WO2017042108A1 - Verfahren zum dreidimensionalen umformen von material - Google Patents
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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.
- the invention has for its object to propose a forming process with which this uncontrolled wrinkling is avoided.
- a forming process with which this uncontrolled wrinkling is avoided.
- thermoforming result This further improves the thermoforming result.
- wrinkle distribution can be further improved.
- spring-loaded against the sheet material can press and / or acting against the sheet material pressure of the pleat holder can be controlled or regulated.
- the diameter of the die is variable.
- the diameter of the die can also be deep-drawn conical.
- the diameter is not limited to circular deep drawing. Rather, all conceivable forms are possible. This includes just circular, oval, polygonal, square, etc.
- the die is constructed of segments that are movable relative to each other. As a result, the diameter can be changed in a simple manner.
- thermoforming piston is conical.
- thermoforming piston is variable in terms of its diameter, wherein segments may be provided which are mutually movable.
- thermoforming piston with variable diameter can be used very well in a conical die.
- One possibility for modifying the diameter of the deep-drawing piston is a construction of mutually adjustable segments.
- thermoforming piston is changeable by internal pressure in its shape and / or its dimensions, wherein the pressure can be established by means of compressed air or a hydraulic medium.
- Such a deep-drawing piston can be used both in a conical Martrize and in a variable diameter die. According to the invention, it has also proven to be very advantageous if in the axial direction to Tiefziehkolben a counter punch is provided, which presses the material during the forming against the deep-drawing 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.
- a calibration device in which the formed material is pressed against the piston.
- the resulting small wrinkles during forming can be equalized in a simple manner.
- Embodiment of the invention the material before, during and / or moistened after forming and / or calibration at least on one side.
- 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 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.
- 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.
- Fig. 1 is a schematic representation of the sequence of the invention
- Fig. 2 is a schematic representation of the process of the invention
- 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, as well as a conical in this exemplary embodiment bush-shaped die 4, which acts as the opposite of the piston 3.
- the material 2 is pressed by the piston 3 in the die 4.
- the material 2 is pressed by a fold holder 5 against the top of the die 4, so that it can only slip in controlled when entering the die 4.
- the piston 3 is formed variable. Either this is composed of segments, so that the respective diameter of the piston 3 can be changed by moving the segments to each other, or the piston 3 is changed by application of compressed air or a hydraulic medium in size and / or shape.
- the diameter of the piston 3 at any time at least approximately corresponding 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 closely abut each other. There should be at most a small gap. But it is also conceivable that the piston 3, the material 2 pressed slightly against the inside of the die 4.
- the fold holder 5 ensures that not only small and evenly distributed wrinkles during thermoforming of the material 2 arise, but these are at least largely equalized. If the piston 3 is slightly smaller with respect to the die 4, then it is also conceivable that the manufactured article 7, the formed part, is calibrated again after the forming process and the finely distributed wrinkles are pressed.
- the result is a smooth surface in the walls of the paper or cardboard deep drawn article.
- a conical piston 23 is provided, and the die 24 adapts its diameter to the respective position of the piston 23.
- the die 24 can for example be moved against each other
- the fold holder can spring loaded against the sheet material 2 press. But it is also possible a hydraulic, electromechanical or otherwise
- control or is configured adjustable.
- a combination between spring load and controlled or regulated hydraulic / pneumatic / actuators is also conceivable.
- the material 2 in the bottom region between the piston 3 and the counter punch 6 itself is transformed.
- 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 made against the actual pulling forming, whereby the scope in terms
- Calibrator 8 moves 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.
- gravity can also cause the generated articles 7 to fall out.
- the top wall area can be widened or an edge flange formed.
- This edge flange can be transferred either into a flat sealing edge or into a mouth roll.
- the material 2 can be moistened before or 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, impregnation or other treatment 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.
- a coating or treatment can also influence the deep-drawing process.
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Abstract
Verfahren zum dreidimensionalen Umformen von flächigem Material aus insbesondere Naturfasern, wie z.B. Papier oder Karton, mit einem Tiefziehkolben und einer Matrize, durch welche hindurch bzw. in welche hinein das Material hinein gezogen wird, wobei der Durchmesser des Tiefziehkolbens zuzüglich der Materialdicke des tiefzuziehenden Materials wenigstens annähernd dem Durchmesser der Matrize entspricht.
Description
Beschreibung
Verfahren zum dreidimensionalen Umformen von Material
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.
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 erfmdungs gemäß dadurch gelöst, dass der Durchmesser des Tiefziehkolbens zuzüglich der Materialdicke des tiefzuziehenden Materials wenigstens annähernd dem Durchmesser der Matrize entspricht.
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.
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.
Ebenfalls ist es gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sehr vorteilhaft, wenn die Matrize hülsenförmig ausgebildet ist, wobei eine konische Ausgestaltung vorgesehen sein kann.
Auch damit lassen sich konische Formen tiefziehen.
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 erfmdunsgemäß 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.
Erfmdungsgemäß 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 Ausfuhrungsbeispiels 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 Ausfuhrungsbeispiel 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
Patentansprüche
Verfahren zum dreidimensionalen Umformen von flächigem Material aus insbesondere Naturfasern, wie z.B. Papier oder Karton, mit einem
Tiefziehkolben und einer Matrize, durch welche hindurch bzw. in welche hinein das Material hinein gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der
Durchmesser des Tiefziehkolbens zuzüglich der Materialdicke des
tiefzuziehenden Materials wenigstens annähernd dem Durchmesser der Matrize entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Material zwischen der Matrize und einem sogenannten Faltenhalter eingeklemmt wird, wodurch das Material beim Umformen gezielt nachrutschen kann.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass 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.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Matrize veränderbar ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize aus Segmenten aufgebaut ist, die zueinander bewegbar sind.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Matrize hülsenförmig ausgebildet ist, wobei eine konische Ausgestaltung vorgesehen sein kann.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Tiefziehkolben konisch ausgebildet ist.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Tiefziehkolben hinsichtlich seines Durchmessers veränderbar ist, wobei Segmente vorgesehen sein können, die zueinander bewegbar sind.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß 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.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass 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.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Kalibriereinrichtung vorgesehen ist, in welcher das umgeformte Material gegen den Kolben gepresst wird.
12. 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.
13. 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.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur und/oder die Verarbeitungsfeuchte 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.
17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das offene Ende zu einem Siegelrand umgelegt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, 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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