DE69905665T2

DE69905665T2 - Verfahren und vorrichtung zum formen von dachverkleidungen

Info

Publication number: DE69905665T2
Application number: DE69905665T
Authority: DE
Inventors: B Byma; Ert M Van
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: International Automotive Components Group North America Inc
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2019-03-27
Also published as: DE69905665D1; EP0983137A1; ATE233651T1; US6146578A; KR20010012873A; WO1999048670A1; AU3209699A; EP0983137B1

Description

Fachgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Formen von Fahrzeugdachhimmeln.

Stand der Technik

Ein übliches Verfahren zum Warmformen von Kunststoffteilen ist das Druckformen. Beim Druckformen werden üblicherweise feste Formwerkzeuge verwendet, zum Beispiel Kunstharz- oder Verbundmaterialien, die um eine Kupferkühlleitungsanordnung gegossen sind. Das Druckformen wird für das Warmformen von plattenförmigen Materialien sowie für das Befestigen eines Abdeckmaterials an einem plattenförmigen Gegenstand eingesetzt, wenn der plattenförmige Gegenstand warmgeformt wird.
Ein bedeutsames Problem beim Druckformen besteht darin, dass die Kunstharz- oder Verbundgussformen im Allgemeinen eine Vielzahl von heißen Flecken an der Formoberfläche aufweisen, die auf Grund der Gestaltung des zu formenden Teils oder auf Grund anderer Beschränkungen der Werkzeuggestaltung von den Kupferkühlleitungen beabstandet sind. Diese heißen Flecken in der Druckform erfordern eine erhebliche Zeit, um die Wärme von der Formoberfläche in die nächstliegenden Kühlleitungen abzuleiten, wodurch sich die Zykluszeit pro Teil deutlich erhöhen kann.
Ein weiteres Problem bei derartigen Strukturen besteht darin, dass die Werkzeugherstellung einen beträchtlichen Zeitaufwand erfordert und bei der Vorbereitung des Werkzeugs hohe Kosten anfallen. Weiterhin sind Versorgungsleistungen wie elektrischer Strom und Hilfsausrüstungen, zum Beispiel große hydraulische/elektrische Pressen mit Wasserkühlsystem und Reglern, erforderlich.
Es ist daher wünschenswert, ein Verfahren und eine Einrichtung für das Warmformen plattenförmiger Gegenstände zu schaffen, bei denen die Zykluszeit verringert wird, die Werkzeugvorbereitungszeit verkürzt wird, die Werkzeugkosten sowie die Kosten für Anlagen, Hilfsausrüstungen und Versorgungsleistungen gesenkt und die Anforderungen verringert werden.
Das Druckformen wird weiterhin eingesetzt, um Dachhimmel herzustellen, welche die Innenfläche eines Fahrzeugdaches verkleiden. Die zum Zusammenpressen der Formhälften verwendete Presse ist jedoch relativ groß und teuer. Da die Formhälften relativ dick sind und eine erhebliche Abkühlzeit benötigen, erhöht sich weiterhin die Zykluszeit pro Teil. Weiterhin sind die Formhälften relativ schwer und teuer in der Fertigung. Die USA-Patentschrift Nr. 4,327,049 legt ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Dachhimmeln offen, welches das Druckformen mehrfacher Schichten aus vorgewärmten Stoffen in einer aus zwei Formhälften bestehenden Form einschließt. Diese Formhälften weisen eine Vielzahl von Durchgängen auf, durch die Kühlflüssigkeit geleitet wird, um die Form angemessen zu kühlen. Demzufolge bringt dieses Verfahren erhebliche Werkzeug- und Ausrüstungskosten mit sich.
AU 629727 legt eine Vakuumpressenanordnung zum Aufleimen von Plakaten, Fotografien und ähnlichen Stoffen auf flache Platten offen. Diese Anordnung umfasst einen flachen Boden und obere Platten, die so angeordnet sind, dass sie von einem Vakuum zusammengezogen werden, um ein Schichtenmaterial auf eine Platte zu pressen.
DE 44 41 552 A beschreibt in ähnlicher Weise ein Verfahren und eine Einrichtung zum Laminieren von Kunststoffblättern unter Einsatz eines Vakuums zum Laminieren und Zusammenpressen der zu laminierenden Blätter.
WO 91/01871 beschreibt ein Formgebungsverfahren unter Verwendung eines ersten, starren Formwerkzeugteils und eines elastischen, zweiten Formwerkzeugteils, zwischen denen sich die zu formende Platte befindet. Die Formwerkzeugteile und die Platte werden dann auf einen ein Vakuum erzeugenden Tisch gelegt, wobei eine elastische Platte von oben über das erste und das zweite Formwerkzeugteil gelegt und zwischen dem Tisch und der elastischen Platte ein Vakuum erzeugt wird, welches das erste und das zweite Formwerkzeugteil zusammenpresst.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Einrichtung zum Formen eines Teils nach den beigefügten Ansprüchen geschaffen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet ein Verfahren zum Formen eines Kraftfahrzeugdachhimmels. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen mindestens einer Schicht aus formbarem Material, das Einlegen der Schicht in eine aus zwei Form hälften bestehende Form, das Zusammenbringen der Formhälften zueinander, um eine Dichtungsbeziehung herzustellen, und das Erzeugen eines Unterdrucks in der Form, um die Formhälften mit ausreichender Kraft zueinander zu ziehen und die Schicht zu formen.
Weiterhin wird eine Einrichtung zum Formen des Fahrzeughimmels aus wenigstens einer Schicht aus formbarem Material offen gelegt. Die Einrichtung umfasst eine aus einem Paar Formhälften bestehende Form und eine zwischen den Formhälften angeordnete kompressible Dichtung, wobei wenigstens eine der Formhälften wenigstens eine Öffnung aufweist; und Einrichtungen zum Anlegen eines Unterdruckes an die Öffnung, um die Formhälften ausreichend zusammenzuziehen und die Dichtung zu komprimieren, wodurch die wenigstens eine Schicht geformt wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind vielerlei Anwendungen für die vorliegende Erfindung denkbar. Sie kann zum Beispiel eingesetzt werden, um ein Abdeckmaterial an einer vorgewärmten Kunststoffplatte zu befestigen, während die Kunststoffplatte geformt wird, zudem ist die Erfindung sowohl für bei Wärme aushärtende als auch für bei Wärme verformbare Stoffe einsetzbar.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zum Formen des Dachhimmels zu schaffen, das keine hohen Anlagen- oder Werkzeugkosten mit sich bringt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Formen des Dachhimmels zu schaffen, wobei die Formhälften durch einen Unterdruck zueinander gezogen werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Formen des Dachhimmels zu schaffen, wobei das Verfahren das Erwärmen der formbaren Schicht durch Einblasen von Dampf in die Form einschließt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Formen des Dachhimmels zu schaffen, wobei das Verfahren das Erwärmen der formbaren Schicht durch Einblasen von Heißluft in die Form einschließt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Herstellung des Dachhimmels zu schaffen, welche keine bedeutenden Ausrüstungs- oder Werkzeugkosten mit sich bringt.
Eine speziellere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Formen des Fahrzeugdachhimmels zu schaffen, welches umfasst: Bereitstellen wenigstens einer Schicht aus formbarem Material und eines Abdeckelements; Erwärmen der Schicht und des Abdeckelements; Positionieren der Schicht und des Abdeckelements zwischen einem Paar Formhälften, wobei eine der Formhälften eine Öffnung und einen Kanal in Kommunikation mit der Öffnung aufweist; Zueinanderbringen der Formhälften in eine Dichtungsbeziehung; und Anlegen eines Unterdruckes an die Öffnung, um die Formhälften zueinander zu ziehen, um die wenigstens eine Schicht und das Abdeckelement aneinander zu drücken und somit den Dachhimmel zu formen.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden ohne Weiteres aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der besten Arten des Ausführens der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Ofens zum erfindungsgemäßen Erwärmen eines plattenförmigen Gegenstandes;
Fig. 2 eine schematische seitliche Schnittansicht eines Druckbehälters, in den ein Plattengegenstand und Abdeckmaterial eingegeben wurden;
Fig. 3 eine schematische seitliche Schnittansicht des Druckbehälters aus Fig. 2 in geschlossener Position;
Fig. 4 eine schematische seitliche Schnittansicht des Druckbehälters aus Fig. 2, wobei die Flüssigkeitskammern unter Druck gesetzt werden;
Fig. 5 eine schematische seitliche Schnittansicht des Druckbehälters aus Fig. 1, während das warmgeformte Teil entnommen wird;
Fig. 6 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Formen eines Fahrzeugdachhimmels;
Fig. 7 eine Seitenansicht einer Formhälfte der Einrichtung aus Fig. 6, wobei ein Paar Vakuumöffnungen und ein Vakuumkanal sichtbar sind; und
Fig. 8 eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Einrichtung.

Die besten Arten der Ausführung der Erfindung

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung wurde als "Niederdruck-Hydraformen" bezeichnet. Dieser Prozess wurde entwickelt, um die Werkzeugkosten für das Warmformen plattenförmiger Gegenstände zu senken, insbesondere für das gleichzeitige Befestigen von Abdeckmaterial an diesen Gegenständen. Die Erfindung ist vorzugsweise für den Einsatz an Fahrzeug-Innenverkleidungsplatten vorgesehen, lässt sich jedoch selbstverständlich auf eine breite Palette warmzuformender plattenförmiger Gegenstände anwenden.
Typische zu formende Stoffe sind Holzmaterial, Sperrholz, ABS-Platten und Faserpolypropylen mit einer Vielzahl von Abdeckmaterialien, zum Beispiel Textilien, Vinyl, Teppichstoff usw.
Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, beide Seiten eines Druckbehälters mittels einer Niederdruckflüssigkeit, die auch als Kühlmittel dient, unter Druck zu setzen. Der Druckbehälter weist dünne Schalenoberflächen auf, die zum Formen der Teile verwendet werden und sogar das Kühlen des geformten Teiles ermöglichen. Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Fig. 1-5 ausführlicher beschrieben.
In Fig. 1 ist ein Ofen 10 zum Vorwärmen eines plattenförmigen Gegenstandes 12 vor dem Warmformen des plattenförmigen Gegenstandes 12 dargestellt.
Gemäß Fig. 2 wird der plattenförmige Gegenstand 12, nachdem er im Ofen 10 vorgewärmt wurde, in einen Druckbehälter 14 zum Warmformen eingelegt. In der bevorzugten Ausführungsform wird auch ein Abdeckmaterial 16 in den Druckbehälter 14 eingelegt und mittels der Halteeinrichtungen 18, 20 positioniert.
Der Druckbehälter 14 umfasst eine erste und eine zweite Druckbehälterhälfte 22, 24, die in ihrem Innern jeweils eine Flüssigkeits-(Fluid-)kammer 26 bzw. 28 aufweisen. Die erste und die zweite Druckbehälterhälfte 26 und 28 können aus einem Verbund aus Gussaluminium, Stahlblech, Glasfasern, Kohlefasern usw. bestehen.
Die erste und die zweite Druckbehälterhälfte 22, 24 umfassen weiterhin eine dünne Schale 30 bzw. 32, um den plattenförmigen Gegenstand 12 in eine gewünschte Form zu bringen, die von der Oberflächengestaltung der dünnen Schalen 30, 32 definiert wird. Die dünnen Schalen 30, 32 können aus einem Metall, Glasfasern, nickelplattiertem Material, Kohlefasern, Gussaluminium oder einem anderen Material bestehen. Wenn das Warmformen mit einem bei Wärme aushärtenden Material erfolgen soll, wird wahrscheinlich eine Metall- oder Keramikschale verwendet, weil diese die Wärmeerzeugung fördert, und in den Fluidkammern 26, 28 würde heißes Öl oder Dampf zirkulieren. Wenn das Warmformen mit einem thermoplastischen Material erfolgen soll, würde eine weichere Schale zum Einsatz kommen.
In der bevorzugten Ausführungsform sind die dünnen Schalen 30, 32 wenigstens teilweise elastisch, damit die erste und die zweite Druckbehälterhälfte 22, 24 miteinander geschlossen werden, ohne das Teil während des Schließens in die gewünschte Form zu bringen. Diese Elastizität der dünnen Schalen 30, 32 lässt sich erreichen, indem um den Umfang der dünnen Schalen 30, 32 eine elastische Membrananordnung geschaffen wird oder indem lediglich die dünnen Schalen 30, 32 aus einem elastischen Material geformt werden.
Die erste und die zweite Behälterhälfte 22, 24 sind schwenkbar am Drehpunkt 36 miteinander verbunden, um das Öffnen und Schließen des Druckbehälters 14 zu ermöglichen. Wie in Fig. 2 dargestellt, weisen die dünnen Schalen 30, 32 eine jeweils erste und zweite Fläche 38, 40, 42, 44 auf. Die ersten Flächen 39, 42 begrenzen die Flüssigkeitskammern 26 bzw. 28, und die zweiten Flächen 40, 44 sind so gestaltet, dass sie ineinander greifen und den plattenförmigen Gegenstand 12 sowie das Abdeckmaterial 16 in Form bringen.
Gemäß Fig. 3 werden nach dem Einlegen des plattenförmigen Gegenstandes 12 und des Abdeckmaterials 16 zwischen die Behälterhälften 22, 24 diese Behälterhälften 22, 24 miteinander geschlossen und mittels der Einschnappeinrichtung 34 eingeschnappt. Da die dünnen Schalen 30, 32 wenigstens teilweise elastisch sind, kann die Einschnappklinke 34 einschnappen, während der plattenförmige Gegenstand 12 und das Abdeckmaterial 16 noch nicht völlig in die gewünschte Form gebracht worden sind. Die obere dünne Schale 32 ist vorzugsweise weniger elastisch, da sie das Gewicht der darüber befindlichen Flüssigkeit tragen muss, und die untere dünne Schale 30 ist vergleichsweise elastischer.
Eine Leitung 46 ist vorhanden, um eine Fluidkommunikation zwischen der ersten und der zweiten Flüssigkeitskammer 26, 28 zu schaffen. Zu- und Rückführleitungen 48, 50 sind zum Zu- und Rückführen einer Flüssigkeit 52 zu und von den Flüssigkeitskammern 26, 28 vorhanden. Zum Regeln eines derartigen Flusses sind Ventile 54, 56 vorhanden.
Wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, ist eine Vielzahl leichter, harter Füllkörper 58 in der oberen Flüssigkeitskammer 28 vorhanden, um die Menge der Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 28 zu verringern, damit das Gewicht geringer und die Handhabbarkeit besser wird. Die Füllkörper 58 können aus harten Styroporblöcken, hohlen Gegenständen in der Art von Tischtennisbällen oder beliebigen ähnlichen leichten, harten und wasserbeständigen Gegenständen bestehen.
Die Flüssigkeit 52 in den Flüssigkeitskammern 26, 28 könnte Wasser, Öl usw. umfassen.
Gemäß Fig. 4 wird dann das Einlassventil 56 geöffnet, um beiden Flüssigkeitskammern 26, 28 Wasser 52 zuzuführen. Die Leitung 46 schafft die Fluidkommunikation zwischen den einander gegenüberliegenden 26, 28, um den Fluiddruck in den Flüssigkeitskammern 26, 28 auszugleichen. Der Flüssigkeitsdruck wird vorzugsweise in einem niedrigen Bereich gehalten, nämlich etwa 5 bis 100 psi (0,3 bis 6,9 bar). Wegen der großen Oberfläche der dünnen Schalen 30, 32 erzeugt ein niedriger Flüssigkeitsdruck eine sehr starke Kraft zum Formen des plattenförmigen Gegenstandes 12 und des Abdeckmaterials 16. Da die Flüssigkeit 52 in Kontakt mit einem großen Abschnitt jeder der dünnen Schalen 30, 32 steht, wird das Kühlen erheblich verstärkt, was die Zykluszeit zum Formen des plattenförmigen Gegenstandes 12 und des Abdeckmaterials 16 deutlich verkürzt. Insbesondere berührt die Flüssigkeit direkt die gesamte Oberfläche der dünnen Schale, die dem konturierten, das Teil formenden Abschnitt der dünnen Schale direkt gegenüberliegt. Alternativ kann die Flüssigkeit zwecks Druckerzeugung durch Druckluft ersetzt werden.
Die durch die unter Druck stehende Flüssigkeit 52 auf die Schalen 30, 32 ausgeübte Kraft bringt das Teil in die gewünschte Form, wobei die Flüssigkeit 52 Wärme von den Schalen 30, 32 ableitet, um das Teil zu kühlen. Nach einem ausreichenden Zeitraum wird die zweite Behälterhälfte 24 von der ersten Behälterhälfte 22 weg geschwenkt, so dass das geformte Teil 60 aus dem Druckbehälter 14 entnommen werden kann, wie in Fig. 5 dargestellt.
Die vorliegende Erfindung schließt ein, dass die Flüssigkeit 52 unter Verwendung verschiedener Strömungssequenzen durch die Flüssigkeitskammern 26, 28 geleitet werden oder die Flüssigkeit in den Flüssigkeitskammern 26, 28 ruhen könnte.
In Fig. 2 sind Entnahmemerkmale 62 schematisch dargestellt, um zu zeigen, dass die dünnen Schalen 30, 32 leicht auswechselbar sind. Wenn Teile unterschiedlicher Form benötigt werden, müssen dementsprechend nur die dünnen Schalen 30, 32 ausgewechselt und gelagert werden. Die dünnen Schalen 30, 32 bieten gegenüber Druckformungsvorgängen nach dem Stand der Technik, die das Lagern großer Formen erfordern, einen deutlichen Vorteil hinsichtlich des benötigten Lagerraumes.
Natürlich muss der Druckbehälter 14 nicht die beschriebene Muschelschalenanordnung aufweisen. Es sind verschiedene Gestaltungsformen denkbar. Auch könnte die Leitung 46 durch geeignete andere Einrichtungen für den Druckausgleich an den entgegengesetzten Seiten des zu formenden Teiles, zum Beispiel Zuführpumpen und Drucksensoren, ersetzt werden. Weiterhin können die Flüssigkeitskammern 26, 28 teilweise mit Luft gefüllt werden, um das Gewicht zu verringern.
Dementsprechend bietet die vorliegende Erfindung ein Werkzeug von geringem Gewicht, das die Kosten für Versorgungseinrichtungen, Anlagen und Hilfsausrüstungen senkt. Weiterhin sind keine mit Hydraulikleitungen versehenen Kühleinrichtungen erforderlich. Weiterhin könnte der Wasserdruck von einem vorhandenen Kühlturmsystem stammen, da nur ein sehr niedriger Druck benötigt wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung wurde als "Zwillingsschalen-Vakuumformen" bezeichnet. Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung 110 zum Formen eines Fahrzeugdachhimmels 112, der eine formbare Schicht 114 und ein Abdeckelement 116 aufweist. Die Einrichtung 110 umfasst eine Erwärmvorrichtung, zum Beispiel einen Ofen 118, eine Form 119 mit einem Paar vertikal ausgerichteter Formhälften 120 und 122 und eine Vakuumquelle 124. Die Einrichtung 110 ist vorzugsweise so angeordnet, dass sich der Ofen 118 über den Formhälften 120 und 122 befindet, um die benötigte Bodenfläche zu verringern. Alternativ können der Ofen 118 und die Formhälften 120 und 122 horizontal oder anders ausgerichtet sein. Der Ofen 118 weist eine Vielzahl von Schlitzen 126 auf, wobei jeder Schlitz eine oder mehrere formbare Schichten 114 und/oder das Abdeckelement 116 aufnehmen kann. Vorzugsweise ist wenigstens ein Heizelement 127 neben jedem Schlitz angeordnet, um eine oder mehrere formbare Schichten 114 und/oder das Abdeckelement 116 auf die gleiche oder unterschiedliche Temperaturen zu erwärmen. Alternativ kann die Erwärmeinrichtung eine Heißluftquelle, eine Dampfquelle, eine Kontaktheizeinrichtung mit einer oder mehreren Heizflächen, die an eine oder mehrere Flächen des zu erwärmenden Materials angelegt werden können, oder eine andere Fachleuten bekannte Erwärmeinrichtung sein.
Die formbare Schicht 114 und das Abdeckelement 116 werden zunächst in dem Ofen 118 bis auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt, die vorzugsweise je nach der Art der Materialien im Bereich von 150ºC bis 280ºC liegt. Die formbare Schicht 114 kann aus jedem durchlässigen oder undurchlässigen Stoff bestehen, der bei ausreichender Erwärmung eine Verformungs- und/oder Kompressionsfestigkeit aufweist, die geringer ist als der die Einrichtung 110 umgebende Außenluftdruck. Derartige Stoffe schließen warmformbares starres Urethan (TRU) und Polyethylenterephtalat (PET) ein. Das Abdeckelement 116 besteht vorzugsweise aus ungewebtem PET, kann jedoch jedes geeignete durchlässige oder undurchlässige Abdeckmaterial, wie Textilmaterial, Vinyl oder Teppichstoff aufweisen. Alternativ kann je nach Anwendung das Erwärmen des Abdeckelementes 116 oder das Abdeckelement 116 völlig weggelassen werden, wenn die Eigenschaften der formbaren Schicht 114 ästhetisch zufriedenstellend sind. Weiterhin können mehrere formbare Schichten 114 verwendet werden, um einen Dachhimmel zu formen.
Die Formhälften 120 und 122 sind relativ dünn und weisen vorzugsweise eine Dicke von 0,25 bis 1,0 Zoll (6,35 bis 25,4 mm) auf. Die Formhälften 120 und 122 bestehen vorzugsweise aus Kunstharz, können jedoch auch aus einem anderen geeigneten Material wie Gussaluminium oder Nickel gefertigt sein. Die Formhälften 120 und 122 sind weiterhin vorzugsweise ausreichend starr, damit sie sich nicht wesentlich verbiegen, wenn sie unter Kraftanwendung gegeneinander gedrückt werden. Demzufolge sind die Formhälften 120 und 122 in der Lage, den Dachhimmel exakt mit streng geregelten Toleranzen in die gewünschte Form zu bringen. Dies lässt sich auch erreichen, wenn wenigstens ein Abschnitt, zum Beispiel ein Umfangsabschnitt, von wenigstens einer der Formhälften 120 und 122 ein relativ elastisches Material aufweist, das leicht kollabiert, wenn es einer äußeren Druckkraft ausgesetzt wird. Eine derartige Gestaltung ist zum Beispiel von Vorteil, wenn gerundete Kanten oder andere Merkmale an dem Dachhimmel geformt werden.
Ein Paar Scharniere 127 verbindet die Formhälften 120 und 122 schwenkbar miteinander, um das Öffnen und Schließen der Form 119 zu ermöglichen. Alternativ können die Formhälften 120 und 122 an Schlitten, Zylindern oder einer anderen Fachleuten be kannten Montageanordnung angebracht sein, oder jede der Formhälften kann frei stehend sein. Die Formhälfte 120 weist eine Vielzahl eindrückbarer oder verschiebbarer Stifte 128 zum Halten der formbaren Schicht 114 und des Abdeckelementes 116 im Innern der Form 119 auf.
Wie in Fig. 7 dargestellt, ist am Umfang der Formhälfte 122 eine Dichtung 130 angebracht, um eine im Wesentlichen gas- oder luftdichte Dichtungsbeziehung zwischen den Formhälften 120 und 122 herzustellen, wenn die Dichtung ausreichend zusammengepresst wird. Weiterhin weist die Formhälfte 122 ein Paar durch sie verlaufende Öffnungen 132 und 133 und einen Vakuumkanal 134 auf, der in Fluidkommunikation mit den Öffnungen steht. Der Vakuumkanal 134 ermöglicht es, ein Vakuum zunächst an den Umfang der Form 119 anzulegen, was besonders in dem Falle vorteilhaft ist, wenn der Dachhimmel 112 im Wesentlichen aus undurchlässigen Materialien besteht. Wenn der Dachhimmel 112 aus ausreichend durchlässigen Materialien besteht, kann der Vakuumkanal 134 in der Formhälfte 122 weggelassen werden. Alternativ können eine oder beide Formhälften 120 und 122 eine oder mehrere Öffnungen und/oder Kanäle aufweisen, durch die in der Form 119 ein unter dem Umgebungsluftdruck liegender Unterdruck erzeugt werden kann.
Die Vakuumquelle 124 steht in Fluidkommunikation mit den Öffnungen 132 und 133 und ist so gestaltet, dass der Druck im Innern der Form 119 unter den Umgebungsluftdruck abgesenkt wird. Die Vakuumquelle 124 erreicht in der Form je nach der Art der zu formenden und/oder zu komprimierenden Materialien vorzugsweise einen Druckabfall von 0,5 bis 10 Pfund pro Quadratzoll (psi) (0,03 bis 0,69 bar). Der auf eine typische Formhälftenfläche von etwa 2500 bis 4500 Quadratzoll (1,6 bis 2,9 m²) wirkende Umgebungsluftdruck ist daher in der Lage, eine Druckkraft von etwa 1250 bis 45000 Pfund pro Quadratzoll (567 bis 20411 kg) auszuüben, um die Formhälften 120 und 122 zueinander zu ziehen.
Nach dem Erwärmen werden die formbare Schicht 114 und das Abdeckelement 116 automatisch oder auf andere Weise zwischen die Formhälften 120 und 122 und auf die verschiebbaren Stifte 128 platziert. Alternativ können die formbare Schicht 114 und das Abdeckelement 116 auf eine andere Fachleuten bekannte Weise in der Form gehalten werden, zum Beispiel durch Befestigen der formbaren Schicht und des Abdeckelementes in einem Halterahmen, der im Kanal 134 gehalten werden kann. Die Formhälften 120 und 122 werden dann von Hand oder auf andere Weise so zusammengebracht, dass die Formhälften ausreichend miteinander abgedichtet sind. Dann wird mittels der Vakuumquelle 124 ein Vakuum aufgebaut, um den Luftdruck im Innern der Form 119 unter den Umgebungsluftdruck zu senken. Im Ergebnis dessen drückt der Umgebungsluftdruck die Formhälften 120 und 122 gegeneinander, wodurch der Dachhimmel warmgeformt wird, wobei die Dichtung 130 weiter zusammengedrückt wird. Während des Warmformens werden die formbare Schicht 114 und das Abdeckelement 116 miteinander verbunden und in die gewünschte Kontur des Dachhimmels 112 gebracht. Es können auch Klebstoffe verwendet werden, um die Verbindung zwischen der formbaren Schicht oder den formbaren Schichten 114 und dem Abdeckelement 116 zu verbessern. Weiterhin kann die Dichtung 130 so gestaltet sein, dass sie den Kompressionsbereich der Form 119 regelt. Es kann zum Beispiel eine relativ starre Dichtung verwendet werden, um den Kompressionsbereich der Form 119 zu verringern. Alternativ kann das Abdeckelement 116 geformt oder anderweitig an einer zuvor geformten formbaren Schicht oder Schichten 114 befestigt werden.
Da die Formhälften 120 und 122 relativ dünn und einfach aufgebaut sind, lassen sich die Formhälften kostengünstig fertigen. Da weiterhin keine Presse erforderlich ist, um die Formhälften 120 und 122 aneinander zu pressen, führen das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtung zu im Vergleich mit dem Stand der Technik deutlich niedrigeren Ausrüstungskosten.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform 210 der Einrichtung, die eine Wärmequelle 218 und eine Form 219 umfasst, die zwei Formhälften 220 und 222 aufweist. Neben den Merkmalen der Formhälften 120 und 122 der Form 119 weist jede der Formhälften 220 und 222 eine Vielzahl von Öffnungen 224 auf, die in Fluidkommunikation mit der Wärmequelle 218 stehen. Die Wärmequelle 218 kann eingesetzt werden, um Dampf, Heißluft oder ein anderes erwärmtes Fluid zu erzeugen und in die Form 219 einzublasen, um die formbare Schicht 114 und das Abdeckelement 116, falls es verwendet wird, zu erwärmen. Alternativ können die Formhälften in einer Fachleuten bekannten Weise thermisch geregelt werden.
Die formbare Schicht 114 und das Abdeckelement 116, falls verwendet, werden automatisch oder auf andere Weise zwischen die Formhälften 220 und 222 und auf den verschiebbaren Stiften 128 platziert. Die Formhälften 220 und 222 werden dann von Hand oder auf andere Weise so zusammengebracht, dass die Formhälften ausreichend miteinander abgedichtet sind. Dann wird durch die Wärmequelle 218 ein erwärmtes Fluid erzeugt und in die Form 219 eingeblasen, um die formbare Schicht 114 und das Abdeckelement 116 je nach der Art der Materialien auf 150ºC bis 280ºC zu erwärmen. Folglich benötigen die formbare Schicht 114 und das Abdeckelement 116 eventuell kein Vorwärmen, bevor sie in die Form 219 eingelegt werden. Dann wird von der Vakuumquelle 124 ein Vakuum aufgebaut, um den Druck in der Form 219 unter den Umgebungsluftdruck zu senken. Im Ergebnis dessen drückt der Umgebungsluftdruck die Formhälften 220 und 222 gegeneinander, wodurch der Dachhimmel warmgeformt wird, wobei die Dichtung 130 weiter zusammengedrückt wird.
Die Erfindung wurde auf verdeutlichende Weise beschrieben, und es dürfte klar sein, dass die verwendeten Begriffe denn Sprachgebrauch einer Beschreibung und nicht einer Einschränkung entsprechen. Es ist naheliegend, dass viele Modifikationen und Variationen der Erfindung im Rahmen der obigen Offenlegung möglich sind. Zum Beispiel können das Verfahren und die Einrichtung verwendet werden, um verschiedene Kraftfahrzeugteile wie Gepäckablagen, Kofferraumverkleidungen, Bodenbeläge, Kühlerhaubenisolatoren und Türverkleidungen zu formen. Weiterhin können das Verfahren und die Einrichtung verwendet werden, um nicht für Kraftfahrzeuge bestimmte Gegenstände wie Büroablagen und Anschlagbretter zu formen. Natürlich kann die Erfindung im Rahmen der beigefügten Ansprüche auch anders als in der beschriebenen Weise genutzt werden.

Claims

1. Verfahren zum Formen eines Teils (112), wobei das Verfahren umfasst:

Erwärmen von wenigstens einer Schicht aus formbarem Material (114);

Einlegen der wenigstens einen Schicht aus formbarem Material (114) in eine Form (119), die eine erste und eine zweite Formhälfte (120, 122) aufweist, wobei jede Formhälfte (120,122) eine nicht planare Oberflächengestaltung aufweist;

Bewegen einer der Formhälften (120, 122) zu der anderen Formhälfte (120,122), um eine Dichtungsbeziehung zu bewirken; und

Aufbauen eines Unterdruckes im Innern der Form (110), um den Luftdruck in der Form (119) zu senken und dadurch den Umgebungsluftdruck zu veranlassen, die Formhälften (120, 122) unter Kraftanwendung ausreichend stark zusammenzudrücken, um die wenigstens eine Schicht aus formbarem Material (114) in eine gewünschte Form zu bringen, die den nicht planaren Oberflächengestaltungen der Formhälften (120, 122) entspricht;

wobei jede Formhälfte (120,122) ausreichend starr ist, so dass sich die Formhälften (120, 122) nicht wesentlich verbiegen, wenn die Formhälften (120, 122) unter Kraftanwendung gegeneinander gedrückt werden, wodurch die wenigstens eine Schicht aus formbarem Material (114) exakt in die gewünschte Form gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Schicht aus formbarem Material (114) luftdurchlässig ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Form (119) weiterhin eine kompressible Dichtung (130) aufweist und wobei der Schritt des Bewegens das Bewegen der einen Formhälfte (120, 122) zu der anderen Formhälfte (122, 120) umfasst, um eine Dichtungsbeziehung zu bewirken, indem die Dichtung (130) zusammenge presst wird, und wobei der Schritt des Vakuumaufbaues das Aufbauen des Unterdruckes im Innern der Form (119) umfasst, um dadurch den Umgebungsluftdruck zu veranlassen, die Formhälften (120, 122) unter Kraftanwendung ausreichend stark aneinander zu drücken, so dass die Dichtung (130) weiter komprimiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erwärmens das Erwärmen der wenigstens einen Schicht aus formbarem Material (114) vor dem Einlegen der wenigstens einen Schicht aus formbarem Material (114) in die Form (119) umfasst.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erwärmens das Erwärmen der wenigstens einen Schicht aus formbarem Material (114) nach dem Einlegen der wenigstens einen Schicht aus formbarem Material (114) in die Form (119) umfasst.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Erwärmens das Einblasen von Dampf in die Form (219) umfasst.

7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Erwärmens das Einblasen von Heißluft in die Form (219) umfasst.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Abschnitt von wenigstens einer der Formhälften (120, 122) ein elastisches Material aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine der Formhälften (120, 122) wenigstens einen Stift (128) zum Halten der wenigstens einen Schicht aus formbarem Material (114) in der Form (119) aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine der Formhälften (120, 122) wenigstens eine Öffnung (132, 133) aufweist und wobei der Schritt des Aufbau ens eines Unterdruckes in der Form (119) das Anlegen eines Unterdruckes an die wenigstens eine Öffnung (132, 133) umfasst.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine der Formhälften (120, 122) wenigstens eine Öffnung (132, 133) und einen Kanal (134) entlang einem Umfang von wenigstens einer Formhälfte (122) in Fluidkommunikation mit der wenigstens einen Öffnung (132, 133) aufweist und wobei der Schritt des Aufbauens eines Unterdruckes in der Form (219) das Anlegen eines Unterdruckes an die wenigstens eine Öffnung (132, 133) und den Kanal (134) umfasst.

12. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin das Bereitstellen eines formbaren Abdeckelementes (116) und das Einlegen des Abdeckelementes (116) in die Form (119) mit der wenigstens einen Schicht aus formbarem Material (114) umfasst.

13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Formhälften (120, 122) durch Scharniere miteinander verbunden sind und wobei der Schritt des Bewegens das Schwenken der einen Formhälfte (120, 122) in Richtung zu der anderen Formhälfte (122, 120) umfasst.

14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jede Formhälfte (120, 122) eine Dicke im Bereich von 0,25 bis 1,0 Zoll (6,35 bis 25,4 mm) aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine Formhälfte (120, 122) eine Vielzahl von Öffnungen (132, 133) in Kommunikation mit der Oberflächengestaltung der wenigstens einen Formhälfte (120, 122) aufweist und wobei der Schritt des Aufbauens eines Unterdruckes in der Form (119, 219) das Anlegen eines Unterdruckes an die Vielzahl von Öffnungen (132, 133) umfasst.

16. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jede Formhälfte (120, 122) eine Vielzahl von Öffnungen (132, 133) aufweist und wobei der Schritt des Aufbauens eines Unterdruckes in der Form (119, 219) das Anlegen eines Unterdruckes an die Vielzahl von Öffnungen (132, 133) jeder Formhälfte (120,122) umfasst.

17. Einrichtung (110) zum Formen eines Teils (112) aus wenigstens einer Schicht formbarem Material (114), wobei die Einrichtung (110) umfasst:

eine Form (119), die ein Paar Formhälften (120, 122) und eine kompressible Dichtung (130) aufweist, die zwischen den Formhälften (120,122) angeordnet ist, wobei jede Formhälfte (120, 122) eine nicht planare Oberflächengestaltung aufweist und wenigstens eine der Formhälften (120, 122) wenigstens eine Öffnung (132, 133) aufweist; und

eine Einrichtung (124) zum Anlegen eines Unterdruckes an die wenigstens eine Öffnung (132, 133), um den Luftdruck im Innern der Form (119, 219) zu senken, damit der Umgebungsluftdruck die Formhälften (120, 122; 220, 222) ausreichend kraftvoll gegeneinanderpresst und die Dichtung (130) zusammenpresst, wodurch die wenigstens eine Schicht aus formbarem Material (114) in eine Form gebracht wird, die den nicht planaren Oberflächengestaltungen der Formhälften (120, 122) entspricht;

wobei jede Formhälfte (120, 122) ausreichend starr ist, damit sich die Formhälften (120, 122) nicht wesentlich verbiegen, wenn die Formhälften (120,122) unter Kraftanwendung gegeneinandergepresst werden.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, die weiterhin eine Einrichtung zum Erwärmen der wenigstens einen Schicht aus formbarem Material (114) aufweist.

19. Einrichtung nach Anspruch 17, wobei ein Abschnitt von wenigstens einer der Formhälften (120,122) ein elastisches Material aufweist.

20. Einrichtung nach Anspruch 17, wobei wenigstens eine der Formhälften (120,122) wenigstens einen eindrückbaren Stift (128) zum Halten der wenigstens einen Schicht aus formbarem Material (114) zwischen den Formhälften (120, 122) aufweist.

21. Einrichtung nach Anspruch 17, die weiterhin eine Einrichtung zum Zusammenbringen der Formhälften (120,122) aufweist.

22. Einrichtung nach Anspruch 17, wobei die Formhälften (120, 122) durch Scharniere so miteinander verbunden sind, dass eine Formhälfte (120, 122) zu der anderen Formhälfte (120,122) hin schwenkbar ist.

23. Einrichtung nach Anspruch 17, die weiterhin eine Einrichtung zum Erwärmen der wenigstens einen Schicht aus formbarem Material (114) in der Form (119, 219) ausweist.

24. Einrichtung nach Anspruch 17, wobei wenigstens eine Formhälfte (120, 122) einen Kanal (134) entlang einem Umfang der wenigstens einen Formhälfte (120, 122) in Fluidkommunikation mit der wenigstens einen Öffnung (132, 133) aufweist.

25. Einrichtung nach Anspruch 17, wobei jede Formhälfte (120, 122) eine Dicke im Bereich von 0,25 bis 1,0 Zoll (6,35 bis 25,4 mm) aufweist.