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Verfahren zum Herstellen dünnwandiger Formteile aus pulver-, faser-,
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span- oder granulatförmigen Rohstoffen bzw. Sekundär-Rohstoffen, die
mit Bindemitteln versehen sind.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen dünnwandiger
Formteile aus pulver-, faser-, span- oder granulatförmigen Rohstoffen- bzw. Sekundär-Rohstoffen,
ggf. in Kombination, in mindestens zwei Formstufen mit Hilfe von mindestens zwei
Pressen fUr das Vor-und Fertigformen in mindestens je einem Vor- und Fertigformwerkzeug,
wobei das Füllen des Vorformwerkzeuges, der Transport des Vorformlings zwischen
Vor- und Fertigpresse sowie das Fertigpressen vorzugsweise zeitlich synchronisiert
und automatisiert erfolgt, sowie Werkzeuge zur Durchführung des Verfahrens.
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Dünnwandige, gepressfe Formteile, beispielsweise aus lignozellulose
Werkstoffen, besitzen große technische und wirtschaftliche Bedeutung.
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Hier sei die Innenausstattung von Kraftfahrzeugen als ein Beispiel
genannt.
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Die Zunahme der Bedeutung, die der Abfallverwertung (Sekundar-Rohstoffe)
zukommt, lösst es zweckmäßig erscheinen, die bisher verwendeten hochwertigen lignozellulose
Rohstoffe durch Sekundör-Rohstoffe zu substituieren und Fertigungsverfahren zu entwickeln,
die deren Verarbeitung ermöglichen.
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Für die Verarbeitung von lignozellulose Rohstoffen sind in der Technik
Lösungsvorschläge zum Fertigen dünnwandiger Formteile bekannt.
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Beispielsweise ist eine Fertigung dadurch möglich, dass aus zerfaserten
Lignozellulosestoffen, die mit Bindemitteln versehen sind, eine Matte geformt wird.
Die Matte wird durch Dämpfen bedingt fließfähig gemacht und anschliessend in einer
Mehrstufenverformung -verpresst (DT-AS 23 38 650).
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Voraussetzung für die bedingte Fließfähigkeit der Matten ist jedoch
eine definierte Faserstruktur der Rohstoffe, die für viele Sekundör-Rohstoffe nicht
gegeben ist. Darüber hinaus ist das Verfahren wegen der benötigten Fertigungsanlage
für die Matten investitionsintensiv.
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Wegen der begrenzten Steigföhigkeit pulver-, faser-, span-oder granulatförmiger,
beleimter Rohstoffe in den Preßwerkzeugen kommt einem gleichmäßigen Füllen dieser
Werkzeuge besondere Bedeutung für die Fertigung zu. Die hierfür bekannten Lösungen
(Schütten, Einfördem im Luftstrom) sind noch unbefriedigend oder schwer zu handhaben
und daher nur bedingt automatisierbar oder für die Lösung des vorliegenden Problems
aus physikalischen Gründen nicht geeignet (eigene Anmeldung P 25 36 321.7).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik dadurch
zu verbessern, dass die Vorteile der an sich bekannten
Mehrstufenverformung
genutzt werden, indem für das unabdingbare gleichmäßige Füllen des Vorformwerkzeuges
ein neuartiger Füllvorgang vorgeschlagen wird, der automatisierbar ist, und das
Verpressen des Vorformlings in einem neuartigen Werkzeug erfolgt.
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Dies soll erfindungsgemäß dadurch geschehen, dass die entsprechend
zerkleinerten Rohstoffe bzw. Sekundär-Rohstoffe mit mindestens zwei Bindemitteln
unterschiedlicher Aushärtung -vorzugsweise kalt-, warm-und/oder reaktionshärtenden
Bindemitteln- versehen sind, dass das FUllen des Vorformwerkzeuges durch ein Kontursieb
geeigneter Maschengröße auf ganzer Fläche gleichzeitig erfolgt, die Konturfläche
des Unterteils des Vorformwerkzeuges mit geeigneter Lochgröße siebförmig perforiert
ist, durch besagte Oberfläche zwischen Kontursieb und Sieboberfläche das Unterteil
des Vorformwerkzeuges ein Unterdruck erzeugt wird, wobei der Füllvorgang durch Vibration
des oberen Kontursiebes unterstützt ist und das Vorverdichten des eingefullten,
beleimten Rohstoffes bzw. Sekundör-Rohstoffes dadurch erfolgt, dass nach dem Entfemen
des oberen Kontursiebes ein Werkzeugstempel in das Vorformwerkzeug eingefahren wird,
der mit einem gummielastischen Überzug versehen ist und dessen Kontur so bemessen
ist, dass an allen waagerechten oder nahezu waagerechten Flächen der Vorformling
auf Transportfestigkeit verdichtet wird und dass zwischen Werkzeugstempel und gummielastischem
Überzug ein Druckmedium -vorzugsweise Druckluft- derart eingebracht wird, dass die
beim Einfahren des Stempels unverdichtet gebliebenen senkrechten -oder nahezu senkrechten-
Vorformpartien durch örtliche Expansion des gummielastischen Überzuges auf gleiche
Vorverdichtung gebracht werden, wie die übrigen Teile des Vorformlings.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet folgende Vorteile: - Automatisierbarkeit
der Fertigung, Gleichmäßigen Füllgrad der Vorform und gleichmäßigen Verpressungsgrad
des Vorformlings,
- geringen technischen Aufwand für das Füllen
selbst und - weitgehende Unabhängigkeit von der Konsistenz der verwendeten Rohstoffe
beim Füllen.
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Werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Roh- bzw.
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Sekundär-Rohstoffe verwendet, deren Verpressbarkeit durch Aufschliessen
(Dämpfen) verbessert werden kann, so kann es zweckmäßig sein, nach dem Fullen des
Vorformwerkzeuges das Füllgut aufzuschliessen.
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Erfindungsgemöß ist hierzu ein Kontursieb vorgesehen, das die gleiche
Kontur wie das Bodensieb des Fulikastens besitzt. Nach dem Entfernen des Fullkastens
nach dem FUllen wird in diesem Falle das Dämpfungssieb, durch das Heißdampf geleitet
werden kann, auf die Füllung des Unterwerkzeuges aufgesetzt.
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Besagtes Dömpfungssieb kann zusätzlich dazu benutzt werden, an Stelle
von Heißdampf Heißluft durch das Füllgut zu leiten, um ggf.
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das Bindemittel vorzuaktivieren.
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Eine Voraktivierung des oder der Bindemittel kann auch dadurch erreicht
werden, dass Fullkasten und/oder Vorformwerkzeug angewärmt werden, wobei die Art
der Bindemittel und die Taktzeit der Fertigung den Grad der Vorwärmung bestimmen.
Anwärmung der Werkzeuge und ggf. Vorwärmung des Füllgutes sind miteinander kombinierbar.
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Eine erfindungsgemäße, vorteilhafte Ausführung des Unterteils des
Vorformwerkzeuges besteht darin, dass dieses aus einem Siebblech besteht, das in
seiner Form der geforderten Werkzeugkontur entspricht, und das auf seiner Rückseite
durch einen luftdurchlässigen Stützkern versteift wird. Um ein Ansaugen des Füllgutes
zu ermöglichen, müssen Werkzeugsieb und Stützkern von einem geschlossenen Kasten
umgeben sein, der zweckmäßigerweise seitliche Absaugstutzen enthält.
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Ein derartiger Stützkern kann beispielsweise aus Formblechen bestehen,
die die Kontur des Unterteils des Vorformwerkzeuges in Form von Schnittlinien berücksichtigen,
wobei die Formbleche durch geeignete Abstandhalter zu einem Paket zusammengefasst
werden; eine besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Ausführung des Stützkernes
besteht jedoch darin, dass der Stützkern aus einem Paket dicht gepackter Rundstäbe
besteht, die an ihren Enden verkuppt sind und die durch die Spannkräfte eines Spannrahmens
in einer der Kontur des Vorformwerkzeuges entsprechenden Lage gehalten werden. Ein
derartiger Stützkern lässt sich nach dem Lösen des Spannrahmens auf einem Modell
einrichten, kann dann gespannt werden und ist in diesem Zustand als Stützkern für
das Oberflächensieb verwendbar. Er bietet zusätzlich folgende Vorteile: - Wiederverwendbarkeit,
- Luftdurch lässigkeit, - gute Stützwirkung infolge dichter Packung der Auflagepunkte
bei nur geringer Abdeckung von Sieblöchern, da die Stiftkuppen nur punktförmig berühren,
- Anpassungsmöglichkeit an die Werkzeugkontur durch geeignete Auswahl der Stiftdurchmesser.
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Sind die zum Herstellen des Vorformlings benötigten spezifischen
Presskräfte gering, so kann das Siebb lech des Unterwerkzeuges durch ein vorzugsweise
gummielastisches Tuch ersetzt werden, das durch die Ansaugkräfte über den Stützkern
- der in diesem Falle vorteilhafterweise aus Stiften besteht - gespannt wird. Um
das Ansaugen des Füllgutes zu ermöglichen, muss das Tuch mit einer geeigneten Perforation
versehen sein. Je nach Schwierigkeit der Kontur kann entweder ein in seinem Ausgangszustand
ebenes oder ein vorgeformtes Tuch verwendet werden.
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Der Stempel des Vorformwerkzeuges (Werkzeugoberteil) ist -je nach
Schwierigkeit der Kontur- mit einem ebenen oder vorgeformten gummielastischen Überzug
versehen, der vorzugsweise durch Unterdruck an die Stempelkontur angelegt wird.
Die Form dieses Stempels (einschliesslich des Überzuges) ist so beschaffen, dass
er beim Einfahren das Füllgut an den senkrechten -oder nahezu senkrechten- Werkzeugflächen
nicht abstreift, er ist an diesen Stellen um die Füllgutdicke kleiner. An allen
übrigen Stellen entspricht die Raumform des Stempels der Innenkontur des transportfähig
verpressten Vorformlings. Beim Pressen des Vorformlings werden also zunächst die
waagrechten und wenig geneigten Flächen des Vorformlings auf die entsprechende Verdichtung
gebracht. Danach wird zwischen den gummielastischen Überzug und den Stempelgrundkörper
ein Druckmedium -vorzugsweise Druckluftgeleitet (hierzu können die gleichen Bohrungen
verwendet werden, durch die der Überzug beim Einfahren des Stempels angesaugt wurde).
Das Druckmedium bewirkt eine örtliche Expansion des gummielastischen Überzuges an
den Stellen, an denen das Füllgut noch nicht verdichtet wurde. Hierdurch werden
auch dilse Stellen auf die gewünschte Vorverdichtung gebracht. Um die Verdichtung
möglichst gleichmäßig zu gestalten, sind die spezifischen Presskräfte beim Einfahren
des Stempels nur geringfügig größer zu wählen, als der Druck des Druckmechanismus
zwischen Stempelgrundkörper und gummielastischem Überzug.
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Eine Ausführung des Stempelgrundkörpors des Vorformwerkzeuges in
der gleichen Art wie der aus gespannten Stiften bestehende Stütz körper des Unterteils
des Vorformwerkzeuges, ist erfindungsgemäß aus Kostengründen besonders vorteilhaft.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Füllkasten außerhalb
der Vorformpresse in üblicher Weise durch Schütten, ggf. unterstützt durch Abrakeln
des Überschußmaterials oder durch Abfräsen dieses Überschusses,
gefüllt.
Der gelochte Siebboden des FUllkastens hat eine Lochgröße, die so bemessen ist,
dass einerseits das eingefüllte Material nicht während des Transpartes in die Vorformpresse
durchrieseln, andererseits bei Unterdruck unter dem Siebboden der Werkstoff zum
Füllen der Vorform durchgesaugt wird. Die Lochgröße der Sieboberfläche des Unterteils
des Vorformwerkzeuges ist dagegen so bemessen, dass zwar ein Unterdruck im Für spalt
erzeugt werden kann, jedoch kein Füllgut eingesogen wird.
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Um bei stark höhengeschichteten Konturen der Vorform gleichmässige
Füllung zu erreichen, können im Füllkasten, oberhalb des Kontursiebbodens Lamellen
oder gitterförmige Leitbleche angebracht sein.
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Diese Leitbleche können erfindungsgemäß in ihrer Höhe so ausgebildet
sein, dass sie als Führung fur Abrakeln oder Abfräsen des Materialüberschusses beim
Füllen des Fullkastens dienen, der in der Regel einen Moterialüberschuss von ca.
30 % enthält.
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Für den Transport des Vorformlings zwischen Vor- und Fertigpresse
(der Vorformling wird in der Fertigpresse in einem dem Stand der Technik entsprechenden
Fertigwerkzeug bei vorzugsweise erhöhter Temperatur auf Endabmessung verpresst),
kann es erfindungsgemäß vorteilhaft sein, diesen an eine Formschale anzusaugen,
deren Kontur der Innenkontur des Vorformlings weitgehend entspricht. Zu diesem Zweck
muss die Transportschale mindestens eine Bohrung zum Erzeugen des benötigten Luftunterdruckes
besitzen. Die Transportschale kann vorzugsweise aus Schalen bestehen, die entweder
aus tiefziehfähigen Thermoplastfolien oder aus Duromerlaminaten gefertigt sind,
die durch Leichtbauversteitungen -beispielsweise Rohrrahmen- formstabil gemacht
werden.
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Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft,
zum Binden des Vorformlings -der nur handhabungsfähig
sein muß,
an dessen Festigkeit also keine großen Anforderungen gestellt werden- ein Bindemittel
anderen Aushärtungstypes zu verwenden, als fur das endgültige Binden des Fertigteils
im Fertigwerkzeug. Zum Beispiel werden fur das Binden der Vorformlinge auf Transportfestigkeit
Binder günstig sein, die ohne Wärmezufuhr unter Druck binden (Kontakt-Kleber) während
in der Fertigform warm und/oder reaktionshärtende Binder zweckmäßig sind.
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Durch geeignete Auswahl und Abstimmung der Bindemittel -beispielsweise
nach dem Gesichtspunkt, dass das Vorformbindemittel am Binde - und/oder Vernetzungsprozess
des Fertigformbindemitte Is ganz oder teilweise beteiligt wird- können Festigkeits-
und Elastizitätseigenschaften des Fertigteils beeinflußt werden.
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Um die Taktzeiten erfindungsgemäßer Verfahren zu verkürzen, kann
das in der Fertigform wirkende Bindemittel bereits beim Vorformfüllen, während des
Vorformpressens und beim Transport des Vorformlings zur Fertigpresse thermisch voraktiviert
werden.
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Um ein gratloses Fertigformen durchzuführen und damit Nacharbeit
am Fertigteil zu erübrigen, kann es günstig sein, den Vorformling umlaufend kleiner
zu fertigen als das spätere Fertigteil. Hierdurch wird störendes Überschußmaterial
in der Schliesskantenzone des Fertigwerkzeuges vermieden.
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Die Erfindung sei nunmehr anhand der Figuren 1 - 11 näher erläutert
und beschrieben.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen
Verfahrens in Seitenansicht und Draufsicht.
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Die Vorpresse(1)enthält das Unterteil (6) des Vorformwerkzeuges und
dessen Oberteil (5) (Stempel), die Fertigpresse (2) die entsprechenden Fertigwerkzeugteile
(10) und (9). Dargestellt ist jeweils ein Doppelwerkzeug zum paarweisen Fertigen
antimetrischer Formteile, wie sie beispielsweise für die Innenausstattung von PKW's
benötigt werden. Der bewegliche Füllkasten (4) kann zwischen der Füllstation (3)
und der Vorpresse (1) verfahren werden. Der Transportwagen (7), der die Stutzschale
(8) enthält, übernimmt den Transport des Vorformlings von der Vorpresse (1) zur
Fertigpresse (2). Seine Bewegung ist mit der des Abnahmewagens (11) gekoppelt, welcher
das Oefertigte Formteil der Fertigpresse (2) entnimmt und auf dem Ablagetisch (12)
ablegt. Von dort wird das Fertigteil -ggf. nach einer Kontrollemit Hilfe der Stapelvorrichtung
(13) auf Transportpaletten abgestapelt.
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Damit ergibt sich fUr die dargestellte Variante eines erfindungsgemäßen
Verfahrensablaufes nachstehende Arbeitsfolge: 1. Vorpresse (1) und Fertigpresse
(2) synchron geschlossen, der Füllkasten (4) wird an der FUllstation /v3) gefUllt.
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2. Vorpresse (1) und Fertigpresse (2) synchron geöffnet, Transportwagen
(7) und Abnahmewagen (8) in die Pressen (1) und (2) synchron eingefahren, Übernahme
von Vorformling und Fertigteil.
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3. Transport des Vorformlings von Presse (1) zu Presse (2) und synchron
dazu Transport des Fertigteils von Presse (2) zum Ablagetisch (12). In dieser Zeit
wird der gefüllte Fülikasten (4) in die Presse (1) eingefahren und das Unterteil
(6) des Vorformwerkzeuges gefullt.
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4. Gekoppelte Rückbewegung des Transportwagens (7) und des Abnahmewagens
(11) in die Ruhelage (Fig. 1 und 2), Rückführung des Füllkastens (4) unter die Falle
station (3).
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5. Synchrones Schließen von Vorpresse (1) und Fertigpresse (2).
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Die erläuterte Arbeitsfolge lässt sich mit geringem Aufwand an Steuerungs-
und Antriebstechnik verwirklichen. Der Erfindungsgedanke beinhaltet jedoch auch
die Möglichkeit, Pressenhube und Transportbewegungen zeitlich phasenverschoben durchzuführen
und damit Nebenzeiten zu verkürzen und/oder die unterschiedlichen Abbindebedingungen
der Bindemittel für den Vorformling und das Fertigteil besser zu berücksichtigen.
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Fig. 3 erläutert den Aufbau von erfindungsgemoßem Unterteil (6) des
Vorformwerkzeuges und FUllkastens (4). - Das Füllgut selbst ist der Übersichtlichkeit
wegen in dieser Figur nicht mit dargestellt. Das Unterteil (6) in Fig. 1 des Vorformwerkzeuges
besteht aus den Bauteilen 14 - 18. Der in Fig. 3 als Gußteil ausgebildete Stützkern
(14) besitzt eine umlaufende Kastenwand und eine durch Rippen versteifte Konturflache.
In diese sind die Absaugschlitze (14) eingefrdst. Die Konturflache des StUtzkerns
ist durch das feinmaschige Siebblech (16) abgedeckt, das der Außenkontur des Vorformlings
entspricht.
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Der astenförmige Stützkern (14) ist an seiner Unterseite durch die
Bodenpalette (15) geschlossen, die die großflächige Absaugöffnung (15') besitzt.
Der bewegliche Schließrahmen (17), der beispielsweise durch Federelemente (in Fig.
3 nicht mit dargestellt) beim FUllen in seiner oberen Position gehalten wird, ermöglicht
mit Hilfe der umlaufenden
Dichtung (18) ein Aufsetzen des Füllkastens
(4) in Fig. 1 ohne Nebenluft in dem vorgegebenen Abstand.
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Die Bauelemente 19 - 21 bilden den Füllkasten. Das Kontursieb (20),
dessen Löcher größer als die des Siebbleches (16) sind, und dessen Form der Füllkontur
der Innenfläche des Vorformlings entspricht, bildet den Füllkastenboden und ist
an der umlaufenden Füllkastenwand (19) befestigt. Die Lamellen (21) regeln den Rieselvorgang
im Füllgut, erleichtern das Abstreifen des Überschußmaterials in der Füllstation
(3) und versteifen ggf. das Kontursieb (20) mechanisch.
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Fig. 4 zeigt in Schnittdarstellung den eigentlichen Füllvorgang:
das im Füllkasten (6 in Fig. 1) befindliche Füllgut (22) wird durch den Unterdruck
zwischen dem Siebblech (16) des Unterwerkzeuges und dem Kontursieb (20) (Fullkastenboden)
in dichter Packung (24) an das Siebblech (16) angelegt. Durch das Kontursieb (20)
rieselt dabei der Füllgutanteil (23) solange nach, bis der Spalt zwischen den Bauteilen
16 und 20 mit dichter Packung gefüllt ist. Der Rieselvorgang wird dabei durch die
Rüttelvorrichtung(25) begünstigt. Der Füllspalt zwischen den Bauteilen 16 und 2Q
wird vorzugsweise äquidistent ausgebildet sein. Liegen besondere Bedingungen fUr
das Formteil vor, so soll es erfindungsgemäss auch möglich sein, durch von der Xguidistanz
abweichende Kontur des Kontursiebes (20) örtlich differierende Füllgrade -und damit
ggf.
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örtliche Unterschiede im Verpressungsgrad des Formteiles- zu erzeugen.
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Fig. 5 demonstriert die Verhältnisse beim Einfahren des Oberteils
(5 in Fig. 1) des Vorformwerkzeuges nach dem Entfemen des Fü Ii -kastens. Der Formstempel
(26) ist mit dem gummielastischen Überzug (27) versehen, der mit Hilfe des Bohrungssystems
(28) angesaugt werden kann.
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Nach dem Einfahren des Formstempels ( Teil 26 und 27) sind die Fü
II -gutpartien (29) auf die Enddichte des Vorformlings vorverdichtet, während
die
senkrechten -oder nahezu senkrechten- Füllgutpartien (24) zunächst noch die Fülldichte
beibehalten.
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Fig. 6 zeigt den nächsten Verfahrensschritt zum gleichmäßig verdichteten
Vorformling. Durch das Bohrungssystem (28) wird Druckluft zwischen die Bauteile
(26) und (27) geleitet. Hierdurch verformt sich der gummielastische Überzug (27)
in der dargestellten Weise und verdichtet die in Fig. 5 mit (24) gekennzeichneten
Füllgutpartien auf die Enddichte (29) des Vorformlings.
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Fig. 7 beschreibt einen weiteren erfindungsgemäßen günstigen Aufbau
des Unterteils (6 in Fig. 1) des Vorformwerkzeuges. Als luftdurchlässiger Stützkern
für das Siebblech (16) dient ein Paket von verkuppten Rundstäben (30), die durch
den Spannrahmen (32) zusammengepresst werden. (Die Spannvorrichtung ist in Fig.
7 nicht mit dargestellt).
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Das gespannte Stiftpaket wird durch den Stützkörper (31) gestützt,
der die Absaugbohrungen (15") enthält. Zwischen Spannrahmen (32) einerseits -sowie
Stiftpaket und Stützkörper (31) andererseits befindet sich die Dichtfolie (33),
die sowohl abdichtet, als auch die Verteilung der Spannkräfte auf das Stiftpaket
verbessert. Der Spannrahmen (32) wird durch die Bodenplatte (15), die die Absaugöffnungen
(15') enthält in bekannter Weise nach unten abgeschlossen.
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Fig. 8, die eine Draufsicht auf das Stiftpaket der Fig. 7 zeigt (bei
entferntem Siebblech (16)), erläutert die Luftdurchlässigkeit des StUtzkerns längs
der dreieckförmigen Zwickel. zwischen den gespannten Stäben (30).
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Fig. 9 zeigt das Fertigwerkzeug e) (10) in zusammengefahrenem Zustand,
in dem das Fertigteil (34) auf Endverdichtung gepresst ist.
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Die Fig. 10 erläutert zusätzlich das erfindungsgemäße Fertigpressen
ohne Grat anhand einer Ausschnittdarstellung der Schließkante des Fertigwerkzeuges.
Fig. 10, die die Verhältnisse nach dem Einlegen des Vorformlings in das Fertigwerkzeug
darstellt, lässt erkennen, dass der Vorformling (29) umlaufend kleiner ausgebildet
ist, als der Umriß des Fertigteils.
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Fig. 11 zeigt den Endzustand des Fertigpressens: das Fertigteil (34)
füllt nunmehr die Fertigform gratlos aus.
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L e e r s e i t e