DE19924604B4

DE19924604B4 - Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formkörpers

Info

Publication number: DE19924604B4
Application number: DE19924604A
Authority: DE
Inventors: Konrad Zweig; Franz Schweiggart
Original assignee: Faist Automotive GmbH and Co KG
Current assignee: JOHANN BORGERS GMBH, DE
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2019-05-29
Also published as: DE19924604A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formkörpers (9) mit einem Überzug (8a), durch gemeinsames Verformen und Verbinden eines noch unverformten Formmaterials (9a) mit einer dünnen mit einem Muster (20) von Vertiefungen (3a) und/oder Erhöhungen (3) geringer Tiefe (t) versehenen Platine (8), dadurch gekennzeichnet,
dass die Platine (8) aus einer Folie (1) mit einer Schichtdicke zwischen 0,1 und 1 mm und einer Verbindungsschicht (2) aus Kunststoff zum Verbinden mit dem Formmaterial (9a) besteht,
dass das Verhältnis der Tiefe (t) der Erhöhungen (3) bzw. Vertiefungen (3a) in Bezug zur neutralen Mittelebene der Platine (8) zwischen 0,05 und 6 beträgt,
und dass die mit dem Muster (20) versehene Platine (8) und das unverformte Formmaterial (9a) in einen Formhohlraum (15a) eingebracht werden, der durch Form- und Gegenformteile (15, 16) begrenzt wird, und gemeinsam unter Anwendung von Druck und gegebenenfalls Wärme dreidimensional in die endgültige Form gebracht werden, wobei das Formmaterial (9a) zum...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Formkörpers mit einem Überzug.

Es ist bereits bekannt, Formkörper, welche insbesondere Ausbuchtungen aufweisen, im Bereich dieser Ausbuchtungen und gegebenenfalls Vertiefungen mit einem Überzug zu versehen, der vielfach Schutzfunktionen zu übernehmen hat. Sofern der Überzug beispielsweise im Tauch- oder Sprühverfahren auf den bereits verformten Formkörper aufgebracht wird, sind zur Herstellung mehrere Einzelschritte, nämlich das Formgeben des Formkörpers und das zusätzliche Aufbringen des Überzugs erforderlich.

Soll dagegen der Überzug aus einer Platine, die aus bahn- förmigem Material ausgeschnitten ist, mit dem Formkörper material in einem gemeinsamen Fertigungsverfahren aufgebracht werden und wird bei dem Formkörper eine Oberfläche mit Radien verlangt, dann führt das gemeinsame Verfahren im Bereich des Überzugs häufig zur Faltenbildung oder gar zum Einreißen, wenn dessen Material beim Formgeben gestreckt oder gestaucht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Formkörper trotz einfacher und rationeller Herstellung ohne die Gefahr der Falten- oder Rißbildung herzustellen.

Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Dabei ist eine Platine mit einem Muster von Vertiefungen und/oder Erhöhungen bzw. mit Einstauchungen versehen. Die Tiefe der Vertiefungen und Erhöhungen bzw. Einstauchungen ist der art bemessen, daß der Überzug beim gemeinsamen Umformen mit dem Material des Formkörpers gut und ohne Risse den Formänderungen folgen kann. Die Vertiefungen bzw. Erhöhungen können vorher durch ein geeignetes „Stauchen" der insb. dünnen folienartigen Überzugsbahn gebildet werden.

Dabei empfiehlt es sich, Vertiefungen und Erhöhungen längs des Überzugs miteinander abwechseln zu lassen und zwischen diesen einen Abstand zu wahren.

Es hat sich gezeigt, daß es bei Anwendung einer den Überzug bildenden insb. geprägten Platine bzw. einer geprägten Bahn aus insbesondere Metall die dünne Platine beim gemeinsamen oder getrennten Verformen mit dem Ausgangsmaterial für den Formkörper in einer Form zwar gestreckt wird, die beim Strecken auftretenden Kräfte führen jedoch nicht zur Falten- bildung und nicht zum Zerreißen der Platine, da dessen Erhöhungen bzw. Vertiefungen des insb. geprägten Musters ein Strecken bzw. Expansionen zulassen. Dabei werden Vertiefungen und/oder Erhöhungen abgeflacht, so daß das Muster insbesondere an den Stellen von Radien des endgültigen Formkörpers teilweise nicht mehr wahrnehmbar ist, während das Muster an den anderen Stellen beim Pressen und Biegen sowie „Tiefziehen" weniger oder gar nicht beeinträchtigt, also im wesentlichen beibehalten wird, aber durch den Werkzeugformschluß auch zu einem Teil abgeflacht sein kann. Der endgültige Überzug des dreidimensional verformten Formkörpers hat daher nach einem vorhergehenden „Stauchverfahren", z.B. durch Einprägen der Vertiefungen bzw. Erhöhungen, ein nachfolgendes Strecken – jedenfalls bereichsweise – erfahren.

Es hat sich gezeigt, daß sich die Erfindung besonders bewährt bei Anwendungen bei Kraftfahrzeugen im Bereich des Motors und/oder Auspuffs, d.h. an Stellen, die im Betrieb hohe Temperaturen aufweisen. Sofern für den Formkörper ein Material, insbesondere Kunststoff, verwendet wird, das bei höheren Temperaturen schmilzt oder anderweitig beeinträchtigt wird, dient der mit dem Prägemuster versehene metallischen Überzug als Hitze- und Schutzschild zum Schutz des dahinter befindlichen Bereichs des Formkörpers einerseits und vielfach andererseits auch zum schnelleren Verteilen der lokalen Hitzemaxima auf Bereiche außerhalb derselben.

Es empfiehlt sich bei solchen Anwendungen, ein Wärme sehr gut leitfähiges Material, insbesondere Aluminium, zu verwenden. Im Falle der Verwendung einer Aluminiumfolie empfiehlt sich, diese mit einer Verbindungsschicht zu überziehen, welche die Verbindung zwischen der Aluminiumfolie und dem Formkörper herstellt. Die Verbindungsschicht sollte in diesem Fall möglichst einen gleichen oder kompatiblem Kunststoff wie der Kunststoff des Formkörpers aufweisen.

Es empfiehlt sich, den Formkörper nicht nur durch rippenförmige Vertiefungen und Erhöhungen biegesteif zu machen, sondern auch durch Verstärkungsfasern aus insbesondere Glas, Karbon, Aramid und Naturstoffen zu verstärken. Die Verwendung von Polypropylen als Bindemittel für die Verstärkungsfasern und für die Verbindungsschicht hat sich bei solchen Verwendungen sehr gut empfohlen, die insbesondere als Unterbodenverkleidungen von Automobilen verwendet werden.

Das Verhältnis der Tiefe (t) der Vertiefungen und Erhöhungen zur Schichtdicke (s) des Überzugs bzw. der Platine sollte dem Streckgrad bzw. der dreidimensionalen Umformbarkeit entsprechend; ein Verhältnis zwischen 0,05 und 6 ist gut geeignet. Die Schichtdicke s sollte zwischen 0,05 und 0,35 mm betragen.

Beim Herstellen des Stauch- oder Prägemusters empfiehlt es sich, die Vertiefungen und/oder Erhöhungen in einer in Bahnlängsrichtung (L) rautenförmigen Anordnung gleichmäßiger Art verlaufen zu lassen, da dann eine besonders günstige faltenfreie und rissefreie Verformbarkeit in unterschiedlichen Richtungen gegeben ist.

An sich ist es bereits bekannt ( EP 0 149 844 A2 ) eine Schichtenbahn mittels heizbarer Prägewalzen mit einer großen Anzahl von Erhöhungen und Vertiefungen zu prägen. Darüber hinaus ist es bekannt ( DE 28 03 299 A1 ) ein Schichtenlaminat aus metallbeschichteter Kunststoffolie mit einem Prägemuster aus kugelförmigen, pyramidenförmigen oder halbkugelförmigen Einprägungen herzustellen und zur diffusen Lichtreflexion ins besondere bei Rollos zu verwenden. Dabei wird ein Prägemuster mit in sich geschlossenen Konturen geprägt. Für Rollos sind auch mit rinnenförmigen Vertiefungen versehene Bahnen bekannt ( BE 883 661 A ). Darüber hinaus ist es bekannt ( DE 24 60 663 B ), mit napfförmigen Vertiefungen versehene thermoplastische Folien als Webstoffersatz zu verwenden und ( DE 33 32 461 A1 ) eine Folienbahn mit prismenförmigen Vertiefungen nach Art von kleinen Tetraedern auszustatten. Schließlich ist es auch bekannt ( DE 30 45 883 A1 und EP 0 711 901 B1 ), Rollos und Jalousien mit Plisseemuster zu versehen, bei denen die Rollobahn mit linienförmigen Prägungen so ausgestattet ist, daß sich ein Ziehharmonikamuster ergibt.

Auch bei der Erfindung empfehlen sich solche Prägemuster, bei denen die Vertiefungen und Erhöhungen an ihren Übergangsstellen zu den unverformten Teilen, d.h. an deren Rändern, in sich geschlossene Konturen in der Art von Rhomben, Rauten, abgerundete Vierecke und schuppenartige Strukturen aufweisen, die sich aber nicht überlappen, sondern jeweils voneinander beabstandet und je wechselseitig in die Folie eingeprägt sind. Außerdem besteht die Möglichkeit, in Verbindung mit dem Stauch-, Verformungs- bzw. Prägevorgang zusätzlich Unternehmens- oder andere Symbole zur besonderen Kennzeichnung des Produktes in den Überzug einzuformen z.B. einzuprägen.

Bei einem besonders bevorzugten Verfahren gemäß der Erfindung wird eine mit dem Prägemuster versehene Platine (oder Teil einer Bahn bahnförmigen Materials) in einen Formhohlraum eines Formteils eingelegt. Darauf wird das Formmaterial für den Formkörper gelegt und schließlich wird ein Gegenformteil auf das Formmaterial aufgesetzt und werden Formmaterial und Platine gemeinsam unter Anwendung von Druck und Wärme in die Form des Formkörpers gepreßt. Dabei empfiehlt sich die Anwendung von Drucken zwischen 1 und 200 bar, insb. zwischen 15 und 120 bar und die Anwendung von Temperaturen zwischen 20 und 300° C je nach der Art des verwendeten Formmaterials und des Fertigungsverfahrens. Zusätzlich kann eine Beschichtung mit Aluminium erfolgen.

Ausführungsbeispiele für die Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine mit einem Prägemuster versehene Platine für den Überzug; dabei sind die Größenverhältnisse der Deutlichkeit halber stark verzerrt;
2 eine Aufsicht auf einen Teil einer mit dem Prägemuster versehenen Platine;
3 eine schematische Darstellung des Herstellungsverfahrens für eine mit dem Prägemuster versehene Platine;
4 einen Teil eines Querschnitts durch einen mit dem Überzug versehenen Formkörper;
5 eine Aufsicht auf einen Teil des Formkörpers von 4 und
6 einen schematischen Querschnitt einer zum Herstellen des erfindungsgemäßen Formkörpers verwendeten Form.
Gemäß 1 weist die Platine 8 eine insbesondere 0,12 mm dünne Folie 1 aus Aluminium auf, die mit einer Verbindungsschicht 2 aus Polypropylen überzogen ist, so daß beide Schich ten, d.h. die gesamte Platine 8, eine Schichtdicke von s = 0,1 mm aufweist. Die Platine 8 ist gemäß 2 mit einem Prägemuster 20 bestehend aus abwechselnd Erhöhungen 3 und Vertiefungen 3a versehen. Die Tiefe t der Erhöhungen 3 bzw. Vertiefungen 3a in Bezug zur neutralen Mittelebene der Platine 8 beträgt zwischen etwa 0,5 und 1,5 mm. Die Abstände A bzw. B zwischen benachbarten Vertiefungen 3a betragen bei diesem Beispiel 8 bzw. 5 mm. Wie aus 2 ersichtlich sind die Erhöhungen 3 mit in sich geschlossenen Randlinien versehen; sie bilden eine etwa schuppenartige Konfiguration von rhombenartigen Gebilden, die jedoch nicht überlappend übereinandergreifen, sondern in Diagonalen unter einem Winkel α von beispielsweise 30° zur Bahnlängsrichtung L verlaufen und insofern ein rautenförmiges Prägemuster 20 bilden. Es ist aber nicht erforderlich, daß die Erhöhungen 3 bzw. Vertiefungen 3a in einem bestimmten Muster angeordnet sind; dieses „Muster" kann auch eine irreguläre Verteilung der Erhöhungen 3 und/oder Vertiefungen 3a sein. Es ist ebenso möglich, Vertiefungen 3a bzw. Erhöhungen 3 in bestimmten Bereichen der Platine 8 zu häufen, also dort deren Abstand wesentlich zu verkleinern.
Ein derartiges Prägemuster 20 kann in einer Platine 8 beispielsweise nach Art von 3 hergestellt werden, indem eine Bahn 4 aus Aluminiumfolie von einer Rolle 5 abgewickelt und Prägewalzen 6 zugeführt wird, zwischen denen die Erhöhungen 3 und Vertiefungen 3a, d.h. das Prägemuster 20, eingeprägt wird. Es hat sich gezeigt, daß hierbei eine gewisse Verkürzung der Bahn 4 in Bahnlängsrichtung L im Sinne eines „Stauchens" auftritt. In einer Überzugsstation 7 wird die mit dem Prägemuster 20 versehene Aluminiumfolie mit Polypropylen überzogen.
In 4 ist die mit dem Prägemuster 20 versehene Platine 8 bereits zum Überzug 8a verformt, bei dem der Überzug 8a sich den Konturen des Formkörpers 9 weitgehend anpaßt und daher ebenso wie dieser Bodenteile 11 und Verstärkungsrippen 12 enthält; beide Teile haben schräg und böschungsartig verlaufende Übergangsteile 13. An den Krümmungsstellen 14 sind die Krümmungsradien am geringsten und daher die Zugkräfte beim Verformen teilweise am größten. Aufgrund der Prägemuster kann das Aluminium des Überzugs 8a gut „nachgeben", sich also strecken, ohne dort zu zerreißen oder an anderen Stellen Falten zu bilden, obwohl die Aluminiumplatine an sich gar nicht ohne weiteres streckbar ist.
Aus 5 ist ersichtlich, daß der Überzug 8a auf bestimmte Bereiche des Formkörpers 9 innerhalb des Randes 10 desselben begrenzt ist. Der Überzug 8a bildet mit seiner dem Hitzeraum H zugewandten Aluminiumaußenseite einen Hitzeschild, während der Formkörper 8 an der entgegengesetzten Seite dem Boden B im Falle der Ausbildung als Unterbodenverkleidung zugewandt ist.
Gemäß 6 wird auf die Erhöhungen im Formhohlraum 15a des unteren Formteils 15 zuerst eine Platine 8 mit dem Prägemuster 20 aufgelegt. Hierauf wird Formmaterial 9a aus beispielsweise glasfaserverstärktem Polypropylen aufgesetzt. Anschließend wird das Formoberteil 16 mit den entsprechenden Gegenformen in Pfeilrichtung nach unten geführt. Unter Anwendung von Druck und Wärme wird nicht nur das Formmaterial 9a zum Ausfüllen des Formhohlraum gebracht, sondern findet auch das gleichzeitige Verformen der mit dem Prägemuster versehenen Platine 8 unter gleichzeitigem Verbinden mit dem sich dabei ausbreitenden Formmaterial 9a bei der Formgebung des endgültigen Formteils statt, der dann insgesamt den Zwischenraum zwischen Formunterteil 15 und Formoberteil 16 ausfüllt. Die Platine 8 legt sich dann im mittleren Teil an den Boden 15b des Formhohlraums 15a an und bildet dann beispielsweise den erhöhten Steg 12 vom Ausführungsbeispiel der 4/5. Die Platine 8 kann auch oben auf das Formmaterial 9a aufgelegt sein. Wichtig ist, daß sowohl die Platine 8 als auch das Formmaterial 9a im Formhohlraum zwischen Formmaterial 15 und Formoberteil 16 gemeinsam angeordnet sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formkörpers (9) mit einem Überzug (8a), durch gemeinsames Verformen und Verbinden eines noch unverformten Formmaterials (9a) mit einer dünnen mit einem Muster (20) von Vertiefungen (3a) und/oder Erhöhungen (3) geringer Tiefe (t) versehenen Platine (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (8) aus einer Folie (1) mit einer Schichtdicke zwischen 0,1 und 1 mm und einer Verbindungsschicht (2) aus Kunststoff zum Verbinden mit dem Formmaterial (9a) besteht, dass das Verhältnis der Tiefe (t) der Erhöhungen (3) bzw. Vertiefungen (3a) in Bezug zur neutralen Mittelebene der Platine (8) zwischen 0,05 und 6 beträgt, und dass die mit dem Muster (20) versehene Platine (8) und das unverformte Formmaterial (9a) in einen Formhohlraum (15a) eingebracht werden, der durch Form- und Gegenformteile (15, 16) begrenzt wird, und gemeinsam unter Anwendung von Druck und gegebenenfalls Wärme dreidimensional in die endgültige Form gebracht werden, wobei das Formmaterial (9a) zum Formkörper (9) verformt wird und die Platine (8) sich der Kontur des Formkörpers (9) weitgehend als Überzug (8a) anpasst und mindestens einen Teil des Formkörpers (9) bedeckt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Druck zwischen 1 und 200 bar und insbesondere bei Temperaturen zwischen 323 und 573 °K verformt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindungsschicht (2) Polypropylen verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Folie (1) Aluminium verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Formkörper Kunststoff, insbesondere faserverstärkter Kunststoff, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformen in die dreidimensionale Form des Formkörpers (9) unter mindestens teilweisem Strecken von Teilen der Platine (8) vorgenommen wird.