DE10112722A1

DE10112722A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verformen eines thermoplastischen Sandwich-Materials und dadurch hergestellte tiefgezogene Artikel

Info

Publication number: DE10112722A1
Application number: DE10112722A
Authority: DE
Inventors: Thierry Renault; Francis Vendangeot; Jacques Heinry
Original assignee: Patent Holding Co
Current assignee: Patent Holding Co
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2001-11-08
Also published as: US6682676B1; US6981863B2; FR2806347A1; FR2806347B1; US20020185779A1

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verformen thermoplastischen Sandwich-Materials zum Formen eines tiefgezogenen Artikels werden beschrieben, wobei eine einzigartige Klemmtechnologie und Klemmvorrichtung zur Anwendung kommen. Das Verfahren umfasst den Schritt des Positionierens eines Rohlings des thermoplastischen Sandwich-Materials mit einem zellförmigen Kern über einem Gesenk mit einem den Artikel definierenden Hohlraum, der durch Innenflächen des Gesenks definiert wird. Dann wird der innere Bereich des Rohlings in das Gesenk entlang einer im wesentlichen vertikalen Achse und gegen die Innenflächen des Gesenks gedrückt, um tiefgezogenes Material zu erhalten. Während des Schritts des Eindrückens wird wenigstens ein äußerer Bereich des Rohlings in unmittelbarer Nähe des Gesenks festgeklemmt, um wenigstens einen äußeren Bereich des Rohlings zu leiten, in den den Artikel definierenden Hohlraum mit einem bestimmten Winkel bezüglich der vertikalen Achse zu gleiten. Die Dicke wenigstens einer Seitenwand des tiefgezogenen Materials entspricht im Wesentlichen der Dicke des Rohlings des thermoplastischen Sandwich-Materials. Das tiefgezogene Material dehnt oder zerrt sich nicht im hohen Maße während des Schritts des Eindrückens aufgrund der Klemmtechnologie und Klemmvorrichtung.

Description

TECHNISCHES FELD

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Verfor men von thermoplastischem Sandwich-Material und tiefgezogene Artikel, die durch solche Verfahren und Vorrichtungen her gestellt werden.

HINTERGRUNDWISSEN Thermoplastische Sandwich-Materialien

Die Steifheit von thermoplastischen Sandwich-Materialien ist auf den Abstand zwischen den beiden Außenschichten zurück zuführen, was dem Teil ein hohes Trägheitsmoment verleiht. Es ist daher wichtig, den Abstand zwischen den Außenschichten während des Formens eines Sandwich-Teils zu bewahren, um das ganze Potential des Teils hinsichtlich der Steifheit zu erhal ten. Jede Reduktion der Dicke führt zu einer Reduktion der Steifheit.

Während des Entwurfs eines Sandwich-Teils mit einem Zellkern ist es manchmal notwendig, lokal die Dicke des Teils zu redu zieren, um eine bestimmte Form zu erhalten. Die Steifheit in diesem Bereich wird reduziert werden, kann aber durch die Teilegeometrie erhalten bleiben. Ein Beispiel ist das einer Kofferecke, die dem Koffer eine Steifheit verleiht, selbst wenn die Teildicke gleichbleibend ist.

Thermoplastisches Sandwich-Material wird gewöhnlicherweise eingesetzt für flache Platten oder geformte Teile für die folgenden Anwendungen:

Zur Zeit ist der Markt für Sandwich-Materialien gekennzeichnet durch:

- konkurrenzfähige Kosten für flache Platten,
- sehr hohe Kosten und kleine Stückzahlen für geformte Sandwich-Teile begrenzen Markt auf Hochtechnologie anwendungen und auf Teile mit nicht hohen Stückzahlen wie beispielsweise Autoteile.

Tiefziehpressen von Stahlblechen

Ein gepresstes Stahlteil wird tiefgezogen, wobei die Tiefe des Teils üblicherweise mehr als hundertmal größer ist als seine Dicke. Tiefziehen von Stahl ist wegen seiner Dehnbarkeit mög lich.

Technische Lösungen wurden entwickelt wie beispielsweise die Verwendung in Form eines Rohlinghalters am Umfang des Press bereiches, was ermöglicht, dass das Teil unter hohem Druck ohne jegliche Falten deformiert werden kann. Dadurch wird eher die Faltenbildung des überstehenden Materials der Bleche als das Dehnen vermieden, weil die erzeugten Falten ermüdungs spröde und alterungsspröde sind.

Der Druck des Rohlinghalters ist eine Funktion:

- des anfänglichen Rohlingdurchmessers und seiner Dicke nach dem Pressen;
- der Zugfestigkeit des Stahls;
- des Durchmessers der Pressform; und
- eines empirischen Parameters, n, der eine Funktion des Verhältnisses des Rohlingdurchmessers zum Pressstempel durchmesser ist.

Pressen eines zylindrischen Stahlteiles

Um zylindrische Teile ausgehend von einem Stahlrohling herzu stellen, ist es möglich, ein Teil mit einer maximalen Tiefe, die dem siebenfachen seines Durchmessers entspricht, zu erhal ten, jedoch werden dabei sechs aufeinanderfolgende Pressvor gänge benötigt.

Um beispielsweise ein zylindrisches Teil mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Tiefe von 700 mm zu erhalten, sind die folgenden acht Schritte notwendig:

1. Ausschneiden eines kreisförmigen Rohlings mit einem Durch messer von 538 mm;
2. Pressen, um ein Teil mit einem Durchmesser von 325 mm und einer Tiefe von 145 mm zu erhalten;
3. Pressen, um ein Teil mit einem Durchmesser von 240 mm und einer Tiefe von 240 mm zu erhalten;
4. Pressen, um ein Teil mit einem Durchmesser von 194 mm und einer Tiefe von 325 mm zu erhalten;
5. Pressen, um ein Teil mit einem Durchmesser von 155 mm und einer Tiefe von 428 mm zu erhalten;
6. Wärmebehandlung des Teils;
7. Pressen, um ein Teil mit einem Durchmesser von 124 mm und einer Tiefe von 553 mm zu erhalten; und
8. Pressen, um ein Teil mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Tiefe von 700 mm zu erreichen.

Nach dem fünften Schritt ist es notwendig, das Teil wärmezube handeln, um das Gefüge neu auszurichten.

Pressen eines Teils mit vier Ecken

Die Technologie ist ähnlich zu der Technologie, die bei Zylin dern eingesetzt wird, mit Ausnahme der Form des anfänglichen Rohlings, um einen zu hohen Materialverlust nach dem Pressen zu vermeiden. Um die Entstehung der Ecken und der Wände zu definieren, existieren Kurven, die auf Erfahrung basieren, um die Tiefe und den Radius zu definieren.

Pressen von Sandwich-Stahlblechen

Sandwich-Stahlbleche sind aus einem Sandwich mit dünnen Außen schichten und einem Kern. Die Bleche können gepresst werden.

Verarbeitung von flachen thermoplastischen Sandwich-Materia lien

Das europäische Patent EP 0 649 736 B1 erklärt das Prinzip der Sandwich-Technologie zum Verformen von im Wesentlichen flachen Teilen. Das Teil wird in einem einzigen Schritt durch Pressen in einer kalten Form bei einem Druck im Bereich von 10 bis 30 bar hergestellt, wobei ein Stapel aus wenigstens einer ersten Außenschicht aus pressbarem verstärktem thermoplastischem Material, einem zellförmigen Kern aus thermoplastischem Mate rial und einer zweiten Außenschicht aus pressbarem verstärktem thermoplastischem Material besteht. Die Achsen der Zellen des zellförmigen Kerns sind im Allgemeinen rechtwinklig zu der Außenschicht ausgerichtet. Die Außenschichten und der Kern werden vorher außerhalb der Form auf Erweichungstemperatur erhitzt.

Die europäische Patentanmeldung EP 894611 A1 beschreibt ein 2D-Tiefziehen, welches ein Teil wie beispielsweise ein Stück aus EPP-Schaum verwendet, um sicherzustellen, dass eine Außen schicht während des Erwärmens nicht mit dem Kern in Berührung tritt. Wenn der Rohling gepresst wird, ist die Spannung auf die Außenschicht so groß, dass während des Formens der Kern nicht zerdrückt wird.

Formen von Sandwich-Material durch 3D-Tiefziehen Lösungen, wie sie in der Luftraumfahrtindustrie eingesetzt werden

Diese Lösungen bestehen im Auslöschen der Probleme durch:

- hohe Dehnungssteifigkeit der Außenschichten,
- geringe Druckfestigkeit des Kerns im Vergleich zur Zug festigkeit.

Um eine Ecke in einem Sandwich-Teil zu formen, schneidet daher die Hexcel Composites Company die Außenschicht ein und fügt Epoxy-Kleber hinzu, um die Waben zu füllen.

Wenn die Ecke einer großen Belastung ausgesetzt werden wird, besteht die Lösung der Luftraumfahrtindustrie:

- entweder darin, dass die Ecke mit einem Winkeleinsatz (bzw. Winkeleinsätzen) verstärkt wird, der angeklebt wird, oder
- darin, dass die Ecke mit einem metallenen Einsatz (stranggepresst) verstärkt wird, mit dem zwei Sandwich- Platten zusammengesetzt (verklebt) werden.

Tiefziehen von gewebeverstärkten Thermoplasten

Experimentelle Untersuchungen wurden am Deutschen Institut IVW (Kaiserslautern in Deutschland) bezüglich des Tiefziehens von gewebeverstärkten Thermoplasten durchgeführt. Eine Zusammen fassung dieser Untersuchungen wird in der Zeitschrift POLYMER COMPOSITES, August 1996, Band 17, Nr. 4, Seite 643-647 von Breuer, Neitzel, Ketzer und Reinicke vorgestellt. Sie führen aus, dass zum Pressformen von gewebeverstärktem Plattenmateri al in einfache 3D-Teile sich gewöhnliche ebene Rohlinghalter als ausreichend erwiesen haben, um Faltenbildung zu vermeiden. Jedoch ist diese Technologie eingeschränkt, um komplexe ge formte oder größere Teile zu pressen. In diesem Fall werden verschiedene Spannkräfte an verschiedenen Stellen des Rohlings benötigt. Sie schlagen eine flexible mit Walzen versehene Vorrichtung vor, wo das Bandmaterial zwischen zwei gerändelten Walzen in die Form gezogen wird. Mit dieser Vorrichtung können verschiedene Spannkräfte an ausgewählten Stellen des Bandes angelegt werden.

OFFENLEGUNG DER ERFINDUNG

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verformen eines thermoplastischen Sand wich-Materials und einen dadurch hergestellten tiefgezogenen Artikel bereitzustellen, wobei die Dicke wenigstens einer Seitenwand des tiefgezogenen Artikels im Wesentlichen der ursprünglichen Dicke des Rohlings des thermoplastischen Sand wich-Materials entspricht.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen eines thermoplasti schen Sandwich-Materials und einen dadurch hergestellten tief gezogenen Artikel bereitzustellen, wobei die Artikel bei ver gleichsweise niedrigen Kosten und in hohen Stückzahlen (d. h. geringe Taktzeit) durch Verwendung eines einzigen Pressschritts hergestellt werden.

In Verfolgung der obigen Ziele und anderer Ziele der vorlie genden Erfindung wird ein Verfahren zum Verformen von thermo plastischem Sandwich-Material bereitgestellt, um einen tiefge zogenen Artikel zu formen. Das Verfahren umfasst das Positio nieren eines Rohlings aus thermoplastischem Sandwich-Material mit einem Zellkern über einem Gesenk mit einem den Artikel definierenden Hohlraum, der durch die Innenflächen des Gesenks definiert wird. Das Verfahren umfasst auch das Eindrücken eines inneren Bereichs des Rohlings in das Gesenk entlang einer im Wesentlichen vertikalen Achse und gegen die Innen flächen des Gesenks, um tiefgezogenes Material zu erhalten. Das Verfahren umfasst weiter das Festklemmen wenigstens eines äußeren Bereichs des Rohlings in unmittelbarer Nähe des Ge senks, um den wenigstens einen äußeren Bereich des Rohlings zu leiten, in den den Artikel definierenden Hohlraum unter einem spitzen Winkel zur vertikalen Achse während des Schritts des Eindrückens zu gleiten, so dass die Dicke wenigstens einer Seitenwand des tiefgezogenen Materials im Wesentlichen der Dicke des Rohlings des thermoplastischen Sandwich-Materials entspricht und so dass sich das tiefgezogene Material während des Schritts des Eindrückens nicht im großen Maße dehnt oder zerrt. Das Verfahren umfasst des Weiteren das Herausnehmen des tiefgezogenen Materials aus dem Gesenk und das Beseitigen von überschüssigem Material von dem Rand des tiefgezogenen Materi als, um den tiefgezogenen Artikel zu formen.

Vorzugsweise umfasst der Schritt des Eindrückens den Schritt des Pressens und der Schritt des Festklemmens wird mit einer Haltekraft ausgeführt, die während des Schritts des Eindrük kens ansteigt.

Der Schritt des Festklemmens kann an einer Mehrzahl von be abstandeten äußeren Bereichen des Rohlings in unmittelbarer Nähe des Gesenks ausgeführt werden. Vorzugsweise wird der Schritt des Festklemmens an der Mehrzahl der beabstandeten äußeren Bereiche durch eine Klemmbaugruppe und eine Gegen klemmbaugruppe ausgeführt und wobei das Verfahren des Weiteren das Einhalten eines im Wesentlichen konstanten Abstandes zwi schen den Baugruppen während des Schritts des Eindrückens umfasst.

Vorzugsweise weist jede der Baugruppen eine Mehrzahl von be abstandeten länglichen Klemmflächen für das Halten der Mehr zahl der beabstandeten äußeren Bereiche des Rohlings auf, wobei jede längliche Klemmfläche mit einem spitzen Winkel bezüglich der vertikalen Achse geneigt ist.

Vorzugsweise wird der Schritt des Eindrückens in einem ein zigen Pressschritt ausgeführt.

Die Innenflächen des Gesenks können eine Mehrzahl von Ecken definieren, welche mit Zwischenräumen zwischen der Mehrzahl der beabstandeten äußeren Bereiche korrespondieren, wobei die Zwichenräume ausgelegt sind, zu ermöglichen, dass thermopla stisches Sandwich-Material des Rohlings sich während des Schritts des Eindrückens darin bewegen kann.

Des Weiteren wird in Verfolgung der obigen Ziele und anderer Ziele der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Verfor men von thermoplastischem Sandwich-Material bereitgestellt, um einen tiefgezogenen Artikel zu formen. Die Vorrichtung umfasst ein Gesenk mit einem den Artikel definierenden Hohlraum, der durch Innenflächen des Gesenks definiert wird, und einen Stem pel zum Eindrücken eines inneren Bereichs des Rohlings des thermoplastischen Sandwich-Materials mit einem Zellkern in das Gesenk entlang einer im Wesentlichen vertikalen Achse und gegen die Innenflächen des Gesenks, um tiefgezogenes Material zu erhalten. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren eine Klemm vorrichtung zum Festklemmen wenigstens eines äußeren Bereichs des Rohlings in unmittelbarer Nähe des Gesenks, um wenigstens einen äußeren Bereich des Rohlings zu leiten, in den den Arti kel definierenden Hohlraum mit einem spitzen Winkel bezüglich der vertikalen Achse während des Eindrückens des inneren Be reichs des Rohlings in das Gesenk zu gleiten, so dass die Dicke wenigstens einer Seitenwand des tiefgezogenen Materials im Wesentlichen der Dicke des Rohlings des thermoplastischen Sandwich-Materials entspricht und so dass das tiefgezogene Material nicht in hohem Maße sich dehnt oder reisst, wenn der innere Bereich des Rohlings in das Gesenk gedrückt wird.

Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise des Weiteren eine Stem pelpresse zum Eindrücken des Stempels in das Gesenk.

Vorzugsweise ist die Klemmvorrichtung federbeaufschlagt, so dass die Klemmvorrichtung eine Haltekraft auf wenigstens einen äußeren Bereich des Rohlings ausübt. Die Haltekraft steigt an, wenn der innere Bereich des Rohlings in das Gesenk gedrückt wird.

Die Klemmvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Klemmbaugruppe, die angebracht ist, sich mit dem Stempel zu bewegen und die wenigstens eine Feder aufweist, welche sich zusammendrückt, wenn der innere Bereich des Rohlings in das Gesenk gedrückt wird.

Vorzugsweise umfasst die Klemmvorrichtung eine Klemmbaugruppe und eine Gegenklemmbaugruppe zum Halten einer Mehrzahl von beabstandeten äußeren Bereichen des Rohlings in unmittelbarer Nähe des Gesenks. Ein im Wesentlichen konstanter Abstand wird zwischen der Klemmbaugruppe und der Gegenklemmbaugruppe einge halten, wenn der innere Bereich des Rohlings in das Gesenk gedrückt wird.

Jede der Baugruppen umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von länglichen Klemmflächen zum Halten der Mehrzahl der beabstan deten äußeren Bereiche des Rohlings. Jede längliche Klemm fläche ist geneigt mit einem Winkel bezüglich der vertikalen Achse.

Die Innenflächen des Stempels können eine Mehrzahl von Ecken definieren, welche mit Zwischenräumen zwischen der Mehrzahl der beabstandeten äußeren Bereiche korrespondieren. Die Zwi schenräume sind so bemessen, zu ermöglichen, dass das thermo plastische Sandwich-Material des Rohlings darin sich bewegen kann, wenn der innere Bereich des Rohlings in das Gesenk ge drückt wird.

Des Weiteren wird noch in Verfolgung der obigen Ziele und anderer Ziele der vorliegenden Erfindung ein tiefgezogener Artikel bereitgestellt, der durch die Schritte des Verfahrens hergestellt wird.

Die obigen Ziele und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können einfach der folgenden detail lierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zur Umsetzung der Erfindung entnommen werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen erfasst wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Seitenansicht, teilweise weggebrochen und im Querschnitt, einer Vorrichtung zur Herstellung von tiefgezogenen thermoplastischen Sandwich-Artikeln der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Bodenansicht der Klemmbaugruppe der Klemmvor richtung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3-5 sind Seitenansichten der Vorrichtung, wobei Fig. 3 Stempel und Gesenk vollständig voneinander beabstan det zeigen; wobei Fig. 4 Stempel und Gesenk näher zusammen zeigt; und wobei Fig. 5 Stempel und Gesenk zu sammengeschlossen zeigt, ein Rohling des thermoplastischen Sandwich-Materials der Einfachheit hal ber nicht darge stellt ist;

Fig. 6 ist eine perspektivische Draufsicht eines anderens Gesenks und einer Gegenklemmbaugruppe der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ist eine perspektivische Bodenansicht eines anderen Stempels und einer Klemmbaugruppe der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 8 ist eine perspektivische Draufsicht, teilweise weg gebrochen und im Querschnitt, eines Artikels in Form einer Wanne, die gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltet wurde und eine im Wesentlichen konstante Dicke der Seitenwände der Wanne zeigt.

GÜNSTIGSTE WEISE ZUR UMSETZUNG DER ERFINDUNG

Allgemein handelt die Erfindung von der Entwicklung eines neuen Verfahrens und einer Vorrichtung, um thermoplastische Sandwich-Teile oder -Artikel durch ein 3D-Tiefziehen herzu stellen, während die konstante Dicke des Rohlings des thermo plastischen Sandwich-Materials beibehalten wird. Das Sandwich- Material wird aus zwei verstärkten thermoplastischen Außen schichten mit einem Zellkern in der Mitte hergestellt und wird durch ein Thermokompressionsverfahren wie allgemein in U. S. Patent Nr. 5,683, 782 beschrieben, hergestellt. Die Schichten können Polypropylen mit zusammenhängenden Glasfasermatten oder gewebte Glasfasern mit Polypropylenfasern sein. Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung erlaubt es, thermoplastische Sandwich-Teile mit Tiefziehen bei Kosten und Taktzeiten zu formen, die für Automobile und andere Massenanwendungen einge setzt werden können.

Die Technik der vorliegenden Erfindung ist ein wenig ähnlich zu der, die für das Stahlpressen eingesetzt wird. Jedoch er forderte das Verfahren der vorliegenden Erfindung nur einen einzigen Pressschritt.

Das thermoplastische Sandwich-Material, das in dem Verfahren und in der Vorrichtung eingesetzt wird, ist nicht dehnbar, sondern spröde und es ist nicht möglich, die Materialschicht plastisch zu dehnen, um ein Teil zu formen. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird eine Vorrichtung, im Allgemeinen mit 10 be zeichnet, zur Herstellung eines tiefgezogenen thermoplasti schen Sandwich-Artikels wie beispielsweise eine Wanne, die im Allgemeinen mit 12 in Fig. 8 bezeichnet wird, gezeigt. Die Vorrichtung umfasst ein mit 14 gekennzeichnetes Gesenk mit einem den Artikel definierenden Hohlraum 16, der durch die Innenflächen 18 des Gesenks 14 definiert wird. Das Gesenk ist an einem unteren Bodenteil der Presse 32 angebracht.

Die Vorrichtung 10 umfasst auch einen im Allgemeinen mit 20 gekennzeichneten Stempel, der an einem beweglichen Teil 30 der Presse angebracht ist, zum Drücken eines inneren Bereichs des Rohlings des thermoplastischen Sandwich-Materials mit einem Zellkern in das Gesenk 14 entlang einer im Wesentlichen verti kalen Achse 22 und gegen die Innenflächen 18 des Gesenks 14, um das tiefgezogene Material zu erhalten. Die Stempelpresse, die das obere bewegliche Teil 30 umfasst, drückt den Stempel 20 in das Gesenk 14, das an dem unteren Bodenteil 32 der Stem pelpresse befestigt ist.

Die Vorrichtung 10 umfasst auch eine Klemmvorrichtung, die allgemein mit 24 gekennzeichnet wird, zum Festklemmen wenig stens eines äußeren Bereichs des Rohlings unmittelbar neben dem Gesenk 14, um wenigstens einen äußeren Bereich des Roh lings zu führen, wenn er sich bei einem spitzen Winkel hin sichtlich der vertikalen Achse 22 während des Einbringens des inneren Bereichs des Rohlings in das Gesenk 14 in den den Artikel definierenden Hohlraum 16 bewegt, so dass die Dicke wenigstens einer Seitenwand 25 des tiefgezogenen Materials im Wesentlichen gleich der Dicke des Rohlings des thermoplasti schen Sandwich-Materials ist (wie in Fig. 8 gezeigt) und so dass das tiefgezogene Material sich weder wesentlich dehnt oder zerrt, wenn der innere Bereich des Rohlings in das Gesenk 14 gedrückt wird. Die Klemmvorrichtung 24 drückt das Rohling material nur leicht zusammen, so dass es während des Pressens sich nicht dehnt oder reisst.

Die Klemmvorrichtung ist durch Federn 36 mit Federkraft beauf schlagt, so dass die Klemmvorrichtung 24 an einer Vielzahl der beabstandeten äußeren Bereiche des Rohlings eine Klemmkraft ausübt. Die Klemmkraft steigt an, wenn der innere Bereich des Rohlings durch den Stempel 20 in das Gesenk 14 gedrückt wird.

Die Klemmvorrichtung 24 umfasst eine im Allgemeinen mit 34 gekennzeichnete Klemmbaugruppe, die an dem Teil 30 befestigt ist, um sich mit dem Stempel 20 zu bewegen. Die Klemmbaugruppe 34 umfasst eine im Allgemeinen mit 35 in Fig. 2 gekennzeichne te Klemme, die durch Stangen 38 gehalten wird, die innerhalb des Teils 30 verschiebbar befestigt sind. Die Klemmbaugruppe 34 umfasst des Weiteren die Federn 36, die um die entsprechen den Stangen 38 angeordnet sind. Die Federn 36 drücken sich zusammen, wenn der innere Bereich des Rohlings durch die Bewe gung des Stempels 20 in den den Artikel definierenden Hohlraum 18 des Gesenks 14 in das Gesenk 14 gedrückt wird. Gleichzeitig gleiten die Stangen 38 in den oberen beweglichen Teil 30.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt umfasst die Klemme 35 eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten keilförmigen länglichen Blöcken 40, die an einem Rahmenteil 41 der Klemme 35 befestigt sind. Jeder der Blöcke 40 umfasst eine geneigte Klemmfläche 42, welche mit einer oberen Fläche des Rohlingmaterials wäh rend des Tiefziehens in Eingriff steht. Eine Stoppvorrichtung (nicht gezeigt in Fig. 2) ist an dem Rahmenteil 41 angebracht, um die Dicke der resultierenden Artikel zu regeln.

Die Klammervorrichtung 24 umfasst des Weiteren eine Gegen klemmbaugruppe, die im Allgemeinen mit 50 gekennzeichnet wird, die zusammen mit der Klemmbaugruppe 34 an einer Mehrzahl von zueinander beabstandeten äußeren Bereichen unmittelbar neben dem Gesenk 14 den Rohling festklemmt. Ein im Wesentlichen konstanter Abstand, der in Fig. 5 gekennzeichnet ist, wird zwischen der Klemmbaugruppe 34 und der Gegenklemmbaugruppe 50 beibehalten, wenn der innere Bereich des Rohlings in das Ge senk 14 gedrückt wird.

Die Gegenklemmbaugruppe 50 umfasst auch eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten keilförmigen Blöcken 52, die an der oberen Fläche 54 des Gesenks 14 angebracht sind. Jeder der Blöcke 52 umfasst eine längliche Klemmfläche 56 zum Festklem men der Mehrzahl der voneinander beabstandeten äußeren Berei che des Rohlings gegen die Flächen 42 der Blöcke 40. Alle der länglichen Klemmflächen 42 und 45 sind mit einem spitzen Win kel zur vertikalen Achse 22 geneigt.

Die Seitenflächen 18 und die Bodenfläche 18 des Gesenks 14 definieren eine Mehrzahl von unteren Ecken, die mit den Zwi schenräumen zwischen der Mehrzahl der beabstandeten äußeren Bereiche des Rohlings und mit den Zwischenräumen 62 zwischen den Blöcken 40 der Klemme 35 korrespondieren, was am Besten in Fig. 2 gezeigt wird. Die Zwischenräume 62 korrespondieren auch mit Zwischenräumen zwischen den Blöcken 52 der Gegenklemm baugruppe 50 und sind so ausgelegt, dass sich das thermopla stische Sandwich-Material des Rohlings darin bewegen kann, wenn der innere Bereich des Rohlings in das Gesenk 14 gedrückt wird.

Die Blöcke 52 der Gegenklemmbaugruppe 50 weisen auch obere Stützflächen 64 zum Unterstützen des Rohlingmaterials auf, weil vor dem Pressen vergleichsweise weich ist.

In den Fig. 6 und 7 wird ein anderes Gesenk 14' bzw. ein anderer Stempel 20' zum Herstellen eines anders geformten Behälters gezeigt. In den Fig. 6 und 7 sind auch die Blöcke 52' bzw. 40' und die Gegenklemm- bzw. Klemmbaugruppe 34' der Klemmvorrichtung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Fig. 6 und 7 zeigen insbesondere die Zwischenräume 63' zwischen den Blöcken 52' und die Zwischenräume 62' zwischen den Blöcken 40'.

Die zwei verschiedenen Typen der zuvor erwähnten Schichten führen zu verschiedenen Deformationen an dem tiefgezogenen Material, die, wie in Fig. 8 gezeigt, nicht Teil des resultie renden Artikels sind und beispielsweise durch Schneiden besei tigt werden müssen.

Die Artikel wie beispielsweise der Behälter 12 der Fig. 8, die durch das Verfahren und Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, werfen weder an ihrer Innenseite noch an ihrer Außenseite Falten.

Schichten, die nicht gewebt sind, weisen eine geringe Dehn beständigkeit auf, sie werden aber während des Formens nicht zerrissen. Mit anderen Worten dehnt das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung das Material nicht zu sehr.

Wie in Fig. 8 gezeigt ist die Dicke der Seitenwände 25 des Behälters 12 vergleichsweise konstant. Um einen im Wesentli chen konstanten Radius an der Bodenwand des Behälters 12 zu haben, wird der Wabenkern zerdrückt.

Während die günstigste Weise zur Umsetzung der Erfindung aus führlich beschrieben worden ist, werden jene, die mit der Technik, auf die sich die Erfindung bezieht, vertraut sind, die verschiedenen anderen Gestaltungen und Ausführungsbei spiele zur Umsetzung der Erfindung, wie sie durch die folgen den Ansprüche definiert wird, erkennen.

Claims

1. Verfahren zum Verformen von thermoplastischem Sandwich- Material zum Formen eines tiefgezogenen Artikels, wobei das Verfahren umfasst:
Positionieren eines Rohlings aus thermoplastischem Sandwich-Material mit einem zellförmigen Kern über einem Gesenk mit einem den Artikel definierenden Hohlraum, der durch Innenflächen des Gesenks definiert wird;
Eindrücken eines inneren Bereichs des Rohlings in das Gesenk entlang einer im Wesentlichen vertikalen Achse und gegen die Innenflächen des Gesenks, um tiefgezogenes Mate rial zu erhalten;
Festklemmen wenigstens eines äußeren Bereichs des Rohlings in unmittelbarer Nähe des Gesenks, um den wenig stens einen äußeren Bereich des Rohlings zu leiten, in den den Artikel definierenden Hohlraum unter einem spitzen Winkel zur vertikalen Achse während des Schritts des Ein drückens zu gleiten, so dass die Dicke wenigstens einer Seitenwand des tiefgezogenen Materials im Wesentlichen der Dicke des Rohlings des thermoplastischen Materials ent spricht und so dass das tiefgezogene Material während des Schritts des Hineindrückens nicht im hohen Maße sich dehnt oder zerrt;
Herausnehmen des tiefgezogenen Materials aus dem Ge senk; und
Beseitigen des überschüssigen Materials von dem Rand des tiefgezogenen Materials, um den tiefgezogenen Artikel zu formen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Eindrüc kens den Schritt des Pressens beinhaltet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Fest klemmens mit einer Haltekraft ausgeführt wird, die während des Schritts des Eindrückens ansteigt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Fest klemmens einer Mehrzahl von beabstandeten äußeren Berei chen des Rohlings in unmittelbarer Nähe des Gesenks ausge führt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Fest klemmens an einer Mehrzahl von beabstandeten äußeren Be reichen durch eine Klemmbaugruppe und eine Gegenklemm baugruppe ausgeführt wird und wobei das Verfahren des Weiteren ein Einhalten eines im Wesentlichen konstanten Abstands zwischen den Baugruppen während des Schritts des Eindrückens umfasst.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei jeder der Baugruppen eine Mehrzahl von beabstandeten länglichen Klemmflächen für das Festklemmen einer Mehrzahl von beabstandeten äußeren Be reichen des Rohlings aufweist und wobei jede längliche Klemmfläche mit einem spitzen Winkel bezüglich der verti kalen Achse geneigt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Eindrüc kens in einem einzigen Pressschritt ausgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Innenflächen des Gesenks eine Mehrzahl von Ecken definieren, die mit Zwi schenräumen zwischen der Mehrzahl der beabstandeten äuße ren Bereiche korrespondieren und wobei die Zwischenräume ausgelegt sind, zu ermöglichen, dass überschüssiges ther moplastisches Sandwich-Material des Rohlings sich während des Schritts des Eindrückens darin bewegen kann.

9. Vorrichtung zum Verformen von thermoplastischem Sandwich- Material, um einen tiefgezogenen Artikel zu formen, wobei die Vorrichtung umfasst:
ein Gesenk mit einem den Artikel definierenden Hohl raum, der durch die Innenflächen des Gesenks definiert wird;
einen Stempel zum Eindrücken eines inneren Bereichs eines Rohlings aus thermoplastischem Sandwich-Material mit einem zellförmigen Kern in ein Gesenk entlang einer im Wesentlichen vertikalen Achse und gegen die Innenflächen eines Gesenks, um das tiefgezogene Material zu erhalten; und
eine Klemmvorrichtung zum Festhalten wenigstens eines äußeren Bereiches des Rohlings in unmittelbarer Nähe des Gesenks, um den wenigstens einen äußeren Bereich des Roh lings zu leiten, in den den Artikel definierenden Hohlraum mit einem spitzen Winkel bezüglich der vertikalen Achse während des Eindrückens des inneren Bereichs in das Gesenk zu gleiten, so dass die Dicke wenigstens einer Seitenwand des tiefgezogenen Materials im Wesentlichen der Dicke des Rohlings des thermoplastischem Sandwich-Materials ent spricht und so dass das tiefgezogene Material nicht im großen Maße sich dehnt oder zerrt, wenn der innere Bereich des Rohlings in das Gesenk gedrückt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Vorrichtung eine Stempelpresse zum Eindrücken des Stempels in das Gesenk umfasst.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Klemmvorrichtung federbeaufschlagt ist, so dass die Klemmvorrichtung eine Haltekraft auf den wenigstens einen äußeren Bereich des Rohlings ausübt, wobei die Haltekraft ansteigt, wenn der innere Bereich des Rohlings in das Gesenk gedrückt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Klemmvorrichtung eine Klemmbaugruppe umfasst, die angebracht ist, sich mit dem Stempel zu bewegen und die wenigstens eine Feder auf weist, welche sich zusammendrückt, wenn der innere Bereich des Rohlings in das Gesenk gedrückt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Klemmvorrichtung eine Klemmbaugruppe und eine Gegenklemmbaugruppe zum Hal ten einer Mehrzahl von beabstandeten äußeren Bereichen des Rohlings in unmittelbarer Nähe des Gesenks umfasst und wobei ein im Wesentlichen konstanter Abstand zwischen der Klemmbaugruppe und Gegenklemmbaugruppe eingehalten wird, wenn der innere Bereich des Rohlings in das Gesenk ge drückt wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei jede der Baugruppen eine Mehrzahl von länglichen Klemmflächen zum Halten der Mehrzahl der beabstandeten äußeren Bereiche des Rohlings umfasst und wobei jede längliche Klemmfläche mit einem spitzen Winkel bezüglich der vertikalen Achse geneigt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die inneren Flächen des Gesenks eine Mehrzahl von Ecken definieren, welche mit Zwischenräumen zwischen der Mehrzahl der beabstandeten äußeren Bereiche korrespondieren und wobei die Zwischen räume ausgelegt sind, zu ermöglichen, dass das thermopla stische Sandwich-Material des Rohlings sich darin bewegen kann, wenn der innere Bereich des Rohlings in das Gesenk gedrückt wird.

16. Tiefgezogener Artikel, der durch die Schritte des Verfah rens nach Anspruch 1 geformt wird.