DE19847902A1 - Verfahren zum mehrdimensionalen Umformen beulstrukturierter Materialbahnen - Google Patents

Abstract

Nach der Erfindung werden regelmäßig strukturierte Materialbahnen, insbesondere beulstrukturierte Materialbahnen, mehrdimensional umgeformt, ohne daß dabei wesentliche Schubkräfte oder Druckkräfte der Materialbahn erzeugt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mehrdimensionalen Umformen dünner Materialbahnen, bei dem regelmäßig strukturierte, insbesondere beulstrukturierte Materialbahnen in eine dreidimensionale bzw. schalenförmige Gestalt umgeformt werden.

Es sind zahlreiche Verfahren bekannt, um glatte, d. h. nicht strukturierte, dünne Materialien durch Prägen, Tief- oder Streckziehen in eine mehrdimensionale Gestalt umzuformen. Die glatten Ausgangsmaterialien können zwar große Plastifizierungsreserven aufweisen, die beim Umformen durch Streck- und Tiefziehen benötigt werden, sie ergeben jedoch in den großflächigen, ebenen Bereichen der Produkte nur eine geringe Biege- und Beulsteifigkeit. Um die Biege- und Beulsteifigkeit von Bauteilen zu verbessern, sind mechanisch strukturierte, dünne Materialien, beispielsweise genoppte Aluminiumbleche bekannt, die sich gut mehrdimensional umformen lassen und dem Bauteil trotz geringer Wanddicke eine hohe Formsteifigkeit verleihen. Diese bekannten mechanisch strukturierten Bleche weisen jedoch meist nur noch geringe Plastifizierungsreserven auf, da beim Strukturieren mittels mechanischer Prägewerkzeuge bereits ein beträchtlicher Teil der Plastifizierungsreserven des Ausgangsmaterials verbraucht wurde, das für Umformprozesse mit hohem Plastifizierungsbedarf, wie beispielsweise Tief- und Streckziehen nun nicht mehr zur Verfügung steht. Deshalb können herkömmliche mechanisch-strukturierte Materialien bei sekundären Umformprozessen mit großen Plastifizierungsgraden der Werkstoffe leicht reißen.

Ferner sind beulstrukturierte Materialbahnen bekannt, die regelmäßige, versetzte, vorzugsweise sechseckige Faltstrukturen (PCT/EP96/01608) oder wappenförmige Faltstrukturen (PCT/EP97/01465) besitzen, die gegenüber glatten, d. h. nicht strukturierten Materialien eine verbesserte Biege- und Beulsteifigkeit aufweisen. Da beulstrukturierte Materialien materialschonend auf der Basis eines nahezu selbstorganisierten Strukturierungsprozesses hergestellt werden (beschrieben in EP 0693008, PCT/EP96/01608 und PCT/EP97/01465), verfügen beulstrukturierte, dünne Materialbahnen noch über sehr große Plastifizierungsreserven, die bei sekundären Umformprozessen genutzt werden können. Ferner besitzen beulstrukturierte, beispielsweise sechseckig strukturierte Materialbahnen die prinzipielle Eigenschaft, daß sie in eine mehrdimensionale bzw. schalenförmige Gestalt gebracht werden können, ohne daß dabei neue, ungewollte Falten entstehen. Das ist deshalb möglich, weil beispielsweise das sechseckig strukturierte Material bereits regelmäßige sechseckig angeordnete Faltstrukturen aufweist, deren Falten tiefer gebogen werden, wenn der örtliche Krümmungsradius des Bauteils vergrößert werden soll, und die Beulfalten der Strukturen teilweise oder vollständig aufgebogen werden, wenn der örtliche Krümmungsradius des Bauteils abgeflacht werden soll (PCT/EP96/01608). Auch genoppte Bleche können prinzipiell ähnliche Eigenschaften besitzen, sie verfügen aber nicht über so hohe Plastifizierungsreserven, wie sie die beulstrukturierten Materialien aufweisen. Ferner wird bei beulstrukturierten Materialien die Oberflächengüte des Ausgangsmaterials durch den Strukturierungsprozeß nicht beeinträchtigt. Das ist bei genoppten Blechen nicht der Fall.

Bei der mehrdimensionalen Umformung regelmäßig strukturierter, vorzugsweise beulstrukturierter Materialien treten bei Umformprozessen, wie beispielsweise Biegen und Prägen zusätzlich ungewollt neue, im Vergleich zu den vorhandenen Strukturfalten deutlich längere Falten auf, wenn herkömmliche Umformwerkzeuge, wie Stempel und Matrize zum Einsatz kommen. Diese ungewollten, zusätzlichen Falten können auch beim Umformen genoppter Bleche entstehen. Die Festigkeit so umgeformter Bauteile wird häufig durch diese ungewollten, zusätzlichen Falten erheblich verringert, und gleichzeitig verschlechtern diese zusätzlichen Falten das Design des Bauteils, da sie optisch deutlich sichtbar sind. Es existiert bisher noch keine Technik, mit deren Hilfe es gelingt, regelmäßig strukturierte, vorzugsweise sechseckig beulstruktierte Materialbahnen so in eine mehrdimensional bzw. schalenförmige Gestalt umzuformen, daß sich bei Umformprozessen, wie Biegen und Prägen, keine oder nur unbedeutende zusätzliche Falten bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß regelmäßig strukturierte, vorzugsweise beulstrukturierte Materialbahnen mit Hilfe geeigneter Maßnahmen so in eine mehrdimensionale Gestalt umgeformt werden, daß beim Umformen, wie Biegen oder Prägen, keine oder nur unbedeutende zusätzliche Falten entstehen und gleichzeitig die großen Plastifizierungsreserven des Materials für das Umformen wie Tief- und Streckziehen genutzt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die regelmäßig strukturierte, vorzugsweise beulstrukturierte Materialbahn durch ein tieferes Einbiegen oder durch ein Aufbiegen vorhandener Strukturfalten so in eine mehrdimensionale bzw. schalenförmige Gestalt umgeformt wird, daß diskrete Druckelemente örtlich oder partiell auf der Vorderseite der Materialbahn gegen die vorhandene Strukturkalotten bzw. auf der Rückseite der Materialbahn gegen die vorhandenen Strukturfalten drücken und dadurch nahezu ausschließlich Biegedeformationen der vorhandenen Strukturfalten erzeugen. Bei dem tieferen Einbiegen der vorhandenen Strukturfalten wird darauf geachtet, daß die Grenzbiegeradien nicht unterschritten werden, so daß der Werkstoff nicht reißt.

Zusätzliche, meistens längere ungewollte Falten werden vermieden, wenn bei der mehrdimensionalen Umformung der regelmäßig strukturierten, vorzugsweise beulstrukturierten Materialbahn die Schubkräfte oder die Druckkräfte in Richtung der Materialbahn vermieden oder zumindest stark reduziert werden, weil durch diese Kräfte Instabilitäten in der Materialstruktur entstehen, die zu ungewolltem Knicken bzw. Falten führen können. Im Gegensatz dazu treten bei Druckkräften senkrecht zur Materialbahn nur Biegedeformationen auf, und somit können ungewollte Knicke bzw. Falten nicht entstehen. Ausschließlich Biegedeformationen der Materialbahn lassen sich erfindungsgemäß beispielsweise dadurch erreichen, daß einzelne, örtlich oder partiell wirksame Druckelemente, wie Stempel, Noppen, Kissen, verstellbare Stifte oder dergleichen, gegen die strukturierte Materialbahn drücken. Man hätte nun erwarten können, daß die Strukturkalotten auf der Vorderseite der Materialbahn und die Strukturfalten auf der Rückseite der Materialbahn durch die örtlich oder partiell wirksamen Druckelemente eingedrückt werden. Das ist aber überraschenderweise nicht der Fall. Denn die Strukturkalotten vorzugsweise beulstrukturierter Materialien erweisen sich als außerordentlich stabil, obwohl sie beim Strukturierungsprozeß nicht oder nur ganz wenig durch Plastifizierung des Werkstoffs verfestigt wurden. Die hohe Steifigkeit der Strukturkalotten vorzugsweise beulstrukturierter Materialien ergibt sich aus der kalottenförmig gekrümmten Form der durch den Strukturierungsprozeß sich quasi von selbst einstellenden Beulstrukturen.

Die örtlich oder partiell auf die strukturierte Materialbahn einwirkenden Druckelemente können gemäß der Erfindung aus starren oder elastischen Werkstoffen bestehen. Elastische Werkstoffe geben beim Andrücken etwas nach und können so Schubkräfte und Druckkräfte in Richtung der Materialbahn, die leicht zu Instabilitäten und ungewollten Falten in der Materialbahn führen können, besser ausgleichen als starre Werkstoffe. Es können aber auch partiell wirksame hydraulische oder pneumatische Druckkissen zum Einsatz kommen. Die Anordnung der einzelnen, örtlich oder partiell angreifenden Druckelemente richtet sich nach der gewünschten Gestalt des Endproduktes sowie nach der Strukturgröße, der Strukturtiefe und dem Werkstoff der Materialbahn. Der Abstand zwischen den einzelnen Druckelementen kann groß sein, und dabei ergibt sich eine freie Verformung der Materialbahn im Bereich zwischen diesen einzelnen Druckelementen. Der Abstand zwischen den einzelnen Druckelementen kann aber auch so klein gewählt werden, daß gegen jede einzelne Strukturkalotte oder zumindest gegen jede zweite oder dritte Strukturkalotte der Materialbahn jeweils ein Druckelement drückt. Auf der Rückseite der strukturierten Materialbahn werden die Druckelemente vorzugsweise versetzt zu den Druckelementen auf der Vorderseite angeordnet, damit die Materialbahn hauptsächlich durch Biegedeformation umgeformt wird. Die Druckelemente können auch in Form von vielen Stiften, ähnlich einer Bürste, zum Einsatz kommen, da Stifte einerseits einen senkrechten Druck auf die Materialbahn ausüben können und andererseits so biegsam und elastisch sein können, um Schubkräfte abzuleiten. Dadurch werden Biegedeformationen der Materialbahn begünstigt und Schubbeanspruchungen der Materialbahn verringert.

Der Umformprozeß kann batch-weise durch gleichzeitiges Andrücken der Druckelemente oder kontinuierlich bzw. halbkontinuierlich durch schrittweises, d. h. in zeitlicher Reihenfolge ablaufendes Andrücken der einzelnen Druckelemente erfolgen. Beim batch-weise Umformprozeß sind die einzelnen Druckelemente vorzugsweise auf einer Ober-Matrize (Stempel) und auf einer Unter-Matrize angeordnet, und beide Matrizen werden gegen die Materialbahn gedrückt. Beim kontinuierlichen bzw. halbkontinuierlichen Umformprozeß sind die einzelnen Druckelemente beispielsweise auf einer Unter-Walze und auf einer Ober-Walze angebracht, und durch Andrücken und Abrollen beider Walzen wird die strukturierte Materialbahn umgeformt. Diese Walzen können eine zylindrische oder konvexe bzw. konkave Grundform besitzen. Alternativ kann eine Oberwalze auch auf einer ebenen oder schalenförmigen Untermatrize abrollen. Ferner können starre oder elastische Rollen als Druckelemente dienen, die so gegen die Vorderseite und Rückseite der zu verformenden strukturierten Materialbahn drücken, daß vorzugsweise Biegedeformationen auftreten. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise scheibenförmige, strukturierte Materialien in Schalen und Kalotten umformen. Es können mehrere derartiger Umformprozesse nacheinander mit gestaffelten Umformgraden der Materialbahn durchgeführt werden, wenn es sich zeigt, daß in einem einzigen Umformprozeß die gewünschte Gestalt des Produktes nicht zu erreichen ist.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß der Umformprozeß in zwei Schritten oder ggf. mehreren Schritten abläuft:
Im ersten Schritt wird die strukturierte Materialbahn durch einzelne, örtlich oder partiell angreifende Druckelemente so vorgeformt, daß die strukturierte Materialbahn nur angenähert die Gestalt des endgültigen Produktes annimmt.
Im zweiten Schritt wird die vorgeformte Materialbahn dann in ihre endgültige Gestalt gebracht, indem beispielsweise zwei herkömmliche Formwerkzeuge, wie Stempel und Matrize zum Einsatz kommen. Bei diesem zweiten Schritt wird berücksichtigt, daß der minimale Abstand zwischen Stempel und Matrize in etwa der Materialdicke (inclusive der Höhe der Strukturwölbung) entspricht, damit die Strukturen nicht wieder eingeebnet werden.

Dieser zweistufige Umformprozeß läßt sich dadurch realisieren, daß im ersten Schritt die örtlich oder partiell angreifenden Druckelemente (starre oder elastische oder plastische Druckmedien) an definierten Stellen auf dem Stempel und auf der Matrize so angebracht sind, daß bei der Vorverformung der Materialbahn nahezu nur Biegedeformationen auftreten. Im zweiten Schritt werden diese örtlich und partiell angreifenden Druckelemente von dem Stempel und von der Matrize entfernt, und das vorgeformte Material wird durch Andrücken des Stempels und der Matrize in seine endgültige Gestalt gebracht.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß die Matritze und/oder der Stempel aus elastischen Werkstoffen bestehen oder daß der Stempel aus einem hydraulischen oder pneumatischen Kissen besteht. Dadurch wird erreicht, daß die strukturierte Materialbahn hauptsächlich durch Biegedeformationen umgeformt wird, da hydraulische und pneumatische, stets senkrechte Druckkräfte auf die Materialbahn einwirken und sich tendenziell auch elastische Stempel und Matrizen wie hydraulische Druckübertrager verhalten. Dadurch werden Schubkräfte in der Materialbahn reduziert. In diesem Fall kann auf zusätzliche örtlich oder partiell angreifende Druckelemente verzichtet werden.

Durch diesen Umformprozeß in zwei Schritten wird erreicht, daß nahezu nur Biegedeformationen wirksam sind und deshalb zusätzliche Falten nicht oder nur unbedeutsam auftreten können. Würde man im Gegensatz dazu nach herkömmlicher Weise den Umformungsprozeß mit Hilfe starrer Formwerkzeuge, wie Stempel und Matrize durchführen, würden nicht nur Biegedeformationen der Materialbahn, sondern auch erhebliche Schubkräfte und Druckkräfte in Richtung der Materialwand auftreten, die zu ungewollten Druck- und Schubknicken führen können. Diese Schubkräfte und Druckkräfte in Richtung der Materialbahn entstehen insbesondere durch Relativbewegungen und damit Reibungskräfte zwischen den vollflächig wirksamen, starren Formwerkzeugen, wie Stempel und Matrize und der umzuformenden Materialbahn.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß der genannte Umformprozeß, der in zwei oder mehreren Schritten abläuft, modifiziert wird. Bei den bisher genannten Verfahren zum mehrdimensionalen Umformen strukturierter, insbesondere beulstrukturierter Materialbahnen treten hauptsächlich nur Biegedeformationen der Materialbahn auf, um unerwünschte Knicke und Falten zu vermeiden. Auf diese Weise lassen sich aber geometrische Umformungen nur soweit durchführen, wie ein Aufbiegen von Strukturfalten und Strukturkalotten der strukturierten Materialbahn dies zuläßt. Aus geometrischen Gründen sind deshalb die so erzielbaren mehrdimensionalen Umformungen der strukturierten Materialbahn erheblich begrenzt. Insbesondere die so mehrdimensional umgeformten, beulstrukturierten Materialbahnen besitzen aber noch große Plastifizierungsreserven, die für sekundäre Umformprozesse genutzt werden können. Deshalb können die mehrdimensional vorgeformten, strukturierten Materialbahnen im zweiten Schritt mit Hilfe vorzugsweise starrer Formwerkzeuge, wie Stempel und Matrize, partiell oder ganzflächig durch Tief-- oder Streckziehen weiter umgeformt werden. Dabei werden zwar die Strukturen der Materialbahn teilweise wieder eingeebnet, aber unerwünschte Falten und Knicke in der Materialbahn werden trotz hoher Umformgrade vermieden oder zumindest stark reduziert.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß die strukturierte Materialbahn durch ein hydraulisches, freies Umformen in eine mehrdimensionale Gestalt übergeführt wird. Ein hydraulisches Medium drückt gegen eine Seite der Materialbahn. Dabei wird die strukturierte Materialbahn hauptsächlich durch Biegedeformationen umgeformt, weil sich bereits vorhandene Strukturfalten und ggf. Strukturkalotten der Materialbahn aufbiegen können. Hierdurch unterscheidet sich dieses hydraulische Umformverfahren strukturierter, insbesondere beulstrukturierter, Materialbahnen ganz grundsätzlich von den herkömmlichen, hydraulischen Umformprozessen, beispielsweise dem Hydroforming, bei denen die Materialbahn insbesondere durch Zugkräfte (Membranspannung) umgeformt wird.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß die strukturierte Materialbahn durch ein hydraulisches Umformen in eine mehrdimensionale Gestalt übergeführt wird, indem ein hydraulisches Medium soweit gegen eine Seite der Materialbahn drückt, bis sie sich an eine Matrize anlegt.

Der Erfindungsgedanke wird anschließend beispielhaft erläutert.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer mehrdimensional umgeformten, strukturierten Materialbahn mit auf zwei ebenen Platten angeordneten, partiell wirksamen Stützelementen.

Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer mehrdimensional umgeformten, strukturierten Materialbahn mit auf einer ebenen Platte und auf einer Walze angeordneten, partiell wirksamen Stützelementen.

Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer mehrdimensional umgeformten, strukturierten Materialbahn mit auf zwei Walzen angeordneten, partiell wirksamen Stützelementen.

Fig. 4 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer mehrdimensional umgeformten, strukturierten Materialbahn mit auf einer Walze angeordneten, partiell wirksamen Stützelementen und mit einem Formwerkzeug.

Fig. 5 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer mehrdimensional umgeformten, strukturierten Materialbahn mit auf zwei Formwerkzeugen angeordneten, partiell wirksamen Stützelementen.

Fig. 6 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer rotationssymmetrisch umgeformten, strukturierten Materialbahn mit Druckrollen auf der Vorder- und Rückseite der Materialbahn.

Fig. 7 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer mehrdimensional frei umgeformten, strukturierten Materialbahn mit Hilfe eines hydraulischen Druckmediums.

Fig. 8 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer mit Hilfe eines hydraulischen Druckmediums und einer Matrize mehrdimensional umgeformten, strukturierten Materialbahn.

Fig. 9 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer schalenförmig umgeformten, strukturierten Materialbahn.

Fig. 10 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer tellerförmig umgeformten, strukturierten Materialbahn.

Fig. 11 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer mehrdimensional umgeformten, strukturierten Materialbahn.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens zur Herstellung mehrdimensional umgeformter, strukturierter Materialbahnen oder Folien. Die Materialbahn 1 wird durch Andrücken der Druckelemente 2 mehrdimensional umgeformt, wobei sich die vorhandenen Strukturfalten der Materialbahn 1 tiefer biegen, wenn die strukturierte Materialbahn konkav gebogen wird (Bereiche 3), oder abflachen, wenn die Materialbahn 1 konvex gebogen wird (Bereiche 4). Die Bezugsseite für diese Beschreibung ist jeweils die Seite der Materialbahn in Richtung der Strukturkalotte. Diese Bezugsseite ist in den Fig. 1 bis Fig. 5 jeweils die obere Seite der jeweils schematisch dargestellten, strukturierten Materialbahn 1. Die Druckelemente 2 können punktförmig, linienförmig oder flächig wirksam sein. In Fig. 1 sind beispielhaft nur wenige Druckelemente mit punktförmigen Druckflächen dargestellt. Die Druckelemente 2 sind jeweils auf einer der beiden Platten 5 befestigt. Es können aber auch viele Druckelemente in der Form von Stempeln, Noppen, Stiften oder als Bürsten oder in der Gestalt elastischer oder starrer Druckkissen zum Einsatz kommen. Diese sind in Fig. 1 nicht dargestellt. Entsprechendes gilt für die Druckelemente in den folgenden Fig. 2 bis 5.

Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau einer weiteren Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens zur Herstellung mehrdimensional umgeformter, strukturierter Materialbahnen oder Folien. Die Materialbahn 1 wird durch partielles Andrücken der Druckelemente mehrdimensional umgeformt, wobei die Druckelemente 6, die an der Walze 7 befestigt sind, von oben auf die Materialbahn 1 drücken und diese partiell konkav umformen, und die Druckelemente 8, die auf der Platte 9 befestigt sind, von unten gegen die Materialbahn 1 drücken und diese partiell konvex umformen. Im Gegensatz zum Umformen der Materialbahn 1 in Fig. 1 erfolgt die Umformung in Fig. 2 durch ein zeitlich schrittweises Eindrücken der Druckelemente 6 und 8. So kann sich die strukturierte Materialbahn 1 jeweils in den Bereichen zwischen den Druckelementen 6 und 8, beispielsweise im Bereich 10, frei ausformen, und ungewollte Knicke werden so noch wirksamer vermieden.

Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau einer weiteren Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens zur Herstellung mehrdimensional umgeformter, strukturierter Materialbahnen oder Folien. Die Materialbahn 1 wird durch partielles Andrücken der Druckelemente mehrdimensional umgeformt, wobei die Druckelemente 11, die an der Walze 12 befestigt sind, von oben auf die Materialbahn 1 drücken und diese partiell konkav umformen, und die Druckelemente 13, die an der Walze 14 befestigt sind, von unten gegen die Materialbahn 1 drücken und diese partiell konvex umformen. Im Gegensatz zum Umformen der Materialbahn 1 in Fig. 1 und Fig. 2 kann die Umformung in Fig. 3 in einem kontinuierlichen Prozeß ablaufen, bei dem durch eine Umdrehung der Walzen 12 und 14 periodisch jeweils ein definiertes Umformen der Materialbahn 1 erfolgt.

Fig. 4 zeigt den schematischen Aufbau einer weiteren Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens zur Herstellung mehrdimensional umgeformter, strukturierter Materialbahnen oder Folien. Die Materialbahn 1 wird durch partielles Andrücken der Druckelemente mehrdimensional umgeformt, wobei die Druckelemente 15, die an der Walze 16 befestigt sind, von oben auf die Materialbahn 1 drücken und diese partiell gegen das Formwerkzeug 17 drücken. Die Druckelemente 15 und das Formwerkzeug 17 können aus starren und/oder elastischen Werkstoffen bestehen.

Fig. 5 zeigt den schematischen Aufbau einer weiteren Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens zur Herstellung mehrdimensional umgeformter, strukturierter Materialbahnen oder Folien. Die Materialbahn 1 wird durch partielles Andrücken der Druckelemente 18, die an dem oberen Formwerkzeug 19 befestigt sind, und durch die Druckelemente 20, die an dem unteren Formwerkzeug 21 angebracht sind, vorgeformt. Die Druckelemente 18 und 20 können aus starren, elastischen oder plastischen Werkstoffen oder auch aus pneumatischen oder hydraulischen Kissen bestehen. Anstatt der Druckelemente 18 und 20 können auch Druckflüssigkeiten oder andere Druckmedien in den freien Raum zwischen dem oberen Formwerkzeug 19 und der Materialbahn 1 bzw. in den freien Raum zwischen dem unteren Formwerkzeug 21 und der Materialbahn 1 geleitet werden. Alle diese Maßnahmen können dazu dienen, die Materialbahn 1 mehrdimensional vorzuformen oder auszuformen, ohne daß sich zusätzlich ungewollte Falten bilden. Um die Materialbahn 1 dann in eine endgültige Gestalt mit hoher Maßgenauigkeit umzuformen, werden die Druckelemente 18 und 20 zunächst wieder von den Formwerkzeugen 19 und 21 entfernt, und dann wird die Materialbahn 1 durch Zusammendrücken der Formwerkzeuge 19 und 21 kalibriert. Dabei entspricht der freie Spalt zwischen den beiden Formwerkzeugen 19 und 21 in etwa der Dicke (incl. der Strukturhöhe) der Materialbahn 1. Die Formwerkzeuge 19 und 21 können sowohl aus starren sondern auch aus elastischen Werkstoffen bestehen.

Insbesondere die mehrdimensional umgeformten, beulstrukturierten Materialbahnen besitzen aber noch große Plastifizierungsreserven, die für sekundäre Umformprozesse genutzt werden können. Deshalb können die mehrdimensional vorgeformten strukturierten Materialbahnen im zweiten Schritt mit Hilfe vorzugsweise starrer Formwerkzeuge, wie Stempel und Matrize, partiell oder ganzflächig durch Prägen weiter umgeformt werden. Dabei werden zwar die Strukturen der Materialbahn teilweise wieder eingeebnet, aber unerwünschte Falten und Knicke in der Materialbahn werden trotz hoher Umformgrade vermieden oder zumindest stark reduziert. Eine Vorrichtung zum Prägen mehrdimensional vorgeformter, strukturierter Materialbahnen ergibt sich beispielsweise dadurch, daß mit Hilfe der in Fig. 5 schematisch dargestellten Formwerkzeuge, Stempel 19 und Matrize 21, die vorgeformte, strukturierte Materialbahn 1 entweder vollständig oder partiell zusammengedrückt und dabei stark plastifiziert wird, um ein weiteres Umformen der Materialbahn 1 zu erreichen. Applikationen so umgeformter, strukturierter Materialbahnen sind beispielsweise Wärmeabschirmbleche, die im Unterbodenbereich von Fahrzeugen eingesetzt werden können.

Fig. 6 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer rotationssymmetrisch umgeformten, strukturierten Materialbahn 22. Die strukturierte Materialbahn 22 wird zunächst zu einem Rand 25 umgebogen, damit sie eine verbesserte Formsteifigkeit erhält und sich bei dem mehrdimensional rotationssymmetrischen Umformen nicht verwindet oder faltet. Die Druckrollen 23 drücken so gegen die Vorderseite der strukturierten Materialbahn 22, und die Druckrollen 24 drücken so gegen die Rückseite der Materialbahn 22, daß die Materialbahn 22 durch Biegedeformationen umgeformt wird. Anstatt nur einer einzigen Vorrichtung, bestehend aus den Druckrollen 23 und Druckrollen 24 in Fig. 6, können auch mehrere Vorrichtungen gleichzeitig zum Einsatz kommen.

Fig. 7 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer mehrdimensional frei umgeformten, strukturierten Materialbahn 1. Eine Druckflüssigkeit wird durch die Öffnung 29 in die untere Kammer 27 geleitet und von unten gegen die strukturierte Materialbahn 1 gedrückt. Der Dichtungsring 28 zwischen der unteren Kammer 27 und der Materialbahn 1, die durch die obere Kammer 26 abgestützt wird, verhindert ein Austreten der Druckflüssigkeit. Die Materialbahn 1 formt sich durch den Innendruck frei aus. Dabei biegen sich die vorhandenen Strukturfalten und ggf. die Strukturkalotten der Materialbahn 1 etwas auf.

Fig. 8 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer mehrdimensional definiert umgeformten, strukturierten Materialbahn 1. Eine Druckflüssigkeit wird durch die Öffnung 29 in die untere Kammer 27 geleitet und von unten gegen die strukturierte Materialbahn 1 gedrückt. Diese strukturierte Materialbahn 1 formt sich zunächst frei aus und wird dann gegen die Kontur der Matrize 30 gedrückt. Die Matrize 30 besteht aus einem starren oder elastischen Werkstoff. Die Strukturfalten und die Strukturkalotten der Materialbahn 1 können sich dabei durch Biegedeformationen etwas abflachen, sie sind aber dennoch so formstabil, daß die Strukturen der Materialbahn 1 weitgehend oder teilweise erhalten bleiben.

Die Strukturkalotten der Materialbahn 1 in Fig. 7 oder Fig. 8 können nach unten oder nach oben gerichtet sein.

In einer nicht dargestellten Vorrichtung werden entsprechend Fig. 1 bis Fig. 8 mehrdimensional umgeformte Materialbahnen gleichzeitig oder nachträglich durch einen Tief- oder Streckziehprozeß weiter umgeformt. Das geschieht mit Hilfe von Formwerkzeugen, wie Stempel und Matrize, wobei allerdings die Strukturen der Materialbahn partiell wieder eingedrückt werden und wobei der Werkstoff der Materialbahn stark plastifiziert wird. Da beulstrukturierte Materialbahnen noch über große Plastifizierungsreserven verfügen, sind sie zum weiteren Umformen durch Tief- oder Streckziehen besonders gut geeignet.

Fig. 9 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer schalenförmig umgeformten, strukturierten Materialbahn 31, die beispielsweise in Vorrichtung entsprechend der Fig. 7 oder Fig. 8 mittels eines Druckmediums umgeformt und dann am Rand 32 abgetrennt wurde. So hergestellte schalenförmige, strukturierte Materialbahnen dienen beispielsweise als Reflektoren für Leuchten, die eine hohe Oberflächengüte, vorzugsweise eloxierter, beglänzter, lackierter oder andersartig oberflächenveredelter Werkstoffe aus Metallen, Kunststoffolien, Papier oder Pappe, aufweisen können, und ferner eine diffuse, blendfreie oder blendarme Lichtstreuung aufgrund ihrer Wandstruktur sowie eine definierte Lichtverteilung aufgrund ihrer makroskopischen Gestalt erzeugen können. Auch für den Fall, daß nach dem hydraulischen Umformvorgang das überstehende Material am Rande 32 der Materialbahn nicht abgetrennt wurde, ergeben sich vielseitige Anwendungen für so umgeformte, strukturierte Materialbahnen, wie beispielsweise als Verkleidungen oder sogenannte Spiegel mit ansprechendem Design und hoher Formsteifigkeit. Hierzu zählen beispielsweise Verkleidungen und Versteifungen von Hausgeräten, Behältern und Apparaten. Vorzugsweise wird nur eine geringe Tiefe der schalenförmig umgeformten Materialbahn im Vergleich zu ihrer Breite und Länge gewählt, damit die Strukturen während des hydraulischen Umformens weitgehend erhalten bleiben.

Fig. 10 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer tellerförmig umgeformten, strukturierten Materialbahn 33, die beispielsweise in einer modifizierten Vorrichtung entsprechend der Fig. 8 umgeformt wurde. Die flache Unterseite 34 der tellerförmig umgeformten Materialbahn 33 ergibt sich beispielsweise durch Andrücken der Materialbahn an eine ebene Matrize oder an einen Stempel. Der Stempel ist in Fig. 8 nicht dargestellt. So tellerförmig umgeformte Materialbahnen dienen beispielsweise als Menü-Schalen aus Aluminium.

Fig. 11 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer mehrdimensional umgeformten, strukturierten Materialbahn 35, die beispielsweise mit Hilfe der Vorrichtungen entsprechend Fig. 1 bis Fig. 5 oder Fig. 8 umgeformt wurde. Die Materialbahn 35 kann konvexe Bereiche 35, 37 und 38 sowie konkave Bereiche 39 aufweisen. So hergestellte mehrdimensional umgeformte, strukturierte Materialbahnen 35 können beispielsweise als Verkleidungen von Kuppeln und Bauwerken oder als Innenauskleidungen von Fahrzeugen dienen. Die Ausgangsmaterialien für diese Materialbahnen können oberflächenveredelte Werkstoffe sein. So hergestellte, mehrdimensionale umgeformte, strukturierte Materialbahnen lassen sich ferner einfach und faltenfrei in eine Konstruktion einfügen, selbst wenn noch kleine geometrische Anpassungen vorgenommen werden müssen.

Claims (14)

1. Verfahren zur Umformung regelmäßig strukturierter Materialbahnen mit Falten, insbesondere beulstrukturierter Materialbahnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahnen so belastet werden, daß die vorhandenen Beulstrukturen aufgeweitet und/oder verstärkt und/oder verlängert werden, ohne daß sich neue Falten bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahnen teilflächig oder gleichzeitig auf der gesamten Umformfläche oder fortlaufend auf der Umformfläche oder schrittweise auf der Umformfläche mit Biegedruck und/oder aus wechselnden Richtungen mit Biegedruck belastet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Wiederholung der Biegedruckbelastung und/oder eine Kalibrierung.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahnen an der Fläche, die der Biegedrucksangriffsfläche gegenüberliegt, druckunbelastet sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung fester und/oder in einzelnen oder in mehreren Richtungen nachgiebiger Druckwerkzeuge für die Umformung, wobei die Druckwerkzeuge Abstand voneinander aufweisen können und/oder alle oder teilweise aneinanderliegen und die aneinander liegenden Druckwerkzeuge ganz oder teilweise unabhängig voneinander nachgiebig und/oder ganz oder teilweise unabhängig voneinander bewegbar sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung von Walzen und/oder Rollen und/oder Platten und/oder Stempeln und/oder Noppen und/oder Stiften und/oder Bürsten und/oder Formen bzw. Matrizen und/oder pneumatischer und/oder hydraulischer Kissen und/oder Druckklammern.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung starrer oder elastischer Elemente an den Walzen und/oder Rollen und/oder an den Platten und/oder an den Stempeln bzw. Matrizen und/oder an den Noppen und/oder an den Stiften und/oder an den Bürsten und/oder an den Formen und/oder durch die Verwendung elastischer Walzen und/oder elastischer Rollen und/oder elastischer Platten und/oder elastischer Stempel bzw. Matrizen und/oder elastischer Noppen und/oder elastischer Bürsten und/oder elastischer Formen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckelemente punktförmig und/oder linienförmig und/oder flächig angreifen.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch die dichtende Einspannung der Materialbahnen in einer Druckkammer und Belastung der Materialbahn mit Gasdruck oder hydraulischem Druck.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahnen in eine Matrize gedrückt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, gekennzeichnet durch eine Kalibrierung zwischen Stempel und Matrize.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen ganz oder teilweise, ganzflächig oder teilweise wieder eingeebnet werden oder geprägt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Einebnung ein Tief- und/oder Streckziehen Anwendung findet.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die umgeformten Materialbahnen als Reflektoren und/oder Verkleidungen und Versteifungen von Hausgeräten und/oder Behältern und/oder Apparaten und/oder Bauwerken und/oder für Fahrzeugen und/oder als Menü-Schalen und/oder als Teller Anwendung finden.