EP3347196B1 - Verfahren zum dreidimensionalen umformen von material - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for the three-dimensional reshaping of flat material made of, in particular, natural fibers, such as paper or cardboard, with a piston and a sleeve-shaped counterpart into which the material is drawn.
- the invention is based on the object of proposing a forming process with which this uncontrolled formation of wrinkles is avoided.
- a possibility is created to produce a complex final contour with an increased deformation ratio that is dimensionally stable and dimensionally stable.
- this object is achieved in that the diameter of the deep-drawing piston plus the material thickness of the material to be deep-drawn corresponds at least approximately to the diameter of the die at any point in time and that the die is sleeve-shaped, with a conical configuration.
- the diameter of the deep-drawing piston plus the material thickness of the material to be deep-drawn i.e. the diameter of the piston plus twice the material thickness
- the diameter of the piston plus twice the material thickness corresponds at least approximately to the diameter of the die at every point in time during the deep-drawing process
- the wrinkles in the material that occur during deep-drawing are evenly and finely distributed .
- conical shapes can be deep-drawn directly.
- the fold holder presses against the flat material with a variable pressure, the fold holder being able to press spring-loaded against the flat material and / or the pressure of the fold holder acting against the flat material can be controlled or regulated .
- the diameter of the die can be changed.
- the diameter of the die is not limited to circular deep drawing. Rather, all conceivable forms are possible. This includes circular, oval, polygonal, angular, etc.
- the die is made up of segments that can be moved relative to one another.
- the deep-drawing piston is conical.
- the drawing gap can always be kept constant.
- Another very advantageous embodiment of the invention is also present when the diameter of the deep-drawing piston can be changed, segments which can be moved relative to one another can be provided.
- a deep-drawing piston with a variable diameter can be used very well with a conical die.
- One possibility for changing the diameter of the deep-drawing piston is a structure made up of segments that can be adjusted relative to one another.
- the shape and / or dimensions of the deep-drawing piston can be changed by means of internal pressure, the pressure being able to be built up by means of compressed air or a hydraulic medium.
- Such a deep-drawing piston can be used both with a conical matrix and with a matrix that can be changed in diameter.
- a counter-punch is provided in the axial direction of the deep-drawing piston, which presses the material against the deep-drawing piston during the forming process, the counter-punch being variable and controllable.
- the material is reliably guided during forming, so that no uncontrolled movements of the material can occur.
- the holding force can be adjusted very precisely.
- a calibration device is provided in which the reshaped material is pressed against the piston.
- the material is moistened at least on one side before, during and / or after the reshaping and / or calibration.
- 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 set depending on the material used.
- a further advantageous embodiment of the invention is that the material is or will be provided with a plastic layer on at least one side.
- the fiber-containing material is thus effectively protected against internal and / or external influences.
- the open end is folded over to form a sealing edge.
- the created container can thus be closed in a simple manner after it has been filled.
- the sealing edge is additionally compressed, it being possible for the compression to take place with the supply of heat and / or after previous moistening.
- 1 designates a device with which paper or cardboard or fiber-containing material 2 can be reshaped from a flat-lying state into a cup-shaped or bowl-shaped state.
- the device 1 has a piston 3 and, in this exemplary embodiment, a conical, sleeve-shaped die 4, which acts as the opposite of the piston 3.
- the material 2 is pressed into the die 4 by the piston 3.
- the material 2 is pressed by a fold holder 5 against the upper side of the die 4 so that it can only slide in a controlled manner when it enters the die 4.
- the piston 3 is designed to be variable. Either this is composed of segments so that the respective diameter of the piston 3 can be changed by moving the segments to one another, or the piston 3 can be changed in size and / or shape by applying compressed air or a hydraulic medium.
- the diameter of the piston 3 at any point in time corresponds at least approximately to the respective diameter of the die 4 minus twice the thickness of the material 2, so that the piston 3, the material 2 and the die 4 are in close contact with one another. At most, there should be a small gap. However, it is also conceivable that the piston 3 presses the material 2 slightly against the inside of the die 4.
- the result is a smooth surface in the walls of the deep-drawn paper or cardboard object.
- a conical piston 23 is provided and that the die 24 adapts its diameter to the respective position of the piston 23.
- the die 24 can, for example, be constructed from segments that can be moved relative to one another.
- the fold holder can press against the flat material 2 in a spring-loaded manner.
- a hydraulic, electromechanical or other type of contact pressure which is designed to be controllable or regulatable.
- a combination between spring loading and controlled or regulated hydraulics / pneumatics / actuators is also conceivable.
- the material 2 is reshaped in the base area between the piston 3 and the counter punch 6 itself.
- the stamping by the piston 3 and the counter punch 6 takes place before the actual forming process.
- the piston 3 and the counter punch 6 can already close under the force of the pleat holder and introduce the embossing.
- a pulling process is carried out contrary to the actual pulling deformation, whereby the scope with regard to the degree of deformation and design of the bottom is expanded.
- the formed part 7 is moved into a calibration device 8 from the piston 3, where the wall area is pressed against the piston 3 and the small and finely divided folds formed are leveled out.
- the finished formed part 7 is ejected from the counter punch 6 after the piston 3 has been raised.
- the upper wall area can be expanded or an edge flange can be formed.
- This edge flange can either be converted into a flat sealing edge or also into a top curl.
- the material 2 can be moistened on one or both sides before the forming or also during this process.
- Heating is also possible, with radiation heating for the material or heating of the forming tools being conceivable.
- a coating, impregnation or other treatment of the material, for example with a plastic, is also possible in order to improve the tightness of the finished part 7, it being possible for this coating to be carried out on the inside or outside or on both sides.
- a coating or treatment can also influence the deep-drawing process.
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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.
- Aus der
US-A-3,695,084 und derUS-A-4,228,121 sind beispielsweise Vorrichtungen und das jeweils zugehörige Verfahren der genannten Art zum Tiefziehen bekannt. - 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 dadurch gelöst, dass der Durchmesser des Tiefziehkolbens zuzüglich der Materialdicke des tiefzuziehenden Materials zu jedem Zeitpunkt des Tiefziehvorganges wenigstens annähernd dem Durchmesser der Matrize entspricht und daß die Matrize hülsenförmig ausgebildet ist, wobei diese eine konische Ausgestaltung aufweist.
- Dadurch, daß zu jedem Zeitpunkt des Tiefziehvorganges der Durchmesser des Tiefziehkolbens zuzüglich der Materialdicke des tiefzuziehenden Materials, im Querschnitt also Durchmesser des Kolbens, zuzüglich zweimal Materialdicke, dem Durchmesser der Matrize wenigstens annähernd entspricht, werden die beim Tiefziehen entstehenden Falten im Material gleichmäßig und fein verteilt. Zudem lassen sich direkt konische Formen tiefziehen.
- Dabei hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn das Material zwischen der Matrize und einem sogenannten Faltenhalter eingeklemmt wird, wodurch das Material beim Umformen gezielt nachrutschen kann.
- Damit wird das Tiefziehergebnis nochmals verbessert. Unter anderem kann die Faltenverteilung nochmals verbessert werden.
- Äußerst vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn der Faltenhalter mit einem variablen Druck gegen das flächige Material drückt, wobei der Faltenhalter federbelastet gegen das flächige Material drücken kann und/oder der gegen das flächige Material wirkende Druck des Faltenhalters steuer- bzw. regelbar sein kann.
- Dadurch wird das Nachrutschen des Materials exakt bestimmt und gesteuert.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es sehr vorteilhaft, wenn der Durchmesser der Matrize veränderbar ist.
- Durch das Verändern des Durchmessers der Matrize kann auch konisch tiefgezogen werden. Der Durchmesser ist dabei nicht nur auf kreisförmiges Tiefziehen beschränkt. Vielmehr sind alle denkbaren Formen möglich. Hierzu gehört eben kreisförmig, oval, vieleckig, eckig usw.
- Dabei hat es sich als äußerst vorteilhaft erwiesen, wenn die Matrize aus Segmenten aufgebaut ist, die zueinander bewegbar sind.
- Hierdurch kann der Durchmesser auf einfache Art und Weise verändert werden.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es sehr vorteilhaft, wenn der Tiefziehkolben konisch ausgebildet ist.
- In Kombination mit einer im Durchmesser veränderbaren Matrize kann so der Ziehspalt immer konstant gehalten werden.
- Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt auch dann vor, wenn der Tiefziehkolben hinsichtlich seines Durchmessers veränderbar ist, wobei Segmente vorgesehen sein können, die zueinander bewegbar sind.
- Ein Tiefziehkolben mit veränderbarem Durchmesser kann bei einer konischen Matrize sehr gut eingesetzt werden. Eine Möglichkeit zur Veränderbarkeit des Durchmessers des Tiefziehkolbens ist ein Aufbau aus zueinander verstellbaren Segmenten.
- Äußerst vorteilhaft ist es erfindunsgemäß auch, wenn der Tiefziehkolben durch inneren Druck in seiner Form und/oder seinen Abmessungen veränderbar ist, wobei der Druck mittels Druckluft oder einem Hydraulikmedium aufgebaut werden kann.
- Damit wird ebenfalls der Ziehspalt konstant gehalten. Ein solcher Tiefziehkolben kann sowohl bei einer konischem Martrize als auch bei einer im Durchmesser veränderbaren Matrize eingesetzt werden.
- Erfindungsgemäß hat es sich auch als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn in Achsrichtung zum Tiefziehkolben ein Gegenstempel vorgesehen ist, welcher das Material während des Umformens gegen den Tiefziehkolben 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.
- Des weiteren ist es sehr vorteilhaft, wenn erfindungsgemäß eine Kalibriereinrichtung vorgesehen ist, in welcher das umgeformte Material gegen den Kolben gepresst wird.
- Dadurch können die beim Umformen entstehenden kleinen Falten auf einfache Weise egalisiert werden.
- Als ebenfalls 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 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.
- 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 zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens mit konischer Matritze, und
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens mit veränderlicher Matritze.
- 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 eine in diesem Ausführungsbeispiel konisch büchsenförmig ausgebildete Matritze 4 auf, die als Gegenteil des Kolbens 3 wirkt. Das Material 2 wird vom Kolben 3 in die Matritze 4 hineingedrückt. Dabei wird das Material 2 von einem Faltenhalter 5 gegen die Oberseite der Matritze 4 gepresst, so daß es beim Einfahren in die Matritze 4 nur kontrolliert nachrutschen kann.
- Der Kolben 3 ist veränderlich ausgebildet. Entweder ist dieser aus Segmenten zusammengesetzt, so daß der jeweilige Durchmesser des Kolbens 3 durch Verfahren der Segmente zueinander verändert werden kann, oder aber der Kolben 3 ist durch Beaufschlagung mit Druckluft oder einem Hydraulikmedium hinsichtlich Größe und/oder Form veränderbar.
- Andere Ausgestaltungen des Kolbens 3 sind denkbar.
- Wesentlich ist, daß der Durchmesser des Kolbens 3 zu jedem Zeitpunkt wenigstens annährend dem jeweiligen Durchmesser der Matritze 4 abzüglich der doppelten Stärke des Materials 2 entspricht, so daß der Kolben 3, das Material 2 und die Matritze 4 eng aneinander anliegen. Es soll höchstens ein kleiner Spalt entstehen. Es ist aber auch denkbar, daß der Kolben 3 das Material 2 gegen die Innenseite der Matritze 4 geringfügig presst.
- Durch Kombination dieser Abmessungen und dem Faltenhalter 5 wird sichergestellt, daß nicht nur kleine und gleichmäßig verteilte Falten beim Tiefziehen des Materials 2 entstehen, sondern diese auch wenigstens weitgehend egalisiert werden. Ist der Kolben 3 in Bezug auf die Matritze 4 geringfügig kleiner, so ist es auch denkbar, daß der hergestellte Gegenstand 7, das umgeformte Teil, nach dem Umformvorgang nochmals kalibriert wird und dabei die fein verteilten Falten verpresst werden.
- Das Ergebnis ist eine glatte Oberfläche in den Wänden des aus Papier bzw. Karton tiefgezogenen Gegenstandes.
- Mittels der konisch ausgebildeten Matritze 4 und einem daran angepassten Kolben 3 wird direkt ein Gegenstand mit konisch verlaufenden Wänden hergestellt.
- Wie im zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt ist es auch denkbar, daß ein konischer Kolben 23 vorgesehen ist, und die Matritze 24 ihren Durchmesser an die jeweilige Position des Kolbens 23 anpasst.
- Hierzu kann die Matritze 24 beispielsweise aus gegeneinander verfahrbaren Segmenten aufgebaut sein.
- 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.
- Es ist auch denkbar, daß nach dem Umformen 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.
- Zudem ist es denkbar, daß das Material nach dem Umformen besäumt wird.
- Nach dem Kalibrieren wird das fertig umgeformte Teil 7 nach dem Hochfahren des Kolbens 3 vom Gegenstempel 6 ausgestoßen.
- Auch ein Abziehen des Gegenstandes 7 von oben mit Hebern oder Saugern ist denkbar.
- Wird der Umformvorgang über Kopf ausgeführt kann auch die Schwerkraft für ein Herausfallen der erzeugten Gegenstände 7 sorgen.
- Während dieses Kalibrierens, vorher oder nachher kann der obere Wandbereich aufgeweitet werden oder ein Randflansch geformt werden. Dieser Randflansch kann entweder in einen flachen Siegelrand oder auch in eine Mundrolle überführt werden.
- 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, Imprägnierung oder anderweitige Behandlung 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.
- Eine Beschichtung bzw. Behandlung kann auch den Tiefziehvorgang beeinflussen.
Claims (11)
- Verfahren zum dreidimensionalen Umformen von flächigem Material aus Naturfasern, nämlich Papier oder Karton, mit einem Tiefziehkolben (3, 23) und einer Matrize (4, 24), durch welche hindurch bzw. in welche hinein das Material hinein gezogen wird, wobei die Matrize hülsenförmig ausgebildet ist, wobei diese eine konische Ausgestaltung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Tiefziehkolbens (3, 23) zuzüglich der Materialdicke des tiefzuziehenden Materials zu jedem Zeitpunkt des Tiefziehvorganges wenigstens annähernd dem Durchmesser der Matrize (4, 24) entspricht.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material zwischen der Matrize (4, 24) und einem sogenannten Faltenhalter (5) eingeklemmt wird, wodurch das Material beim Umformen gezielt nachrutschen kann.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenhalter (5) mit einem variablen Druck gegen das flächige Material drückt, wobei der Faltenhalter (5) federbelastet gegen das flächige Material drücken kann und/oder der gegen das flächige Material wirkende Druck des Faltenhalters (5) steuer- bzw. regelbar sein kann.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Achsrichtung zum Tiefziehkolben (3, 23) ein Gegenstempel (6) vorgesehen ist, welcher das Material während des Umformens gegen den Tiefziehkolben (3, 23) drückt, wobei der Gegenstempel (6) variabel und regelbar ausgebildet sein kann.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibriereinrichtung (8) vorgesehen ist, in welcher das umgeformte Material (7) gegen den Kolben (3, 23) gepresst wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material vor, während und/oder nach dem Umformen und/oder Kalibrieren wenigstens einseitig angefeuchtet wird und dass die Verarbeitungsfeuchte des Materials abhängig vom verwendeten Material gewählt bzw. eingestellt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material vor, während und/oder nach dem Umformen und/oder vor und/oder während dem Kalibrieren beheizt wird und dass die Temperatur des Materials abhängig vom verwendeten Material gewählt bzw. eingestellt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material wenigstens einseitig mit einer Kunststoffschicht versehen ist oder wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich beim Umformen bildenden feinverteilten Falten verpresst werden.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Ende zu einem Siegelrand umgelegt wird.
- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Siegelrand zusätzlich verdichtet wird, wobei die Verdichtung unter Zufuhr von Wärme und/oder nach vorangehendem Anfeuchten erfolgen kann.
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