DE102008048384A1

DE102008048384A1 - Verfahren zum Verformen von Gegenständen sowie verformbare Gegenstände

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Publication number: DE102008048384A1
Application number: DE200810048384
Authority: DE
Inventors: Florian Rothfuss; Simona Margutti; Dominik Nemec; Harun Erismis; Daniel Georg Dr. Weis
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2010-04-01
Also published as: WO2010031586A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verformen von Gegenständen (11), welche zumidnest eine Kunststoffschicht (12) mit zumindest einem elektrisch leitenden Füllmaterial aufweisen, wobei eine erste und eine zweite Elektrode (16, 17) an dem Gegenstand (11) durch Kontaktierung oder berührungslos positioniert wird, so dass ein Verformungsbereich (18) zwischen den beiden Elektroden (16, 17) gebildet wird, durch die Elektroden (16, 17) in den Verformungsbereich (18) elektrische Energie eingebracht und dadurch der Verformungsbereich (18) erwärmt wird und nach dem Erreichen einer Verformungstemperatur ein Verformen des Verformungsbereiches (18) eingeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verformen von Gegenständen sowie verformbare Gegenstände, welche zumindest eine Schicht aus Kunststoff aufweisen, die zumindest ein elektrisch leitfähiges Füllmaterial Nanotubes umfasst.
Aufgrund der physikalischen und chemischen Eigenschaften und der guten Herstellbarkeit finden Kunststoffe beziehungsweise Plastikmaterialien in vielen verschieden Bereichen Anwendung. Die Gegenstände aus Plastik werden geschmolzen und anschließend durch verschiedene Verfahren in ihre Form gebracht. Beispielsweise kann ein Extrusions- oder ein Injektionsverfahren sowie ein Thermoverformen oder dergleichen vorgesehen sein.
Diese Verfahren weisen den Nachteil auf, dass relativ hohe Herstellkosten erforderlich sind, beispielsweise für den Werkzeugbau, um die Kunststoffmassen zu formen oder Zwischenprodukte in ihre vorbestimmte Form überzuführen. Die Fertigstellung von bestimmten Geometrien ist insbesondere bei komplexen Geometrien, wie beispielsweise Rohren, sehr schwierig. Sobald diese einmal in ihre Form gebracht wurden, können diese nachträglich kaum mehr verändert werden. Dies wird umso kritischer, sobald faserverstärkte, insbesondere glasfaserverstärkte, Kunststoffmaterialien eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verformen von Gegenständen sowie verformbare Gegenstände zu schaffen, so dass eine einfache und schnelle Formgebung oder Formveränderung auch nach der Herstellung der Gegenstände ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Verformen von Gegenständen mit zumindest einer Schicht aus Kunststoff, die zumindest ein elektrisch leitfähiges Füllmaterial umfasst, dadurch gelöst, dass eine erste und eine zweite Elektrode an dem Gegenstand durch Kontaktierung oder berührungslos positioniert werden, so dass ein Verformungsbereich zwischen der ersten und zweiten Elektrode gebildet wird, dass durch die Elektroden in den Verformungsbereich elektrische oder magnetische Energie eingebracht und dadurch der Verformungsbereich erwärmt sowie nach dem Einreichen einer Verformungstemperatur eine Verformung eingeleitet wird.
Es hat sich erstaunlicherweise herausgestellt, dass Kunststoffmaterialien, welche zumindest ein elektrisch leitfähiges Füllmaterial aufweisen, durch Anlegen einer Spannung sich erwärmen und sich bis zu einer Verformungstemperatur der Kunststoffschicht, aus welcher der Gegenstand hergestellt ist, erwärmen lassen. Dadurch wird ermöglicht, dass die zumindest eine Kunststoffschicht des Gegenstandes, insbesondere die elektrisch leitfähiges Füllmaterial enthaltende Kunststoffschicht, verformbar wird, so dass der Gegenstand eigenspannungsfrei oder ohne Aufbau von großen Eigenspannungen verformbar wird. Sobald die Verformung, wie beispielsweise Biegung, Konturierung, Profilierung oder dergleichen, durchgeführt wurde und der Verformungsbereich erkaltet, verbleibt der Gegenstand in seiner neuen Gestalt. Somit ist der Gegenstand auf den bestimmungsgemäßen Gebrauch anpassbar. Zum Erwärmen des Verformungsbereichs wird die elektrische Leitfähigkeit beziehungsweise die aufgrund des elektrischen Widerstands erzeugte Erwärmung des zumindest einen Füllmaterials genutzt, wobei durch deren bevorzugten gleichmäßigen Verteilung innerhalb der Kunststoffschicht eine gleichmäßige Erwärmung des Verformungsbereiches zwischen den angelegten Elektroden ermöglicht wird.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verformungsbereich durch die Elektroden erwärmt wird und nach dem Erreichen der Verformungstemperatur eine eigenständige Verformung aufgrund der Materialeigenschaften der zumindest einen Kunststoffschicht eingeleitet wird. Die zumindest eine Kunststoffschicht weist einen Shape-Memory-Effekt auf, das heißt, dass ab einer bestimmten Verformungstemperatur der gegenüber dem ursprünglichen Formgebungszustand verformte Bereich selbständig in den ursprünglichen Formgebungszustand zurückgeht oder durch zumindest geringe Kraftunterstützung zurückkehrt. Durch die gezielte Erwärmung des verformten Bereiches kann eine selbständige Heilung oder eine gezielte Rückführung in den ursprünglichen Zustand erfolgen. Dies kann beispielsweise beim Einsatz der Gegenstände als Stoßfänger im Kfz-Bereich von Vorteil sein, so dass kleinere Einbeulungen oder Eindellungen durch Erwärmung des verformten Bereiches wieder in den Ursprungszustand zurückgeführt werden können. Dadurch wird ein kompletter Austausch eines Stoßfängers nicht mehr erforderlich. Weitere Anwendungsbereiche sind ebenso denkbar.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verformungsbereich durch zumindest eine von außen aufgebrachte mechanische Belastung verformt wird. Dabei ist zumindest vorgesehen, dass der Gegenstand als ein Basismaterial oder Ausgangsmaterial unmittelbar vor dessen bestimmungsgemäßen Einsatzes in die gewünschte Geometrie oder Form gebracht wird. Beispielsweise kann der Gegenstand als gezogenes Rohr in Stangenform als Standardware ausgebildet sein. Beim Einbau des Rohres am Montageort ist es jedoch zumeist erforderlich, dass ein oder mehrere unterschiedliche Krümmungen eingebracht werden müssen, um den Einbau zu ermöglichen. Durch die aktive und mechanische Belastung auf des Verformungsbereiches spätestens nach dem Erreichen der Verformungstemperatur kann eine solche Anpassung in einfacher Weise schnell erfolgen. Dabei entstehen keine Spannungen im Material, da dieses vor dem Verformen erwärmt wird. Ebenso kann ein bereits einmal verformter Gegenstand erneut verformt werden. Die Verformung ist somit reversibel als auch wiederholbar.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zuführung der elektrischen Energie nach dem Erreichen der Verformungstemperatur, vorzugsweise spätestens nach der Einwirkung einer mechanischen Belastung von außen oder einer selbständigen Rückverformung, beendet wird. Bei beispielsweise geringen Verformungen oder dünnen Kunststoffschichten kann es genügen, dass die Energieeinbringung nach dem Erreichen der Verformungstemperatur bereits beendet wird, da die Verformungsdauer sehr kurz ist im Verhältnis zur Abkühlungsdauer, bis die Kunststoffschicht in einen quasi erstarrten Zustand zurückkehrt, der nur noch Verformungen mit hohen Eigenspannungen zulässt. Des Weiteren kann bevorzugt vorgesehen sein, dass während der Verformung weiterhin Energie zugeführt wird, um eine konstante Verformungstemperatur beizubehalten, so dass eine gleichmäßige und eigenspannungsfreie Konturänderung der Kunststoffschicht ermöglicht wird.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass an einem rohrförmigen Gegenstand manschetten- oder bandageförmige Elektroden unter zumindest geringer Presskraft aufgelegt werden. Dadurch wird eine einfache Einbringung der elektrischen Energie über eine Oberflächenkontaktierung der Kunststoffschicht mit dem darin eingelagerten und an die Oberfläche angrenzenden zumindest einen elektrisch leitenden Füllmaterial ermöglicht. Solche Bandagen sind darüber hinaus flexibel im Einsatz auf unterschiedliche Durchmesser und/oder Geometrien anpassbar.
Nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Elektroden mit einer punktförmigen Kontaktfläche auf der Oberfläche zur Bildung eines dazwischen liegenden Verformungsbereiches durch eine zumindest geringe Presskraft aufgebracht werden. Durch die Ausgestaltung der punktförmigen Elektroden kann eine linien- oder streifenförmige Erwärmung gezielt in das mechanisch zu verformende Material eingebracht werden. Somit können beispielsweise in einem Gegenstand Vertiefungen, Sicken, Erhöhungen, Nocken oder dergleichen ausgebildet werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektroden mit einer streifenförmigen Kontaktfläche auf die Oberfläche an den Verformungsbereich angrenzend durch eine zumindest geringe Presskraft aufgebracht werden und der Verformungsbereich durch die streifenförmigen Elektroden zumindest teilweise eingegrenzt wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht, dass eine Flächenbegrenzung des Verformungsbereiches zum Erwärmen bedarfsmäßig eingestellt werden kann. Dadurch kann die Geometrie des Verformungsbereiches beliebig gewählt und angepasst werden. Beispielsweise können Elektroden mit U- oder V-förmigen Auflagebereichen vorgesehen sein. Ebenso können Elektroden mit spiralförmigen Auflagebereichen oder dergleichen eingesetzt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass auf die Oberfläche der Kunststoffschicht des Gegenstandes, die Elektrode oder auf beide vor dem Kontaktieren ein elektrisch leitfähiges Mittel aufgebracht wird. Dadurch kann bei geringer Presskraft eine gute Kontaktierung erfolgen. Darüber kann eine vollflächige Kontaktierung auch in den Bereichen ermöglicht werden, in denen die Elektrode, insbesondere bei einer Ringelektrode, nicht vollständig an der Oberfläche der Kunststoffschicht anliegt.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass als elektrisch leitfähiges Mittel Flüssigkeiten oder Gele eingesetzt werden. Dabei werden insbesondere Leitsilber, Quecksilber oder dergleichen eingesetzt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass als elektrisch leitfähiges Mittel eine Zwi schenschicht eingebracht wird. Solche Zwischenschichten können beispielsweise aus elastisch nachgiebigen und biegsamen Materialien bestehen, welche elektrisch leitende Bestandteile umfassen oder beispielsweise metallisch beschichtet sind. Beispielsweise kann ein metallisch beschichtetes Bandmaterial eingesetzt werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gegenstand mit zumindest einer Schicht aus Kunststoff, mit zumindest einem elektrisch leitenden Füllmaterial, gelöst, bei dem die Verteilung des zumindest einen elektrisch leitenden Füllmaterials in der Kunststoffschicht derart vorgesehen ist, dass ein linien- oder flächenförmiger Verformungsbereich durch Anlegen von Elektroden elektrisch kontaktierbar ist, um nach dem Erwärmen zu verformen. Dieser Gegenstand ermöglicht durch das zumindest eine elektrisch leitfähige Füllmaterial eine wahlweise Anordnung der Elektroden an dem Gegenstand. Somit kann die Größe und die Lage des Verformungsbereiches anwendungsspezifisch bestimmbar und erwärmbar sein. Der Gegenstand mit zumindest einer Kunststoffschicht, in der zumindest ein elektrisch leitendes Kunststoffmaterial vorgesehen ist, ermöglicht darüber hinaus auch, dass durch Anlegen der Elektroden eine Erwärmung des Gegenstandes erfolgen kann, ohne dass eine Verformung stattfindet. Somit kann ein solcher Gegenstand als Heiz- oder Erwärmungselement Anwendung finden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Gegenstands sieht vor, dass als elektrisch leitendes Füllmaterial Nanotubes, insbesondere Carbon-Nanotubes, eingebracht werden. Diese Nanotubes beziehungsweise Carbon-Nanotubes zeichnen sich besonders durch deren Eigenschaften bezüglich der Leitfähigkeit und der Erwärmung aus. Gleichzeitig ermöglicht das Einbringen von Nanotubes als Füllmaterial, dass eine gute Verformbarkeit der Kunststoffschicht, in der die Nanotubes eingebracht sind, erhalten bleibt. Die Nanotubes können dabei auf die jeweiligen Anwendungsfälle abgestimmt und angepasst werden. Somit kann das elektrisch leitfähige Füllmaterial Nanotubes, insbesondere Carbon-Nanotubes, Gold-Borit-Silicium-substituierte Carbon-Nanotubes, Nanotubes aus Metallkalkogeniden, Metallchloriden oder Metallsulfiden vorgesehen sein. Des Weiteren können die Carbon-Nanotubes als single-walled-, double- walled- oder multi-walled Carbon-Nanotubes umfassen. Darüber hinaus können diese auch funktionalisiert sein.
Des Weiteren ist gemäß einer alternativen Ausgestaltung des Gegenstandes vorgesehen, dass als elektrisch leitendes Füllmaterial Leitruß, Graphit, expandiertes Graphit, Metallpulver, Metallpartikel oder weitere leitfähige Partikel vorgesehen sind. Auch solche leitfähigen Materialien ermöglichen, dass bei Anlegen von Elektroden ein Verformungsbereich an der Kunststoffschicht geschaffen wird, der insbesondere auf eine Verformungstemperatur erwärmbar ist. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass eine Mischung von elektrisch leitfähigen Füllmaterialien in die Kunststoffschicht eingebracht und an deren Oberfläche verteilt wird, so dass beispielsweise Nanotubes, insbesondere Carbon-Nanotubes, als auch Leitruß, Graphit, Metallpulver, Metallpartikel oder weitere leitfähige Partikel miteinander kombiniert werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Gegenstandes ist vorgesehen, dass als weiteres Füllmaterial nicht elektrisch leitfähige Hilfsmaterialien zur Erhöhung der mechanischen und/oder thermischen und/oder elektrischen Eigenschaften vorgesehen sind. Dadurch kann die Kunststoffschicht in Abhängigkeit von verschiedenen Füllmaterialien an die jeweiligen Einsatzfälle angepasst werden und gleichzeitig die Funktion der Verformbarkeit aufrechterhalten bleiben. Als Hilfsmaterialien können beispielsweise Kieselsäure, auch silyliert, Quarzmehl, Silikate bzw. gemischte Silikate des Natriums, Kaliums, Calciums, Magnesiums, Aluminiums, Eisens und Zirkons (auch Bentonit), Oxide bzw. Mischoxide des Calciums, Magnesiums, Aluminiums, Siliciums und Zinks, wobei der Zinkgehalt in den Fertigerzeugnissen 1,0% nicht überschreiten darf, Hydroxide bzw. Mischhydroxyde des Calciums, Magnesiums und Aluminiums, Carbonate bzw. gemischte Carbonate des Calciums, Magnesiums und Aluminiums Sulfate bzw. gemischte Sulfate des Calciums und Bariums, Calciumsulfoaluminat, Aluminiumpulver und Aluminiumbronze, Graphit, Glasfasern mit einem Durchmesser größer als 1 μm (mittlerer Durchmesser: 5–30 μm), Mikroglaskugeln mit einem mittleren Durchmeser von 5–100 μm, Cellulose, Baumwollgewebe, nicht ausgerüstet, Kohlenstoff-Fasern, Holzmehl aus naturbelassenem Holz, Polytetrafluor ethylen, sofern dessen Schmelzviskosität bei 380°C mehr als 50 PA·s beträgt, Dialuminium-hexamagnesium-carbonat-hexadecahydroxidtetrahydrat, Magnesium-Natrium-Fluorid-Silikat eingesetzt werden.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kunststoffschicht aus einem selbstheilenden Material, insbesondere einem Shape-Memory-Polymer, hergestellt ist, z. B. aus Nitinol (Ni-Ti-Legierung). Weitere Legierungen sind z. B. Cu-Al-Ni, Cu-Zn-Al, Fe-Mn-Si. Diese selbstheilenden Materialien weisen den Vorteil auf, dass bei einer Erwärmung die zwangsweise und ungewollte eingebrachte Verformung oder Eindellung nahezu selbständig oder mit zumindest geringer Unterstützung von außen in den ursprünglichen Formgebungszustand zurückkehrt. Dadurch können insbesondere Stoßfänger oder Gehäuse sowie Abdeckungen bei kleinen Beschädigungen wieder in den Ausgangszustand schnell und einfach zurückgeführt sowie ein ordnungsgemäßes Erscheinungsbild hergestellt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Gegenstandes ist vorgesehen, dass die Kunststoffschicht aus PEEK, PPS, PEI sowie glas- oder glasfaserverstärkten als auch kohlenstoffverstärkten Kunststoffen besteht. Diese Materialien eignen sich besonders für die Verformung und deren Erkaltung, ohne dass Eigenspannungen verbleiben.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Gegenstandes ist vorgesehen, dass der Verformungsbereich mit einer thermochromen Farbe ausgebildet ist. Dadurch wird für den Benutzer signalisiert, zu welchem Zeitpunkt die Verformungstemperatur erreicht ist, damit mechanische Belastungen eingeleitet werden, um den Gegenstand zu verformen. Darüber hinaus wird dem Benutzer signalisiert, dass der Gegenstand einen erwärmten Bereich aufweist, so dass dieser vor der Gefahr von Verbrennungen geschützt wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Gegenstandes ist vorgesehen, dass dieser als Rohr mit einer Kunststoffschicht ausgebildet ist und zumindest ein elektrisch leitfähiges Füllmaterial umfasst sowie insbesondere eine Innenbeschichtung aufweist. Besonders bei Rohren oder rohrförmigen Gegenständen ist eine nachträgliche Verformung aus einem Rohzustand oder Urzustand, beispielsweise als Stangenware, besonders kritisch, da im Biegungsbereich beziehungsweise Knickbereich an einer Außenseite eine Dehnung und auf einer Innenseite eine Stauchung des Materials erfolgt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Gegenstandes und der Möglichkeit zur Erwärmung des Gegenstandes im Verformungsbereich sind diese Problemzonen bezüglich deren Beanspruchung unkritisch. Für besondere Einsatzbereiche, insbesondere bei Trinkwasser oder in der Lebensmittel- oder Nahrungsmittelindustrie, können diese Rohre Innenbeschichtungen aufweisen, um beispielsweise die chemische Neutralität zu verbessern oder die hygienischen Anforderungen zu erfüllen. Beispielsweise werden PET-Flaschen in der Getränkeindustrie mit glasartigen Innenbeschichtungen versehen, die auch bei Verformungen nicht abplatzen und die eine höhere Gasdichtigkeit der PET-Flasche bewirken und die somit auch eine längere Haltbarkeit der Flascheninhalte bewirken. Durch das Anbringen der Elektroden am Außenumfang kann dennoch die gewünschte Verformung und Anpassung an die Einbausituation erfolgen.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Gegenstandes vor einer Verformung,
2 eine schematische Schnittdarstellung des Gegenstandes gemäß 1 nach einer Verformung und
3 eine perspektivische Ansicht eines Anwendungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gegenstandes und
4 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie III-III in 3.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Gegenstand 11 beispielsweise als Rohr dargestellt. Alternativ kann der Gegenstand 11 auch als plattenförmige, flächenförmige oder konturierte Schicht, Gehäuseabschnitt, Abdeckung oder dergleichen, ausgebildet sein. Der Gegenstand 11 umfasst eine Schicht 12 aus Kunststoff, welche beispielsweise zumindest mit Nanotubes als Füllmaterial gefüllt ist. Bevorzugt wird ein sogenannter Polymer-Nanotube-Verbund als Kunststoffschicht 12 eingesetzt, welcher beispielsweise einen niedrigen Durchsickerschwellwert von beispielsweise 0,1 bis 2 Vol%, eine Partikel-Partikel-Relation mit einem geringen Reibungsvolumen von ∅ = _c<10 ^–3, eine hohe Partikeldichte je Partikelvolumen von 10⁶ bis 10⁸ Partikel/μm³, einen Grenzflächenbereich je Partikelvolumen von 10³ bis 10⁴ m²/ml, einen kurzen Zwischenraumabstand von 10–50 nm bei ∅ ~ 1 bis 8 Vol% und vergleichbare Größen zwischen den Nanopartikeleinlagerungen, an Abständen zwischen den Partikeln und dem Relaxationsvolumen der Polymermatrix aufweist.
Der Gegenstand 11 gemäß 1 ist beispielsweise als Trinkwasserrohr ausgebildet und weist deshalb eine ph-neutrale Innenbeschichtung 14 auf. Bevorzugt dient diese Beschichtung auch dazu, um elektrisch isolierend zur Kunststoffschicht 12 mit einer Nanotube-Matrix wirken. Durch die Innenbeschichtung 14 kann der Rohrinnenraum zur Flüssigkeitsführung, Luftzuführung oder dergleichen eingesetzt werden. Sofern solche Rohre für andere Einsätze vorgesehen sind, können anderweitige Beschichtungen vorgesehen sein oder die Beschichtung entfallen.
An einem Außenumfang des Gegenstandes 11 kann eine erste und zweite Elektrode 16, 17 angelegt werden. Beispielsweise sind diese Elektroden 16, 17 als Ringelektroden ausgebildet, welche manschetten- oder bandageförmig ausgestaltet sind. Diese werden unter einer zumindest geringen Presskraft zur Kontaktierung mit der äußeren Oberfläche der Kunststoffschicht 12 am Gegenstand 11 positioniert. Ergänzend kann zwischen der Kunststoffschicht 12 und den Elektroden 16, 17 ein elektrisch leitfähiges Mittel eingebracht werden. Alternativ zu den Ringelek troden 16, 17 können auch Elektroden mit punktförmigen Kontaktflächen, streifen- oder linienförmigen Kontaktflächen vorgesehen sein. Des Weiteren kann alternativ vorgesehen sein, dass am Außenumfang der Kunststoffschicht 12 in vordefinierten Abständen Kontaktflächen eingebracht sind, an denen die Elektroden 16, 17 aufsetzbar und kontaktierbar sind, wobei dazwischenliegend immer der Verformungsbereich 18 vorgesehen ist. Zwischen den beiden Elektroden 16, 17 ist ein Verformungsbereich 18 ausgebildet beziehungsweise vorgesehen, der verformt werden soll.
Zur Durchführung einer Verformung des Verformungsbereichs 18 wird eine elektrische Energie über die Elektroden 16, 17 in den Verformungsbereich 18 eingeleitet. Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit des zumindest einen Füllmaterials an der Kunststoffschicht 12 erfolgt eine Erwärmung des Verformungsbereiches 18. Nachdem dieser auf eine Verformungstemperatur aufgeheizt wurde, kann die Einleitung einer mechanischen Belastung von außen zur Durchführung der Verformung erfolgen. Beispielsweise kann das Rohr um einen Winkel von 90° gekrümmt werden, wie dies beispielsweise in 2 dargestellt ist.
Die Einspeisung von elektrischer Energie kann vor Beginn des Verformungsvorgang beendet werden. Alternativ kann die elektrische Energie auch bis zum Abschluss des Verformungsvorganges zugeführt oder bedarfsmäßig auch vorzeitig vor dem Ende der Verformung abgeschalten werden. Nach der Durchführung des Verformungsvorganges wird der verformte Gegenstand 11 solange in seiner Verformposition beziehungsweise neuen geometrischen Form gehalten, bis die Kunststoffschicht 12 soweit erkaltet ist, damit der verformte Gegenstand 12 seine neue Gestalt beibehält. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass nach der durchgeführten Verformung nochmals eine Erwärmung des Verformungsbereiches stattfindet, um eine Relaxation des Verformungsbereiches zu ermöglichen.
Aufgrund der Erwärmung des Kunststoffmaterials ist ermöglicht, dass Eigenspannungen in der Kunststoffschicht 12 nicht aufgebaut werden.
Nach einer einmal durchgeführten Verformung kann erneut eine Verformung durchgeführt werden, wobei der verformte Gegenstand 11 sowohl eine neue Gestalt einnehmen kann als auch wieder in seine Ausgangsposition zurück verformt werden kann. In 3 ist ein weiteres Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gegenstandes 11 dargestellt. Der Gegenstand 11 ist beispielsweise als Stoßfänger ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform als Stoßfänger ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kunststoffschicht 12 aus einem Shape-Memory-Polymer hergestellt ist. Solche Materialien weisen eine selbstheilende Eigenschaft auf, sobald diese auf eine Verformungstemperatur erwärmt werden. Der in 3 dargestellte Stoßfänger umfasst beispielsweise eine Eindellung 25, welche in 4 als Schnittdarstellung entlang der Linie III-III in 3 dargestellt ist. Zur Rückführung des Stoßfängers in seinen ursprünglichen Formgebungszustand beziehungsweise zur Reparatur der Einstellung 25 ist bevorzugt vorgesehen, dass streifenförmige Elektroden 16, 17 um die Eindellung herum positioniert werden. Beispielsweise können die Elektroden jeweils halbkreisförmige Kontaktflächen aufweisen, so dass die Eindellung 25 dazwischen liegt. Anschließend wird der Verformungsbereich 18, der zumindest gleich groß, bevorzugt größer, als die Eindellung 25 ist, erwärmt. Sobald die Verformungstemperatur erreicht ist, erfolgt ein selbständiges Rücksetzen der Eindellung 25 aufgrund der Eigenschaft des Materials. Ergänzend kann diese Rückstellung unterstützt werden, indem beispielsweise von der einen Seite durch eine Druckbewegung oder von der anderen Seite durch eine Saug- oder Ziehbewegung die Eindellung 25 in eine flächige Form übergeführt wird, so dass diese eine glatte Kontur bezüglich den benachbarten Bereichen einnimmt.
Bei einer solchen Ausführungsform kann ebenso vorgesehen sein, dass beispielsweise spiralförmige Elektroden eingesetzt werden, die sich über die Eindellung 25 erstrecken oder zumindest teilweise an der Eindellung 25 anliegen. Insbesondere beim Einsatz von elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten, Gelen oder weichen Materialien kann auch eine unmittelbare Einwirkung beziehungsweise Erwärmung der Eindellung 25 aufgrund der zumindest teilweisen Kontaktierung der Eindellung 25 ermöglicht werden. Auch können Elektroden derart vorgesehen sein, dass sie induktiv heizen oder Wirbelströme ausbilden und dadurch in der Kunststoffoberfläche wiederum Wirbelströme induziert werden können; dadurch kann eine berührungslose Aufheizung erreicht werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Elektroden auch derart ausgebildet und auf dem Verformungsbereich positioniert werden, dass ring- oder scheibenförmige Verformungsbereiche ausgebildet werden können.

Claims

Verfahren zum Verformen von Gegenständen (11), welche zumindest eine Kunststoffschicht (12) mit zumindest einem elektrisch leitfähigen Füllmaterial aufweisen, dadurch gekennzeichnet, – dass eine erste und eine zweite Elektrode (16, 17) an dem Gegenstand (11) durch Kontaktierung oder berührungslos positioniert wird, so dass ein Verformungsbereich (18) zwischen den beiden Elektroden (16, 17) gebildet wird, – dass durch die Elektroden (16, 17) in den Verformungsbereich (18) elektrische oder magnetische Energie eingebracht und dadurch der Verformungsbereich (18) erwärmt wird und – dass nach dem Erreichen einer Verformungstemperatur ein Verformen des Verformungsbereiches (18) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung nach Erreichen der Verformungstemperatur selbständig aufgrund von Materialeigenschaften der Kunststoffschicht (12) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungsbereich (18) durch Einleitung von zumindest einer von außen aufgebrachten mechanischen Belastung verformt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der elektrischen Energie nach dem Erreichen der Verformungstemperatur, vorzugsweise spätestens nach der Einwirkung einer mechanischen Belastung von außen oder einer selbständigen Rückverformung, beendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem rohrförmigen Gegenstand (11) manschetten- oder bandageförmige Elektroden (16, 17) unter zumindest geringer Presskraft aufgelegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (16, 17) mit einer punktförmigen Kontaktfläche auf der Oberfläche der zumindest elektrisch leitendes Füllmaterial aufweisenden Kunststoffschicht (12) durch eine zumindest geringe Presskraft aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (16, 17) mit einer streifenförmigen Kontaktfläche auf die Oberfläche der zumindest elektrisch leitendes Füllmaterial umfassenden Kunststoffschicht (12) durch eine zumindest geringe Presskraft aufgebracht werden und der Verformungsbereich (18) durch die streifenförmigen Elektroden (16, 17) zumindest teilweise eingegrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche der Kunststoffschicht (12) oder auf die Elektroden (16, 17) oder auf beide vor der Kontaktierung ein elektrisch leitfähiges Mittel aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch leitfähiges Mittel eine Flüssigkeit oder Gele, insbesondere Leitsilber, Quecksilber oder eine Zwischenschicht, insbesondere ein biegsames Bandmaterial, mit einer elektrisch leitfähigen Füllung oder einer metallischen Beschichtung, eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die berührungslos zum Gegenstand angeordneten Elektroden (16, 17) der Verformungsbereich magnetinduktiv oder nach dem Wirbelstromprinzip erwärmt wird.
Gegenstand mit zumindest einer Kunststoffschicht (12), welche zumindest elektrisch leitfähiges Füllmaterial umfasst und insbesondere nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 ver formbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verteilung des elektrisch leitenden Füllmaterials in der Kunststoffschicht (12) derart vorgesehen ist, dass die Kunststoffschicht (12) durch Anlegen von Elektroden (16, 17) elektrisch kontaktierbar ist und dass ein zwischen den Elektroden (16, 17) liegender linien- oder flächenförmiger Verformungsbereich (18) aufheizbar ist.
Gegenstand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als leitfähiges Füllmaterial Nanotubes, insbesondere Carbon-Nanotubes, in der Kunststoffschicht (12) vorgesehen sind.
Gegenstand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch leitfähiges Füllmaterial Leitruß, Graphit, expandiertes Graphit, Metallpulver, Metallpartikel oder weitere leitfähige Partikel in der Kunststoffschicht (12) vorgesehen sind.
Gegenstand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als weiteres Füllmaterial nicht elektrisch leitfähige Hilfsmaterialien zur Erhöhung der mechanischen und/oder thermischen und/oder elektrischen Eigenschaften in der Kunststoffschicht (12) vorgesehen sind.
Gegenstand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (12) aus einem selbstheilenden Kunststoffmaterial, insbesondere einen Shape-Memory-Polymer, hergestellt ist.
Gegenstand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht aus PEEK, PPS, PEI, glas- oder glasfaserverstärktem oder kohlenstoffverstärkten Kunststoff hergestellt ist.
Gegenstand nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dass auf dem Verformungsbereich (18) eine thermochrome Farbe aufgebracht ist.
Gegenstand nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Rohr mit einer Kunststoffschicht (12) aus gebildet ist, welche zumindest ein elektrisch leitfähiges Füllmaterial umfasst und insbesondere eine Innenbeschichtung aufweist.