NL1002541C2 - Werkwijze voor het voorbewerken van metaal/kunststof sandwichmateriaal ter vervaardiging daaruit van driedimensionale voorwerpen. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het voorbewerken van metaal/kunststof sandwichmateriaal ter vervaardiging daaruit van driedimensionale voorwerpen.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor 5 het voorbewerken van sandwich-plaatmateriaal, bestaande uit een kernlaag van thermoplastisch kunststof, aan beide zijden bekleed met een deklaag van dun metaalplaat, ter vervaardiging daaruit van driedimensionale voorwerpen.

Metaal/kunststof sandwichmateriaal, zoals beschreven, 10 is een modern lichtgewicht constructiemateriaal, waarin de sterke eigenschappen van kunststofplaat en metaalplaat op efficiënte wijze gecombineerd worden. In het bijzonder zorgt het kunststofmateriaal, bijvoorbeeld polypropyleen, voor het op afstand houden van de deklagen en voor het opvangen van 15 afschuifspanningen die optreden bij buiging van de plaat, terwijl de metalen deklagen, bijvoorbeeld van hoogwaardig aluminium, de trek en drukkrachten opnemen. Het materiaal kan voor veel toepassingen gebruikt worden als alternatief van, veel zwaarder, massief metaalplaat, en biedt het grote 20 voordeel, dat veel minder metaal nodig is, waardoor de stijfheid hoog kan zijn bij aanzienlijk minder gewicht.

Op grond van deze eigenschappen is metaal/kunststof sandwichmateriaal potentieel bijzonder geschikt voor de vervaardiging van driedimensionale voorwerpen, die door 25 ombuigen van de sandwich-plaat over gekozen vouwlijnen tot stand gebracht kunnen worden.

Een probleem daarbij is evenwel, dat het omzetten van metaal/kunststof sandwichmateriaal tot driedimensionale voorwerpen een relatief ingewikkelde procedure is, welke 30 speciaal, kostbaar zetgereedschap vereist. Een betere oplossing zou daarom zijn het metaal/kunststof sandwichmateriaal eerst van vouwgroeven te voorzien en zodoende een plano-halffabrikaat te vervaardigen, zoals gebruikelijk bij papier in de kartonnage industrie, waarna 35 op eenvoudige wijze een driedimensionaal voorwerp kan worden "gevouwen”. Een probleem daarbij is evenwel de vouwgroeven zodanig aan te brengen, dat het materiaal niet beschadigd 1002541 2 wordt en inboet aan noodzakelijke sterkte-eigenschappen.

Bestaande technieken om sandwich-panelen te buigen maken gebruik van verschillende principes. Meestal wordt het materiaal eenzijdig ingedrukt waarbij uitsluitend 5 mechanische kracht wordt gebruikt. Dit principe wordt bijvoorbeeld toegepast in de golfkartonindustrie. Ook worden de sandwich-panelen wel eenzijdig ingefreesd, waarna een buig-slappe ril ontstaat, die in sommige gevallen wordt dichtgelijmd. Een nadeel bij het vormen van vouwgroeven op 10 deze wijze is evenwel, dat, ten gevolge van het infrezen, de ene metalen dekplaat doorbroken wordt, wat een ernstige verzwakking bij de vouwplaats betekent.

Volgens de uitvinding is nu gevonden, dat op doelmatige wijze vouwgroeven in metaal/kunststof sandwichmateriaal 15 kunnen worden aangebracht met behulp van verwarmde rilstempels en dat op deze wijze het materiaal voorbewerkt kan worden ter vervaardiging daaruit van driedimensionale voorwerpen, die door ombuigen van de aangebrachte vouwgroeven tot stand gebracht worden.

20 Meer in het bijzonder voorziet de uitvinding daartoe in een werkwijze voor het voorbewerken van metaal/kunststof sandwichmateriaal met het kenmerk, dat in metaal/kunststof sandwichmateriaal volgens een voorvastgestelde configuratie één of meer vouwgroeven worden aangebracht door het op één 25 van de deklagen plaatsen en indrukken van één of meer rilstempels, verwarmd tot een temperatuur zodanig, dat ter plaatse van een te vormen ril het thermoplastische kernmateriaal plastisch gemaakt en weggeperst wordt, en dat het metaal/sandwichplaat wordt gestanst volgens een 30 voorvast-gesteld patroon.

Essentieel voor de werkwijze van de uitvinding is, dat het rilstempel of rilmes, dat in het metaal/kunststof sandwichmateriaal gedrukt wordt voor het aanbrengen van een ril of vouwgroef, een temperatuur heeft waarbij het 35 thermoplastische materiaal tussen de twee metalen dekplaten wordt weggesmolten en de ene dekplaat wordt ingedrukt tot tegen de andere dekplaat aan. Doordat de materiaaldikte ter plaatse van de ril gelijk is aan de som van de dikte van de twee dunne, maar sterke dekmaterialen, ondervindt buiging 1002541 3 weinig weerstand, waardoor de eigenschappen van de sandwich-construct ie, behalve de buigweerstand, behouden blijven. Een aldus gevormde ril of vouwgroef kan gemakkelijk en zonder dat daar enig zetgereedschap bij nodig is, worden omgebogen.

5 Doelmatig kan daarbij de temperatuur voor een rilstempel of rilmes 200 tot 300°C bedragen, een temperatuur waarbij de thermoplastische kern plastisch zal worden zonder te degraderen.

Bij het rillen vindt de warmteoverdracht vanaf het 10 rilstempel of mes aan het thermoplastische materiaal plaats via de metalen dekplaat, waartegen het rilmes wordt aangedrukt. Bij voorkeur heeft het rilmes daarbij een vlakke onderkant, waardoor het warmteoverdrachtsvlak wordt vergroot. De metalen deklaag transporteert de warmte naar de 15 kunststof die daardoor plaatselijk dun-vloeibaar wordt. De goede warmtegeleiding van metaal en de slechte warmtegeleiding van kunststof werken mee aan een gecontroleerd verloop van dit proces. Doordat de mechanische weerstand van het thermoplastische kunststofmateriaal 20 tijdens de verhitting door het rilmes verdwijnt, is het mogelijk om met relatief geringe drukkracht de metalen deklaag eenzijdig te rillen. Op deze wijze is het mogelijk om door eenzijdig rillen een vouwgroef in de sandwich-plaat tot stand te brengen, waarbij de ene metaaldeklaag is 25 ingedrukt, waardoor een ideale vouwlijn geschapen is, waarover het metaal/kunststof sandwichmateriaal gemakkelijk kan worden omgebogen.

Het zal duidelijk zijn, dat er zowel op de ene als op de andere deklaag van het metaal/kunststof sandwichmateriaal 30 vouwgroeven kunnen worden ingerild, wanneer men de mogelijkheid wenst dat voor bepaalde voorwerpen zowel naar binnen als naar buiten gevouwen dient te worden.

Het stansen volgens een voorvastgesteld patroon kan gelijktijdig met het inrillen van de vouwgroeven 35 plaatsvinden, maar vindt bij voorkeur plaats nadat de vouwgroeven zijn aangebracht. Hierdoor wordt voorkomen dat tijdens het stansen uitstroom van thermoplastisch materiaal plaatsvindt op plaatsen, waar de ril tot in de zijkant van het werkstuk komt, waardoor nabewerking nodig zou zijn. In 1002541 4 de tweede plaats voorkomt men delaminatie van kern en buitenlagen van het metaal/kunststof sandwichmateriaal op plaatsen, waar de ril dichtbij en evenwijdig aan de rand van het werkstuk loopt.

5 Volgens de uitvinding kan het stansen bijzonder doelmatig worden uitgevoerd met twee stansgereedschappen, voorzien van spiegelbeeldvormig tegenover elkaar staande bandmessen, waartussen het metaal/kunststof sandwichmateriaal tweezijdig wordt gestanst tot een gewenst 10 patroon. Tijdens het stansen drukken de beide overstaande bandmessen naar elkaar toe vanaf beide zijden van het metaal/kunststof sandwichmateriaal, waarbij elk van de metalen deklagen door middel van het naar binnen drukken wordt vervormd, totdat zij beide bezwijken. Bij dit 15 dubbelzijdige stansen vormt zich aan het einde geen braam, maar zijn de naar elkaar toe gedrukte metaalranden van de metaaldeklagen afgerond, zodat geen nabewerking nodig is.

Dit is het gevolg van het feit, dat de beide deklagen aan de beide zijden naar binnen toe gebogen worden.

20 Op doelmatige wijze kan door toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding een planovoorvorm van metaal/kunststof sandwich-plaat voor een driedimensionaal voorwerp worden verkregen, een zogenaamd vouwmodel, zoals bekend uit de kartonindustrie. In afhankelijkheid van de 25 aangebrachte vouwgroeven kunnen dat plano's zijn, die kunnen worden omgevormd tot allerlei voorwerpen zoals bakjes, houders, asbakjes, maar ook grotere voorwerpen. Het vouwen ter verkrijging van het uiteindelijke driedimensionale voorwerp kan plaatsvinden op de bestemmingsplaats, hetgeen 30 grote voordelen biedt voor wat betreft transportruimte en bewaarruimte, aangezien in planovorm minimale ruimte wordt ingenomen.

De uitvinding biedt verder de unieke mogelijkheid voor het vervaardigen van driedimensionale voorwerpen van 35 metaal/kunststof sandwichplaat met dubbele wandconstructie, waardoor het mogelijk is om koffers, kastjes, en dergelijke constructies te maken. Daartoe voorziet de uitvinding erin, dat plano's worden gevormd voorzien van dubbele, op korte afstand van elkaar gelegen evenwijdig lopende vouwgroeven, 1002541 5 waaruit door ombuigen over dubbele vouwlijnen een kokerprofielwand-constructie voor het driedimensionale voorwerp wordt verkregen.

De uitvinding wordt thans nader toegelicht onder 5 verwijzing naar de tekeningen. Daarin toont:

Fig. 1 in dwarsdoorsnee een sandwich-plaat waarin volgens de werkwijze van de uitvinding een vouwgroef wordt aangebracht/

Fig. 2 in dwarsdoorsnee een uitvoeringsvoorbeeld van 10 een stansgereedschap, te gebruiken bij de werkwijze volgens de uitvinding voor het tweezijdig stansen van een sandwich-plaat,

Fig. 3 in dwarsdoorsnee een sandwich-plaat tijdens het tweezijdig stansen, 15 Fig. 4a een uitvoeringsvoorbeeld van een volgens de werkwijze van de uitvinding verkregen plano met vouwgroeven voor dubbele wanden in gedeeltelijk gevouwen toestand, en

Fig. 4b dit dezelfde plano in afgevouwen toestand.

Allereerst zal het in een sandwich-plaat inrillen van 20 een vouwgroef volgens de werkwijze van de uitvinding worden toegelicht aan de hand van fig. 1. Getoond is een sandwich-plaat, bestaande uit een kernlaag van thermoplastisch materiaal 1, aan de bovenzijde en aan de onderzijde afgedekt door respectievelijke deklagen 2 en 3, die bestaan uit dun 25 aluminiumplaat. Boven de bovenste deklaag 2 is een

rilstempel opgesteld, bestaande uit een rilmeshouder 4, voorzien van een rilmes 5. Zoals getoond, heeft het rilmes 5 geen scherpe, maar een vlakke onderkant 6. Verwarmingsmiddelen (niet getoond) zorgen er voor, dat het rilmes op 30 een gewenste temperatuur in het gebied van 200 tot 300°C

verwarmd is. Teneinde een gewenste vouwgroef aan te brengen, wordt het rilmes 5 met zijn vlakke onderkant 6 op de gewenste plaats op de bovenste deklaag 2 van de sandwich-plaat geplaatst, waardoor ten gevolge van de 35 warmteoverdracht van de vlakke onderkant van het rilmes naar de bovenste deklaag 2 het daaronder gelegen thermoplastische materiaal 1 plastisch wordt over de lengte en breedte van de ril, bijvoorbeeld 10 mm. Aldus vormt zich binnen het sandwich-materiaal een afgesloten kanaal van plastische 1002541 6 kunststof, waarbij de goede warmtegeleiding van het aluminium en de slechte warmtegeleiding van de kunststof meewerken aan een gecontroleerd verloop van dit proces.

Vervolgens wordt het rilmes met kracht omlaag gedrukt, 5 waardoor de bovenste aluminiumdeklaag 2 wordt ingedrukt, zodat zich een groef 7 vormt. Tijdens het indrukken van het rilmes wordt het dun-vloeibare thermoplastische materiaal opzij gedrukt, hetgeen leidt tot zijdelingse opbollingen 8, waarvan de hoogte/breedte verhouding afhangt van de breedte 10 van het stempel en de snelheid, waarmee het proces verloopt. Aangezien het plastische kunststof-materiaal volledig weggedrukt kan worden, is het op deze wijze mogelijk de bovenste aluminiumlaag 2 door te drukken totdat deze de onderste aluminiumdeklaag 3 raakt in het midden van de groef 15 7.

Aldus is een vouwgroef gevormd, waarbij de opbollingen 8 doelmatig kunnen dienen als aanslag voor het buigen, teneinde de hoek, tot waar gebogen respectievelijk gevouwen dient te worden, te definiëren. Over de aldus verkregen 20 vouwgroef kan de sandwich-plaat gemakkelijk worden gebogen, waarbij de beide intakt gebleven deklagen van aluminium-metaal waarborgen, dat ook bij de vouw voldoende sterkte behouden blijft. Op deze wijze kan een gewenste configuratie van vouwgroeven in een metaal/kunststof sandwichmateriaal 25 worden aangebracht, geschikt om deze plaat naderhand om te buigen tot gewenste driedimensionale vormen.

Nadat de sandwich-plaat op de boven aangegeven wijze voorzien is van vouwgroeven, wordt een gewenste vorm of patroon voor een te vouwen driedimensionaal voorwerp 30 gestanst. Bij voorkeur geschiedt dit stansen tweezijdig, hetgeen wordt toegelicht aan de hand van de figuren 2 en 3.

In fig. 2 is een daarvoor geschikt stansgereedschap getoond, dat een matrijshuis heeft, bestaande uit een bovenplaat 9 en een onderplaat 10. Aan de onderplaat 10 zijn 35 geleiders 11 bevestigd, waarover de bovenplaat 9 omhoog en omlaag verplaatst kan worden ten opzichte van de onderplaat 10.

De onderplaat 10 heeft verder aanslagen 12, die de afstand, waarover de bovenplaat 9 naar beneden kan worden 1002541 7 verplaatst, begrenzen. In de bovenplaat 9 en de onderplaat 10 zijn verder in daarvoor bestemde groeven bandmessen 13 respectievelijk 14 geplaatst. De bovenmessen 13 en de ondermessen 14 zijn daarbij spiegelbeeldvormig ten opzichte 5 van elkaar opgesteld, en zijn bedoeld om in samenwerking het stansen uit te voeren. Teneinde zijdelingse afbuiging van de bandmessen 13 respectievelijk 14 te voorkomen, zijn rondom de bandmessen 13 en 14 lagen verend materiaal 15 •respectievelijk 16 aangebracht, die er voor zorgen, dat 10 zijdelings uitwijken voorkomen wordt. De onderlinge afstand van de snijkanten van de bovenmessen en ondermessen is zodanig gekozen, dat deze nagenoeg overeenstemt met de onderlinge afstand tussen de aanslagen 12 en de bovenplaat 9.

15 Het stansen geschiedt nu aldus; nadat de bovenmessen 13 en ondermessen 14 volgens een gewenst patroon gepositioneerd zijn in de bovenplaat 9 en de onderplaat 10 van het matrijshuis, wordt de reeds van vouwgroeven voorziene sandwich-plaat tussen de bandmessen 13 en 14 geplaatst, 20 waarna de bovenplaat van het matrijshuis omlaag gedrukt wordt tot tegen de aanslagen 12 van de onderplaat 10.

Daarbij wordt de sandwich-plaat gestanst zoals getoond in fig. 3. De beide aluminiumdeklagen 2 en 3 van de sandwich-plaat worden door de bandmessen 13 en 14 ingedrukt 25 in de kern 1 van thermoplastisch materiaal. Een van de twee deklagen, bijvoorbeeld de onderste deklaag 3, wordt als eerste zo sterk vervormd, dat breuk optreedt. De tweede deklaag 2 breekt dan als gevolg van het feit, dat de bandmessen zich vanaf de zijrand verbreden en een wig < 30 vormen. Deze wigwerking geeft een sterke zijdelingse drukt die toeneemt naarmate het mes 13 dieper in het materiaal doordringt. Zodra de weerstand van het materiaal groter geworden is dan de kracht nodig om de nog intakt zijnde deklaag te breken, zal ook deze breken. Een groot voordeel 35 van deze stansmethode is, dat bij dit dubbelzijdig stansen geen braam ontstaat, maar het uitgestanste patroon afgeronde kanten heeft, die geen nabewerking behoeven, voortvloeiende uit het feit, dat beide deklagen 2 en 3 naar binnen toe worden afgebogen volgens afrondingen 17 respectievelijk 18.

1002541 8

Een verder voordeel is, dat bij deze stansmethode gebruik gemaakt kan worden van relatief goedkoop stans-gereedschap.

Volgens de werkwijze van de uitvinding is het mogelijk 5 om hoogwaardige vouwprodukten te vervaardigen, die gekenmerkt worden door de volgende eigenschappen: - De gereedschapskosten zijn laag, waardoor de techniek interessant is voor het economisch vervaardigen van produkten in beperkte series; 10 - De fabrikagetijd is kort, waardoor hoge arbeidslonen minder een rol spelen dan bij arbeidsintensief, traditioneel zetwerk; - De produkten kunnen eventueel plano worden opgeslagen en op het moment, dat dit nodig is, zonder speciaal 15 gereedschap gevouwen worden tot het gewenste driedimensionale produkt, c.q. component daarvan.

Dit heeft enerzijds logistieke voordelen. De opslag- en transportkosten kunnen laag zijn en de kosten voor het vormen van het produkt kunnen deels zo laat mogelijk gemaakt 20 worden, waardoor renteverlies beperkt wordt. Delen van het vouwproces kunnen eventueel later in de fabrikage plaatsvinden, bijvoorbeeld ten behoeve van het sluiten van een behuizing na inbouw van apparatuur. Anderzijds kan het leveren van plano's interessant zijn als toegevoegde waarde 25 in consumentenprodukten. Het zelf vouwen van een hoogwaardig produkt is iets, dat de consument genoegen geeft.

Verder kunnen er vouwvormen worden gerealiseerd, die met traditioneel zetwerk niet mogelijk zijn als gevolg van de beperkingen daarvan.

30 Een voorbeeld hiervan is een dubbele wandconstructie zoals getoond in de figuren 4a en 4b. Hierin is een segment getoond van een vouwconstructie voor een dubbelwandige koffer. Daarbij toont fig. 4a de planoconstructie tijdens het vouwen en fig. 4b in de eindtoestand.

35 In fig. 4a is een plano getoond met een bodem 19, een zijwand, bestaande uit de vouwdelen 20, 21 en 22, die omgevouwen kunnen worden over volgens de uitvinding aangebrachte vouwlijnen, en een achterwand, gevormd door de vouwdelen 23, 24 en 25, eveneens ombuigbaar over de 1002541 9 respectievelijke vouwlijnen daarvan. Het vouwdeel 22 is verder voorzien van een uitvouwbare bevestigingslip 26.

Tijdens het omvouwen ontstaan dubbele wanden volgens kokerprofiel door het respectievelijk ombuigen van de 5 vouwdelen 20, 21 en 22 haaks op elkaar, en het op dergelijke wijze ombuigen van de vouwdelen 23, 24 en 25 ter verkrijging van een eveneens dubbele achterwand. Door geschikt uitsnijden kan er voor gezorgd worden, dat de zijwand en de achterwand passend tegen elkaar aan komen te liggen. De 10 bevestigingslip 26 aan het vouwdeel 22 is bedoeld om daarop het vouwdeel 25 van de achterwand mechanisch of door lijmen vast te maken. Aldus wordt een hechte hoekverbinding verkregen, die ten gevolge van de dubbelwandigheid zeer stijf is, en bovendien onzichtbaar aan de buitenzijde. Voor 15 de totale kofferconstructie is het plano op dezelfde wijze voorzien van een tweede dubbel-omvouwbare zijwand en een voorwand.

Deze constructie kan in tal van variaties worden toegepast voor andere produkten zoals deksels, schalen, 20 containers, kasten, kastdeuren, enz. Ook zijn er complexe vouwprodukten denkbaar, waardoor ingewikkelde vormen gerealiseerd kunnen worden op basis van één of meerdere plano-onderdelen. Zo kunnen daklijsten, plafondbekledingen, tafelonderstellen en totale opbergsystemen gerealiseerd 25 worden op basis van enkele plano-voorgerilde platen, die, nadat zij op maat gebracht zijn, kunnen worden gevouwen tot het gewenste produkt.

Verdere varianten en mogelijkheden zullen de vakman na kennisname van het bovenstaande duidelijk zijn.

30 - conclusies - 1002541

Claims (9)

1. Werkwijze voor het voorbewerken van metaal/kunststof sandwichmateriaal, bestaande uit een kernlaag van thermoplastisch materiaal, aan beide zijden bekleed met een 5 deklaag van dun metaalplaat, ter vervaardiging daaruit van driedimensionale voorwerpen, met het kenmerk, dat in metaal/kunststof sandwichmateriaal volgens een voorvastgestelde configuratie één of meer vouwgroeven worden aangebracht door het op één van de deklagen plaatsen en 10 indrukken van één of meer rilstempels, verwarmd tot een temperatuur zodanig, dat ter plaatse van een te vormen ril het thermoplastische kernmateriaal plastisch gemaakt en weggeperst wordt, en dat het metaal/kunststof sandwichplaat wordt gestanst 15 volgens een voorvastgesteld patroon.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het rilmes van elk rilstempel een vlakke onderkant heeft.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het 20 kenmerk, dat elk rilstempel verwarmd wordt op een temperatuur van 200-300°C.

4. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 3, m e t het kenmerk, dat zowel op de ene als op de andere deklaag vouwgroeven worden ingerild.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met 10 0 2 5 A 1 het kenmerk, dat het stansen volgens het voorvastgestelde patroon plaatsvindt na de rilbewerking.

6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusie, met het kenmerk, dat het stansen wordt uitgevoerd met 5 twee stansgereedschappen, voorzien van spiegelbeeldvormig tegenover elkaar staande bandmessen, waartussen het metaal/kunststof sandwichmateriaal tweezijdig wordt gestanst.

7. Planovoorvorm voor driedimensionaal voorwerp van 10 metaal/kunststof sandwichplaat, verkregen door toepassing van de werkwijze volgens één of meer der conclusies 1 tot 6.

8. Werkwijze voor het vervaardigen van een driedimensionaal voorwerp van metaal/kunststof sandwichmateriaal, met het 15 kenmerk, dat een planovoorvorm, verkregen onder toepassing van de werkwijze volgens één of meer der conclusies 1 tot 6 over de aangebrachte vouwlijnen wordt omgebogen tot het gewenste voorwerp.

9. Werkwijze voor het vervaardigen van driedimensionale 20 voorwerpen van metaal/kunststof sandwichplaat met dubbele wandconstructie, met het kenmerk, dat onder toepassing van één of meer der conclusies 1 tot 6 één of meer plano's worden gevormd, voorzien van dubbele, op korte afstand van elkaar 25 gelegen evenwijdig lopende vouwgroeven, waaruit door ombuigen over de dubbele vouwlijnen een kokerprofiel-wandconstructie voor het driedimensionale voorwerp wordt verkregen. 1002541