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WO2014075663A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von geformten organoblechen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von geformten organoblechen Download PDF

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WO2014075663A1
WO2014075663A1 PCT/DE2013/100388 DE2013100388W WO2014075663A1 WO 2014075663 A1 WO2014075663 A1 WO 2014075663A1 DE 2013100388 W DE2013100388 W DE 2013100388W WO 2014075663 A1 WO2014075663 A1 WO 2014075663A1
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WO
WIPO (PCT)
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raw material
receptacles
blank
heated
contact strips
Prior art date
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Ceased
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PCT/DE2013/100388
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tristan Koslowski
Simon Geier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universitaet Stuttgart
Original Assignee
Universitaet Stuttgart
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitaet Stuttgart filed Critical Universitaet Stuttgart
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/88—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised primarily by possessing specific properties, e.g. electrically conductive or locally reinforced
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    • B29C45/14221—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles the inserts being deformed or preformed, e.g. by the injection pressure by tools, e.g. cutting means
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    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B13/00—Conditioning or physical treatment of the material to be shaped
    • B29B13/02—Conditioning or physical treatment of the material to be shaped by heating
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    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C2035/0211—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould resistance heating
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    • B29C2045/14237—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles the inserts being deformed or preformed, e.g. by the injection pressure the inserts being deformed or preformed outside the mould or mould cavity
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    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14467—Joining articles or parts of a single article

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for producing three-dimensionally shaped organic sheets of planar, fiber-reinforced, thermoplastic and electrically conductive raw material, wherein the raw material is received by means of a handling device with a plurality of arranged in a plane recordings and the raw material by means of an electrical contacting device with a plurality Raw material electrically connecting contact strips of a power supply device is heated.
  • organo sheets are used due to their low weight instead of sheet metal parts.
  • Such organo sheets are formed from three-dimensionally shaped plastic parts, which are made of flat, planar raw materials by means of forming processes.
  • DE 10 2009 016 215 A1 describes a process for the production of organic sheets, in which a mold is heated to a temperature sufficient for plastic deformation of the semifinished product. Due to the high heat capacity of the mold a heating of the mold is energy consuming. Furthermore, a separate tool mold must be produced and kept available for each shape of the organic sheet.
  • German patent application No. 10 201 1 054 287.6, unpublished, describes a process for the production of organic sheets of electrically conductive raw material in which the raw material is already preheated during transport to a mold.
  • a cycle rate of the production of organo sheets can be shortened, but can not be dispensed with a mold adapted to the desired shape.
  • the method further provides for providing the organo-sheet formed in the tool mold with a second component by means of an injection-molding process in the same tool mold.
  • the object of the invention is to simplify the production of organo sheets and to shorten the cycle times of the production of these.
  • the proposed process for the production of three-dimensionally shaped organic sheets of flat, fiber-reinforced, thermoplastic and electrically conductive raw material contains at least the following process steps:
  • the raw material is received by means of a handling device with a plurality of in-plane receptacles, for example, from a storage device in which the raw material is stacked or brought in the form of individual prefabricated plates,
  • the raw material is heated by means of an electrical contacting device with a plurality of contact strips of a power supply device that electrically connect the raw material,
  • the raw material is partially heated within at least one area of the raw material bounded by two receptacles,
  • the plastic plates are preferably flat, but the inventive idea also includes pre-curved plastic plates.
  • the plastic plates consist of a plastic matrix of a thermoplastic and a component for reinforcement preferably in the form of fibers.
  • the plastic used is electrically conductive, so that when applying a voltage resistance heating of the plastic is achieved, which leads to sufficient softening of the plastic with sufficient supply of electrical energy, so that the plastic plate can be bent.
  • the electrical conduction can be achieved by means of the reinforcing component and / or the plastic matrix. Preference is given to using electrically conductive fibers such as graphite fibers or graphite balls.
  • the total amount of the reinforcing component may be composed of conductive material and non-conductive material, for example glass fibers. Partial application of electrical energy will cause local softening of the plastic sheets is achieved in one or more surface areas and a simple geometric shape, for example, in a softened area an angled plastic part is obtained. If a plurality of bends on surface areas of the plastic part with, if necessary, non-parallel arrangements of the receptacles which entangle a plastic plate with different degrees of strength, a large selection of geometric shapes in the sense of a 2.5D shape (2.5-dimensional) without tool mold and by means of only a single handling device are provided. For this purpose, the recordings can be controlled essentially freely programmable.
  • organo sheet is, on the one hand, to be understood as a three- or 2.5-dimensional product produced exclusively from a flat raw material.
  • a blank produced by the proposed method can be connected by means of another component, for example by means of an injection molding process, wherein such a product may also constitute an organic sheet.
  • a formed after an at least partial cooling blank in an injection mold and a second component made of plastic without further plastic change of the blank are molded onto the blank.
  • the blank may be one or more molded parts of the second component in terms of its design.
  • an organic sheet may contain, for example, a part which is injection-molded with respect to a blank from the second component and on which one or more blanks are arranged. In this case, the previously formed blanks are placed in a corresponding injection mold.
  • the forming of the raw material and insertion of the or the blanks can be done by means of a single handling device in a train.
  • a shortening of the cycle time in a process for the production of organic sheets with a molded in an injection mold second component can be achieved by the deformed and inserted into the injection mold and there not converted reshaped heated during a transport of a storage device in the injection mold and reshaped ,
  • the heating and forming preferably takes place within a cycle time of an injection process of the second component to the blank.
  • more complex shapes can be achieved, for example, after the heating and forming of the blank after insertion into a mold, for example, a separately formed mold or the injection mold, for example, after a partial or complete cooling and optionally reheating, for example, by the preheated Formerneut additionally is transformed.
  • heated blank next to a compound with molded second components alternatively or additionally be connected to at least one solid body, for example made of metal or a hard or non-destructive fusible plastic by this at least one body is introduced into the heated area such as surface area of the blank or completely penetrates , After cooling of the blank, such a body is firmly connected to the blank or at least connected captive.
  • at least one solid body for example made of metal or a hard or non-destructive fusible plastic
  • the proposed apparatus for the production of three-dimensional sheets of organo sheet contains at least one handling device with receptacles for receiving the raw material and a power supply device with contact strips for applying electrical energy to the raw material.
  • the power supply device can be integrated in the handling device, for example a gripper, industrial robot and the like.
  • the handling device and its receptacles and contact strips can be designed to be programmable to form corresponding spatial shapes. For this purpose, for example, the images mechanically to shift the softened surface areas against each other and the power supply device by means of a corresponding control of electrical variables such as current, voltage. Power and the like to form corresponding temperature profiles on the raw material controlled accordingly.
  • At least two contact strips act on a surface region of the raw material with electrical energy, and at least two receptacles are displaceable relative to one another on the handling device and arranged adjacent to the surface region.
  • the flat raw material is recorded, for example, by means of recordings like a clip on both sides. The images can open like scissors and record the flat raw material between them.
  • the contact strips for one or both sides application of electrical energy contact strips can be arranged on all or part of the recordings.
  • the contact strips may be arranged independently of the receptacles.
  • the term contact strips can point-like, linear and / or surface contacts are provided to the raw material.
  • FIG. 1 shows a device for forming flat plastic plates into shaped ones
  • Figure 2 shows the device of Figure 1 with a flat plastic plate before a forming process in a schematic representation
  • FIG. 3 shows the device 1 with the formed plastic plate
  • Figure 4 shows a section through an injection mold with inserted plastic plate in a schematic representation
  • Figure 5 is a three-dimensional, schematic representation of an organo-sheet produced from two components.
  • Figure 1 shows an overview and schematically the device 1 for receiving, heating and non-forming a flat plastic plate 2 of raw material containing thermoplastic material with an electrically conductive, a resistance heating of the plastic plate 2 enabling proportion, such as graphite fibers.
  • the device 1 contains the handling device 3 with the receptacles 4, which grip the plastic plate 2 at predetermined positions and hold.
  • electrical contact strips 5 are mounted, which produce an electrical contact between a not shown, for example, attached to the handling device or via this electrical energy in the plastic plate 2 feeding and optionally programmable power supply device and the plastic plate 2.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an enlarged detail of FIG. 1 with the plastic plate 2, which is shown in a checkered pattern for a better allocation of its surface geometry.
  • the receivers 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f grip the plastic plate 2 in the manner of a clip and form contact strips 5a, 5b, 5c, 5d arranged on the receptacles 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f by means of the current supply leads 6 and 5e, 5f, a transport and Stromeaufschlagungs founded for forming a partial resistance heating of the plastic plate 2.
  • the receptacles 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f spaced apart and can twisted against each other, shifted, pivoted or similarly shifted against each other.
  • the surface region 7 between the contact strips 5a, 5b, the surface region 7a between the contact strips 5c, 5d and the surface region 7b between the contact strips 5e, 5f is subjected to electrical energy.
  • the surface areas 7, 7a, 7b specification of the polarities +, - the remaining surfaces of the plastic plate 2 are not subjected to an electrical potential and therefore not heated.
  • FIG. 3 shows the arrangement of FIG. 2 after a forming process with the reshaped organic sheet 8, which can be finished in this phase or further processed as a blank 9.
  • the receptacle 4a relative to the receptacle 4b is rotated in the direction of the arrow 10, wherein the parallel arrangement of the receptacles 4a, 4b is maintained , In this case, the non-softened surface region 7c folds down relative to the original plane of the plastic plate 2.
  • the receptacles 4d, 4e are rotated relative to the receptacles 4c, 4f by lowering one end thereof in the direction of the arrow 11 and raising the other end in the direction of the arrow 12, so that the parallelism with the receptacles 4c, 4f is abandoned.
  • the surface regions 7a, 7b are folded in relation to the original plane of the plastic plate 2.
  • the receptacles 4b, 4c, 4f serve to support the plastic plate 2 and remain unchanged during the forming process. It is understood that the arrangement and number as well as further geometric operations of the images are adapted to the spatial form of an organic sheet to be produced and are accordingly covered by the inventive idea.
  • FIG. 4 schematically shows a section through a blank 9a made from a flat plastic plate according to FIGS. 2 and 3, which is inserted into the injection mold 13 in an already formed state.
  • a second component made of plastic is injected by means of an injection molding and connected to the blank 9a.
  • FIG. 5 shows a 3D view of one of the blank 9a and the second component 15 by means of an organo sheet 8a produced in the injection mold 13.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensional geformten Organoblechen (8) aus planem, faserverstärktem, thermoplastischem und elektrisch leitfähigem Rohmaterial, wobei das Rohmaterial mittels einer Handhabungseinrichtung mit mehreren in einer Ebene angeordneten Aufnahmen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) aufgenommen wird und das Rohmaterial mittels einer elektrischen Kontaktiereinrichtung mit mehreren das Rohmaterial elektrisch verbindenden Kontaktleisten einer Stromversorgungseinrichtung erwärmt wird. Um den einen Umformprozess des Rohmaterials einfacher und ohne Werkzeugformen ausführen zu können, wird mittels der Kontaktleisten das Rohmaterial innerhalb zumindest eines von zwei Aufnahmen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) begrenzten Flächenbereichs (7, 7a, 7b) des Rohmaterials partiell erwärmt und mittels einer Verlagerung der Aufnahmen (4a, 4d, 4e) aus der Ebene des Rohmaterials eine plastische Verformung des erwärmten Rohmaterials zu einem Organoblech (8) oder einem Rohteil (9) eines Organoblechs vorgenommen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von geformten Organoblechen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensional geformten Organoblechen aus planem, faserverstärktem, thermoplastischem und elektrisch leitfähigem Rohmaterial, wobei das Rohmaterial mittels einer Handhabungseinrichtung mit mehreren in einer Ebene angeordneten Aufnahmen aufgenommen wird und das Rohmaterial mittels einer elektrischen Kontaktiereinrichtung mit mehreren das Rohmaterial elektrisch verbindenden Kontaktleisten einer Stromversorgungseinrichtung erwärmt wird.
Insbesondere im Kraftfahrzeugbau, in der Luft- und Raumfahrttechnik und dergleichen werden sogenannte Organobleche infolge ihres geringen Gewichts anstatt Blechteilen eingesetzt. Derartige Organobleche sind aus dreidimensional geformten Kunststoffteilen gebildet, die aus planen, flächigen Rohmaterialien mittels Umformverfahren hergestellt sind. Hierbei wird beispielsweise in der DE 10 2009 016 215 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Organoblechen beschrieben, bei dem eine Werkzeugform auf eine zur plastischen Umformung des Halbzeugs ausreichende Temperatur aufgeheizt wird. Infolge der hohen Wärmekapazität der Werkzeugform ist eine Aufheizung der Werkzeugform energieaufwendig. Desweiteren muss für jede Form des Organoblechs eine separate Werkzeugform hergestellt und vorgehalten werden.
Aus der DE 103 51 178 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Organoblechen aus einem elektrisch leitfähigen Rohmaterial bekannt, bei dem das Halbzeug nach dem Einlegen in eine Werkzeugform mittels einer elektrischen Widerstandsheizung auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt und danach mittels der Werkzeugform in eine vorgegebene Form gebracht wird. Auch hier ist für jede Form des Organoblechs eine eigene Werkzeugform nötig.
In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 201 1 054 287.6 wird ein Verfahren zur Herstellung von Organoblechen aus elektrisch leitfähigem Rohmaterial beschrieben, bei dem das Rohmaterial bereits bei einem Transport zu einer Werkzeugform vorgewärmt wird. Hierdurch kann eine Taktrate der Herstellung von Organoblechen verkürzt, jedoch auf eine an die erwünschte Form angepasste Werkzeugform nicht verzichtet werden. Das Verfahren sieht weiterhin vor, das in der Werkzeugform geformte Organoblech mit einer zweiten Komponente mittels eines Spritzgießvorgangs in derselben Werkzeugform zu versehen. Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von Organoblechen zu vereinfachen und die Taktzeiten der Herstellung dieser zu verkürzen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 und durch den Gegenstand des Anspruchs 6 gelöst. Die diesen untergeordneten Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen wieder.
Das vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung von dreidimensional geformten Organoblechen aus planem, faserverstärktem, thermoplastischem und elektrisch leitfähigem Rohmaterial enthält zumindest folgende Verfahrensschritte:
das Rohmaterial wird mittels einer Handhabungseinrichtung mit mehreren in einer Ebene angeordneten Aufnahmen beispielsweise von einer Bevorratungseinrichtung, in der das Rohmaterial in Form von einzelnen vorkonfektionierten Platten gestapelt ist oder herangeführt wird, aufgenommen,
das Rohmaterial wird mittels einer elektrischen Kontaktiereinrichtung mit mehreren das Rohmaterial elektrisch verbindenden Kontaktleisten einer Stromversorgungseinrichtung erwärmt,
mittels der Kontaktleisten wird das Rohmaterial innerhalb zumindest eines von zwei Aufnahmen begrenzten Flächenbereichs des Rohmaterials partiell erwärmt,
mittels einer Verlagerung der Aufnahmen aus der Ebene des Rohmaterials wird eine plastische Verformung des erwärmten Rohmaterials zu einem Organoblech oder einem Rohteil eines Organoblechs vorgenommen.
Unter Rohmaterial sind hierbei bevorzugt zu Kunststoffplatten entsprechender Größe vorkonfektionierte Kunststoffe zu verstehen. Die Kunststoffplatten sind bevorzugt plan, unter den erfinderischen Gedanken fallen jedoch auch vorgekrümmte Kunststoffplatten. Die Kunststoffplatten bestehen aus einer Kunststoffmatrix eines thermoplastischen Kunststoffs und einer Komponente zur Verstärkung bevorzugt in Form von Fasern. Der verwendete Kunststoff ist elektrisch leitend, so dass bei Aufbringen einer Spannung eine Widerstandsheizung des Kunststoff erzielt wird, die bei ausreichender Zufuhr von elektrischer Energie zum Erweichen des Kunststoffs führt, so dass die Kunststoff platte gebogen werden kann. Die elektrische Leitung kann mittels der verstärkenden Komponente und/oder der Kunststoffmatrix erzielt werden. Bevorzugt werden elektrisch leitende Fasern wie Graphitfasern oder Graphitknäuel eingesetzt. Der Gesamtanteil der verstärkenden Komponente kann aus leitendem Material und nicht leitendem Material, beispielsweise Glasfasern zusammengesetzt sein. Durch partielles Aufbringen von elektrischer Energie wird eine lokale Erweichung der Kunststoffplatten in einem oder mehreren Flächenbereichen erzielt wird und eine einfache geometrische Form beispielsweise bei einem erweichten Flächenbereich ein abgewinkeltes Kunststoffteil gewonnen wird. Werden mehrere Biegungen an Flächenbereichen des Kunststoffteiles mit zueinander gegebenenfalls nicht parallelen Anordnungen der Aufnahmen, die eine Kunststoffplatte unterschiedlich stark verschränken, kann eine große Auswahl von geometrischen Formen im Sinne einer 2,5D-Form (2,5-dimensional) ohne Werkzeugform und mittels lediglich einer einzigen Handhabungseinrichtung vorgesehen werden. Hierzu können die Aufnahmen im Wesentlichen frei programmierbar gesteuert werden.
Unter Organoblech im Sinne der Erfindung ist einerseits ein ausschließlich aus einem planen Rohmaterial hergestelltes drei- beziehungsweise 2,5-dimensionales Produkt zu verstehen. Andererseits, kann ein mittels des vorgeschlagenen Verfahrens hergestellte Rohteil mittels einer weiteren Komponente beispielsweise mittels eines Spritzgießverfahrens verbunden werden, wobei ein derartiges Produkt ebenfalls ein Organoblech darstellen kann. In diesem Sinne kann beispielsweise ein nach einem zumindest teilweisen Abkühlen gebildetes Rohteil in eine Spritzgussform eingelegt und eine zweite Komponente aus Kunststoff ohne weitere plastische Veränderung des Rohteils an das Rohteil angespritzt werden. Das Rohteil kann bezüglich seiner Ausbildung eine oder mehrere angespritzten Teile der zweiten Komponente erhalten. Ebenso kann ein Organoblech beispielsweise aus einem gegenüber einem Rohteil großes aus der zweiten Komponente spritzgegossenes Teil enthalten, an dem ein oder mehrere Rohteile angeordnet sind. In diesem Fall werden die zuvor umgeformten Rohteile in ein entsprechendes Spritzgießwerkzeug eingelegt. Das Umformen des Rohmaterials und Einlegen des oder der Rohteile kann mittels einer einzigen Handhabungseinrichtung in einem Zug erfolgen.
Eine Verkürzung der Taktzeit bei einem Verfahren zur Herstellung von Organoblechen mit einer in einer Spritzgießform angeformten zweiten Komponente kann erzielt werden, indem das umgeformte und in die Spritzgießform eingelegte und dort nicht mehr umgeformte Rohteil während eines Transports von einer Bevorratungseinrichtung in das Spritzgusswerkzeug erwärmt und umgeformt wird. Die Erwärmung und Umformung erfolgt dabei bevorzugt innerhalb einer Taktzeit eines Spritzvorgangs der zweiten Komponente an das Rohteil. Desweiteren können weitere komplexere Formen erzielt werden, indem beispielsweise nach der Erwärmung und Umformung des Rohteils dieses nach dem Einlegen in eine Form, beispielsweise eine separat ausgebildete Form oder die Spritzgießform beispielsweise nach einem partiellen oder vollständigen Abkühlen und gegebenenfalls erneutem Anwärmen beispielsweise durch die vorgewärmte Formerneut zusätzlich umgeformt wird. Weiterhin kann das angewärmte Rohteil neben einer Verbindung mit angegossenen zweiten Komponenten alternativ oder zusätzlich mit zumindest einem festen Körper beispielsweise aus Metall oder einem schwer oder nicht zerstörungsfrei schmelzbaren Kunststoff verbunden werden, indem dieser zumindest eine Körper in den erwärmten Bereich wie Flächenbereich des Rohteils eingebracht wird oder diesen vollständig durchdringt. Nach dem Abkühlen des Rohteils ist ein derartiger Körper mit dem Rohteil fest verbunden oder zumindest verliersicher verbunden.
Die vorgeschlagene Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Organoblechen enthält zumindest eine Handhabungseinrichtung mit Aufnahmen zur Aufnahme des Rohmaterials und eine Stromversorgungseinrichtung mit Kontaktleisten zur Beaufschlagung des Rohmaterials mit elektrischer Energie. Die Stromversorgungseinrichtung kann in die Handhabungseinrichtung, beispielsweise einen Greifer, Industrieroboter und dergleichen integriert sein. Die Handhabungseinrichtung und deren Aufnahmen und Kontaktleisten können zur Ausbildung entsprechender Raumformen programmierbar ausgebildet sein. Hierzu werden beispielsweise die Aufnahmen mechanisch zur Verlagerung der erweichten Flächenbereiche gegeneinander und die Stromversorgungseinrichtung mittels einer entsprechenden Steuerung von elektrischen Größen wie Strom, Spannung. Leistung und dergleichen zur Ausbildung entsprechender Temperaturprofile an dem Rohmaterial entsprechend gesteuert. In bevorzugter Weise beaufschlagen hierbei zumindest zwei Kontaktleisten einen Flächenbereich des Rohmaterials mit elektrischer Energie und zumindest zwei Aufnahmen sind gegeneinander verlagerbar an der Handhabungseinrichtung gegeneinander verlagerbar und benachbart zu dem Flächenbereich angeordnet. Das plane Rohmaterial wird beispielsweise mittels Aufnahmen klammerartig an beiden Seiten aufgenommen. Die Aufnahmen können sich dabei scherenartig öffnen und das plane Rohmaterial zwischen sich aufnehmen. Zur Ausbildung einer Widerstandsheizung zur Erweichung eines oder mehrerer Flächenbereiche können an allen oder einem Teil der Aufnahmen die Kontaktleisten zur ein- oder beidseitigen Aufbringung von elektrischer Energie Kontaktleisten angeordnet sein. In weiteren Ausführungsformen können die Kontaktleisten unabhängig von den Aufnahmen angeordnet sein. Unter dem Begriff Kontaktleisten können punktförmige, linienförmige und/oder fläche Kontakte zu dem Rohmaterial vorgesehen sein.
Die Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine Vorrichtung zur Umformung von planen Kunststoffplatten zur geformten
Organoblechen in systematischer Darstellung,
Figur 2 Aufnahmen der Vorrichtung der Figur 1 mit einer planen Kunststoffplatte vor einem Umformprozess in schematischer Darstellung,
Figur 3 Aufnahmen der Vorrichtung 1 mit der umgeformter Kunststoffplatte,
Figur 4 einen Schnitt durch ein Spritzgießwerkzeug bei eingelegter Kunststoff platte in schematischer Darstellung
und
Figur 5 eine dreidimensionale, schematische Darstellung eines aus zwei Komponenten hergestellten Organoblechs.
Figur 1 zeigt im Überblick und schematisch die Vorrichtung 1 zur Aufnahme, Erwärmung und Unformung einer planen Kunststoffplatte 2 aus Rohmaterial enthaltend thermoplastischen Kunststoff mit einem elektrisch leitfähigen, eine Widerstandsheizung der Kunststoff platte 2 ermöglichenden Anteil, beispielsweise Graphitfasern. Die Vorrichtung 1 enthält die Handhabungseinrichtung 3 mit den Aufnahmen 4, die die Kunststoffplatte 2 an vorgegebenen Positionen greifen und festhalten. An den Aufnahmen sind elektrische Kontaktleisten 5 angebracht, die einen elektrischen Kontakt zwischen einer nicht dargestellten, beispielsweise an der Handhabungseinrichtung angebrachten beziehungsweise über diese elektrische Energie in die Kunststoffplatte 2 einspeisenden und gegebenenfalls programmierbaren Stromversorgungseinrichtung und der Kunststoff platte 2 herstellen.
Die Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung ein vergrößertes Detail der Figur 1 mit der Kunststoffplate 2, die zur besseren Zuordnung ihrer Oberflächengeometrie kariert dargestellt ist. Die Aufnahmen 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f ergreifen die Kunststoffplatte 2 klammerartig und bilden mittels der Stromzuführungen 6 und den an den Aufnahmen 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f angeordneten Kontaktleisten 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f eine Transport- und Strombeaufschlagungseinrichtung zur Ausbildung einer partiellen Widerstandsheizung der Kunststoffplatte 2. Je nach der vorgesehenen Ausbildung eines aus der Kunststoffplatte 2 umgeformten Formteils wie Organoblech sind die Aufnahmen 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f voneinander beabstandet angeordnet und können gegeneinander verdreht, verlagert, verschwenkt oder in ähnlicher Weise gegeneinander verlagert werden. Durch die Beaufschlagung mit elektrischer Energie werden dabei aufgrund der Anordnung der Kontaktleisten 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f und der mittels dieser eingetragenen elektrischen Energiemenge vorbestimmte partielle Flächenbereiche 7, 7a, 7b aufgrund des elektrischen Widerstands der Kunststoff platte 2 entsprechend erwärmt und können nach Erweichung der Flächenbereiche durch eine Verlagerung der Aufnahmen 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f gegeneinander aus der Ebene der Kunststoff platte 2 geformt und damit insgesamt eine räumliche Umformung der Kunststoffplatte 2 aus der Ebene der Kunststoffplatte 2 erzielt wird. ln dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Flächenbereich 7 zwischen den Kontaktleisten 5a, 5b, der Flächenbereich 7a zwischen den Kontaktleisten 5c, 5d und der Flächenbereich 7b zwischen den Kontaktleisten 5e, 5f mit elektrischer Energie beaufschlagt. Durch die über die Flächenbereiche 7, 7a, 7b wechselnde Vorgabe der Polaritäten +, - werden die übrigen Flächen der Kunststoffplatte 2 nicht mit einem elektrischen Potential beaufschlagt und daher nicht erwärmt.
Die Figur 3 zeigt die Anordnung der Figur 2 nach einem Umformungsprozess mit dem umgeformten Organoblech 8, welches in dieser Phase fertiggestellt sein oder als Rohteil 9 weiterverarbeitet werden kann. Im erweichten Zustand der Flächenbereiche 7, 7a, 7b wird zur Erzielung der Raumform des Organblechs 8 aus der Kunststoffplatte 2 der Figur 2 die Aufnahme 4a gegenüber der Aufnahme 4b in Richtung des Pfeils 10 verdreht, wobei die parallele Anordnung der Aufnahmen 4a, 4b erhalten bleibt. Hierbei klappt der nicht erweichte Flächenbereich 7c gegenüber der ursprünglichen Ebene der Kunststoffplatte 2 ab. Weiterhin werden die Aufnahmen 4d, 4e gegenüber den Aufnahmen 4c, 4f verdreht, indem ein Ende dieser in Richtung des Pfeils 11 abgesenkt und das andere Ende in Richtung des Pfeils 12 angehoben wird, so dass die Parallelität zu den Aufnahmen 4c, 4f aufgegeben wird. Demzufolge werden die Flächenbereiche 7a, 7b gegenüber der ursprünglichen Ebene der Kunststoffplatte 2 verschränkt. Die Aufnahmen 4b, 4c, 4f dienen dabei der Stütze der Kunststoffplatte 2 und bleiben während des Umformvorgangs unverändert. Es versteht sich, dass Anordnung und Anzahl sowie weitere geometrische Operationen der Aufnahmen an die herzustellende Raumform eines Organoblechs angepasst werden und entsprechend von dem erfinderischen Gedanken umfasst sind.
Die Figur 4 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein aus einer planen Kunststoffplatte entsprechend den Figuren 2 und 3 hergestelltes Rohteil 9a, das in bereits umgeformtem Zustand in das Spritzgießwerkzeug 13 eingelegt ist. In die freibleibende Kontur 14 wird mittels eines Spritzgießverfahrens eine zweite Komponente aus Kunststoff eingespritzt und mit dem Rohteil 9a verbunden.
Die Figur 5 zeigt eine 3D-Ansicht eines aus dem Rohteil 9a und der zweiten Komponente 15 mittels eines in dem Spritzgießwerkzeug 13 hergestellten Organoblechs 8a. Bezugszeichenliste Vorrichtung
Kunststoffplatte
Handhabungseinrichtung
Aufnahme
a Aufnahme
b Aufnahme
c Aufnahme
d Aufnahme
e Aufnahme
f Aufnahme
Kontaktleiste
a Kontaktleiste
b Kontaktleiste
c Kontaktleiste
d Kontaktleiste
e Kontaktleiste
f Kontaktleiste
Zuleitung
Flächenbereich
a Flächenbereich
b Flächenbereich
c Flächenbereich
Organoblech
a Organoblech
Rohteil
a Rohteil
0 Pfeil
1 Pfeil
2 Pfeil
3 Spritzgießwerkzeug
4 Kontur
5 Komponente

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von dreidimensional geformten Organoblechen (8, 8a) aus planem, faserverstärktem, thermoplastischem und elektrisch leitfähigem Rohmaterial, wobei das Rohmaterial mittels einer Handhabungseinrichtung (3) mit mehreren in einer Ebene angeordneten Aufnahmen (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) aufgenommen wird und das Rohmaterial mittels einer elektrischen Kontaktiereinrichtung mit mehreren das Rohmaterial elektrisch verbindenden Kontaktleisten (5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) einer Stromversorgungseinrichtung erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Kontaktleisten (5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) das Rohmaterial innerhalb zumindest eines von zwei Aufnahmen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) begrenzten Flächenbereichs (7, 7a, 7b) des Rohmaterials partiell erwärmt und mittels einer Verlagerung der Aufnahmen (4a, 4c, 4d, 4e) aus der Ebene des Rohmaterials eine plastische Verformung des erwärmten Rohmaterials zu einem Organoblech (8) oder einem Rohteil (9, 9a) eines Organoblechs (8a) vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das nach einem zumindest teilweisen Abkühlen gebildete Rohteil (9a) in eine Spritzgussform (13) eingelegt und eine zweite Komponente (15) aus Kunststoff ohne weitere Umformung des Rohteils (9a) an das Rohteil (9a) angespritzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial während eines Transports von einer Bevorratungseinrichtung in das Spritzgusswerkzeug (13) umgeformt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung des Rohmaterials innerhalb einer Taktzeit eines Spritzvorgangs der zweiten Komponente (15) an das Rohteil (9a) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere von einer einzigen Handhabungseinrichtung (3) aufgenommene und umgeformte Rohteile (9a) in die Spritzgussform (13) eingelegt werden und mittels der zweiten Komponente (15) ein Organoblech gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohteil (9, 9a) nach Einlegen in eine Form zusätzlich umgeformt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einen erwärmten begrenzten Flächenbereich (7, 7a, 7b) zumindest ein Körper teilweise oder den zumindest einen Flächenbereich (7, 7a, 7b) durchdringend eingebracht wird.
8. Vorrichtung (1) zur Herstellung von dreidimensionalen Organoblechen (8) gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 mit einer Handhabungseinrichtung (3) mit Aufnahmen (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) zur Aufnahme des Rohmaterials, einer Stromversorgungseinrichtung mit Kontaktleisten (5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) zur Beaufschlagung des Rohmaterials mit elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Kontaktleisten (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) zumindest einen Flächenbereich (7, 7a, 7b) des Rohmaterials mit elektrischer Energie beaufschlagen und zumindest zwei Aufnahmen (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) gegeneinander verlagerbar an der Handhabungseinrichtung (3) und benachbart zu dem zumindest einen Flächenbereich (7, 7a, 7b) angeordnet sind.
9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (4, 4a, 4b, 4c, 4d ,4e, 4f) das Rohmaterial klammerartig an beiden Seiten aufnehmen.
10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem Teil der Aufnahmen (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) Kontaktleisten (5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) angeordnet sind.
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