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DE102008039406A1 - Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus zwei oder mehreren miteinander verschmolzenen Halbschalen unterschiedlicher Größe aus thermoplastischen Kunststoffen. - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus zwei oder mehreren miteinander verschmolzenen Halbschalen unterschiedlicher Größe aus thermoplastischen Kunststoffen. Download PDF

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DE102008039406A1
DE102008039406A1 DE200810039406 DE102008039406A DE102008039406A1 DE 102008039406 A1 DE102008039406 A1 DE 102008039406A1 DE 200810039406 DE200810039406 DE 200810039406 DE 102008039406 A DE102008039406 A DE 102008039406A DE 102008039406 A1 DE102008039406 A1 DE 102008039406A1
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DE
Germany
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preparation
hollow bodies
bodies according
tool
actuators
Prior art date
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Ceased
Application number
DE200810039406
Other languages
English (en)
Inventor
Timo Tobolla
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ernst Hombach & Co KG GmbH
Original Assignee
Ernst Hombach & Co KG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ernst Hombach & Co KG GmbH filed Critical Ernst Hombach & Co KG GmbH
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Abstract

Die Herstellung komplexer Formteile, die üblicherweise durch Blasformen oder in Twinsheet-Technik und jeweils mit nachfolgendem Ausschneiden wesentlicher Bereiche erfolgt, wird durch Verschmelzen einer tiefgezogenen Folienbahn mit einem oder mehreren kleineren tiefgezogenen Elementen vereinfacht.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Bauelementen mit einer Stabilität, die wesentlich durch ihre Form als Hohlkörper bestimmt ist.
  • Dabei soll der Aufwand vermieden werden, der bislang durch die Herstellung jener Ausschnitte bedingt ist, mit denen der Hohlkörper auf die für die Stabilität erforderliche Restform reduziert wird.
  • Objekte mit hoher Formstabilität, die durch sphärische Formung erreicht wird, können aufgrund der meist unvermeidlichen Hinterschnitte kaum in einem Stück durch Pressformung hergestellt werden.
  • Soweit thermoplastische Materialien anwendbar sind, werden derartige Gegenstände meist durch Glasformung hergestellt, aber auch durch Tiefziehen zweier Folien, die im gleichen Arbeitsgang an Rändern und Stützpunkten miteinander verschweißt werden. (Twinsheet-Verfahren). Dann wird alles, bis auf die benötigte Schalenform, ausgeschnitten. Formteile für Flugzeugsitze oder Karosserieteile wie Radlaufkästen etc. aus thermoplastischen Kunststoffen werden vielfach so gefertigt.
  • Um derartige Formkörper funktionsgemäß herzustellen, müssen jedoch meist große Partien ausgeschnitten werden. Dies bedeutet nicht nur Materialverluste, sondern auch zusätzliche Arbeiten. Falls dazu nicht aufwendige Maschinen eingesetzt werden, fallen auch noch Finishing-Arbeiten, wie Entgraten, Beschleifen und Polieren an.
  • Trotz dieser Nachteile gibt es aber bislang keine Technik, solche Teile mit geringerem Aufwand aus thermoplastischen Werkstoffen in einem Verfahrensschritt herzustellen. So werden kleinere Anbauelemente, wie Befestigungsteile und Flansche, bisher überwiegend mechanisch fixiert oder eingeklebt.
  • Hierbei ist es jedoch bei dreidimensional geformten Objekten oft ein Problem, die Teile genau anzubringen und maßhaltig zu verarbeiten. Deshalb wird auch dafür oftmals das Twinsheet-Verfahren eingesetzt, weil es hohe Maßhaltigkeit gewährleistet, obwohl später große Bereiche ausgeschnitten und entsorgt werden müssen.
  • Um diese Nachteile zu überwinden, wird die Twinsheet-Technik erfindungsgemäß nur in Fraktionen angewendet, was bislang – soweit bekannt – weder vorgeschlagen noch ausgeführt wurde.
  • Ein derartiges fraktionales Twinsheeting ist demnach die Verbindung eines durch Tiefziehen geformten Hauptelements mit einem oder mehreren kleineren, ebenfalls simultan tiefgezogenen Formteilen durch Pressen und Verschmelzen der Elemente in noch heißem Zustand, wie im Twinsheet-Verfahren üblich.
  • Es versteht sich, dass dabei die Form der Ränder und übrigen Kontaktzonen der kleinen Elemente der Form des Hauptelements an der für sie vorgesehenen Position kongruent sein müssen.
  • Die Formen der kleineren Elemente sind dazu auf einem oder mehreren Rahmen montiert und werden in einem der für die Ausführung der Twinsheet-Technik üblichen Verfahren (vergl. z. B. US-Patente 3.814.562 , 3.398.434 , 3.412.183 [mit waagrechtem Verschieben] oder US 5.620.715 , 6.379.606 , 6.086.354 [mit Karussell-Führung]) zueinander positioniert und miteinander verbunden.
  • Dabei werden die kleineren Folienzuschnitte von hohl ausgeführten Rahmen gehalten, die in den Saug-Adapterrahmen des Trägers für die Teil-Werkzeuge montiert sind. Die Ränder dieser hohlen Rahmen sind auf der Unterseite gelocht, um bei Anwendung von Unterdruck die Folien an ihren Rändern anzusaugen.
  • Durch die vom Rahmen umfasste Aussparung wird dann die jeweilige Fraktion des Tiefzieh-Werkzeug geführt, das die Formung des mit der Hauptschale jeweils zu verschweissenden Teilkörpers bewirkt.
  • Auch diese Teilform ist – wie beim Tiefziehen von thermoplastischen Folien üblich – durch Perforation mit dünnen Bohrungen oder Anwendung luftdurchlässigem Materials so ausgeführt, dass das erwärmte Folienstück durch Unterdruck in die Ausformung tiefgezogen wird, bevor die Verpressung mit dem Haupt-Formteil durch Zufahren des Werkzeuges in die Endstellung erfolgt.
  • Um eine ungleichmäßige Beheizung der Gesamtfläche des Hauptwerkzeuges zu vermeiden, erfolgt eine verstärkte Heizung dieser Werkzeugfraktionen entweder durch auf diese Teilflächen gerichtete, verstärkte oder höher angesteuerte Heizelemente, oder durch Schablonen, die die Einstrahlung der Heizelemente für Bereiche außerhalb dieser Fraktionen beschränken.
  • Weiter ist es unter sich ändernden Prozessbedingungen manchmal erforderlich, die Einzelwerkzeuge in der Endstellung unterschiedlich zu positionieren, um einen gleichmäßigen, oder gelegentlich auch leicht unterschiedlichen Andruck der Formteile aneinander zu erzielen, damit eine sichere Verschweißung gewährleistet ist.
  • Diese Anpassung kann durch mechanische Einstellglider erfolgen. Da sich aber sowohl die Werkzeuge, wie auch die eingespannten Folien im Prozessverlauf – z. B. durch thermische Einflüsse – unterschiedlich verformen können, ist es vorteilhaft, diese dynamisch anzupassen.
  • Dies kann bei laufender Prüfung des Produktgebnisses mit der Erfahrung des Maschinenführers durch Fernbedieneng erfolgen.
  • In einer weiter fortgeschrittenen Ausführung wird jedoch laufend der Abstand und/oder der Druck zwischen den zusammengefahrenen Werkzeuge gemessen, um sie zueinander entsprechend nachzupositionieren.
  • Die Messungen können mit Abstandssensoren und Drucksensoren erfolgen, die bevorzugt an kritische Punkten, insbesondere an den Werkzeugrändern, einmontiert sind.
  • Die dynamische Nachjustierung der Werkzeuge wird vorzugsweise an den einzelnen Teilwerkzeugen erfolgen. Denkbar ist aber auch, das Hauptwerkzeug des großen Formteils entsprechend punktuell zu unterstützen, oder seine horizontale Positionierung oder seinen Sturz leicht zu verändern. Es wird dazu vorzugsweise durch ein Raster von Aktuatoren angepasst, die auf seiner Rückseite gegen eine zweite Rückwand oder den Vorschubtisch abgestützt sind.
  • Diese Justierungen können mit den dem Fachmann bekannten Techniken an pneumatisch oder elektrisch betätigten Stellgliedern (vernehmlich mit Schraub- oder Spindelbetätigung), oder hydraulischen Elementen, erfolgen.
  • Dazu wird vorgeschlagen, Messergebnisse und Aktuatorenstellung in einer leichtfasslichen grafischen Form aufzubereiten und bevorzugt an einen Berührungsempfindlichen Bildschirm (Touchscreen) bedienbar zu machen.
  • Dies kann z. B. dadurch geschehen, dass das Werkzeug aus der CAD-Zeichnung oder durch grafisches Einscannen erfasst und als Bildschirm-Hintergrund angelegt wird.
  • Die Messpunkte werden darauf projiziert, und ihre Werte z. B. durch Farbgebung indiziert. Im Falle von Druckmessungen können angestrebte Normwerte z. B. weiß oder schwarz, höherer Druck orange bis rot, geringerer Druck aber türkis bis blau dargestellt werden.
  • Die Aktuatoren sind vorzugsweise als Rahmen angezeigt, die mit Touchscreen-Technik durch Berührung anwählbar sind. Jeder Aktor kann dann durch ein geeignetes Stellglied wie einem Joystick, Trackball, oder das Anklicken der gewünschten Position auf einer Skala mit dem Mauszeiger justiert werden. Dabei ist die Wirkung der Justierung jeweils an den angezeigten Messpunkten zu überwachen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist es möglich, die Messwerte z. B. entlang der Werkzeugränder zwischen den Messpunkten zu interpolieren und den Verlauf als farblich sich ändernde Werkzeugkontur anzuzeigen.
  • Die Erfindung wird anhand nachfolgender Zeichnungen näher beschrieben:
  • 1 bis 3 zeigen als Referenz die bisher übliche Anwendung des Twinsheet-Verfahrens, um z. B. nur einen rechteckigen Flansch auf einer sphärisch geformten Basisplatte zu realisieren, während 4 die Lösung gemäß der nachfolgenden Patentansprüche darstellt.
  • 1 zeigt die Ausgangssituation im konventionellen Verfahren:
    Eine unteres Werkzeug 1, in das die Folie 2 durch Unterdruck zur Herstellung der Basisplatte tiefgezogen werden soll. Sie wird zunächst, ebenso wie die zweite Folie 3 durch den Unterdruckrahmen 4 gehalten. Darüber ist das obere Werkzeug 5 (in Zeichnung 1a zur besseren Erkennbarkeit umgedreht gezeigt) auf eine entsprechend große Grundplatte 6 montiert.
  • 2 zeigt das Zwischenergebnis des konvenionellen Twinsheetings: Nach Tiefziehen und Zusammenfahren des unteren Werkzeugs 1 und des oberen Werkzeugs 2 in 1 sind die zwei miteinander verbundenen Teile entstanden: Die Basisplatte 7 und der mit ihr verbundene Flansch 8, der jedoch noch Teil der oberen Folie 3 ist, die an der Schnittline 9 durchtrennt werden muss. Der größte Teil der Folie 3 muss dann entsorgt werden.
  • 3 zeigt das daraus resultierende, verbundene Formteil 10 mit der Basisplatte 7 und dem nunmehr darauf fest verbundenen 2 Flansch 8.
  • 4 stellt dar, wie dies erfindungsgemäß in vereinfachter Form auszuführen ist:
    Das Untere Werkzeug ist gleich wie in 1, ebenso die zugehörige Folie 2.
  • In den Rahmen 4 ist hier jedoch ein zweiter, kleinerer Unterdruck-Rahmen 11 eingefügt, der eine kleinere Folie 12 festhält.
  • Das obere Werkzeug formt diese kleine Folie 12 durch Unterdruck an sich an und fahrt durch den kleinen Rahmen 11 hindurch, um sie mit der unteren Basisfolie 2 zu verpressen und damit zu verschweißen.
  • Das Ergebnis ist wie das Formteil 10 in 3, nur dass kein Ausschneiden erforderlich war und wesentlich weniger Foliernmaterial verbraucht wurde.
  • 5 zeigt die Darstellung der Formung an einem Steuer-Bildschirm 12: die Kontur des Unterwerkzeugs 13 und des Oberwerkzeugs 14 mit den Indikatoren 15, 18 und 19 für Unterdruck und -Temperatur der Verschweißzonen, sowie Überdruck bei 16 und 17, sowie Berührfelder 20 zur Anwahl der in diesen Bereichen positionierten Aktuatoren zur Verstellung bzw. Ausrichtung der Werkzeugs.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • - US 5620715 [0011]
    • - US 6379606 [0011]
    • - US 6086354 [0011]

Claims (42)

  1. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus zwei oder mehreren miteinander verschmolzenen Halbschalen aus thermoplastischen Kunststoffen dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei dieser Halbschalen unterschiedlich groß sind.
  2. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammengefügten Halbschalen in ihren Kontaktzonen kongruent sind.
  3. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere kleinere Halbschalen mit einer Größeren verbunden werden.
  4. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere kleinere Halbschalen mit Teilformen erzeugt werden, die zusammen das Gegenwerkzeug darstellen.
  5. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienzuschnitte für die kleineren Halbschalen durch Unterdruck in jeweils eigenen Rahmen gehalten werden
  6. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese Rahmen hohl und einseitig mit umlaufenden Bohrungen ausgeführt sind.
  7. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Evakuierung dieser Rahmen über eine Ventilsteuerung aus der Evakuierungseinrichtung der Gesamtanlage abgezweigt wird.
  8. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Evakuierung dieser Rahmen über eine eigene Evakuierungseinrichtung erfolgt.
  9. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge für die kleineren Halbschalen durch die von diesen Rahmen umfasste Aussparung hindurch geführt werden.
  10. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilformen durch Perforation mit dünnen Bohrungen oder Anwendung luftdurchlässigem Materials ausgerüstet sind.
  11. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine verstärkte Heizung der Werkzeugfraktionen für die Teilflächen durch auf diese gerichtete Heizelemente erfolgt.
  12. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine verstärkte Heizung der Werkzeugfraktionen für die Teilflächen durch Schablonen bewirkt wird, die die Einstrahlung von Heizflächen auf Bereiche außerhalb der Formfraktionen verringern.
  13. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilformen in einem Gegenwerkzeug-Rahmen parallel zueinander zur Verpressung geführt werden.
  14. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelwerkzeuge in ihrer Endstellung feinjustierbar sind.
  15. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dies durch mechanische Einstellglieder im Gegenwerkzeug-Rahmen erfolgt.
  16. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelwerkzeuge im Gegenwerkzeug-Rahmen in ihrer Endstellung pneumatisch verstellbar sind.
  17. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelwerkzeuge im Gegenwerkzeug-Rahmen in ihrer Endstellung hydraulisch verstellbar sind.
  18. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelwerkzeuge im Gegenwerkzeug-Rahmen elektrisch verstellbar sind.
  19. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung im laufenden Betrieb erfolgt.
  20. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung mit Kontrolle des Produktergebnisses per Fernbedienung erfolgt.
  21. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung automatisch nach den Ergebnissen mitlaufender Messungen erfolgt.
  22. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen an kritischen Verschweißzonen, insbesondere an den Werkzeugrändern, vorgenommen werden.
  23. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände der Werkzeuge voneinander gemessen werden.
  24. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck der Werkzeuge aufeinander gemessen wird.
  25. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die zugehörigen Sensoren in die Werkzeuge integriert sind.
  26. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachjustierung der Werkzeuggruppen zueinander an den einzelnen Teilwerkzeugen erfolgt.
  27. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachjustierung der Werkzeuggruppen zueinander am Hauptwerkzeug erfolgt.
  28. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachjustierung des Hauptwerkzeugs durch Schwenken in der Horizontalen erfolgt.
  29. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachjustierung des Hauptwerkzeugs durch Veränderung des Sturzes erfolgt.
  30. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachjustierung des Hauptwerkzeugs durch Druck oder Zug auf die rückseitige Werkzeugfläche erfolgt.
  31. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachjustierung durch ein Raster von Aktuatoren erfolgt.
  32. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren aus piezokeramischen Elementen bestehen.
  33. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren aus elektrisch betätigten Stellgliedern bestehen.
  34. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren aus pneumatisch betätigten Stellgliedern bestehen, die von zentralen Druck- und Unterdruckspeichern über Ventilsteuerungen mit Druck oder Unterdruck beaufschlagt werden.
  35. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren aus hydraulischen Elementen bestehen, die über Ventilsteuerungen in Druck oder Zug geregelt werden.
  36. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 31 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren durch eine grafische Bedienoberfläche auf einem Bildschirm gesteuert werden.
  37. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Hintergrund der Bildschirm-Darstellung die Konturen der Werkzeuge zeigt.
  38. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Druck- und Abstandssensoren durch farbliche Markierung angezeigt ist.
  39. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die farbliche Markierung durch Interpolation zwischen den Messpunkten als farblicher Verlauf auf die Werkzeugkonturen projiziert ist.
  40. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen der Aktuatoren in der Bildschirmdarstellung als Rahmen oder Farbflächen angezeigt sind.
  41. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 36 und 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren im Touchscreen-Modus angewählt werden können.
  42. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern nach Anspruch 36 und 41, dadurch gekennzeichnet, dass angewählte Aktuatoren durch grafische oder physische Stellglieder justiert werden können.
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