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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umformung dünner, beulstrukturierter Materialbahnen mit
regelmäßig versetzten
Falten.
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Es
sind zahlreiche Verfahren bekannt, um glatte, d.h. nicht strukturierte,
dünne Materialien durch
Prägen,
Tief- oder Streckziehen in eine mehrdimensionale Gestalt umzuformen.
Die glatten Ausgangsmaterialien können zwar große Plastifizierungsreserven
aufweisen, die beim Umformen durch Streck- und Tiefziehen benötigt werden,
sie ergeben jedoch in den großflächigen,
ebenen Bereichen der Produkte nur eine geringe Biege- und Beulsteifigkeit. Um
die Biege- und Beulsteifigkeit von Bauteilen zu verbessern, sind
mechanisch strukturierte, dünne Materialien,
beispielsweise genoppte Aluminiumbleche bekannt, die sich gut mehrdimensional
umformen lassen und dem Bauteil trotz geringer Wanddicke eine hohe
Formsteifigkeit verleihen. Diese bekannten mechanisch strukturierten
Bleche weisen jedoch meist nur noch geringe Plastifizierungsreserven auf,
da beim Strukturieren mittels mechanischer Prägewerkzeuge bereits ein beträchtlicher
Teil der Plastifizierungsreserven des Ausgangsmaterials verbraucht
wurde, das für
Umformprozesse mit hohem Plastifizierungsbedarf, wie beispielsweise
Tief- und Streckziehen nun nicht mehr zur Verfügung steht. Deshalb können herkömmliche
mechanisch strukturierte Materialien bei sekundären Umformprozessen mit großen Plastifizierungsgraden
der Werkstoffe leicht reißen.
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Aus
der
DE 198 58 432
A1 sind beulstrukturierte Materialbahnen bekannt, die regelmäßige, versetzte,
vorzugsweise sechseckige Faltstrukturen oder wappenförmige Faltstrukturen
besitzen, die gegenüber
glatten, d.h. nicht strukturierten Materialien eine verbesserte
Biege- und Beulsteifigkeit aufweisen. Da beulstrukturierte Materialien
materialschonend auf der Basis eines nahezu selbstorganisierten Strukturierungsprozesses
hergestellt werden (beschrieben in
EP 06 93 008 B1 ), verfügen beulstrukturierte, dünne Materialbahnen
noch über
sehr große Plastifizierungsreserven,
die bei sekundären
Umformprozessen genutzt werden können.
Ferner besitzen beulstrukturierte, beispielsweise sechseckig strukturierte
Materialbahnen die prinzipielle Eigenschaft, daß sie in eine mehrdimensionale,
bzw. schalenförmige
Gestalt gebracht werden können,
ohne daß dabei
neue, ungewollte Falten entstehen. Das ist deshalb möglich, weil
beispielsweise das sechseckig strukturierte Material bereits regelmäßige sechseckig angeordnete
Faltstrukturen aufweist, deren Falten tiefer gebogen werden, wenn
der örtliche
Krümmungsradius
des Bauteils verringert werden soll, und die Falten teilweise oder
vollständig
aufgebogen werden, wenn der örtliche
Krümmungsradius
des Bauteils abgeflacht werden soll. Auch genoppte Bleche können prinzipiell ähnliche
Eigenschaften besitzen, sie verfügen
aber nicht über
so hohe Plastifizierungsreserven, wie sie die beulstrukturierten
Materialien aufweisen. Ferner wird bei beinstrukturierten Materialien
die Oberflächengüte des Ausgangsmaterials durch
den Strukturierungsprozeß nicht
beeinträchtigt.
Das ist bei genoppten Blechen nicht der Fall.
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Bei
der mehrdimensionalen Umformung regelmäßig strukturierter, vorzugsweise
beulstrukturierter Materialien treten bei Umformprozessesen, wie
beispielsweise Biegen und Prägen
zusätzlich
Ungewollt neue, im Vergleich zu den Vorhandenen Falten deutlich
längere
Falten auf, wenn herkömmliche Umformwerkzeuge,
wie Stempel und Matrize zum Einsatz kommen. Diese ungewollten, zusätzlichen Falten
können
auch beim Umformen genoppter Bleche entstehen. Die Festigkeit so
umgeformter Bauteile wird häufig
durch diese ungewollten, zusätzlichen Falten
erheblich verringert, und gleichzeitig verschlechtern diese zusätzlichen
Falten das Design des Bauteils, da sie deutlich sichtbar sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen,
mit dessen Hilfe es gelingt, regelmäßig strukturierte, vorzugsweise
sechseckig beulstrukturierte Materialbahnen so in eine mehrdimensionale
bzw. schalenförmige
Gestalt umzuformen, daß sich
bei Umformprozessen, wie Biegen und Prägen, keine zusätzlichen
Falten bilden.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch 1. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zusätzliche,
meistens längere
ungewollte Falten werden vermieden, wenn bei der mehrdimensionalen
Umformung der regelmäßig strukturierten, vorzugsweise
beulstrukturierten Materialbahn die Schubkräfte oder die Druckkräfte in Richtung
der Materialbahn vermieden oder zumindest stark reduziert werden,
weil durch diese Kräfte Instabilitäten in der Materialstruktur
entstehen, die zu ungewollten Falten führen können. Im Gegensatz dazu treten
bei Druckkräften
senkrecht zur Materialbahn nur Biegedeformationen auf, und somit
können
ungewollte Falten nicht entstehen. Ausschließlich Biegedeformationen der
Materialbahn lassen sich erfindungsgemäß beispielsweise dadurch erreichen,
daß einzelne, örtlich oder
partiell wirksame Druckelemente, wie Stempel, Noppen, Kissen, verstellbare
Stifte oder dergleichen, gegen die strukturierte Materialbahn drücken. Man hätte nun
erwarten können,
daß die
Beulstrukturen auf der Vorderseite der Materialbahn und die Falten auf
der Rückseite
der Materialbahn durch die örtlich oder
partiell wirksamen Druckelemente eingedrückt werden. Das ist aber überaschenderweise
nicht der Fall. Denn die beinstrukturierten Materialien erweisen
sich als außerordentlich
stabil, obwohl sie beim Strukturierungsprozeß nicht oder nur ganz wenig durch
Plastifizierung des Werkstoffs verfestigt wurden. Die hohe Steifigkeit
der beulstrukturierten Materialien ergibt sich aus der kalottenförmig gekrümmten Form
der sich beim Strukturierungsprozess quasi von selbst einstellenden
Strukturkalotten.
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Die örtlich oder
partiell auf die strukturierte Materialbahn einwirkenden Druckelemente
können gemäß der Erfindung
aus starren oder elastischen Werkstoffen bestehen. Elastische Werkstoffe
geben beim Andrücken
etwas nach und können
so Schubkräfte
und Druckkräfte
in Richtung der Materialbahn, die leicht zu Instabilitäten und
ungewollten Falten in der Materialbahn führen können, besser ausgleichen als
starre Werkstoffe. Es können
aber auch partiell wirksame hydraulische oder pneumatische Druckkissen
zum Einsatz kommen. Die Anordnung der einzelnen, örtlich oder
partiell angreifenden Druckelemente richtet sich nach der gewünschten
Gestalt des Endproduktes sowie nach der Strukturgröße, der
Strukturtiefe und dem Werkstoff der Materialbahn. Der Abstand zwischen
den einzelnen Druckelementen kann groß sein, und dabei ergibt sich
eine freie Verformung der Materialbahn im Bereich zwischen diesen
einzelnen Druckelementen. Der Abstand zwischen den einzelnen Druckelementen
kann aber auch so klein gewählt
werden, daß gegen
jede einzelne Strukturkalotte oder zumindest gegen jede zweite oder
dritte Strukturkalotte der Materialbahn jeweils ein Druckelement
drückt.
Auf der Rückseite
der strukturierten Materialbahn werden die Druckelemente vorzugsweise
versetzt zu den Druckelementen auf der Vorderseite angeordnet, damit
die Materialbahn hauptsächlich
durch Biegedeformationen umgeformt wird. Die Druckelemente können auch
in Form von vielen Stiften, ähnlich
einer Bürste,
zum Einsatz kommen, da Stifte einerseits einen senkrechten Druck
auf die Materialbahn ausüben
können
und andererseits so biegsam und elastisch sein können, um Schubkräfte abzuleiten.
Dadurch werden Biegedeformationen der Materialbahn begünstigt und
Schubbeanspruchungen der Materialbahn verringert.
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Der
Umformprozeß kann
batch-weise durch gleichzeitiges Andrücken der Druckelemente oder kontinuierlich
bzw. halbkontinuierlich durch schrittweises, d.h. in zeitlicher
Reihenfolge ablaufendes Andrücken
der einzelnen Druckelemente erfolgen. Beim batch-weisen Umformprozeß sind die
einzelnen Druckelemente vorzugsweise auf einer Obermatrize (Stempel)
und auf einer Untermatrize angeordnet, und beide Matrizen werden
gegen die Materialbahn gedrückt.
Beim kontinuierlichen bzw. halbkontinuierlichen Umformprozeß sind die
einzelnen Druckelemente beispielsweise auf einer Unterwalze und auf
einer Oberwalze angebracht, und durch Andrücken und Abrollen beider Walzen
wird die strukturierte Materialbahn umgeformt. Diese Walzen können eine
zylindrische oder konvexe bzw. konkave Grundform besitzen. Alternativ
kann eine Oberwalze auch auf einer ebenen oder schalenförmigen Untermatrize abrollen.
Ferner können
starre oder elastische Rollen als Druckelemente dienen, die so gegen
die Vorderseite und Rückseite
der zu verformenden strukturierten Materialbahn drücken, daß vorzugsweise
Biegedeformationen auftreten. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise
scheibenförmige,
strukturierte Materialien in Schalen oder Kalotten umformen. Es
können mehrere
derartige Umformprozesse nacheinander mit gestaffelten Umformgraden
der Materialbahn durchgeführt
werden, wenn es sich zeigt, daß in
einem einzigen Umformprozeß die
gewünschte
Gestalt des Produktes nicht zu erreichen ist.
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Eine
weitere Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin,
daß der
Umformprozeß in
zwei Schritten oder ggf. mehreren Schritten abläuft:
Im ersten Schritt
wird die strukturierte Materialbahn durch einzelne, örtlich oder
partiell angreifende Druckelemente so vorgeformt, daß die strukturierte Materialbahn
nur angenähert
die Gestalt des endgültigen
Produktes annimmt.
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Im
zweiten Schritt wird die vorgeformte Materialbahn dann in ihre endgültige Gestalt
gebracht, indem beispielsweise zwei herkömmliche Formwerkzeuge, wie
Stempel und Matrize zum Einsatz kommen. Bei diesem zweiten Schritt
wird berücksichtigt, daß der minimale
Abstand zwischen Stempel und Matrize in etwa der Materialdicke (inclusive der
Höhe der
Strukturwölbung)
entspricht, damit die Strukturen nicht wieder eingeebnet werden.
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Dieser
zweistufige Umformprozeß läßt sich dadurch
realisieren, daß im
ersten Schritt die örtlich oder
partiell angreifenden Druckelemente (starre oder elastische oder
plastische Druckmedien) an definierten Stellen auf dem Stempel und
auf der Matrize so angebracht sind, daß bei der Vorverformung der Materialbahn
nahezu nur Biegedeformationen auftreten. Im zweiten Schritt werden
diese örtlich
und partiell angreifenden Druckelemente von dem Stempel und von
der Matrize entfernt, und das vorgeformte Material wird durch Andrücken des
Stempels und der Matrize in seine endgültige Gestalt gebracht.
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Eine
weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß die Matrize
und/oder der Stempel aus elastischen Werkstoffen bestehen oder daß der Stempel
aus einem hydraulischen oder pneumatischen Kissen besteht. Dadurch
wird erreicht, daß die strukturierte
Materialbahn hauptsächlich
durch Biegedeformationen umgeformt wird, da hydraulische und pneumatische,
stets senkrechte Druckkräfte
auf die Materialbahn einwirken und sich tendentiell auch elastische
Stempel und Matrizen wie hydraulische Druckübertrager verhalten. Dadurch
werden Schubkräfte
in der Materialbahn reduziert. In diesem Fall kann auf zusätzliche örtlich oder
partiell angreifende Druckelemente verzichtet werden.
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Durch
diesen Umformprozeß in
zwei Schritten wird erreicht, daß nahezu nur Biegedeformationen
wirksam sind und deshalb zusätzliche
Falten nicht auftreten können.
Würde man
im Gegensatz dazu nach herkömmlicher
Weise den Umformungsprozeß mit
Hilfe starrer Formwerkzeuge, wie Stempel und Matrize durchführen, würden nicht
nur Biegedeformationen der Materialbahn sondern auch erhebliche
Schubkräfte
und Druckkräfte
in Richtung der Materialwand auftreten, die zu ungewollten Falten
führen
können.
Diese Schubkräfte
und Druckkräfte
in Richtung der Materialbahn entstehen insbesondere durch Relativbewegungen
und damit Reibungskräfte zwischen
den vollflächig
wirksamen, starren Formwerkzeugen, wie Stempel und Matrize und der
umzuformenden Materialbahn.
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Eine
weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß der genannte
Umformprozeß,
der in zwei oder mehreren Schritten abläuft, modifziert wird. Bei den bisher
genannten Verfahren zum mehrdimensionalen Umformen strukturierter,
insbesondere beulstrukturierter Materialbahnen treten hauptsächlich nur
Biegedeformationen der Materielbahn auf, um unerwünschte Falten
zu vermieden. Auf diese Weise lassen sich aber geometrische Umformungen
nur soweit durchführen,
wie ein Aufbiegen der Falten und Strukturkalotten der strukturierten
Materialbahn dies zuläßt. Aus
geometrischen Gründen
sind deshalb die so erzielbaren mehrdimensionalen Umformungen der
strukturierten Materialbahn erheblich begrenzt. Insbesondere die
so mehrdimensional umgeformten, beulstrukturierten Materialbahnen
besitzen aber noch große
Plastifizierungsreserven, die für sekundäre Umformprozesse
genutzt werden können. Deshalb
können
die mehrdimensional vorgeformten, strukturierten Materialbahnen
im zweiten Schritt mit Hilfe vorzugsweise starrer Formwerkzeuge,
wie Stempel und Matrize, partiell oder ganzflächig durch Tief- oder Streckziehen
weiter umgeformt werden. Dabei werden zwar die Strukturen der Materialbahn teilweise
wieder eingeebnet, aber unerwünschte
Falten in der Materialbahn werden trotz hoher Umformgrade vermieden.
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Eine
weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß die strukturierte
Materialbahn durch ein hydraulisches, freies Umformen in eine mehrdimensionale
Gestalt übergeführt wird.
Ein hydraulisches Medium drückt
gegen eine Seite der Materialbahn. Dabei wird die strukturierte
Materialbahn hauptsächlich
durch Biegedeformationen umgeformt, weil sich die bereits vorhandenen
Falten und ggf. die Strukturkalotten der Materialbahn aufbiegen
können. Hierdurch
unterscheidet sich dieses hydraulische Umformverfahren strukturierter,
insbesondere beulstrukturierter, Materialbahnen ganz grundsätzlich von den
herkömmlichen,
hydraulischen Umformprozessen, beispielsweise dem Hydroforming,
bei denen die Materialbahn insbesondere durch Zugkräfte (Membranspannung)
umgeformt wird.
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Eine
weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß die strukturierte
Materialbahn durch ein hydraulisches Umformen in eine mehrdimensionale
Gestalt übergeführt wird,
indem ein hydraulisches Medium soweit gegen eine Seite der Materialbahn
drückt,
bis sie sich an eine Matrize anlegt.
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Der
Erfindungsgedanke wird anschließend beispielhaft
erläutert:
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1 zeigt
den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer
mehrdimensional umgeformten, strukturierten Materialbahn mit auf zwei
ebenen Platten angeordneten, partiell wirksamen Druckelementen.
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2 zeigt
den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer
mehrdimensional umgeformten, strukturierten Materialbahn mit auf
einer ebenen Platte und auf einer Walze angeordneten, partiell wirksamen
Druckelementen.
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3 zeigt
den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer
mehrdimensional umgeformten, strukturierten Materialbahn mit auf zwei
Walzen angeordneten, partiell wirksamen Druckelementen.
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4 zeigt
den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer
mehrdimensional umgeformten, strukturierten Materialbahn mit auf
einer Walze angeordneten, partiell wirksamen Druckelementen und
mit einem Formwerkzeug.
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5 zeigt
den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer
mehrdimensional umgeformten, strukturierten Materialbahn mit auf zwei
Formwerkzeugen angeordneten, partiell wirksamen Druckelementen.
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6 zeigt
den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer
rotationssymmetrisch umgeformten, strukturierten Materialbahn mit Druckrollen
auf der Vorder- und Rückseite
der Materialbahn.
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7 zeigt
den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer
mehrdimensional frei umgeformten, strukturierten Materialbahn mit
Hilfe eines hydraulischen Druckmediums.
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8 zeigt
den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer
mehrdimensional umgeformten, strukturierten Materialbahn mit Hilfe eines
hydraulischen Druckmediums und einer Matrize.
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9 zeigt
schematisch eine Seitenansicht einer schalenförmig umgeformten, strukturierten
Materialbahn.
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10 zeigt
schematisch eine Seitenansicht einer tellerförmig umgeformten, strukturierten
Materialbahn.
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11 zeigt
schematisch eine Seitenansicht einer mehrdimensional umgeformten,
strukturierten Materialbahn.
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1 zeigt
den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens
zur Herstellung mehrdimensional umgeformter, strukturierter Materialbahnen
oder Folien. Die Materialbahn 1 wird durch Andrücken der
Druckelemente 2 mehrdimensional umgeformt, wobei sich die
vorhandenen Falten der Materialbahn 1 tiefer biegen, wenn
die strukturierte Materialbahn konkav gebogen wird (Bereich 3), oder
abflachen, wenn die Materialbahn 1 konvex gebogen wird
(Bereich 4). Die Bezugsseite für diese Beschreibung ist jeweils
die Seite der Materialbahn in Richtung der Strukturkalotte. Diese
Bezugsseite ist in den 1 bis 5 jeweils
die obere Seite der jeweils schematisch dargestellten, strukturierten
Materialbahn 1. Die Druckelemente 2 können punktförmig, linienförmig oder
flächig
wirksam sein. In 1 sind beispielhaft nur wenige
Druckelemente mit punktförmigen
Druckflächen
dargestellt. Die Druckelemente 2 sind jeweils auf einer
der beiden Platten 5 befestigt. Es können aber auch viele Druckelemente
in der Form von Stempeln, Noppen, Stiften oder als Bürsten oder
in der Gestalt elastischer oder starrer Druckkissen zum Einsatz
kommen. Diese sind in 1 nicht dargestellt. Entsprechendes
gilt für
die Druckelemente in den folgenden 2 bis 5.
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2 zeigt
den schematischen Aufbau einer weiteren Vorrichtung zur Anwendung
des Verfahrens zur Herstellung mehrdimensional umgeformter, strukturierter
Materialbahnen oder Folien. Die Materialbahn 1 wird durch
partielles Andrücken
der Druckelemente 6 und 8 mehrdimensional umgeformt,
wobei die Druckelemente 6, die an der Walze 7 befestigt sind,
von oben auf die Materialbahn 1 drücken und diese partiell konkav
umformen, und die Druckelemente 8, die auf der Platte 9 befestigt
sind, von unten gegen die Materialbahn 1 drücken und
diese partiell konvex umformen. Im Gegensatz zum Umformen der Materialbahn 1 in 1 erfolgt
die Umformung in 2 durch ein zeitlich schrittweises
Eindrücken
der Druckelemente 6 und 8. So kann sich die strukturierte Materialbahn 1 jeweils
in den Bereichen zwischen den Druckelementen 6 und 8,
beispielsweise im Bereich 10, frei ausformen, und ungewollte
Falten werden so noch wirksamer vermieden.
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3 zeigt
den schematischen Aufbau einer weiteren Vorrichtung zur Anwendung
des Verfahrens zur Herstellung mehrdimensional umgeformter, strukturierter
Materialbahnen oder Folien. Die Materialbahn 1 wird durch
partielles Andrücken
der Druckelemente 11 und 13 mehrdimensional umgeformt, wobei
die Druckelemente 11, die an der Walze 12 befestigt
sind, von oben auf die Materialbahn 1 drücken und
diese partiell konkav umformen, und die Druckelemente 13,
die an der Walze 14 befestigt sind, von unten gegen die
Materialbahn 1 drücken
und diese partiell konvex umformen. Im Gegensatz zum Umformen der
Materialbahn 1 in 1 und 2 kann
die Umformung in 3 in einem kontinuierlichen
Prozeß ablaufen,
bei dem durch eine Umdrehung der Walzen 12 und 14 periodisch
jeweils ein definiertes Umformen der Materialbahn 1 erfolgt.
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4 zeigt
den schematischen Aufbau einer weiteren Vorrichtung zur Anwendung
des Verfahrens zur Herstellung mehrdimensional umgeformter, strukturierter
Materialbahnen oder Folien. Die Materialbahn 1 wird durch
partielles Andrücken
der Druckelemente 15 mehrdimensional umgeformt, wobei die Druckelemente 15,
die an der Walze 16 befestigt sind, von oben auf die Materialbahn 1 drücken und diese
partiell gegen das Formwerkzeug 17 drücken. Die Druckelemente 15 und
das Formwerkzeug 17 können
aus starren und/oder elastischen Werkstoffen bestehen.
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5 zeigt
den schematischen Aufbau einer weiteren Vorrichtung zur Anwendung
des Verfahrens zur Herstellung mehrdimensional umgeformter, strukturierter
Materialbahnen oder Folien. Die Materialbahn 1 wird durch
partielles Andrücken
der Druckelemente 18, die an dem oberen Formwerkzeug 19 befestigt
sind, und durch die Druckelemente 20, die an dem unteren
Formwerkzeug 21 angebracht sind, vorgeformt. Die Druckelemente 18 und 20 können aus
starren, elastischen oder plastischen Werkstoffen oder auch aus
pneumatischen oder hydraulischen Kissen bestehen. Anstatt der Druckelemente 18 und 20 können auch
Druckflüssigkeiten
oder andere Druckmedien in den freien Raum zwischen dem oberen Formwerkzeug 19 und
der Materialbahn 1 bzw. in den freien Raum zwischen dem
unteren Formwerkzeug 21 und der Materialbahn 1 geleitet werden.
Alle diese Maßnahmen
können
dazu dienen, die Materialbahn 1 mehrdimensional vorzuformen oder
auszuformen, ohne daß sich
zusätzlich
ungewollte Falten bilden. Um die Materialbahn 1 dann in eine
endgültige
Gestalt mit hoher Maßgenauigkeit umzuformen,
werden die Druckelemente 18 und 20 zunächst wieder
von den Formwerkzeugen 19 und 21 entfernt, und
dann wird die Materialbahn 1 durch Zusammendrücken der
Formwerkzeuge 19 und 21 kalibriert. Dabei entspricht
der freie Spalt zwischen den beiden Formwerkzeugen 19 und 21 in
etwa der Dicke (incl. der Strukturhöhe) der Materialbahn 1.
Die Formwerkzeuge 19 und 21 können sowohl aus starren als
auch aus elastischen Werkstoffen bestehen.
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Insbesondere
die mehrdimensional umgeformten, beulstrukturierten Materialbahnen
besitzen aber noch große
Plastifizierungsreserven, die für
sekundäre
Umformprozesse genutzt werden können. Deshalb
können
die mehrdimensional vorgeformten, strukturierten Materialbahnen
im zweiten Schritt mit Hilfe vorzugsweise starrer Formwerkzeuge,
wie Stempel und Matrize, partiell oder ganzflächig durch Prägen weiter
umgeformt werden. Dabei werden zwar die Strukturen der Materialbahn
teilweise wieder eingeebnet, aber unerwünschte Falten in der Materialbahn
werden trotz hoher Umformgrade vermieden. Eine Vorrichtung zum Prägen mehrdimensional vorgeformter,
strukturierter Materialbahnen ergibt sich beispielsweise dadurch,
daß mit
Hilfe der in 5 schematisch dargestellten
Formwerkzeuge 19 und 21, die vorgeformte, strukturierte
Materialbahn 1 entweder vollständig oder partiell zusammengedrückt und
dabei stark plastifiziert wird, um ein weiteres Umformen der Materialbahn 1 zu
erreichen. Applikationen so umgeformter, strukturierter Materialbahnen
sind beispielsweise Wärmeabschirmbleche, die
im Unterbodenbereich von Fahrzeugen eingesetzt werden können.
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6 zeigt
den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer
rotationssymmetrisch umgeformten, strukturierten Materialbahn 22. Die
strukturierte Materialbahn 22 wird zunächst zu einem Rand 25 umgebogen,
damit sie eine verbesserte Formsteifigkeit erhält und sich bei dem mehrdimensional
rotationssymmetrischen Umformen nicht verwindet oder faltet. Die
Druckrollen 23 drücken
so gegen die Vorderseite der strukturierten Materialbahn 22,
und die Druckrollen 24 drücken so gegen die Rückseite
der Materialbahn 22, daß die Materialbahn 22 durch
Biegedeformationen umgeformt wird. Anstatt nur einer einzigen Vorrichtung,
bestehend aus den Druckrollen 23 und Druckrollen 24 in 6, können auch
mehrere Vorrichtungen gleichzeitig zum Einsatz kommen.
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7 zeigt
den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer
mehrdimensional frei umgeformten, strukturierten Materialbahn 1.
Eine Druckflüssigkeit
wird durch die Öffnung 29 in
die untere Kammer 27 geleitet und von unten gegen die strukturierte
Materialbahn 1 gedrückt.
Der Dichtungsring 28 zwischen der unteren Kammer 27 und
der Materialbahn 1, die durch die obere Kammer 26 abgestützt wird,
verhindert ein Austreten der Druckflüssigkeit. Die Materialbahn 1 formt
sich durch den Innendruck frei aus. Dabei biegen sich die vorhandenen
Falten und ggf. die Strukturkalotten der Materialbahn 1 etwas
auf.
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8 zeigt
den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung einer
mehrdimensional definiert umgeformten, strukturierten Materialbahn 1. Eine
Druckflüssigkeit
wird durch die Öffnung 29 in
die untere Kammer 27 geleitet und von unten gegen die strukturierte
Materialbahn 1 gedrückt.
Diese strukturierte Materialbahn 1 formt sich zunächst frei
aus und wird dann gegen die Kontur der Matrize 30 gedrückt. Die
Matrize 30 besteht aus einem starren oder elastischen Werkstoff
Die Falten und die Strukturkalotten der Materialbahn 1 können sich
dabei durch Biegedeformationen etwas abflachen, sie sind aber dennoch so
formstabil, daß die
Strukturen der Materialbahn 1 weitgehend oder teilweise
erhalten bleiben.
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Die
Stukturkalotten der Materialbahn 1 in 7 oder 8 können nach
unten oder nach oben gerichtet sein.
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In
einer nicht dargestellten Vorrichtung werden entsprechend 1 bis 8 mehrdimensional umgeformte
Materialbahnen gleichzeitig oder nachträglich durch einen Tief- oder
Streckziehprozeß weiter
umgeformt. Das geschieht mit Hilfe von Formwerkzeugen, wie Stempel
und Matrize, wobei allerdings die Strukturen der Materialbahn partiell
wieder eingedrückt
werden und wobei der Werkstoff der Materialbahn stark plastifiziert
wird. Da beulstrukturierte Materialbahnen noch über große Plastifizierungsreserven
verfügen,
sind sie zum weiteren Umformen durch Tief- oder Streckziehen besonders gut geeignet.
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9 zeigt
schematisch eine Seitenansicht einer schalenförmig umgeformten, strukturierten
Materialbahn 31, die beispielsweise in Vorrichtungen entsprechend
der 7 oder 8 mittels eines Druckmediums
umgeformt und dann am Rand 32 abgetrennt wurde. So hergestellte
schalenförmige, strukturierte
Materialbahnen dienen beispielsweise als Reflektoren für Leuchten,
die eine hohe Oberflächengüte, vorzugsweise
eloxierter, beglänzter,
lackierter oder andersartig oberflächenveredelter Werkstoffe aus
Metallen, Kunststoffolien, Papier oder Pappe, aufweisen können, und
ferner eine diffuse, blendfreie oder blendarme Lichtstreuung aufgrund
ihrer Wandstruktur sowie eine definierte Lichtverteilung aufgrund
ihrer makroskopischen Gestalt erzeugen können. Auch für den Fall,
daß nach
dem hydraulischen Umformvorgang das überstehende Material am Rand 32 der
Materialbahn nicht abgetrennt wurde, ergeben sich vielseitige Anwendungen
für so
umgeformte, strukturierte Materialbahnen, wie beispielsweise als
Verkleidungen oder sogenannte Spiegel mit ansprechendem Design und
hoher Formsteifigkeit. Hierzu zählen
beispielsweise Verkleidungen und Versteifungen von Hausgeräten, Behältern und
Apparaten. Vorzugsweise wird nur eine geringe Tiefe der schalenförmig umgeformten
Materialbahn im Vergleich zu ihrer Breite und Länge gewählt, damit die Strukturen während des
hydraulischen Umformens weitgehend erhalten bleiben.
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10 zeigt
schematisch eine Seitenansicht einer tellerförmig umgeformten, strukturierten
Materialbahn 33, die beispielsweise in einer modifizierten Vorrichtung
entsprechend der 8 umgeformt wurde. Die flache
Unterseite 34 der tellerförmig umgeformten Materialbahn 33 ergibt
sich beispielsweise durch Andrücken
der Materialbahn an eine ebene Matrize oder an einen Stempel. Der
Stempel ist in 8 nicht dargestellt. So tellerförmig umgeformte Materialbahnen
dienen beispielsweise als Menü-Schalen
aus Aluminium.
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11 zeigt
schematisch eine Seitenansicht einer mehrdimensional umgeformten,
strukturierten Materialbahn 35, die beispielsweise mit
Hilfe der Vorrichtungen entsprechend 1 bis 5 oder 8 umgeformt
wurde. Die Materialbahn 35 kann konvexe Bereiche 36, 37 und 38 sowie
konkave Bereiche 39 aufweisen. So hergestellte mehrdimensional
umgeformte, strukturierte Materialbahnen 35 können beispielsweise
als Verkleidungen von Kuppeln und Bauwerken oder als Innenauskleidungen
von Fahrzeugen dienen. Die Ausgangsmaterialien für diese Materialbahnen können oberflächenveredelte
Werkstoffe sein. So hergestellte, mehrdimensional umgeformte, strukturierte
Materialbahnen lassen sich ferner einfach und faltenfrei in eine
Konstruktion einfügen,
selbst wenn noch kleine geometrische Anpassungen vorgenommen werden
müssen.