DE68910372T2

DE68910372T2 - Vorrichtung zum Vakuumformen.

Info

Publication number: DE68910372T2
Application number: DE89107147T
Authority: DE
Inventors: James Richard Hamner; Daniel Patrick Schilkey
Original assignee: Budd Co
Current assignee: ThyssenKrupp Budd Co
Priority date: 1988-04-22
Filing date: 1989-04-20
Publication date: 1994-03-10
Anticipated expiration: 2009-04-21
Also published as: US4867924A; AU3263689A; JPH0626828B2; AU622445B2; MX167631B; CN1038967A; CA1325704C; DE68910372D1; JPH01316233A; EP0338562A2; BR8901886A; KR970008254B1; KR890015843A; CN1015527B; EP0338562A3; EP0338562B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumformvorrichtung mit einem Paar von Formteilen, die unter der Wirkung eines Preßelements relativ zueinander bewegbar sind, mit einem Dichtungsring, der eines der Formteile umgibt, das in Dichtungseingriff mit ihm steht und eine zweite Dichtung zur Erzeugung einer abgedichteten Vakkumkammer um die zwei Formteile herum trägt, wodurch sich während der Formung des Teils zwischen den Formteilen ein Vakuum ausbilden kann.
Eine solche Vakuumformvorrichtung, die zum Formpressen von Teilen unter Vakuum eingesetzt wird, ist in den US-A-4 488 862, 4 511 085 und 4 612 149 beschrieben. Bei einer solchen Vorrichtung umgibt ein Dichtungsring das obere Formteil und erzeugt eine Abdichtung mit einem stationären unteren Element, welches das untere Formteil umgibt. Wenn das obere Formteil in Position abgesenkt ist, erfolgt die Abdichtung zwischen dem unteren Formteil und dem oberen Formteil, bevor das obere Formteil die Charge berührt. Dadurch wird eine Vakuumkammer um den Formhohlraum herum gebildet. Anschließend wird durch Absaugen ein Vakuum gebildet und das obere Formteil bewegt sich für das Zusammenwirken mit dem unteren Formteil zur Bildung und Härtung des Teils weiter nach unten.
Es hat sich gezeigt, daß es manchmal wünschenswert ist, den Formhohlraum unter Vakuum zu halten, bis das Teil ausgehärtet ist und die Formhälften zum Öffnen bereit sind. Es hat sich gezeigt, daß unter diesen Umständen das während des Formvorgangs erzeugte Vakuum das Aufbrechen der Dichtung erschwert, wenn man später die Formvorrichtung öffnen und das Teil entfernen möchte.
Es ist das Ziel der Erfindung, die Trennung der Formteile zu unterstützen, die vorübergehend zur Bildung einer Vakuumkammer um den Formhohlraum herum zusammen abgedichtet wurden.
Dieses Ziel wird bei der Vakuumformvorrichtung der gattungsgemäßen Art durch eine Trenneinrichtung, die um das zweite Formteil herum angeordnet und von dem Dichtungsring und dem Preßelement getrennt ist, und durch eine Einrichtung zum Aktivieren der Trenneinrichtung derart erreicht, daß die Trenneinrichtung den Dichtungsring wegdrückt, um dadurch die abgedichtete Vakuumkammer aufzubrechen, nachdem das Teil geformt worden ist.
Vorzugsweise hat die Trenneinrichtung wenigstens einen Hilfszylinder mit einer hin- und hergehenden Kolbenstange, die zu einem Abschnitt des Dichtungsrings ausgerichtet ist, wobei der Hilfszylinder aktiviert wird, um die Kolbenstange dazu zu bringen, den Dichtungsring von dem anderen Teil wegzudrücken, um dadurch die Dichtung dazwischen aufzubrechen.
Zweckmäßigerweise hat der Dichtungsring eine an ihm angebrachte Schleifdichtungsvorrichtung, die für eine Schleifdichtung an einem der Teile sorgt, wobei die Dichtungsvorrichtung ein Gehäuse zum Tragen einer elastischen Dichtung und eine Einstelleinrichtung zum horizontalen Justieren der Position der Dichtung bezüglich des Gehäuses hat, um dadurch den Verschleiß der Dichtung nachzustellen und einen guten Dichtungseingriff mit dem Formteil zu gewährleisten.
Die Dichtung schleift an der äußeren Seitenfläche eines der Teile, wobei in dem Dichtungsgehäuse eine Gewindebohrung für die Aufnahme einer Einstellschraube vorgesehen ist, die für die Nachstellung durch eine Bedienungsperson zugänglich ist.
Vorteilhafterweise hat der Dichtungsring eine Vielzahl von Druckluftzylindern, die normalerweise ihre Kolbenstangen zum vollen Ausfahren bringen, wobei die Hilfszylinder eine ausreichende Kraft bereitstellen, um die Kolbenstangen der Dichtungsringzylinder während des Aufbrechens der Abdichtung teilweise zurückzuziehen.
Gewöhnlich sind die Hilfzylinder Hydraulikzylinder und die Zylinder des Dichtungsrings Druckluftzylinder.
Wenn die Vorrichtung für das Formpressen einer Charge zu einem Teil verwendet wird, hat sie vorzugsweise ein bewegliches oberes Formteil, einen das obere Formteil umgebenden Dichtungsring, der eine Vielzahl von ersten Zylindern aufweist, die sich normalerweise nach unten erstreckende Kolbenstangen haben, deren Enden eine erste Dichtungsvorrichtung tragen, die in Schleifdichtungseingriff mit einer äußeren Seitenfläche des oberen Formteils steht, wobei die Enden der Kolbenstangen außerdem eine zweite Dichtung tragen, ein unteres Formteil, das mit dem oberen Formteil zur Bildung eines Formhohlraums in Form des gewünschten Teils zusammenwirkt, Preßeinrichtungen zum Bewegen des oberen Formteils und des Dichtungsrings nach unten, bis die zweite Dichtung an einem ortsfesten Teil anstößt, das das untere Formteil umgibt, wodurch eine den Formhohlraum umschließende Vakuumkammer gebildet wird, eine Vakuumeinrichtung zum Evakuieren der Vakuumkammer, wobei die Preßeinrichtungen weiterhin dazu geeignet sind, die Abwärtsbewegung des oberen Formteils fortzusetzen, bis der Formhohlraum gebildet ist, und Hilfszylindereinrichtungen, welche das untere Formteil umgeben und vertikal zu einem Abschnitt des Dichtungsrings fluchten, wobei die Hilfszylindereinrichtungen Kolbenstangen aufweisen, die nach oben steigen, um die Kraft der Dichtungsringzylinder zu überwinden, um dadurch die Abdichtung aufzubrechen, die durch die zweite Dichtung erzeugt wird, nachdem das Teil geformt worden ist, wodurch ein schnelles Öffnen der Form erleichtert wird.
Das Verfahren zum Preßformen eines Teils gemäß der Erfindung umfaßt folgende Schritte: Anordnen einer Charge auf einem unteren Formteil einer Preßformvorrichtung, Verwenden eines Preßelements zum Bewegen eines oberen Formteils in eine Position, in der eine Abdichtung zwischen dem oberen und dem unteren Formteil hergestellt wird, Erzeugen eines Vakuums, Formung des Teils und Verwendung einer Vielzahl von Hilfszylindern zum Aufbrechen der Dichtung zwischen dem oberen und dem unteren Formteil, so daß die Formteile schnell geöffnet werden können.
Vorzugsweise werden die Hilfszylinder aktiviert, um die Dichtung aufzubrechen, bevor das Preßelement dazu verwendet wird, das obere Formteil während des Öffnens der Form anzuheben.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Karosserieplatte für ein Kraftfahrzeug geformt werden, die einen Oberflächenbereich hat, der größer als 0,1 m² (1 ft²) ist.
Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung weiter erläutert, in denen
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Vakuumformvorrichtung mit geöffneten Formhälften ist,
Fig. 2 in einer Ansicht wie Fig. 1 die Vorrichtung mit geschlossenen Formhälften zeigt,
Fig. 3 in einer Ansicht wie Fig. 1 die Vorrichtung in einer Stufe zwischen offenen und geschlossenen Formhälften zeigt,
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Abschnitt der Schleifdichtung von Fig. 3 ist und
Fig. 5 der Schnitt längs der Linien 4-4 von Fig. 4 ist.
Fig. 1 zeigt im wesentlichen die Formvorrichtung 10, wie sie während des Beginns und des Endes des Teilformungszyklus aussieht. Der einzige Hauptunterschied besteht darin, daß das in Fig. 1 gezeigte Teil 12 während des Anfangsabschnitts des Zyklus noch nicht geformt worden ist, sondern statt dessen durch eine geeignete Charge eines faserverstärkten Kunststoffs, aus dem das Teil hergestellt wird, ersetzt wird. Wie in den vorstehend erwähnten Patenten diskutiert ist, findet die vorliegende Erfindung insbesondere Anwendung bei der Ausformung von Kraftfahrzeugkarossieplatten mit großen Flächen, welche etwa 0,1 m² (1 ft²) überschreiten und extrem glatte Endbearbeitungen aufweisen müssen. Die Kolbenstangen 64 der Hilfszylinder 62 werden, wie in Fig. 1 gezeigt, zu Beginn des Teilformungszyklus ebenfalls eingezogen anstatt ausgefahren. Auf die Hilfszylinder wird später näher eingegangen.
Zu Beginn des Formungszyklus werden das obere Formteil 14 und der Dichtungsring 16 unter der Wirkung eines geeigneten Preßelements 18 zu dem unteren Formteil 20 nach unten bewegt. Der Dichtungsring 16 hat mehrere Druckluftzylinder 22, die an ihren oberen Enden über Träger 24 mit dem oberen Formteil 14 und dadurch mit dem Preßelement 18 verbunden sind. Die Zylinder 22 haben nach unten stehende Kolbenstangen 26, die im wesentlichen während des Beginns des Teilformungszyklus unter dem konstant angelegten Luftdruck an den Zylindern im wesentlichen voll ausgefahren sind. Die unteren Enden der Kolbenstangen 26 sind mit einem ringförmigen Rohrelement 28 verbunden, welches eine untere Fläche 30 und eine obere Fläche 32 hat.
An der oberen Fläche 32 ist eine Dichtungsvorrichtung 34 befestigt, die in Fig. 4 und 5 besonders deutlich dargestellt ist. Die Dichtungsvorrichtung 34 hat ein Gehäuse 40 mit einem Innenrand 36, der im Abstand von der äußeren Seitenwand 38 des oberen Formteils 14 angeordnet ist. Das Gehäuse 40 hat eine sich horizontal erstreckende Gewindebohrung 42 für die Aufnahme einer Einstellschraube 44. Das innere Ende der Einstellschraube 44 ist an einer Teflon-Schleifdichtung 46 angebracht, die so ausgelegt ist, daß sie in Schleifdichtungseingriff mit der glatten vertikalen Wand 38 des oberen Formteils 14 steht. Wenn die Dichtung 46 verschleißt, kann die Bedienungsperson den Verschleiß durch entsprechende Drehung der Einstellschraube 44 ausgleichen, um den richtigen Eingriff zwischen der Dichtung 46 und den Wänden des oberen Formteils 14 aufrechtzuerhalten.
Die untere Fläche 30 des Elements 28 trägt eine ringförmige rohrförmige Dichtung 50, die zu einem ringförmigen Element 52 ausgerichtet ist, das an dem unteren Formteil 20 befestigt ist. Wenn das Preßelement 18 das obere Formteil 14 und den Dichtungsring 16 nach unten bringt, kommt die Dichtung 50 zuerst in Kontakt mit der oberen Fläche des Elements 52. Dadurch wird eine Vakuumkammer gebildet, welche den Formhohlraum umschließt, der später genauer definiert wird, wenn das obere und das untere Formteil voll ineinandergreifen. Die Vakuumkammer, welche insgesamt mit 54 in Fig. 2 bezeichnet ist, wird von der Dichtung 50 zwischen dem oberen und dem unteren Formteil und der Dichtung 46 zwischen dem Ring 16 und dem oberen Formteil 14 gebildet. Diese Vakuumkammer 54 wird gebildet, bevor das obere Formteil 14 die Charge (nicht gezeigt) berührt, welche auf dem unteren Formteil 20 liegt. Zu diesem Zeitpunkt wird durch Absaugen aus der Vakuumkammer über eine geeignete Vakuumquelle 55, die mit der Vakuumkammer 54 über das hohle rohrförmige Element 52 und Öffnungen 56 darin in Verbindung steht, schnell ein Vakuum hergestellt.
Das Preßelement 18 setzt seine Abwärtsbewegung fort und bringt die Formteile in die in Fig. 2 gezeigte Position, in der die Anschläge 58, 60 in Kontakt kommen. Es ist zu erwähnen, daß die Kolbenstangen 26 sich infolge der weiteren Abwärtsbewegung des oberen Formteils 14 in ihre jeweiligen Zylinder 22 zurückziehen, wobei die größere Kraft des Preßelements 18 die viel kleinere Kraft überwindet, die sich aus dem Luftdruck in den Zylindern 22 ergibt.
Wenn das Teil in ausreichender Weise geformt ist (beispielsweise durch ausreichend Wärme, Zeit und Druck zur Härtung der Charge), muß die Form geöffnet werden, um das Teil entfernen zu können. Es ist ein Merkmal dieser Erfindung, daß die Form sehr schnell und mit einem Minimum an Wartungsproblemen, wie sie sonst auftreten, geöffnet werden kann. Dadurch kann die Teilformungszykluszeit auf einem Minimum gehalten werden, wodurch die Stückleistung einer gegebenen Maschine gesteigert wird. Für diesen Zweck ist eine Vielzahl von Hilfszylindern 62 vorgesehen, um ein schnelleres Öffnen der Formteile zu ermöglichen. Die Zylinder 62 sind vorzugsweise in im wesentlichen gleichen Abstand um die Form 10 herum unter dem Dichtungsring 16 angeordnet. Jeder Zylinder 62 ist mit seiner Kolbenstange 64 vertikal zu einem Schürzenabschnitt 66 des Dichtungsrings 16 ausgerichtet. Wie insbesondere aus Fig. 3 zu ersehen ist, sind die Zylinder 62 so ausgelegt, daß sie einen Aufwärtsschub oder "Stoß" geben, der ausreicht, um den Abwärtsdruck durch die Zylinder 22 und die zusätzliche Haftung der Dichtung 50, die durch das Vakuum erzeugt wird, zu überwinden. Bei dieser speziellen Ausführung sind die Zylinder 62 hydraulisch und werden zu Beginn des Formöffnungsschritts aktiviert, bevor das Preßelement 18 mit seiner Hubbewegung beginnt. Dadurch wird zuerst die Dichtung zwischen dem oberen und dem unteren Formteil aufgebrochen. Sonst muß das Preßelement 18 die zwischen den Formteilen geschaffene Vakuumdichtung überwinden. Dadurch, daß zuerst die Hilfszylinder 62 zum Aufbrechen der Dichtung verwendet werden, kann das Preßelement 18 sehr schnell angehoben werden, wodurch der Teilformungszyklus gesteigert wird.
Wenn das Teil 12 entfernt worden ist, werden die Kolbenstangen 64 der Hilfszylinder zurückgezogen und es kann mit einem neuen Teilformungszyklus begonnen werden.

Claims

1. Vakuumformvorrichtung

- mit einem Paar von Formteilen (14, 20), die relativ zueinander unter der Wirkung eines Presselements (18) bewegbar sind,

- mit einem Dichtungsring (16), der eines der Formteile (14) umgibt, das in Dichtungseingriff mit ihm steht und eine zweite Dichtung (50) zur Erzeugung einer abgedichteten Vakuumkammer um die zwei Formteile (14, 20) herum trägt, wodurch sich ein Vakuum zwischen den Formteilen (14, 20) während der Formung des Teils ausbilden kann,

gekennzeichnet

- durch eine Trenneinrichtung (62, 64), die um das zweite Formteil (20) herum angeordnet und von dem Dichtungsring (16) und dem Presselement (18) getrennt ist, und

- durch eine Einrichtung zum Aktivieren der Trenneinrichtung (62, 64) derart, daß die Trenneinrichtung (62, 64) den Dichtungsring (16) wegdrückt, um dadurch die abgedichtete Vakuumkammer aufzubrechen, nachdem das Teil (12) geformt worden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Trenneinrichtung wenigstens einen Hilfszylinder (62) aufweist, der eine hin- und hergehende Kolbenstange (64) aufweist, die zu einem Abschnitt des Dichtungsrings (16) ausgerichtet ist, wobei der Hilfszylinder (62) aktiviert wird, um die Kolbenstange (64) dazu zu bringen, den Dichtungsring (16) von dem anderen Teil (20) wegzudrücken, um dadurch die Dichtung dazwischen aufzubrechen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (16) eine an ihm angebrachte Schleifdichtungsvorrichtung (34) aufweist, die für eine Schleifdichtung an einem der Teile (14) sorgt, wobei die Dichtungsvorrichtung (34) ein Gehäuse (40) zum Tragen einer elastischen Dichtung (46) und eine Einstelleinrichtung (42, 44) zum horizontalen Justieren der Position der Dichtung (46) bezüglich des Gehäuses (40) hat, um dadurch den Verschleiß der Dichtung (46) nachzustellen, um einen guten Dichtungseingriff mit dem Formteil (14, 20) zu gewährleisten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (46) an der äußeren Seitenfläche (38) eines der Teile (14) schleift, wobei in dem Dichtungsgehäuse (40) eine Gewindebohrung (42) für die Aufnahme einer Stellschraube (44) vorgesehen ist, die für die Nachstellung durch eine Bedienungsperson zugänglich ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (16) eine Vielzahl von Druckluftzylindern (22) aufweist, die normalerweise ihre Kolbenstange (26) zum vollen Ausfahren bringen, wobei die Hilfszylinder (62) eine ausreichende Kraft bereitstellen, um die Kolbenstangen (26) der Dichtungsringzylinder (22) während des Aufbrechens des Vakuums teilweise zurückzuziehen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfszylinder (62) Hydraulikzylinder und die Zylinder (22) des Dichtungsrings (16) Druckluftzylinder sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die für das Formpressen einer Charge zu einem Teil verwendet wird,

- mit einem beweglichen oberen Formteil (14),

- mit einem das obere Formteil (14) umgebenden Dichtungsring (16), der eine Vielzahl von ersten Zylindern (22) hat, die sich normalerweise nach unten erstrekkende Kolbenstangen (26) aufweisen, deren Enden eine erste Dichtungsvorrichtung (46) tragen, die in Schleifdichtungseingriff mit einer äußeren Seitenfläche (38) des oberen Formteils (14) steht, wobei die Enden der Kolbenstangen (26) außerdem eine zweite Dichtung (50) tragen,

- mit einem unteren Formteil (20), das mit dem oberen Formteil (14) zur Bildung eines Formhohlraums in Form des gewünschten Teils (12) zusammenwirkt,

- mit Preßeinrichtungen (18) zum Bewegen des oberen Formteils (14) und des Dichtungsrings (16) nach unten bis die zweite Dichtung (50) an einem ortsfesten Teil (52) anstößt, das das untere Formteil (20) umgibt, wodurch eine Vakuumkammer (54) gebildet wird, die den Formhohlraum umschließt,

- mit einer Vakuumeinrichtung zum Evakuieren der Vakuumkammer (54),

- wobei die Preßeinrichtungen (18) weiterhin dazu geeignet sind, die Abwärtsbewegung des oberen Formteils (14) fortzusetzen, bis der Formhohlraum gebildet ist, und

- mit Hilfszylindereinrichtungen (64), welche das untere Formteil (20) umgeben und vertikal zu einem Abschnitt des Dichtungsrings fluchten,

- wobei die Hilfszylindereinrichtungen (64) Kolbenstangen (62) aufweisen, die nach oben steigen, um die Kraft der Dichtungsringzylinder (22) zu überwinden, um dadurch die Dichtung aufzubrechen, die durch die zweite Dichtung (50) erzeugt wird, nachdem das Teil (12) geformt worden ist, wodurch ein schnelles Öffnen der Form erleichtert wird.

8. Verfahren zum Pressformen eines Teils mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch

- Anordnen einer Charge auf einem unteren Formteil (20) einer Pressformvorrichtung (10),

- Verwenden eines Preßelements (18) zur Bewegung eines oberen Formteils (14) in eine Position, in der eine Dichtung zwischen dem oberen und unteren Formteil (14 bzw. 20) hergestellt wird,

- Erzeugung eines Vakuums,

- Formung des Teils (12) und

- Verwendung einer Vielzahl von Hilfszylindern (62) zum Aufbrechen der Dichtung zwischen dem oberen und unteren Formteil (14, 20), so daß die Formteile (14, 20) schnell geöffnet werden können.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfszylinder (62) aktiviert werden, um die Dichtung aufzubrechen, bevor das Preßelement (18) dazu verwendet wird, das obere Formteil (14) während des Öffnens der Form (10) anzuheben.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Karosserieplatte eines Kraftfahrzeugs geformt wird, die einen Oberflächenbereich hat, der größer als 0,1 m² ist.