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Verfahren zur Herstellung von Vorformteilen aus
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bindemittelhaltigen Preßmassen, wie Fasermatten, und Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens.
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Es ist bereits eine Vorrichtung zur Herstellung einseitig offener
Hohlkörper mit geraden oder schrägen Begrenzungsflächen in einer gegebenenfalls
beheizbaren Form durch Pressen mittels eines elastisch verformbaren unter Druck
zu setzenden Körpers bekannt (DE-AS 1 088 698), bei welcher ein dehnbarer Teil des
Kerns der Preßform durch eine dünne, elastische Folie gebildet wird, die um einen
starren Rahmen gelegt ist, und zwar derart, daß die elastische Folie durch geeignete
Durchbrechungen mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist. Als unter DrucQelastisch
verformbare Stoffe sind in diesem Zusammenhang beispielsweise auch natürlicher oder
künstlicher Gummi als vorteilhafte Materialien erwähnt worden. Bei der bekannten
Vorrichtung ist jeweils eine Formfläche in ihrer Gesamtheit, und zwar die Patrize,
mit der elastisch verformbaren Folie überzogen oder besteht insgesamt aus einem
elastisch
verformbaren Körper, der der Gestalt des zu bildenden Preßlings entspricht, wobei
die Abstände zwischen den beiden Preßformteilen vor der Pressung so bemessen sind,
daß der freie Zwischenraum dem jeweils erforderlichen Füllvolumen einer nicht steigfähigen
Preßmasse, vorzugsweise aus mit einem Bindemittel verstärkten Holzspänen,entspricht,
so daß durch die Verformung die gewünschten Boden- bzw. Wandstärken des Hohlkörpers
und etwaig? Verstärkungen, beispielsweise Rippen, Anschlagschultern, Bordekanten
zur Auflegung einer Deckplatte oder zur Bildung von Unterteilen, vorgebbar sind.
Benötigt wird die gummielastische Patrize bei der bekannten Preßform bzw.
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die mit der elastischen Folie ganzflächig überzogene Patrize, weil
hier von nicht steigfähigen Preßmassen ausgegangen wird, die in einem Verformungsschritt
verformt werden sollen, ohne daß es hierbei auf die Einhaltung gleichbleibender
Wandstärken oder exakt vorgebbarer Verdichtungsverhältnisse ankommt.
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Andererseits ist für die Herstellung von Vorformkörpern aus ebenen
Fasermatten, wie Zellulosefasern oder Lignozellulosefasern, ein Verfahren bekannt,
bei dem die Fasermatte schrittweise, und zwar jeweils zuerst an den Stellen verformt
wird, an denen die jeweils größte Verformung vorgesehen ist, und daraufhin die anderen
Stellen verformt werden (DE-PS 23 38 650).
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Solche Fasermatten, die zur Lagerung und zum Transport vorteilhaft
vorzuverdichten sind, werden durch Dämpfen aufgeweicht, so daß sie bei entsprechender
Druck- und Temperaturbeaufschlagung zu Formteilen verpreßbar sind. In Zonen starker
Verformung treten starke Scherkräfte auf, die von dem losen Zusammenhang des Faservlieses
nicht aufgenommen werden können,
so daß sich ein zweistufiges Ausformen
der Formteile durchgesetzt hat, bei dem zunächst das Vorformteil und anschließend
in einem weiteren Arbeitsgang das Fertigteil gepreßt wird. Die anfänglich ebene
Faservliesmatte kann durch die wie vorstehend angegebene schrittweise Verformung
geringstmöglichen Zug- und Stauchbelastungen ausgesetzt werden, da sie während des
Zusammenfahrens der beiden Pressformhälften jeweils überall dort, und angrenzend
an die Bereiche, die schrittweise aufeinanderfolgend Verformungsbelastungen ausgesetzt
werden, frei nachgezogen werden kann, was zusätzlich dadurch unterstützt wird, daß
die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Vorrichtung Preßformhälften verwendet,
die jeweils einen Verformungsbezirk mit einem bestimmten Verformungs- bzw. Verdichtungsgrad
abdeckende Preßstempel aufweist, die unabhängig voneinander in der Reihenfolge der
Verformungs- bzw. Verdichtungsgrade aus einer Offenstellung in eine Preßstellung
bringbar sind.
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Die hohe Qualität, die sich auf diese Weise für auch räumlich kompliziert
verformte Formteile erreichen läßt, wird getrübt durch den hohen vorrichtungstechnischen
Aufwand, der sich aus der Vielzahl gegeneinander zu bewegender Preßstempel und der
damit bedingten aufwendigen Steuerung ergibt, wobei die Fügespalten zwischen den
einzelnen gegeneinander beweglichen Teilstempeln zu einem nicht immer störungsfreien
Betrieb führen und sich ein gewisser Wartungsaufwand, der die Wirtschaftlichkeit
des Verfahrens mindert, nicht vermeiden läßt. Ein weiterer Nachteil der bekannten
Vorrichtung besteht noch darin, daß besonders bei räumlich stark verformten Teilen,
also größeren Verformungs-
tiefen, bei den gegeneinander beweglichen
Teilstempeln relativ große Einbauhöhen hingenommen werden müssen, was nicht in jedem
Falle zu praktikablen Konstruktionslösungen führt.
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Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde
liegt, ein Verfahren und eine Vorrichtung der im Gattungsteil des Patentanspruchs
1 genannten Art dahingehend zu verbessern und weiter zu entwickeln, daß mit geringeren
Fertigungskosten und geringerer Störanfälligkeit gearbeitet werden kann, wobei gleichzeitig
bei vereinfachtem Vorrichtungsaufbau auch relativ große Preßhübe bei verminderter
Einbauhöhe realisierbar sind.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß für das vorliegende
Verfahren durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens löst die gestellte
Aufgabe durch die Merkmale, wie sie im Kennzeichen des Patentanspruchs 2 angegeben
sind.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Aufgabenlösung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Dadurch, daß bei der schrittweise erfolgenden Verformung mehrere und
unterschiedliche mit elastisch verformbarem Überzugmaterial versehene formgebende
Oberflächenabschnitte wenigstens einer Hälfte des Preßformwerkzeugs durch Druckbeaufschlagung
ausbauchen, nehmen diese Bereiche eine von der Oberflächenkontur der PreßformhSlfte,
also der Matrize oder Patrize, abweichende Gestalt an, und zwar in einer zeitlich
steuerbaren Reihenfolge derart, daß
zuerst die Stellen größter Verformung
erfaßt werden, so daß zu diesen hin das Faservlies frei nachführbar ist, was aufeinanderfolgend
gleichermaßen für die beim Zusammenfahren der beiden Preßformhälften sich nähernden
anderen Bereiche gilt. Praktisch kann in den durch ein Druckmedium mittels der Überzüge
zusätzlich verformbaren Bereichen die Verformung der Fasermatte bereits beginnen,
noch bevor der zugehörige Oberflächenabschnitt des Preßwerkzeugs sich dem entsprechenden
Oberflächenbereich der Fasermatte genähert hat. Der Verformungsvorgang ist im wesentlichen
abgeschlossen noch bevor die beiden Preßformhälften vollständig in ihre zusammengefahrene
Endstellung gelangt sind. Damit werden für den Verformungsvorgang besonders kritische
Teilbereiche bis zur Anlage an die eine Formhälfte gebracht, während die übrigen
Bereiche noch frei beweglich bleiben und somit ein ausreichendes Nachführen von
Faservliesmaterial gewährleisten, ohne daß beim Nachziehen unzulässige Kräfte in
lokalen Abschnitten der Faservliesmatte auftreten, die zum Ausdünnen oder gar Zerreißen
derselben führen würden. Hierbei ist die zeitliche Staffelung der Druckbeaufschlagung
der unterschiedlichen Bereiche, die durch das elastische Uberzugmaterial zusätzlich
ausformbar sind, von großer Wichtigkeit. Vorteilhaft scheint eine zeitlich fortschreitende
Druckbeaufschlagung der gummielastisch ausgebildeten Oberflächenbereiche, beginnend
von der Stelle größter Verformung, nachfolgend über solche weniger starker und mittler
Verformung bishin zu denen mit geringem Verformungsgrad.
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Es sind jedoch auch andere Folgesteuerungen denkbar, beispielsweise
solche, bei denen einzelne Bereiche während der Ausformung intermittierend druckbeaufschlagt
werden, sich die Druckbeträge in Abhängig-
keit vom Abstand der
beiden Preßformhälften ändern, einzelne Bereiche noch während des Ausformvorgangs
wieder in einen drucklosen Zustand zurückversetzt werden, und dergleichen mehr.
Vorteilhaft ist hierbei, daß die gummielastischen Überzüge im drucklosen Zustand
kraft- und formschlüssig an der formgebenden Oberfläche der betreffenden Preßformhälfte
anliegen, so daß sie in diesem Zustand der gewünschten Endform der Vorformteilkontur
voll entsprechen.
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Eine besonders optimale Anpassung bereichsmäßig verschiedener Formgebungen
an den Ausformvorgang mit zeitlich gestaffeltem Aufblasen der gummielastischen Bereiche
einerseits und durch die formgebende Oberfläche des Preßformwerkzeugs andererseits
an die hiervon abhängigen Stauch- und Scherkräfte, die auf das Faservliesmaterial
ausgeübt werden, ist in vorteilhafter Weise möglich durch Verwendung unterschiedlicher
Materialien für die elastischen Überzüge und/oder unterschiedlicher Wandstärken
für die einzelnen gummielastischen Uberzüge, wobei die Materialveränderung und/oder
Variation der Wanddicke des Uberzugmaterials auch innerhalb ein und desselben Bereichs
denkbar ist. Hierdurch ergeben sich dann für diese Bereiche optimal steuerbare Verformungseigenschaften
und praktisch beliebig beeinflußbare Zwischenkonturvorgaben während des Ausformvorgangs.
Die Änderung der Elastizität des Überzugmaterials durch die Veränderung der Wandstärke
desselben ist auch durch andere Maßnahmen denkbar, so beispielsweise durch unterschiedliche
örtliche Beheizung oder beispielsweise durch Armierung des Überzugmaterials mittels
örtlicher Gewebeeinlagen und dergleichen mehr.
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Es kann weiterhin günstig sein, wenn die elastischen Überzüge auf
der mit der Fasermatte in Kontakt stehenden Seite eine Oberflächenstruktur erhöhter
Reibung durch größere Rauhtiefe besitzt, beispielsweise in Form von Noppen, Rillen
oder dergleichen, und zwar in regelmäßigen oder unregelmäßigen Mustern.
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Hierdurch läßt sich sowohl das Nachziehen der Fasermatte aus noch
unverformten Randbereichen unterstützend beeinflussen als auch das unerwünschte
Nachziehen aus schon verformten Werkstoffpartienmindern beziehungsweise verhindern.
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Aus fertigungstechnischen Gründen werden vorteilhaft die elastisch
überzogenen Bereiche vorzugsweise in einer Werkzeughälfte einzubringen sein.
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Bei komplizierter Formgebung kann es jedoch zweckmäßig sein, daß beide
Preßformhälften elastisch überzogene Konturbereiche enthalten, die so angeordnet
sind, daß sie sich bei geschlossener Vorrichtung nicht oder nur geringfügig überdecken.
Auf diese Weise lassen sich zusätzliche Freiheiten bei der Gestaltung einer während
der Verformung wirksam werdenden Zwischengeometrie gewinnen und die Belastung der
Fasermatten während des Verformens kann zusätzlich gemindert und der mögliche Verformungsgrad
gegenüber dem bisher Bekannten gesteigert werden.
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Bei der vorliegenden Vorrichtung kann die zeitliche oder örtliche
Staffelung der Druckbelastung durch eine mechanische, elektrische oder elektronische
Programmsteuerung,beispielsweise unter Verwendung eines Mikroprozessors, erfolgen,
die mit der Bewegung der Preßstempel, die die Vorrichtung betätigt, gekoppelt ist.
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Auf diese Weise läßt sich ein automatisch ablaufender Prozeß, der
exakt reproduzierbar ist, vorgeben und bei Änderung von Parametern ohne großen Aufwand
neu programmieren. Die hierfür benötigten Steuerelemente, wie Ventile, Relais, Programmteile
und dergleichen, sind mühelos austauschbar.
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Das Koordinieren von Preßenbewegung und Druckbeaufschlagung der elastisch
überzogenen Bereiche kann so erfolgen, daß der Pressenhub kontinuierlich durchläuft.
Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, den Pressenhub stufenweise ablaufen zu lassen
und die Schließbewegung der Vorrichtung für die Dauer der Druckbeaufschlagung eines
oder mehrerer elastisch überzogener Bereiche oder Teilbereiche zu unterbrechen.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen
näher erläutert werden, die eine nur beispielsweise Ausführungsform wiedergeben.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematisierte Schnittdarstellung durch die Vorrichtung zur
Herstellung von Vorformteilen mit den beiden Preßformhälften in auseinandergefahrener
Stellung und eingelegter Fasermatte, Fig. 2 eine Darstellung gemäß 1, nach Beginn
des Verformungsvorgangs bei teilweise zusammengefahrenen Preßformhälften, Fig. 3
eine Darstellung gemäß Fig. 1 in einem gegenüber Fig. 2 weiter fortgeschrittenen
Preßzustand,
Fig. 4 eine Darstellung in einem zeitlich noch späteren
Ausformungszustand, Fig. 5 eine entsprechende Schnittdarstellung kurz vor Beendigung
der Ausformung der Fasermatte und Fig. 6 das Endstadium der Verformung bei vollständig
geschlossener Preßform.
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Entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 6 besteht die
Vorrichtung aus den beiden Preßformhälften 1 und 2, wobei die untere Preßformhälfte
1 die Matrize und die obere Preßformhälfte 2 die Patrize bildet. Die formgebende
Oberfläche der Preßformhälfte 2 ist in unterschiedlichen voneinander getrennt liegenden
Bereichen 3,4 und 5 mit elastisch nachgiebigem Material, beispielsweise einer gummiartigen
Folie, überzogen, deren technische Werte bezüglich der Elastizität, Festigkeit,
Wärmebeständigkeit, Druckaufnahme und dergleichen den gegebenen Erfordernissen angepaßt
sind.Die Bereiche 3,4 und 5 sind verformungstechnisch an besonders exponierten,
also während des Ausformungsvorgangs der Fasermatte 7 kritischen Stellen, angebracht.
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Das die elastischen Bereiche 3, 4 und 5 übergreifende Material kann
unmittelbar auf der formgebenden Oberfläche der Preßformhälfte liegend mit seinen
Randbereichen in diese eingespannt sein oder in die formgebende Oberfläche des Preßwerkzeugs
eingelassen sein. Das für die elastisch verformbaren Bereiche 3, 4, 5 verwendete
gummielastische Überzugsmaterial ist nicht nur entlang seiner Randbereiche fluiddicht
in oder an der Preßformfläche
gehalten, sondern besteht auch aus
einem gegenüber dem Druckmedium inerten Material mit gas-und/oder flüssigkeitsdichten
Eigenschaften. Außer der dichtenden Befestigung der gummielastischen Schicht in
den Bereichen 3, 4 und 5 liegt diese lose auf der Oberfläche der Preßformhälfte
auf und ist über Bohrungen 3',4' und 5' mit Druckquellen verbunden, über die ein
Fluid zuführbar ist, welches ein dosierbares Ausbauchen der genannten Bereiche in
der in den Fig. 3 ff angedeuteten Weise ermöglicht.
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Beispielsweise ist Druckluft ein bevorzugt verwendbares Druckmedium.
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Die Preßformhälften 1,2 sind in bekannter Weise an nicht dargestellten
Wirkflächen einer Presse befestigt und werden vertikal gegeneinander verfahren,
wobei bevorzugt die untere Preßformhälfte 1 feststehend montiert ist, während die
obere Preßformhälfte 2 den erforderlichen Bewegungshub ausführt.
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Nachdem eine Fasermatte 7, beispielsweise eine mit Bindemittel beaufschlagte
Matte aus Lignozellulose, zwischen die beiden in Fig. 1 in Offenstellung gezeigten
Preßformhälften 1 und 2 eingelegt worden ist, beginnt der Preßvorgang, wobei, wie
Fig. 2 zeigt, eine schrittweise Verformung in dem Sinne eingeleitet wird, daß zunächst
die Stellen größter Verformung einleitend deformiert werden und hierbei der Werkstoff
der Fasermatte 7,wie durch die Pfeile in Fig.2 angezeigt, von allen Seiten freiliegend
aus den Randbezirken nachgezogen wird. Der Abstand der beiden Preßformhälften 1,2
zueinander ist an jeder Stelle größer als die Dicke der unverformten ebenen Fasermatte
7 in Fig.1.
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Fig. 3 zeigt den nächsten Verformungsschritt. Der elastisch überzogene
Bereich 3 wird durch die Bohrung 3' mit Druckluft beaufschlagt und nimmt dabei "ballonförmige"
Gestalt an. Hierdurch wird die Mattenverformung an der Stelle der Größtverformung
zunächst abgeschlossen. Wie durch Pfeile angedeutet, kann dabei weiterhin aus den
Randbezirken der Fasermatte 7 Werkstoff nachgezogen werden, da der Abstand der beiden
Werkzeughälften auch in diesem Statium noch größer ist als die Dicke der Fasermatte
7.
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Fig. 4 demonstriert einen zeitlich noch späteren Schritt des Verformungsablaufs.
Die Preßformhälfte 2 hat sich weiter abwärts bewegt, wobei der Druck im elastisch
überzogenen Bereich 3 vermindert wurde.
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Da schon in dem in Fig. 3 dargestellten Preßstatium der Bereich der
Größtverformung mit Mattenwerkstoff gefüllt ist, treten in dem Preßstadiumt das
in Fig. 4 gezeigt ist, in diesem Bereich keine zusätzlichen Zugkräfte im verpreßten
Werkstoff auf, er wird hier lediglich verdichtet. In diesem Stadium wird als nächster
Schritt der elastisch überzogene Bereich 4 mit Druckluft über die Bohrung 4' beaufschlagt.
Hierdurch wird der Fasermattenwerkstoff im Randbereich der Größtverformung festgehalten
und so weit verdichtet, daß er Zugkräfte begrenzt aufnehmen kann Die Nebenverformung
hat gerade begonnen; der hierfür benötigte Fasermattenwerkstoff kann noch aus dem
Außenbereich der Fasermatte in Pfeilrichtung nachgezogen werden. Der druckbeaufschlagte
elastisch überzogene Bereich 4 verhindert dabei ein unerwünschtes Nachziehen von
Fasermattenwerkstoff aus dem Randbereich der Größtverformung, was zu Ausdünnungen
des Vorformteils in diesem Be-
reich führen würde und somit zu
Auschußformteilen.
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Die Fig. 5 zeigt das vorletzte Stadium der Formgebung, d.h. einen
Zustand kurz vor Beendigung des wahlweise kontinuierlich oder diskontinuierlich
durchführbaren Preßvorgangs. Zu diesem Zeitpunkt wird der elastisch überzogene Bereich
5 über die Bohrung 5' mit Druckluft beaufschlagt, wodurch in Pfeilrichtung Fasermattenwerkstoff
in den Verformungsbereich nachgezogen wird. In Fig. 6 ist schließlich das Endstadium
der Verformung erreicht.
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Die Druckluft aus den Bereichen 3,4 und 5 wurde zuvor der Reihe ihrer
vorherigen Beaufschlagung nach abgelassen und die Vorrichtung in ihre Endstellung
bewegt. Dabei wird der Fasermattenwerkstoff auf die gewünschte Enddichte des Vorformteils
gleichmäßig verdichtet, wobei keine nennenswerten Zugspannungen mehr auftreten,
da bereits in dem in Fig. 5 dargestellten Stadium der benötigte Mattenwerkstoff
aus den Randbereichen in die Verformungsbereiche transportiert wurde.
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Für das beschriebene Verfahren können zusätzliche an sich bekannte
Verformungshilfen verwendet werden, wie etwa Abdeck- bzw. Zwischenschichten für
die Fasermatte 7 mit Stabilisierungsauflagen unterschiedlicher Elastizität. Das
in den Fig. 1 bis 6 dargestellte Formgebungsbeispiel erläutert darüber hinaus, daß
die vorliegende Vorrichtung minimale Einbauhöhe benötigt, so daß sie auch dort verwendet
werden kann, wo bisher bekannte Vorrichtungen mit gegeneinander beweglichen Teilstempeln
infolge zu großer Hubhöhen nicht mehr eingesetzt werden können.