DE19935603C2

DE19935603C2 - Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus pastösem Material und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens

Info

Publication number: DE19935603C2
Application number: DE19935603A
Authority: DE
Inventors: Michael Hermann; Joachim Koschikowski
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1999-08-03
Filing date: 1999-08-03
Publication date: 2002-02-14
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: DE19935603A1

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern (11) aus pastösem Material (5), bei dem das pastöse Material (5) auf eine dehnbare Membran (3), die über eine erste Tiefziehform (1) gespannt ist, aufgebracht wird und die zusammen mit dem pastösen Material an eine, in der ersten Tiefziehform (1) ausgebildete Formstruktur (10) mittels Vakuumformen angeschmiegt wird. Darüber hinaus wird eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens angegeben. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das pastöse Material (5) auf der tiefgezogenen Membran (3) bei nahezu konstanter Dicke weitgehend aushärtet, dass eine zweite Tiefzieh- oder Gussform (2) ebenfalls mit dem pastösen Material (5) versehen wird, das mit der tiefgezogenen Membran (3) der ersten Tiefziehform (1) vor dem vollständigen Aushärten derart zusammengefügt wird, so dass aus dem pastösen Material (5) der ersten Tiefziehform (1) und dem pastösen Material (5) der zweiten Tiefzieh- oder Gußform (2) ein homogener, d. h. einheitlicher Hohlkörper (11) gebildet wird, und dass die Formstruktur (10) sowie die Tiefzieh- oder Gussform (2) von dem vollständig ausgehärteten Material (5) entformt wird.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Formgebungsverfahren. Sie betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus pastösem Material und eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Stand der Technik

Hohlkörper aus pastösem Material werden bekanntlich entweder in Giessformen hergestellt oder mit Hilfe einer Extruderanlage unmittelbar als Profile oder Folien extrudiert. Sollen aber aus dem pastösen Material hohle Strukturen mit annähernd konstanter Wandstärke hergestellt werden, die keine Extrusionskörper sind, so bleibt als einzige Fertigungsmöglichkeit das Giessen mit Kernen. Besonders aufwendig ist hierbei, daß aufgrund der auftretenden Hinterschneidungen sogenannte verlorene Kerne verwendet werden müssen, die nach dem Aushärten des pastösen Materials zerstört und entfernt werden müssen. Für jeden Fertigungsprozess eines derartigen Hohlkörpers muß also ein neuer Kern bereitgestellt werden.

Die Fertigung von Hohlkörper aus thermoplastischen Materialien hingegen umfasst bekanntermaßen auch Tiefziehverfahren, bei denen eine thermoplastische Folie, Platte oder Tafel einer Formgebung in einem Tiefzieh-Formwerkzeug unterzogen wird. Die Formgebung erfolgt bei solchen Tiefziehanlagen nach einer Erwärmung des thermoplastischen Materials mittels Druck- oder Vakuumformen und anschließendem Auskühlen bzw. Aushärten. Diese thermoplastischen Formkörper können dann zu einem Hohlkörper zusammengeführt werden und anschließend entlang ihrer Stoßkanten verschweißt werden.

Die EP 0 734838 A1 zeigt einen derartig gefertigten Hohlkörper, der aus einer tiefgezogenen Folie hergestellt ist und einen angeschweißten Boden aufweist.

Des weiteren zeigt die DE 43 24 238 A1 ein Tiefzieh-Formwerkzeug, mit dem zwei zu einem Hohlkörper zusammengesetzte thermoplastische Formkörper ohne zusätzliche Wärmezufuhr durch Versiegeln miteinander verbunden werden.

Die Fertigung von thermoplastischen Formteilen mittels Tiefziehtechnik ist besonders für die Herstellung von Hohlkörpern vorteilhaft, wie die EP 0734838 A1 und die DE 43 24 238 A1 belegen, weil ein solches Tiefziehverfahren einfacher ist, als das Gießen von pastösen Materialien in Formen mit verlorenen Kernen. Pastöse Materialien sind aber mit herkömmlichen Tiefziehanlagen nicht verarbeitbar. Ist aber aufgrund der Materialeigenschaften ein Formteilmaterial gefragt, das vor der Verarbeitung ausschließlich in pastöser Form vorliegt, so muß auf die Giesstechnik mit Kernen zurückgegriffen werden. Die besondere Materialwahl von pastösen Materialien für die Herstellung von Hohlkörpern erfordert also aufgrund der zwingenden Verwendung von verlorenen Kernen nicht nur den aufwendigen Verfahrensschritt der Zerstörung desselben, sondern ist zudem wegen des hohen Bedarfs an neuen Kernen unerwünscht kostenintensiv.

Aus der EP 0 807 511 A1 geht ein Verfahren zur Herstellung von aus PU-Schäumen geformten Produkten hervor, bei dem das zu formende Material auf eine dehnbare Membran aufgebracht wird, die mittels Unterdruck gegen eine gewünschte Kontur gezogen wird, wodurch sich das, auf der Oberfläche der elastischen Membran aufgebrachte Material entsprechend mit verformt. Anschließend wird das Material mit einem entsprechend geformten Gegenstempel in eine gewünschte Endform verpresst. Mit dem bekannten Verfahren ist es jedoch nur möglich Vollmaterialformteile aus PU-Schäumen mit diesem Pressverfahren herzustellen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem in einfacher und wirtschaftlicher Weise hohle Strukturen mit Hinterschneidungen aus pastösem Material in einem Arbeitsgang hergestellt werden können, sowie eine Vorrichtung anzugeben, die zu einer besonders vorteilhaften Ausführung des Verfahrens geeignet ist.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfarens ist Gegenstand des Anspruchs 4. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus pastösem Material, bei dem das pastöse Material auf eine dehnbare Membran, die über eine erste Tiefziehform gespannt ist, aufgebracht wird und die zusammen mit dem pastösen Material an eine, in der ersten Tiefziehform ausgebildete Formstruktur mittels Vakuumformen angeschmiegt wird, daurch weitergebildet, dass das pastöse Material auf der tiefgezogenen Membran bei nahezu konstanter Dicke weitgehend aushärtet, dass eine zweite Tiefzieh- oder Gussform ebenfalls mit dem pastösen Material versehen wird, das mit der tiefgezogenen Membran der ersten Tiefziehform vor dem vollständigen Aushärten derart zusammengefügt wird, so dass aus dem pastösen Material der ersten Tiefziehform und dem pastösen Material der zweiten Tiefzieh- oder Gußform ein homogener, d. h. einheitlicher Hohlkörper gebildet wird, und dass die Formstruktur sowie die Tiefzieh- oder Gussform von dem vollständig ausgehärteten Material entformt wird.

Mit einem homogenen bzw. einheitlichen Hohlkörper ist ein Behältnis gemeint, das keine Nahtstellen zusammengefügter und verbundener Formteile aufweist, da sich vor dem Aushärten das pastöse Material der ersten Tiefziehform mit dem pastösen Material der zweiten Tiefzieh- oder Gussform an den Fügestellen homogen vermischt.

Um Hohlkörper mit gleichmäßiger Wandstärke herzustellen, ist es vorteilhaft, daß das pastöse Material mittels jeweils einer Umrandung um die erste Tiefziehform und die zweite Tiefzieh- oder Gussform mit gleichmäßiger Dicke aufgetragen wird. Die Höhe, mit der die Umrandungen die erste Tiefziehform und die zweite Tiefzieh- oder Gussform seitlich überragen, stellt somit zugleich ein Maß für das Füllvolumen des pastösen Materials dar und definiert darüber hinaus die Wandstärke des herzustellenden Hohlkörpers. Besonders vorteilhaft ist, daß die Umrandung auf einfache Weise in ihrer Höhe variierbar ist, so daß Hohlkörper mit unterschiedlicher Wandstärke herstellbar sind.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, als pastöses Material eine Gießkeramik oder ein Gießharz zu verwenden, wobei die Zusammensetzung der Keramik oder des Harzes entsprechend den späteren Einsatzbedingungen des Hohlkörpers frei wählbar ist. Ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen, ist es auch denkbar als pastöses Material den Teig für Backwaren zu verwenden.

Zur Durchführung des Verfahrens ist mindestens eine erste Tiefziehform vorgesehen, deren Formstruktur mit einer dehnbaren Membran überspannbar ist. Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die dehnbare Membran aus Gummi oder einem Elastomer, wie beispielsweise einer Silikonverbindung, besteht. Dabei ist vorgesehen, daß diese dehnbare Membran mittels einer Unterdruckquelle oder Überdruckquelle, die an die Tiefziehform anschließbar sind, an die Formstruktur in der Tiefziehform anschmiegbar ist.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Dabei ist zu berücksichtigen, daß gleiche Teile in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Tiefziehform mit einer dehnbaren Membran und eine Giessform zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einem pastösen Material;

Fig. 2 eine tiefgezogene Membran in der Tiefziehform;

Fig. 3 die Tiefziehform, die mit der Giessform zusammengefügt ist, und

Fig. 4 einen Hohlkörper, der aus der Tiefziehform und der Giessform entformt wurde.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Fig. 1 zeigt eine Tiefziehform 1 und eine Gußform 2. Die Tiefziehform 1 weist eine Formstruktur 10 auf, die beispielsweise durch Fräsen hergestellt wurde. Über die Formstruktur 10 ist eine dehnbare Membran 3 gespannt, die diese Formstruktur 10 mit einer glatten Oberfläche abdeckt. Die Tiefziehform 1 sowie die dehnbare Membran 2 sind von einer Umrandung 4a umgeben, die die Tiefziehform 1 an ihren Seiten überragt. Diese Umrandung 4a begrenzt seitlich die Membranfläche zu einem Füllvolumen für eine pastöse Gießmasse 5, die auf die dehnbare Membran 3 aus einem Vorratsbehälter 8 auftragbar ist.

Die Gußform 2 weist ebenfalls eine Umrandung 4b auf, womit demzufolge auch ein Füllvolumen für die pastöse Gießmasse 5 definiert wird. Die Umrandung 4a der Tiefziehform 1 und diejenige Umrandung 4b der Gußform 2 sind in ihrer Höhe variierbar, so daß hierdurch auch ein unterschiedliches Füllvolumen bestimmt werden kann.

Die Tiefziehform 1 weist für das Vakuumtiefziehen eine Anzahl Bohrungen 6 auf, die die Formstruktur 10 über Luftkanäle 7 mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe 9 verbinden. Wenngleich hier die Erfindung anhand einer Tiefziehform 1 zum Vakuumformen näher erläutert ist, sei darauf hingewiesen, daß ebenso eine Tiefziehform zum Druckformen einsetzbar ist, bei der auf derjenigen Seite der dehnbaren Membran 3, auf der die pastöse Gießmasse 5 aufgetragen wird, eine Druckerhöhung zwecks Tiefziehen vorgenommen wird. Als Material für die dehnbare Membran 3 ist Gummi ebenso denkbar wie ein Elastomer, bestehend aus einer Silikonverbindung.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht als einen ersten Schritt vor, die dehnbare Membran 3 mit der pastösen Gießmasse 5 aus dem Vorratsbehälter 8 zu versehen. Dabei bestimmt die Umrandung 4a, die die Tiefziehform 1 an ihren Seiten überragt, die Füllhöhe und damit das Füllvolumen für die Gießmasse 5 auf der Membran 3. Mit Hilfe einer hier nicht dargestellten Abziehvorrichtung, die über die Umrandung gezogen wird, kann die Gießmasse 5 in gleichmäßiger Dicke auf der Membran 3 verteilt werden. Mit dieser Dicke ist dann auch die gleichmäßige Wandstärke des herzustellenden Hohlkörpers bestimmt.

Mit Hilfe der nicht dargestellten Vakuumpumpe 9, siehe Fig. 2, wird anschließend die Tiefziehform 1 über die Bohrungen 6 und den Luftkanal 7 evakuiert. Hierdurch schmiegen sich die dehnbare Membran 3 mit der auf ihr befindlichen pastösen Gießmasse 5 exakt an die Formstruktur 10 in der Tiefziehform 1. Die Viskosität der Gießmasse 5 ist so gewählt, daß das Material zwar noch fließen kann, weshalb sich durch die Streckung keine Riße bilden, und darüber hinaus die Dicke der Lage annähernd konstant bleibt.

Parallel dazu wird die gleiche pastöse Gießmasse 5 aus dem Vorratsbehälter 8 auf die Gußform 2 gegeben, wobei die Umrandung 4b die Füllhöhe und damit das Füllvolumen definiert. Auch hier wird wieder mittels einer nicht dargestellten Abziehvorrichtung eine gleichmäßige Dicke der Gießmasse 5 erreicht.

Den nächsten Verfahrensschritt verdeutlicht Fig. 3. Die Gießmassen 5 in der Tiefziehform 1 und der Gussform 2 werden zusammengefügt, wobei sich die Gießmassen 5 aufgrund ihrer Fließfähigkeit an den Kontaktstellen homogen miteinander verbinden. Nach dem Aushärten der Gießmasse 5 werden die Tiefziehform 1 und die Gießform 2, wie Fig. 4 zeigt, entformt. Als Produkt erscheint ein homogener bzw. einheitlicher Hohlkörper 11, der als solcher keine Nahtstellen aufweist.

Die Anwendungsmöglichkeiten des Tiefziehverfahrens mit dehnbarer Membran 3 sind vielfältig. In Abhängigkeit einer späteren Verwendung wird beispielsweise eine Gießkeramik oder ein Gießharz als pastöse Gießmasse 5 eingesetzt. Hieraus lassen sich dann Hohlkörper beliebiger Form herstellen, die z. B. fluiddurchströmte Kanäle aufweisen. Ein solcher Hohlkörper 11 könnte dann in einem Wärmetauscher (Solarabsorber, Wandflächenheizung, Fussbodenheizung, Kachelofenbauteil, Kühlelement) zum Einsatz gelangen.

Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Tiefziehverfahren und die zugehörige Vorrichtung auch in der Lebensmittelherstellung eingesetzt werden. Als pastöse Giessmasse 5 wird dann ein Teig für Backwaren verwendet, dessen Aushärten durch Backen erreicht wird.

Ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen, ist denkbar, die Giessform 2 ebenfalls als Tiefziehform mit einer dehnbaren Membran auszubilden. Da eine derartige zweite Tiefziehform dem Wesen nach einen gleichen Aufbau zeigt wie die erste Tiefziehform 1, wird auf eine detaillierte Darstellung an dieser Stelle verzichtet.

Bezugszeichenliste

1

Tiefziehform

2

Giessform

3

Membran
4a, b Umrandung

5

Giessmasse

6

Bohrung

7

Luftkanal

8

Vorratsbehälter

9

Vakuumpumpe

10

Formstruktur

11

Hohlkörper

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern (11) aus pastösem Material (5), bei dem das pastöse Material (5) auf eine dehnbare Membran (3), die über eine erste Tiefziehform (1) gespannt ist aufgebracht wird und die zusammen mit dem pastösen Material an eine, in der ersten Tiefziehform (1) ausgebildete Formstruktur (10) mittels Vakuumformen angeschmiegt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass das pastöse Material (5) auf der tiefgezogenen Membran (3) bei nahezu konstanter Dicke weitgehend aushärtet,
dass eine zweite Tiefzieh- oder Gussform (2) ebenfalls mit dem pastösen Material (5) versehen wird, das mit der tiefgezogenen Membran (3) der ersten Tiefziehform (1) vor dem vollständigen Aushärten derart zusammengefügt wird, dass aus dem pastösen Material (5) der ersten Tiefziehform (1) und dem pastösen Material (5) der zweiten Tiefzieh- oder Gußform (2) ein homogener, d. h. einheitlicher Hohlkörper (11) gebildet wird, und
dass die Formstruktur (10) sowie die Tiefzieh- oder Gussform (2) von dem vollständig ausgehärteten Material (5) entformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das pastöse Material (5) mittels jeweils einer Umrandung (4a, 4b) um die erste Tiefziehform (1) und die zweite Tiefzieh- oder Gussform (2) mit gleichmässiger Dicke aufgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das pastöse Material (5) aus einer Gießkeramik, einem Gießharz oder einem Teig für Backwaren besteht.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine erste Tiefziehform (1) eine Formstruktur (10) aufweist, die mit einer dehnbaren Membran (3) überspannbar ist,
daß die Tiefziehform (1) sowie die dehnbare Membran (3) von einer Umrandung (4a) umgeben sind, so daß sich ein Füllvolumen für das pastöse Material (5) auf der dehnbaren Membran (3) ausbildet, sodass sich eine gleichmäßige Schichtdicke im pastösen Material einstellt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllvolumen eine, der Membranfläche gleiche Grundfläche und eine, durch die Umrandung (4a) gegebene Höhe aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dehnbare Membran (3) aus Gummi oder einem Elastomer besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die Tiefziehform (1) eine Unterdruckquelle (9) anschließbar ist, die mittels Unterdruck die dehnbare Membran (3) an die Formstruktur (10) anschmiegt.