EP2829482B1 - Verfahren zum dreidimensionalen Umformen von flächigem Material - Google Patents

Verfahren zum dreidimensionalen Umformen von flächigem Material Download PDF

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EP2829482B1
EP2829482B1 EP14178146.8A EP14178146A EP2829482B1 EP 2829482 B1 EP2829482 B1 EP 2829482B1 EP 14178146 A EP14178146 A EP 14178146A EP 2829482 B1 EP2829482 B1 EP 2829482B1
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reshaping
during
piston
forming
fold retainer
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Hans Haug
Marek Hauptmann
Jens-Peter Prof. Dr. Majschak
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TU Dresden
Technische Universitaet Dresden
Pester Pac Automation GmbH
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TU Dresden
Technische Universitaet Dresden
Pester Pac Automation GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method for three-dimensional forming of sheet material, in particular natural fibers, such. Paper or cardboard, with a piston and a box-shaped opposite, into which the material is drawn.
  • a calibration device in which the deformed material is pressed against the piston.
  • the resulting small wrinkles during forming can be equalized in a simple manner.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention is that the fold holder presses with a variable pressure against the sheet material.
  • the pressure acting on the sheet material of the pleat holder is controlled or regulated.
  • An advantageous further embodiment of the invention is characterized in that in the axial direction of the piston, a counter punch is provided, which presses the material during the forming against the piston, wherein the counter punch can be made variable and adjustable.
  • the material is reliably guided during forming, so that no uncontrolled movements of the material can occur.
  • the holding force can be set very accurately.
  • the material is moistened at least on one side before, during and / or after forming and / or calibrating.
  • the material is heated before, during and / or after the forming and / or before and / or during the calibration.
  • the temperature and / or the processing moisture of the material is selected or adjusted depending on the material used.
  • a further advantageous embodiment of the invention is characterized in that the bottom of the formed during forming part between the piston and counter-punch is coined.
  • different imprints can be provided; so the floor can be shaped out of the plane or patterned.
  • they provide Embossing geometries for additional stabilization of the drawn part. Deviations from the intended shape contour of the drawn part are minimized.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the material is or will be provided at least on one side with a plastic layer.
  • the fibrous material is effectively protected against internal and / or external influences.
  • a further advantageous embodiment of the invention is characterized in that the part formed during forming is selectively expanded at its open end.
  • the open end is transferred to a sealing edge.
  • the created container can be closed after its filling in a simple manner.
  • the sealing edge is additionally compacted, wherein the densification can take place with the supply of heat and / or after previous moistening.
  • 1 denotes a device with which paper or cardboard or fiber-containing material 2 can be converted from a flat state into a cup or dish-shaped state.
  • the device 1 has a piston 3 and a sleeve-shaped opposite 4, in which the material 2 is pressed by the piston 3.
  • the material 2 is pressed by a fold holder 5 against the bush-shaped opposite 4, so that it only slips in a controlled manner when entering the opposite 4. This ensures that only small wrinkles occur in the material when forming the wall area.
  • the fold holder can spring loaded against the sheet material 2 press. But it is also possible to provide a hydraulic, electromechanical or other contact pressure, which is configured controllable or adjustable. A combination between spring load and controlled or regulated hydraulic / pneumatic / actuators is also conceivable.
  • the embossing takes place by the piston 3 and the counter punch 6 before the actual forming process.
  • the piston 3 and counter punch 6 can already close under Faltenhalterkraft and bring in the embossing. In this case, a drawing operation is performed against the actual pulling forming, whereby the scope is expanded in terms of degree of deformation and design of the soil.
  • the formed part 7 is moved in a calibration device 8 from the piston 3, where the wall portion is pressed against the piston 3 and thereby the small and finely divided wrinkles formed are equalized.
  • the upper wall area can be widened.
  • the upper edge of the part 7 can be reshaped, either in a flat sealing edge or in a mouth roll
  • the material 2 can be moistened before forming or even during this process one or both sides.
  • a heating is possible, with a radiant heater for the material or heating of the forming tools is conceivable.
  • a coating of the material, for example, with a plastic is also possible to improve the tightness of the finished part 7, wherein this coating can be made inside or outside or on both sides.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum dreidimensionalen Umformen von flächigem Material aus insbesondere Naturfasern, wie z.B. Papier oder Karton, mit einem Kolben und einem büchsenförmigen Gegenteil, in welches das Material hinein gezogen wird.
  • Bei derartigen Umformverfahren bilden sich unkontrollierte Falten in unterschiedlicher Größe, die im Nachhinein nicht mehr korrigierbar sind, aber das Erscheinungsbild des fertigen Gegenstandes und eventuell sogar die Formstabilität, Festigkeit und Dichtigkeit im Randbereich erheblich beeinträchtigen.
  • Dokument US4576566A offenbart ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Umform-Verfahren vorzuschlagen, mit dem diese unkontrollierte Faltenbildung vermieden wird. Zudem wird eine Möglichkeit geschaffen, eine komplexe Endkontur mit erhöhtem Umformverhältnis formstabil und formhaltig herzustellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst. Durch das Einklemmen des Material-Zuschnittes mittels des Faltenhalters werden beim Umformen gleichmäßig verteilte kleine Falten gebildet, die verpresst werden können und damit nicht stören.
  • Erfindungsgemäß ist eine Kalibriereinrichtung vorgesehen, in welcher das umgeformte Material gegen den Kolben gepresst wird.
  • Dadurch können die beim Umformen entstehenden kleinen Falten auf einfache Weise egalisiert werden.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der Faltenhalter mit einem variablen Druck gegen das flächige Material drückt.
  • Damit kann die Wirkung des Faltenhalters und damit die Entstehung der kleinen Falten gezielt gesteuert werden.
  • Dabei kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in vorteilhafter Weise der Faltenhalter federbelastet gegen das flächige Material drücken.
  • Auch ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass der gegen das flächige Material wirkende Druck des Faltenhalters Steuer- bzw. regelbar ist.
  • Sowohl die Federbelastung als auch die Steuer- bzw. Regelbarkeit können dabei in vorteilhafter Weise kombiniert werden.
  • Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Erfindung ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Achsrichtung zum Kolben ein Gegenstempel vorgesehen ist, welcher das Material während des Umformens gegen den Kolben drückt, wobei der Gegenstempel variabel und regelbar ausgebildet sein kann.
  • Dadurch wird das Material beim Umformen zuverlässig geführt, so dass keine unkontrollierten Bewegungen des Materials eintreten können. Die Haltekraft kann sehr genau eingestellt werden.
  • Als sehr vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Material vor, während und/oder nach dem Umformen und/oder Kalibrieren wenigstens einseitig angefeuchtet wird.
  • Durch dieses Anfeuchten wird die Umformbarkeit und Kalibrierbarkeit des Materials ganz erheblich verbessert.
  • Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Material vor, während und/oder nach dem Umformen und/oder vor und/oder während dem Kalibrieren beheizt wird.
  • Auch hierdurch wird die Umformbarkeit und Kalibrierbarkeit des Materials erheblich gesteigert.
  • Dabei hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Temperatur und/oder die Verarbeitungsfeuchte des Materials abhängig vom verwendeten Material gewählt bzw. eingestellt wird.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des beim Umformen gebildeten Teils zwischen dem Kolben und Gegenstempel geprägt wird.
  • Dabei können unterschiedliche Prägungen vorgesehen werden; so kann der Boden aus der Ebene heraus geformt oder mit Mustern versehen werden. Zudem sorgen diese Prägegeometrien für eine zusätzliche Stabilisierung des Ziehteils. Abweichungen von der vorgesehenen Formkontur des Ziehteils werden minimiert.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das Material wenigstens einseitig mit einer Kunststoffschicht versehen ist oder wird.
  • Damit ist das faserhaltige Material gegen innere und/oder äußere Einflüsse wirksam geschützt.
  • Sehr günstig ist es auch, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die sich beim Umformen bildenden feinverteilten Falten verpresst werden.
  • Damit kann eine sehr glatte Oberfläche des umgeformten Teils erzielt werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das beim Umformen gebildete Teil an seinem offenen Ende gezielt aufgeweitet wird.
  • Durch diese gezielte Aufweitung kann ein Behälter geschaffen werden, der sich gegen den oberen Rand erweitert. Zudem weist der Behälter dennoch mit nicht aufgeweiteten Behältern vergleichbare Randqualitäten auf.
  • Sehr vorteilhaft ist es auch, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das offene Ende zu einem Siegelrand umgelegt wird.
  • Damit kann der geschaffene Behälter nach seinem Befüllen auf einfache Weise verschlossen werden.
  • Äußerst vorteilhaft ist es erfindungsgemäß auch, wenn der Siegelrand zusätzlich verdichtet wird, wobei die Verdichtung unter Zufuhr von Wärme und/oder nach vorangehendem Anfeuchten erfolgen kann.
  • Hierdurch wird ein sehr glatter und gleichmäßiger Siegelrand geschaffen, der auch gute Festigkeitswerte aufweist.
  • Es sind jedoch auch andere Ausgestaltungen des offenen Endes denkbar; beispielsweise ist die Bildung einer sogenannten Mundrolle möglich.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels veranschaulich. Dabei zeigt die Figur:
    eine schematische Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens
  • Mit 1 ist eine Vorrichtung bezeichnet, mit der Papier oder Karton bzw. faserhaltiges Material 2 von einem flachliegenden Zustand in einen becher- oder schalenförmigen Zustand umgeformt werden kann.
  • Die Vorrichtung 1 weist einen Kolben 3 sowie ein büchsenförmiges Gegenteil 4 auf, in welches des Material 2 vom Kolben 3 hineingedrückt wird. Dabei wird das Material 2 von einem Faltenhalter 5 gegen das büchsenförmigen Gegenteil 4 gepresst, so dass es beim Einfahren in das Gegenteil 4 nur kontrolliert nachrutscht. Dadurch wird gewährleistet, dass beim Umformen des Wandbereiches nur kleine Falten im Material entstehen.
  • Der Faltenhalter kann dabei federbelastet gegen das flächige Material 2 drücken. Es ist aber auch möglich eine hydraulische, elektromechanische oder anderweitige Anpressung vorzusehen, die steuer- bzw. regelbar ausgestaltet ist. Eine Kombination zwischen Federbelastung und gesteuerter bzw. geregelter Hydraulik / Pneumatik / Aktuatoren ist ebenfalls denkbar.
  • Ein Gegenstempel 6, der in Achsrichtung des Kolbens 3 angeordnet ist, drückt von unten her gegen das Material 2, so dass kein Material aus dem Bodenbereich in den umzuformenden Wandbereich fließen kann. Es ist jedoch möglich, dass das Material 2 im Bodenbereich zwischen dem Kolben 3 und dem Gegenstempel 6 selbst umgeformt wird. Es ist in diesem Zusammenhang auch denkbar, daß die Prägung durch den Kolben 3 und den Gegenstempel 6 vor dem eigentlichen Umformvorgang erfolgt. Dabei können Kolben 3 und Gegenstempel 6 bereits unter Faltenhalterkraft schließen und die Prägung einbringen. Dabei wird ein Ziehvorgang entgegen der eigentlichen ziehenden Umformung vorgenommen, wodurch der Spielraum hinsichtlich Umformgrad und Ausgestaltung des Bodens erweitert wird.
  • Nach dem Umformen wird das gebildete Teil 7 in eine Kalibriereinrichtung 8 vom Kolben 3 bewegt, wo der Wandbereich gegen den Kolben 3 gepresst wird und dabei die gebildeten kleinen und feinverteilten Falten egalisiert werden.
  • Während dieses Kalibrierens kann der obere Wandbereich aufgeweitet werden.
  • Nach dem Kalibrieren wird das fertig umgeformte Teil 7 nach dem Hochfahren des Kolbens 3 vom Gegenstempel 6 ausgestoßen.
  • Vorher oder auch anschließend kann noch der obere Rand des Teils 7 umgeformt werden, entweder in einen flachen Siegelrand oder auch in eine Mundrolle
  • Zur Verbesserung des Umformergebnisses kann das Material 2 vor dem Umformen oder auch während dieses Prozesses ein oder beidseitig angefeuchtet werden.
  • Auch eine Beheizung ist möglich, wobei eine Strahlungsheizung für das Material oder eine Beheizung der Umform-Werkzeuge denkbar ist.
  • Eine Beschichtung des Materials beispielsweise mit einem Kunststoff ist zur Verbesserung der Dichtigkeit des fertigen Teils 7 ebenfalls möglich, wobei diese Beschichtung innen oder außen oder auch beidseitig vorgenommen werden kann.

Claims (13)

  1. Verfahren zum dreidimensionalen Umformen von flächigem Material (2) aus insbesondere Naturfasern, wie z.B. Papier oder Karton, mit einem Kolben (3) und einem büchsenförmigen Gegenteil (4), in welches das Material (2) hinein gezogen wird, wobei das Material (2) zwischen dem büchsenförmigen Gegenteil (4) und einem sogenannten Faltenhalter (5) eingeklemmt wird, wodurch das Material (2) beim Umformen gezielt nachrutschen kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibriereinrichtung (8) vorgesehen ist, in welcher das umgeformte Material (2) gegen den Kolben (3) gepresst wird, so dass die sich beim Umformen bildenden feinverteilten Falten verpresst werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenhalter (5) mit einem variablen Druck gegen das flächige Material (2) drückt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenhalter (5) federbelastet gegen das flächige Material (2) drückt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gegen das flächige Material (2) wirkende Druck des Faltenhalters (5) steuer- bzw. regelbar ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Achsrichtung zum Kolben (3) ein Gegenstempel (6) vorgesehen ist, welcher das Material (2) während des Umformens gegen den Kolben (3) drückt, wobei der Gegenstempel (6) variabel und regelbar ausgebildet sein kann.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (2) vor, während und/oder nach dem Umformen und/oder Kalibrieren wenigstens einseitig angefeuchtet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das (2) vor, während und/oder nach dem Umformen und/oder vor und/oder während dem Kalibrieren beheizt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur und/oder die Verarbeitungsfeuchte des Materials (2) abhängig vom verwendeten Material gewählt bzw. eingestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des beim Umformen gebildeten Teils zwischen dem Kolben (3) und Gegenstempel (6) geprägt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (2) wenigstens einseitig mit einer Kunststoffschicht versehen ist oder wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das beim Umformen gebildete Teil an seinem offenen Ende gezielt aufgeweitet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Ende zu einem Siegelrand umgelegt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Siegelrand zusätzlich verdichtet wird, wobei die Verdichtung unter Zufuhr von Wärme und/oder nach vorangehendem Anfeuchten erfolgen kann.
EP14178146.8A 2013-07-24 2014-07-23 Verfahren zum dreidimensionalen Umformen von flächigem Material Active EP2829482B1 (de)

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