auxiliary structures or assembly aids, for high-quality furniture, as well as for heavily used components;
- in der Luft- und Raumfahrt zum Formen von thermoformbaren Verbundwerkstoffen, wie z.B. zu Teilen für die Verkleidung von Fahrzeugen, sowie zu stark beanspruchten Bauteilen; - in the aerospace industry for molding thermoformable composite materials, e.g. parts for the cladding of vehicles, as well as heavily used components;
- in der Bauindustrie und im Maschinenbau zum Formen von thermoformbaren Verbundwerkstoffen, wie z.B. zu stark beanspruchten Teilen für Bauwerke, Teile mit speziellen Eigenschaften, wie Isolierung, Dämpfung u.a.; - in the construction industry and in mechanical engineering for molding thermoformable composite materials, e.g. too heavily used parts for structures, parts with special properties such as insulation, damping, etc.
- in der Chemieindustrie zum Formen von thermoformbaren Verbundwerkstoffen, wie z.B. zu Teilen für chemisch oder mechanisch stark belastete Strukturen; und - in the chemical industry for molding thermoformable composites, e.g. partly for structures that are chemically or mechanically heavily loaded; and
- in der Freizeitindustrie zum Formen von thermoformbaren Verbundwerkstoffen, wie z.B. zu Teilen für stark beanspruchte Sportartikel und hochwertige Freizeitartikel. - in the leisure industry for molding thermoformable composites, e.g. parts for heavily used sporting goods and high-quality leisure articles.
Erfindungswesentlich ist, dass das beschriebene Verfahren im Verformungsbereich ein Abgleiten der Schichten von Halbzeugen aus thermoformbaren Verbundwerkstoffen untereinander erlaubt, wobei diese nach einer Rekonsolidierung ein thermoverformtes Halbzeug ergeben. Die dazugehörigen Vorrichtungen sind einfach und zeichnen sich durch kurze Fertigungszeiten aus. Mit diesem Verfahren kann eine Vielzahl thermoformbarer Verbundwerkstoffe verarbeitet werden. It is essential to the invention that the described method allows the layers of semifinished products made of thermoformable composite materials to slide among one another in the deformation region, which, after reconsolidation, result in a thermoformed semifinished product. The associated devices are simple and are characterized by short production times. A variety of thermoformable composites can be processed with this process.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH01147/95A CH686820A5 (en) | 1995-04-22 | 1995-04-22 | Thermo-forming of semi-finished prods. made from composite materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH01147/95A CH686820A5 (en) | 1995-04-22 | 1995-04-22 | Thermo-forming of semi-finished prods. made from composite materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH686820A5 true CH686820A5 (en) | 1996-07-15 |
Family
ID=4203589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH01147/95A CH686820A5 (en) | 1995-04-22 | 1995-04-22 | Thermo-forming of semi-finished prods. made from composite materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CH (1) | CH686820A5 (en) |
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