DE102018129319A1 - Method of manufacturing a thermoformed composite component - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines thermogeformten Verbundbauteils aus einem thermoformbaren Halbzeug (11) und wenigstens einem Einlegeelement (12). Bei dem Verfahren wird ein bereitgestelltes Halbzeug (11) auf eine Umformtemperatur erwärmt und durch Aufbringen von Unterdruck und/ oder Überdruck an die dem Halbzeug (11) zugewandte Oberfläche eines bereitgestellten Einlegeelements (12) angelegt, wodurch sich abhängig von dem jeweils zum Anlegen an die Oberfläche erforderlichen Umformgrad variierende Wandstärken (16) ausbilden. Zum Herstellen eines thermogeformten Verbundbauteils (10) mit im Wesentlichen gleichmäßigen Wandstärken (19) weist das Einlegeelement (12) variierende Wandstärken (18) auf.The invention relates to a method for producing a thermoformed composite component from a thermoformable semifinished product (11) and at least one insert element (12). In the method, a semifinished product (11) is heated to a forming temperature and is applied to the surface of a provided insert element (12) facing the semifinished product (11) by applying underpressure and / or overpressure, as a result of which the respective application is applied to the Form the required degree of deformation of varying wall thicknesses (16). To produce a thermoformed composite component (10) with essentially uniform wall thicknesses (19), the insert element (12) has varying wall thicknesses (18).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines thermogeformten Verbundbauteils aus einem Halbzeug und wenigstens einem Einlegeelement, wobei das Halbzeug auf eine Umformtemperatur erwärmt wird und sich das erwärmte Halbzeug durch Aufbringen von Unterdruck und/ oder Überdruck an die ihm zugewandte Oberfläche des Einlegeelements anlegt, sowie ein mit diesem Verfahren hergestelltes Verbundbauteil mit im Wesentlichen gleichmäßiger Wandstärke.The invention relates to a method for producing a thermoformed composite component from a semifinished product and at least one insert element, the semifinished product being heated to a shaping temperature and the heated semifinished product applying pressure to the surface of the insert element facing it, and a Composite component produced by this method with an essentially uniform wall thickness.

Das Herstellen thermogeformter Verbundbauteile ist beispielsweise aus der internationalen Patentanmeldung WO 02/072325 A1 bekannt. Dabei wird ein thermoformbares Halbzeug erwärmt und über ein Werkzeug bzw. ein Einlege- oder Trägerelement gezogen bzw. an dieses angeformt. Solche Einlege- bzw. Trägerelemente können beispielsweise zur Verstärkung des Verbundbauteils dienen, und/ oder Funktionselemente in dieses integrieren, wie beispielsweise Verstärkungen, Befestigungseinrichtungen oder dergleichen.The manufacture of thermoformed composite components is, for example, from the international patent application WO 02/072325 A1 known. In this case, a thermoformable semi-finished product is heated and pulled over or molded onto a tool or an insert or carrier element. Such insertion or support elements can be used, for example, to reinforce the composite component and / or integrate functional elements into it, such as reinforcements, fastening devices or the like.

Abhängig von der abzubildenden Geometrie wird das thermoformbare Halbzeug beim Thermoformen mitunter sehr stark verformt, woraus sich eine Abnahme der Wandstärke in diesen Bereichen ergibt. Da sich das Halbzeug abhängig von der Geometrie eines Werkzeugs oder Einlegeelements ungleichmäßig verformt, variiert die Wandstärke des thermogeformten Halbzeugs ebenso ungleichmäßig. Dies führt zu einer inhomogenen Wandstärkenverteilung des Halbzeugs und damit auch des Bauteils. Hieraus ergeben sich technische Nachteile wie ein schlechter Kraftfluss, eine verringerte Maßhaltigkeit sowie auch Verformungsspuren und damit optische Defizite der Oberfläche solcher Verbundbauteile.Depending on the geometry to be imaged, the thermoformable semi-finished product is sometimes deformed to a great extent during thermoforming, which results in a decrease in the wall thickness in these areas. Since the semi-finished product deforms non-uniformly depending on the geometry of a tool or insert element, the wall thickness of the thermoformed semi-finished product also varies unevenly. This leads to an inhomogeneous wall thickness distribution of the semi-finished product and thus also of the component. This results in technical disadvantages such as poor power flow, reduced dimensional stability and also traces of deformation and thus optical deficits in the surface of such composite components.

Hiervon ausgehend stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen thermogeformter Verbundbauteile vorzuschlagen, welche insbesondere eine im Wesentlichen gleichmäßige Wandstärke aufweisen. Dies wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Proceeding from this, the object of the invention is to propose an improved method for producing thermoformed composite components, which in particular have an essentially uniform wall thickness. This is achieved according to the invention by the teaching of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Herstellen eines thermogeformten Verbundbauteils aus einem thermoformbaren Halbzeug und wenigstens einem Einlegeelement vorgeschlagen, mit folgenden Schritten:

  • - Bereitstellen des thermoformbaren Halbzeugs;
  • - Bereitstellen des wenigstens einen Einlegeelements;
  • - Erwärmen des Halbzeugs auf eine Umformtemperatur;
  • - Umformen des Halbzeugs durch Aufbringen von Unterdruck und/ oder Überdruck auf das erwärmte Halbzeug, wobei sich das Halbzeug an die ihm zugewandte Oberfläche des Einlegeelements anlegt und abhängig von dem jeweils zum Anlegen an die Oberfläche erforderlichen Umformgrad variierende Wandstärken ausbildet.
Um ein thermogeformtes Verbundbauteil mit im Wesentlichen gleichmäßigen Wandstärken herzustellen, weist das Einlegeelement variierende Wandstärken auf, welche die sich beim Umformen ausbildenden variierenden Wandstärken des Halbzeugs im Wesentlichen ausgleichen, so dass sich beim Umformen ein Verbundbauteil mit im Wesentlichen gleichmäßigen Wandstärken ausbildet.To achieve the object, a method for producing a thermoformed composite component from a thermoformable semi-finished product and at least one insert element is proposed, with the following steps:
  • - Providing the thermoformable semi-finished product;
  • - Providing the at least one insert element;
  • - Heating the semi-finished product to a forming temperature;
  • - Forming the semifinished product by applying negative pressure and / or excess pressure to the heated semifinished product, the semifinished product contacting the surface of the insert element facing it and forming varying wall thicknesses depending on the degree of deformation required to apply it to the surface.
In order to produce a thermoformed composite component with essentially uniform wall thicknesses, the insert element has varying wall thicknesses which essentially compensate for the varying wall thicknesses of the semifinished product that are formed during the forming, so that a composite component with essentially uniform wall thicknesses is formed during the shaping.

In einem weiteren Verfahrensschritt kann ein Zuschneiden des so hergestellten Verbundbauteils auf eine gewünschte Form erfolgen.In a further process step, the composite component produced in this way can be cut to a desired shape.

Durch das vorgeschlagene Verfahren sind Verbundbauteile mit im Wesentlichen gleichmäßigen Wandstärken herstellbar, die verbesserte Eigenschaften gegenüber mit bekannten Verfahren hergestellten Verbundbauteilen aufweisen. So ergibt sich aus den mit dem Verfahren erreichten gleichmäßigeren Wandstärken ein verbesserter Kraftfluss im Verbundbauteil sowie eine erhöhte Bauteilsteifigkeit. Zudem wird eine erhöhte Maßhaltigkeit der Verbundbauteile erreicht. Ebenfalls aus ungleichmäßigen Wanddicken resultierende optische Defizite der Oberflächenerscheinung an Sichtflächen wie beispielsweise Fließlinien werden durch das Verfahren ebenfalls reduziert.The proposed method can be used to produce composite components with essentially uniform wall thicknesses, which have improved properties compared to composite components produced using known methods. The more uniform wall thicknesses achieved with the process result in an improved flow of force in the composite component and increased component rigidity. In addition, an increased dimensional accuracy of the composite components is achieved. The method also reduces optical deficits in surface appearance on visible surfaces, such as flow lines, which also result from uneven wall thicknesses.

Im ersten Verfahrensschritt wird ein thermoformbares Halbzeug bereitgestellt. Als thermoformbares Halbzeug eignen sich beispielsweise Folien oder Platten aus einem thermoformbaren Kunststoff, wie insbesondere einem Thermoplast. Häufig zum Thermoformen verwendete Kunststoffe sind Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polycarbonat (PC), oder Polyvinylchlorid (PVC). Zudem sind auch viele andere Materialen zum Herstellen eines thermogeformten Verbundbauteils mit dem vorgeschlagenen Verfahren verwendbar, wie beispielsweise thermoformbare Kunstleder, die beispielsweise einen textilen Grundträger und eine geeignete Kunststoffdeckschicht aufweisen. Auch andere warmumformbare Werkstoffe, wie beispielsweise Glas eignen sich zum Thermoformen. Das verwendete Halbzeug kann dabei bereits eine dem herzustellenden Verbundbauteil angepasste Geometrie aufweisen oder erst nach dem eigentlichen Herstellen des Verbundbauteils entsprechend zugeschnitten werden.In the first process step, a thermoformable semi-finished product is provided. Suitable thermoformable semi-finished products are, for example, films or sheets made of a thermoformable plastic, such as, in particular, a thermoplastic. Plastics frequently used for thermoforming are polypropylene (PP), polystyrene (PS), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polycarbonate (PC), or polyvinyl chloride (PVC). In addition, many other materials for producing a thermoformed composite component can be used with the proposed method, such as thermoformable synthetic leather, which have, for example, a textile base support and a suitable plastic cover layer. Other hot-formable materials, such as glass, are also suitable for thermoforming. The semi-finished product used can already have a geometry that is adapted to the composite component to be produced, or can be cut to size accordingly only after the actual production of the composite component.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird wenigstens ein Einlegeelement bereitgestellt. Abhängig von dem herzustellenden Verbundbauteil kann dieses auch mehr als ein Einlegeelement aufweisen. Ein solches Einlegeelement kann aus einem gleichen oder ähnlichen Werkstoff hergestellt sein, wie das Halbzeug selbst, woraus sich Bauteile mit besonders homogenen Bauteileigenschaften herstellen lassen. In gleicher Weise können solche Einlegeelemente aber auch aus einem anderen Werkstoff wie das Halbzeug hergestellt sein, beispielsweise um gewünschte Eigenschaften des hergestellten Verbundbauteils vorzusehen. Beispielsweise kann das Einlegeelement entsprechend aus einem Kunststoff oder einem Metall ausgebildet sein, um die gewünschten Eigenschaften für das Verbundbauteil bereit zu stellen.In a further method step, at least one insert element is provided. Dependent the composite component to be produced can also have more than one insert element. Such an insert element can be made of the same or similar material as the semi-finished product itself, from which components with particularly homogeneous component properties can be produced. In the same way, such insert elements can also be made of a different material from the semi-finished product, for example in order to provide desired properties of the composite component produced. For example, the insert element can be formed from a plastic or a metal in order to provide the desired properties for the composite component.

Im nächsten Verfahrensschritt erfolgt ein Erwärmen des Halbzeugs auf eine Umformtemperatur, bei welcher das Halbzeug unter Aufbringung geringerer Kräfte an das wenigstens eine Einlegeelement bzw. Werkzeug anlegbar ist.In the next process step, the semi-finished product is heated to a forming temperature at which the semi-finished product can be applied to the at least one insertion element or tool with the application of lower forces.

Im nächsten Verfahrensschritt erfolgt ein Umformen des Halbzeugs durch Aufbringen von Unterdruck und/ oder Überdruck auf das erwärmte Halbzeug. Durch das Aufbringen eines Unterdrucks und/ oder Überdrucks auf das Halbzeug wird dieses in Richtung des Einlegeelements bewegt. So wird ein Überdruck an der dem Einlegeelement gegenüber angeordneten Seite des Halbzeugs aufgebracht und ein Unterdruck auf der dem Einlegeelement zugewandten Seite des Halbzeugs. ein Unter- bzw. Überdruck wird üblicherweise mittels eines Stroms zusätzlicher Luft bzw. mittels dem Anlegen eines Sogs bzw. sogenannten Vakuums in einem entsprechenden Raumbereich aufgebracht. Durch die vom Unterdruck bzw. Überdruck auf das Halbzeug aufgebrachten Kräfte legt sich dieses unter einer gleichzeitig am Halbzeug erfolgenden Umformung an die dem Halbzeug zugewandte Oberfläche des Einlegeelements an. Der erforderliche Umformgrad resultiert aus der Geometrie des Einlegeelements, sodass sich hiervon abhängig variierende Wandstärken des Halbzeugs ausbilden. Im Rahmen der Erfindung wird als Umformung ein Strecken des Halbzeugs bezeichnet, bei dem sich die Wandstärke des Halbzeugs verringert. Grundsätzlich ist auch ein Stauchen des Halbzeugs und damit eine Vergrößerung der Wandstärke möglich. Dies kommt meist nur in eng begrenzten Bereichen vor, so dass eine Vergrößerung der Wandstärke bei der Darstellung der Erfindung außer Betracht bleibt, obwohl diese im vorgeschlagenen Verfahren analog zum Strecken des Halbzeugs selbstverständlich auch berücksichtigt werden kann.In the next process step, the semi-finished product is formed by applying negative pressure and / or positive pressure to the heated semi-finished product. By applying a vacuum and / or overpressure to the semi-finished product, it is moved in the direction of the insert element. Thus, an overpressure is applied to the side of the semi-finished product opposite the insert element and a negative pressure is applied to the side of the semi-finished product facing the insert element. a negative or positive pressure is usually applied by means of a flow of additional air or by means of the application of a suction or so-called vacuum in a corresponding area. Due to the forces exerted on the semi-finished product by the vacuum or overpressure, the semi-finished product rests on the surface of the insert element facing the semi-finished product while being deformed simultaneously. The required degree of deformation results from the geometry of the insert element, so that depending on this, varying wall thicknesses of the semi-finished product are formed. In the context of the invention, stretching of the semifinished product is referred to as forming, in which the wall thickness of the semifinished product is reduced. Basically, it is also possible to compress the semi-finished product and thus increase the wall thickness. This usually only occurs in narrowly limited areas, so that an increase in the wall thickness is not taken into account in the illustration of the invention, although this can of course also be taken into account in the proposed method analogously to the stretching of the semi-finished product.

Um ein Verbundbauteil mit im Wesentlichen gleichmäßigen Wandstärken herzustellen wird das Verwenden eines Einlegeelements mit variierenden Wandstärken vorgeschlagen. Dabei weist ein solches Einlegeelement in den Bereichen eine größere Wandstärke auf, an denen das Halbzeug einer stärkeren Umformung ausgesetzt ist und daher eine geringere Wandstärke aufweist. So bildet das Einlegeelement zusammen mit dem Halbzeug die gewünschte, gleichmäßige Wandstärke aus. In solchen Bereichen, an denen das Halbzeug einer geringeren Umformung ausgesetzt ist und daher nach der Umformung eine größere Wandstärke aufweist, sind am Einlegeelement geringere Wandstärken vorgesehen, sodass dieses zusammen mit dem Halbzeug auch hier die gewünschte, gleichmäßige Wandstärke ausbildet. In Bereichen, in welchen das Halbzeug einer durchschnittlichen Umformung ausgesetzt ist, weist auch das Einlegeelement eine etwa durchschnittliche Wandstärke auf, um ebenfalls die gewünschte, gleichmäßige Wandstärke auszubilden. Das Einlegeelement kann dabei aus einem Werkstoff mit gleichen bzw. ähnlichen Eigenschaften wie das Halbzeug hergestellt sein, oder aus einem Werkstoff mit anderen, vorbestimmten Eigenschaften, um ein Verbundbauteil mit bestimmten vorgesehenen Eigenschaften herzustellen.In order to produce a composite component with essentially uniform wall thicknesses, the use of an insert element with varying wall thicknesses is proposed. Such an insert element has a greater wall thickness in the areas where the semi-finished product is subjected to a greater deformation and therefore has a smaller wall thickness. The insert element forms the desired, uniform wall thickness together with the semi-finished product. In those areas where the semi-finished product is exposed to a smaller deformation and therefore has a larger wall thickness after the deformation, smaller wall thicknesses are provided on the insert element, so that this, together with the semi-finished product, also forms the desired, uniform wall thickness here. In areas in which the semifinished product is subjected to an average deformation, the insert element also has an approximately average wall thickness in order to likewise form the desired, uniform wall thickness. The insert element can be made from a material with the same or similar properties as the semifinished product, or from a material with different, predetermined properties in order to produce a composite component with certain intended properties.

Durch das Zusammenspiel der durch die Umformung des Halbzeugs variierenden Wandstärken von Halbzeug und Einlegeteil wird durch das vorgeschlagene Verfahren ein Verbundbauteil mit im Wesentlichen gleichmäßigen Wandstärken ausgebildet. Die Wandstärke des Verbundbauteils wird daher vorliegend als „im Wesentlichen gleichmäßig“ bezeichnet, da abhängig von der Ausführungsform des Verbundbauteils auch Bereiche vorgesehen sein können, in welchen eine größere oder geringere Wandstärke des Verbundbauteils gewünscht bzw. erforderlich ist.Due to the interaction of the wall thicknesses of the semifinished product and the insert, which vary due to the shaping of the semifinished product, a composite component with substantially uniform wall thicknesses is formed by the proposed method. The wall thickness of the composite component is therefore referred to in the present case as “substantially uniform” since, depending on the embodiment of the composite component, areas can also be provided in which a greater or lesser wall thickness of the composite component is desired or required.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines thermogeformten Verbundbauteils werden die sich beim Anlegen an die Oberfläche des Einlegeelements ausbildenden variierenden Wandstärken des umgeformten Halbzeugs durch ein Simulationsverfahren bestimmt und die Wandstärken und insbesondere dessen Verteilung am Einlegeelement abhängig von den Simulationsergebnissen festgelegt. Dieser Verfahrensschritt kann insbesondere einen Teilschritt des Verfahrensschritts „Bereitstellen des wenigstens einen Einlegelements“ bilden. Mit dem Simulationsverfahren wird insbesondere der Umformgrad des Halbzeugs in den Bereichen errechnet, in welchen dieses im fertigen Verbundbauteil an einem Einlegeelement anliegt; entsprechend wird auf diese Weise auch die Wandstärke des Halbzeugs an jeder gewünschten Position des Halbzeugs bzw. des Einlegeelements bestimmt. Damit liegen die variierenden Wandstärken des Halbzeugs vor. Aus diesen Simulationsergebnissen lassen sich dann die variierenden Wandstärken des wenigstens einen Einlegeelements insbesondere zum Herstellen einer gewünschten, im Wesentlichen gleichmäßigen Wandstärke das Verbundbauteils festlegen.In one embodiment of the method for producing a thermoformed composite component, the varying wall thicknesses of the formed semifinished product that form when it is applied to the surface of the insert element are determined by a simulation method and the wall thicknesses and in particular its distribution on the insert element are determined depending on the simulation results. This method step can in particular form a sub-step of the method step “providing the at least one insert element”. The simulation method is used in particular to calculate the degree of deformation of the semi-finished product in the areas in which it rests on an insert element in the finished composite component; Accordingly, the wall thickness of the semi-finished product at any desired position of the semi-finished product or the insert element is determined in this way. The varying wall thicknesses of the semi-finished product are thus available. From these simulation results, the varying wall thicknesses of the at least one insert element, in particular for producing a desired, essentially uniform wall thickness, can then be determined for the composite component.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Einlegeelement mit einem additiven Fertigungsverfahren oder mit einem Urformverfahren hergestellt. Insbesondere für Verbundbauteile mit geringeren Stückzahlen können mithilfe eines additiven Fertigungsverfahrens individuell geformte Einlegeelemente mit variierenden Wandstärken hergestellt werden. Vorteilhaft ist dabei auch die Möglichkeit zum Ableiten der Geometrie eines Einlegeelements unmittelbar aus Ergebnissen einer Umformsimulation des Halbzeugs. Mittels additiver Fertigungsverfahren ist ferner das Herstellen von Einlegeelementen aus einer Vielzahl von geeigneten Werkstoffen möglich. So kann ein mit dem vorgeschlagenen Verfahren hergestelltes Verbundbauteil Bauteileigenschaften aufweisen, welche von einem „einteilig“ thermogeformten Bauteil selbst nicht ohne weiteres darstellbar sind. In one embodiment of the method, the insert element is produced using an additive manufacturing method or using an original molding method. For composite components with smaller quantities in particular, individually shaped insert elements with varying wall thicknesses can be produced using an additive manufacturing process. The possibility of deriving the geometry of an insert element directly from results of a forming simulation of the semi-finished product is also advantageous. Additive manufacturing processes also make it possible to manufacture insert elements from a large number of suitable materials. For example, a composite component produced using the proposed method can have component properties that cannot be readily represented by a “one-piece” thermoformed component itself.

Zusätzlich vorteilhaft bei einer Verwendung eines additiven Fertigungsverfahrens zum Herstellen eines Einlegeelements ist die Möglichkeit zum Anbringen diverser Funktionsstrukturen, welche insbesondere an mit einem konventionellen Thermoformverfahren hergestellten Bauteilen nicht ohne weiteres vorgesehen werden können, wie beispielsweise Befestigungseinrichtungen wie Schnapphaken, Hinterschnitte oder dergleichen. Darüber hinaus ist eine mit diesem Verfahren gefertigte strukturierte Oberfläche eines Einlegeelements vorteilhaft zum Herstellen eines mit einem Thermoformverfahren hergestellten Verbundbauteils. Die sich aus additiven Fertigungsverfahren ergebende Struktur eignet sich gewöhnlich gut zum Herstellen einer geeigneten Verbindung zwischen einem Einlegeelement und einem daran angeformten Halbzeug.An additional advantage when using an additive manufacturing method for producing an insert element is the possibility of attaching various functional structures, which in particular cannot easily be provided on components produced using a conventional thermoforming method, such as, for example, fastening devices such as snap hooks, undercuts or the like. In addition, a structured surface of an insert element produced using this method is advantageous for producing a composite component produced using a thermoforming method. The structure resulting from additive manufacturing processes is usually well suited for establishing a suitable connection between an insert element and a semifinished product formed thereon.

Das Einlegeelement kann insbesondere auch für Verbundbauteile mit höheren Stückzahlen mit einem Urformverfahren wie einen Gießverfahren hergestellt werden. So können insbesondere Einlegeelemente aus Kunststoff oder einem Leichtmetall in höheren Stückzahlen beispielsweise mittels eines Spritzgießverfahrens kostengünstig hergestellt werden. Auch für Urformverfahren können Ergebnisse aus der Umformsimulation des Halbzeugs insbesondere zum Herstellen der Gießform verwendet werden.The insert element can in particular also be produced for composite components with larger quantities using a master molding process such as a casting process. In particular, insert elements made of plastic or a light metal can be produced inexpensively, for example by means of an injection molding process. Results from the forming simulation of the semi-finished product can also be used for primary molding processes, in particular for producing the casting mold.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Einlegeelement wenigstens luftdurchlässige Bereiche auf. Solche luftdurchlässigen Bereiche sind insbesondere dann zweckmäßig, wenn das Halbzeug beim Umformen mittels Unterdruck an das Einlegeelement angeformt wird, um die sich zwischen dem Halbzeug und dem Einlegeelement sich befindende Luft durch das Einlegeelement abzuführen. So kann beispielsweise die Bildung von luftgefüllten Hohlräumen zwischen Halbzeug und Einlegeelement vermieden werden. Ein solcher luftdurchlässiger Bereich kann eine oder mehrere insbesondere kleine Öffnungen oder eine Art Perforierung mit einer Vielzahl kleiner Öffnungen wie Bohrungen oder Schlitzen aufweisen. Der mögliche Querschnitt solcher Öffnungen ist allerdings auf wenige zehntel Millimeter beschränkt, sofern ein Abzeichnen der Öffnungen an der dem Einlegeelement abgewandten Oberfläche unerwünscht ist.In one embodiment of the method, the insert element has at least air-permeable areas. Such air-permeable areas are particularly expedient if the semifinished product is formed on the insert element by means of negative pressure during the shaping in order to remove the air located between the semifinished product and the insert element through the insert element. For example, the formation of air-filled cavities between the semi-finished product and the insert element can be avoided. Such an air-permeable area can have one or more in particular small openings or a type of perforation with a large number of small openings such as bores or slots. The possible cross section of such openings is, however, limited to a few tenths of a millimeter if it is undesirable to mark the openings on the surface facing away from the insert element.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist die dem Halbzeug zugewandte Oberfläche des Einlegeelements strukturiert ausgebildet. Eine strukturierte Oberfläche begünstigt die Ausbildung einer guten Verbindung zwischen dem Einlegeelement und dem daran angeformten Halbzeug insbesondere durch Adhäsion. Zudem begünstigt eine strukturierte Oberfläche auch das Entweichen von Luft aus dem Raum zwischen dem Einlegeelement und dem Halbzeug während dem Herstellen der Verbindung zwischen Einlegeelement und dem Halbzeug, um die Bildung von luftgefüllten Hohlräumen zwischen Halbzeug und Einlegeelement zu vermeiden.In one embodiment of the method, the surface of the insert element facing the semifinished product is structured. A structured surface favors the formation of a good connection between the insert element and the semifinished product formed thereon, in particular by adhesion. In addition, a structured surface also favors the escape of air from the space between the insert element and the semifinished product during the connection between the insert element and the semifinished product, in order to avoid the formation of air-filled cavities between the semifinished product and the insert element.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird beim Bereitstellen des wenigstens einen Einlegeelements eine Vermittlerschicht auf die dem Halbzeug zugewandte Oberfläche des Einlegeelements aufgebracht. Eine solche Vermittlerschicht bildet eine geeignete Oberfläche auf dem Einlegeelement aus, die zum Herstellen einer guten Verbindung zur Oberfläche des Halbzeugs und damit zum Herstellen einer guten Verbindung zwischen Einlegeelement und Halbzeug geeignet ist.In one embodiment of the method, when the at least one insert element is provided, a mediator layer is applied to the surface of the insert element facing the semi-finished product. Such a mediator layer forms a suitable surface on the insert element which is suitable for establishing a good connection to the surface of the semifinished product and thus for establishing a good connection between the insert element and semifinished product.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Einlegeelement Hinterschneidungen auf, an welchen durch die Umformung des Halbzeugs an den Hinterschneidungen eine formschlüssige Verbindung mit dem Halbzeug hergestellt wird. Diese Hinterschneidungen sind so ausgebildet, dass sich das Halbzeug bei dessen Umformung diese hintergreifend am Einlegeelement anlegt.In one embodiment of the method, the insert element has undercuts, at which a positive connection with the semi-finished product is produced by the reshaping of the semi-finished product at the undercuts. These undercuts are designed so that the semifinished product engages behind the insert element when it is formed.

In einem weiteren Aspekt wird zur Lösung der Aufgabe ein Verbundbauteil vorgeschlagen, welches aus einem thermoformbaren Halbzeug und wenigstens einem Einlegeelement hergestellt ist, insbesondere mit einem Verfahren, das einen oder mehrere Aspekte der vorausgehenden Beschreibung aufweist. Das wenigstens eine Einlegeelement weist variierende Wandstärken auf, welche die durch eine Thermoumformung variierend ausgebildeten Wandstärken des Halbzeugs im Bereich des wenigstens einen Einlegeelements im Wesentlichen ausgleichen, so dass das Verbundbauteil eine im Wesentlichen gleichmäßige Wandstärke aufweist.In a further aspect, a composite component is proposed to solve the problem, which is made from a thermoformable semi-finished product and at least one insert element, in particular with a method that has one or more aspects of the preceding description. The at least one insert element has varying wall thicknesses, which essentially compensate for the wall thicknesses of the semifinished product, which are formed by thermoforming, in the region of the at least one insert element, so that the composite component has a substantially uniform wall thickness.

Das vorgeschlagene Verbundbauteil ist mit einem Verfahren entsprechend einem oder mehreren Aspekte der vorausgehenden Beschreibung herstellbar. Entsprechend weist dieses Verbundbauteil dann auch eines oder mehrere der bezüglich des Verfahrens zum Herstellen des thermogeformten Verbundbauteils beschriebenen Merkmale und Eigenschaften auf.The proposed composite component is with a method according to one or more aspects of the preceding description producible. Accordingly, this composite component then also has one or more of the features and properties described with respect to the method for producing the thermoformed composite component.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt

  • 1 eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Verfahrens zum Herstellen eines thermogeformten Verbundbauteils gemäß dem Stand der Technik; und
  • 2 eine schematische Darstellung des Ablaufs eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens.
Further features, advantages and possible uses of the invention result from the following description in connection with the figures. It shows
  • 1 a schematic representation of the sequence of a method for producing a thermoformed composite component according to the prior art; and
  • 2nd a schematic representation of the sequence of an exemplary method according to the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Verfahrens zum Herstellen eines thermogeformten Verbundbauteils gemäß dem Stand der Technik. In der oberen Darstellung A ist ein bereitgestelltes thermoformbares Halbzeug 11 in Form einer Platte aus einem thermoformbaren Kunststoff gezeigt sowie ein bereitgestelltes Einlegeelement 12, welches aus einem nicht thermoverformbaren Kunststoff hergestellt ist. Das Einlegeelement 12 weist eine im Wesentlichen, d. h. abgesehen von den angeformten Elementen 22 gleichmäßige Wandstärke 14 auf. Auch das bereitgestellte Halbzeug 11 weist eine gleichmäßige Wandstärke 13 auf. Oberhalb des Halbzeugs 11 ist eine Heizung 20 zum Erwärmen des Halbzeugs 11 auf eine Umformtemperatur angeordnet. 1 shows a schematic representation of the sequence of a method for producing a thermoformed composite component according to the prior art. In the top illustration A is a provided thermoformable semi-finished product 11 shown in the form of a plate made of a thermoformable plastic and a provided insert 12 , which is made of a non-thermoformable plastic. The insert element 12 has one essentially, ie apart from the molded elements 22 uniform wall thickness 14 on. Also the semi-finished product provided 11 has an even wall thickness 13 on. Above the semi-finished product 11 is a heater 20th for heating the semi-finished product 11 arranged at a forming temperature.

Weist das Halbzeug 11 eine entsprechende Umformtemperatur auf, wird dieses durch Aufbringen von Unterdruck und/ oder Überdruck umgeformt. Die dabei erfolgende Bewegung des Halbzeugs 11 zum Einlegeelement 12 hin ist in 1 durch die Pfeile 15 symbolisch dargestellt. Während der Umformung legt sich das Halbzeug 11 an die ihm zugewandte Oberfläche des Einlegeelements 12 an und bildet mit dem Einlegeelement 12 ein Verbundbauteil 10 aus, welches in der mittleren Darstellung B in 1 gezeigt ist. Wie in der Darstellung B gut erkennbar ist, bilden sich abhängig vom zum Anlegen an die Oberfläche erforderlichen Umformgrad am Halbzeug 11 variierende Wandstärken 16 aus.Instructs the semi-finished product 11 a corresponding forming temperature, this is formed by applying negative pressure and / or positive pressure. The movement of the semi-finished product 11 to the insert element 12 gone in 1 through the arrows 15 represented symbolically. The semi-finished product lays down during the forming process 11 to the surface of the insert element facing him 12 and forms with the insert element 12 a composite component 10th from which in the middle representation B in 1 is shown. As in the illustration B is clearly recognizable, is formed depending on the degree of deformation of the semi-finished product required for application to the surface 11 varying wall thicknesses 16 out.

In einem weiteren Verfahrensschritt kann das so ausgebildete Verbundbauteil 10 auf eine gewünschte Form zugeschnitten werden, die in der Darstellung C gezeigt ist. Dort ist auch erkennbar, dass die Wandstärke 17 des mit dem bekannten Verfahren hergestellten Verbundbauteils 10 abhängig vom Umformgrad des Halbzeugs 11 variiert. So ist die Wandstärke 17 im Zentrum des Verbundbauteils 10 größer als an den Rändern des Verbundbauteils 10. Dies ergibt sich durch den geringen Umformgrad des Halbzeugs 11 im zentralen Bereich der am Verbundbauteil 10 ausgebildeten Kugelform im Gegensatz zum hohen Umformgrad des Halbzeugs 11 im Seitenbereich der Kugelform, wo eine große Dehnung des Halbzeugs 11 erforderlich ist, um dieses an das Einlegeelement 12 anzulegen.In a further process step, the composite component designed in this way can 10th can be cut to a desired shape in the illustration C. is shown. There you can also see that the wall thickness 17th of the composite component produced by the known method 10th depending on the degree of deformation of the semi-finished product 11 varies. So is the wall thickness 17th in the center of the composite component 10th larger than at the edges of the composite component 10th . This results from the low degree of deformation of the semi-finished product 11 in the central area of the composite component 10th trained spherical shape in contrast to the high degree of deformation of the semi-finished product 11 in the side area of the spherical shape, where there is a large stretch of the semi-finished product 11 is required to attach this to the insert 12 to create.

2 zeigt eine schematische Darstellung des Ablaufs eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens, mit welchem Verbundbauteile 10 mit einer gleichmäßigen, homogenen Wandstärke 19 herstellbar sind. In der oberen Darstellung A ist auch in 2 ein bereitgestelltes thermoformbares Halbzeug 11, beispielsweise in Form einer Platte aus einem thermoformbaren Kunststoff gezeigt sowie ein bereitgestelltes Einlegeelement 12, welches beispielsweise aus einem nicht thermoverformbaren Kunststoff hergestellt ist. Das Einlegeelement 12 weist variierende Wandstärken 18 auf. Das bereitgestellte Halbzeug 11 weist bei dem dargestellten beispielhaften Verfahren eine gleichmäßige Wandstärke 13 auf. Oberhalb des Halbzeugs 11 ist eine Heizung 20 zum Erwärmen des Halbzeugs 11 auf eine Umformtemperatur angeordnet. 2nd shows a schematic representation of the sequence of an exemplary method according to the invention, with which composite components 10th with an even, homogeneous wall thickness 19th are producible. In the top illustration A is also in 2nd a provided thermoformable semi-finished product 11 , shown for example in the form of a plate made of a thermoformable plastic and a provided insert 12 , which is made for example from a non-thermoformable plastic. The insert element 12 exhibits varying wall thicknesses 18th on. The semi-finished product provided 11 has a uniform wall thickness in the exemplary method shown 13 on. Above the semi-finished product 11 is a heater 20th for heating the semi-finished product 11 arranged at a forming temperature.

Ist das Halbzeug 11 auf eine entsprechende Umformtemperatur erwärmt, wird dieses durch Aufbringen von Unterdruck und/ oder Überdruck umgeformt. Die dabei erfolgende Bewegung des Halbzeugs 11 zum Einlegeelement 12 hin ist durch die Pfeile 15 symbolisch dargestellt. Während der Umformung legt sich das Halbzeug 11 an die ihm zugewandte Oberfläche des Einlegeelements 12 an und bildet mit dem Einlegeelement 12 ein Verbundbauteil 10, welches in der mittleren Darstellung B in 2 gezeigt ist. Wie in der Darstellung B gut erkennbar ist, bilden sich auch bei dem in 2 dargestellten Verfahren abhängig vom zum Anlegen an die Oberfläche erforderlichen Umformgrad am Halbzeug 11 variierende Wandstärken 16 aus, die jedoch komplementär zu den variierenden Wandstärken 18 des Einlegeelements 12 sind. Entsprechend gleichen sich die beim Umformen ausgebildeten variierenden Wandstärken 16 des Halbzeugs 11 mit den variierenden Wandstärken 18 des Einlegeelements 12 aus, so dass sich beim Umformen ein Verbundbauteil 10 mit im Wesentlichen gleichmäßigen Wandstärken 19 ausbildet.Is the semi-finished product 11 heated to a corresponding forming temperature, this is formed by applying negative pressure and / or positive pressure. The movement of the semi-finished product 11 to the insert element 12 is through the arrows 15 represented symbolically. The semi-finished product lays down during the forming process 11 to the surface of the insert element facing him 12 and forms with the insert element 12 a composite component 10th which is in the middle representation B in 2nd is shown. As in the illustration B is clearly recognizable, also form in the in 2nd The method shown depends on the degree of deformation required on the semi-finished product for application to the surface 11 varying wall thicknesses 16 from, but complementary to the varying wall thicknesses 18th of the insert element 12 are. Accordingly, the varying wall thicknesses formed during the forming process are the same 16 of the semi-finished product 11 with the varying wall thicknesses 18th of the insert element 12 off, so that a composite component is formed 10th with essentially uniform wall thicknesses 19th trains.

In einem weiteren Verfahrensschritt kann das so ausgebildete Verbundbauteil 10 auf eine gewünschte Form zugeschnitten werden, die in der Darstellung C gezeigt ist. Dort ist auch erkennbar, dass die Wandstärke 19 des mit dem beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundbauteils 10 im Wesentlichen homogen und unabhängig vom Umformgrad des Halbzeugs 11 ausgebildet ist. So entspricht die Wandstärke 19 im Zentrum des Verbundbauteils 10 der Wandstärke 19 an den Rändern des Verbundbauteils 10, da die Wandstärke des Einlegeelements 12 im Zentrum des Verbundbauteils 10 entsprechend geringer ist, als an dessen Rändern.In a further process step, the composite component designed in this way can 10th can be cut to a desired shape in the illustration C. is shown. There you can also see that the wall thickness 19th of the composite component produced using the exemplary method according to the invention 10th essentially homogeneous and independent of the degree of deformation of the semi-finished product 11 is trained. So the wall thickness corresponds 19th in the center of the composite component 10th the wall thickness 19th on the edges of the composite component 10th , because the wall thickness of the Insert element 12 in the center of the composite component 10th is correspondingly less than at the edges.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010th
VerbundbauteilComposite component
1111
HalbzeugWorkpiece
1212
EinlegeelementInsert element
1313
gleichmäßige Wandstärke des Halbzeugsuniform wall thickness of the semi-finished product
1414
gleichmäßige Wandstärke des Einlegeelementsuniform wall thickness of the insert element
1515
Bewegung des HalbzeugsMovement of the semi-finished product
1616
variierende Wandstärken des Halbzeugsvarying wall thicknesses of the semi-finished product
1717th
variierende Wandstärken des Verbundbauteilsvarying wall thicknesses of the composite component
1818th
variierende Wandstärken des Einlegeelementsvarying wall thicknesses of the insert element
1919th
gleichmäßige Wandstärke des Verbundbauteilsuniform wall thickness of the composite component
2020th
Heizungheater
2222
angeformte Elementemolded elements

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • WO 02/072325 A1 [0002]WO 02/072325 A1 [0002]

Claims (8)

Verfahren zum Herstellen eines thermogeformten Verbundbauteils aus einem thermoformbaren Halbzeug (11) und wenigstens einem Einlegeelement (12) mit folgenden Schritten: - Bereitstellen des thermoformbaren Halbzeugs (11); - Bereitstellen des wenigstens einen Einlegeelements (12); - Erwärmen des Halbzeugs (11) auf eine Umformtemperatur; - Umformen des Halbzeugs (11) durch Aufbringen von Unterdruck und/ oder Überdruck auf das erwärmte Halbzeug (11), wobei sich das Halbzeug (11) an die ihm zugewandte Oberfläche des Einlegeelements (12) anlegt und abhängig von dem jeweils zum Anlegen an die Oberfläche erforderlichen Umformgrad variierende Wandstärken (16) ausbildet; dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen eines thermogeformten Verbundbauteils (10) mit im Wesentlichen gleichmäßigen Wandstärken (19) das Einlegeelement (12) variierende Wandstärken (18) aufweist, welche die beim Umformen ausgebildeten variierenden Wandstärken (16) des Halbzeugs im Wesentlichen ausgleichen, so dass sich beim Umformen ein Verbundbauteil (10) mit im Wesentlichen gleichmäßigen Wandstärken (19) ausbildet.Method for producing a thermoformed composite component from a thermoformable semi-finished product (11) and at least one insert element (12) with the following steps: - providing the thermoformable semi-finished product (11); - Providing the at least one insert element (12); - Heating the semi-finished product (11) to a forming temperature; - Forming the semifinished product (11) by applying negative pressure and / or excess pressure to the heated semifinished product (11), the semifinished product (11) applying to the surface of the insert element (12) facing it and depending on the particular application Forms the required degree of deformation of varying wall thicknesses (16); characterized in that for producing a thermoformed composite component (10) with essentially uniform wall thicknesses (19), the insert element (12) has varying wall thicknesses (18) which substantially compensate for the varying wall thicknesses (16) of the semifinished product formed during forming, so that a composite component (10) with substantially uniform wall thicknesses (19) is formed during the shaping. Verfahren zum Herstellen eines thermogeformten Verbundbauteils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich beim Anlegen an die Oberfläche des Einlegeelements (12) ausbildenden variierenden Wandstärken (16) des umgeformten Halbzeugs (11) durch ein Simulationsverfahren bestimmt werden und die Wandstärken (18) des Einlegeelements (12) abhängig von den Ergebnissen der Umformsimulation festgelegt werden.Method for manufacturing a thermoformed composite component according to Claim 1 , characterized in that the varying wall thicknesses (16) of the formed semifinished product (11) that are formed when applied to the surface of the insert element (12) are determined by a simulation method and the wall thicknesses (18) of the insert element (12) depend on the results of the Forming simulation can be defined. Verfahren zum Herstellen eines thermogeformten Verbundbauteils nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeelement (12) mit einem additiven Fertigungsverfahren oder einem Urformverfahren hergestellt ist.Method for producing a thermoformed composite component according to at least one of the preceding claims, characterized in that the insert element (12) is produced using an additive manufacturing process or an original molding process. Verfahren zum Herstellen eines thermogeformten Verbundbauteils nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeelement (12) wenigstens luftdurchlässige Bereiche aufweist.Method for producing a thermoformed composite component according to at least one of the preceding claims, characterized in that the insert element (12) has at least air-permeable areas. Verfahren zum Herstellen eines thermogeformten Verbundbauteils nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Halbzeug (11) zugewandte Oberfläche des Einlegeelements (12) strukturiert ausgebildet ist.Method for producing a thermoformed composite component according to at least one of the preceding claims, characterized in that the surface of the insert element (12) facing the semifinished product (11) is structured. Verfahren zum Herstellen eines thermogeformten Verbundbauteils nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bereitstellen des wenigstens einen Einlegeelements (12) eine Vermittlerschicht auf die dem Halbzeug (11) zugewandte Oberfläche des Einlegeelements (12) aufgebracht wird.Method for producing a thermoformed composite component according to at least one of the preceding claims, characterized in that when the at least one insert element (12) is provided, a mediator layer is applied to the surface of the insert element (12) facing the semifinished product (11). Verfahren zum Herstellen eines thermogeformten Verbundbauteils nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeelement (12) Hinterschneidungen aufweist, welche durch die Umformung des Halbzeugs (11) eine formschlüssige Verbindung mit dem Halbzeug (11) ausbilden.Method for producing a thermoformed composite component according to at least one of the preceding claims, characterized in that the insert element (12) has undercuts which form a positive connection with the semifinished product (11) through the reshaping of the semifinished product (11). Verbundbauteil, hergestellt aus einem thermoformbaren Halbzeug (11) und wenigstens einem Einlegeelement (12), insbesondere mit einem Verfahren nach wenigstens einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Einlegeelement (12) variierende Wandstärken (18) aufweist, welche die durch eine Thermoumformung variierend ausgebildeten Wandstärken (16) des Halbzeugs (11) im Bereich des wenigstens einen Einlegeelements (12) im Wesentlichen ausgleichen, so dass das Verbundbauteil (10) eine im Wesentlichen gleichmäßige Wandstärke (19) aufweist.Composite component, produced from a thermoformable semi-finished product (11) and at least one insert element (12), in particular with a method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the at least one insert element (12) has varying wall thicknesses (18) which the through substantially compensate for thermoforming of wall thicknesses (16) of the semifinished product (11) in the region of the at least one insert element (12), so that the composite component (10) has a substantially uniform wall thickness (19).
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