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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Bearbeitung
von Metallfolien und insbesondere das Wellen von Metallfolien, die
geringe Verformbarkeit bei Raumtemperatur aufweisen, wie beispielsweise
Folien aus gamma-Titan-Aluminid (γ-TiAl).
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Hintergrundinformationen
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Aufgrund
des geringen Gewichts und der vorteilhaften mechanischen Eigenschaften
bei höheren
Temperaturen, die γ-TiAl
aufweist, ist erheblicher Forschungsaufwand hinsichtlich der Erzeugung
und Herstellbarkeit von Waben-Sandwichplatten für den Hochtemperatureinsatz
in der Luft- und Raumfahrt betrieben worden. Um Kernsegmente aus γ-TiAl zum Einsatz
in Wabenplatten-Konstruktionen herzustellen, ist das Formen/Wellen
von dünnem
Folienband erforderlich. Ein erhebliches Problem bei γ-TiAl besteht
darin, dass es geringe Verformbarkeit bei Raumtemperatur aufweist,
wodurch es schwierig ist, es bei Raumtemperatur zu formen. Des Weiteren wird
es anfällig
für Oberflächenoxidation,
wenn es auf hohe Temperaturen (< 760°C (1400°F)) erhitzt
wird. Weiterhin kann es beim Warmformen von Dünnfolien aus jedem Metall zu
schnellem Wärmeverlust
in der Folie während
des Formvorgangs kommen, wenn die Folie mit den ihr zugewandten
Flächen
der Formwerkzeuge der Maschine (beispielsweise Form-Zahnräder) in
Kontakt kommt. Diese Situation verstärkt die Probleme bei der kontinuierlichen
Herstellung eines Enderzeugnisses, das die gewünschte Form hat und frei von
Fehlern (beispielsweise Rissen und veränderter Oberflächen-Kornstruktur)
ist. Des Weiteren kann die Umgebung um den Bereich des Formwerkzeugs
herum auch zu den Schwierigkeiten beim Formen/Wellen der Folie bezüglich der
Diffusion über
Zwischengitterplätze
(interstitial diffusion) beitragen.
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Das
Dokument GB-A-2 109 293 offenbart:
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- eine Maschine zum Wellen eines Metallfolienbandes, die eine
steuerbare Wärmequelle
zum Erhitzen des Metallfoliebandes;
- einen Werkzeugsatz, der so eingerichtet ist, dass er Wellen
in dem Metallfolieband ausbildet;
- Zuführelemente,
die das Metallfolieband zu den Werkzeugen zuführen und leiten;
- einen Antrieb für
den Werkzeugsatz, der mit dem Werkzeugsatz verbunden ist, um den
Werkzeugsatz zu betätigen;
und
- Ausgabeelemente, die das Band aus den Werkzeugen leiten, umfasst,
- sowie ein Verfahren zum Einsatz der Maschine.
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Aus
den obenstehenden und anderen Gründen
besteht daher ein Bedarf nach einer Maschine sowie einem Verfahren
zum Wellen von Metallfolien, die geringe Verformbarkeit bei Raumtemperatur
aufweisen. Insbesondere besteht ein Bedarf nach einer Maschine und
einem Verfahren zum Wellen derartiger Metallfolien unter Bedingungen,
die zuverlässige Herstellung
einer gewellten Metallfolie gewährleisten,
die frei von Fehlern ist und eine gewünschte Endform hat.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Der
obenstehende Bedarf wird gemäß der Erfindung
mit einer Maschine zum Wellen von Metallfoliebandabschnitten erfüllt, die
ein Gehäuse,
das eine Kammer bildet, und eine steuerbare Wärmequelle zum Erhitzen der
Kammer enthält.
Ein Gas oder eine Kombination von Gasen können in die Kammer eingeleitet
werden oder auch nicht. Wenigstens ein Wellen formender Werkzeugsatz,
der sich in der Kammer befindet, formt Wellen in das Metallfolienband.
Folieneintritts-Zuführelemente
dienen dem Zuführen
und dem Leiten des Metallfolienbandes von außerhalb der Kammer in die Kammer
hinein und zu dem Werkzeugsatz. Ein Antrieb für den Werkzeugsatz ist außerhalb
der Kammer angebracht und mit dem Werkzeugsatz verbunden, um den
Werkzeugsatz zu betätigen.
Folienaustritts-Ausgabeelemente leiten das Band von dem Werkzeugsatz
weg und aus der Kammer heraus.
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Die
Wärmequelle
für die
Kammer hält
durch den Einsatz von Konvektions- oder Strahlungsheizung oder einer
Kombination daraus eine quasi isothermische Temperatur des Werkzeugsatzes
aufrecht und erhitzt auch das Folienband, wenn es zu dem Werkzeugsatz
geleitet wird, so dass, wenn es mit dem Werkzeugsatz bearbeitet
wird, es ausreichende Verformbarkeit aufweist, um ohne Rissbildung
geformt zu werden. Des Weiteren verhindert der erhitzte Werkzeugsatz
jeglichen Wärmeverlust von
dem Folienband zum Zeitpunkt der Bearbeitung, der seine mechanischen
Eigenschaften ändern könnte. Die
Antriebe für
den Werkzeugsatz befinden sich außerhalb der Kammer, wo sie
vor der Wärme geschützt sind.
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In
einigen Fällen
kann das Folienband gewellt werden, ohne die Kammer auf eine Temperatur zu
erhitzen, die so hoch ist, dass sie den Werkzeugsatz, das Folienband
oder beide oxidiert. Wenn die Maschine und das Verfahren Temperaturen
in der Kammer bewirken, die so hoch sind, dass der Werkzeugsatz
oder das Folienband oder beide oxidiert werden, kann eine Quelle,
die der Kammer ein inertes Gas mit einem gesteuerten Gasdurchfluss
zuführt,
eingesetzt werden.
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Es
sind, wie weiter unten ausführlicher
erläutert,
zwangsläufig
erhebliche Gefälle
der Wärme über die
Länge des
Folienbandes vorhanden, das sich zu einem beliebigen Zeitpunkt zwischen
einer Zuführrolle
des Folienmaterials und dem Ausgabepunkt des gewellten Folienbandes
nach dem Verlassen der erhitzten Kammer befindet. An der Eintrittsseite
der Kammer unmittelbar außerhalb
einer Öffnung
in einer Wand der Kammer, durch die das Band in die Kammer eintritt,
wird der kühle
eintretende Teil des Bandes nicht soweit erhitzt, dass er Oxidation
ausgesetzt ist. In der Kammer verhindert das inerte Gas Oxidation
des Bandes. Der Abschnitt des Bandes zwischen dem Werkzeugsatz und
einer Austrittsöffnung
aus der Kammer wird in der Nähe
der Austrittsöffnung
zunehmend kühler,
und zwar aufgrund sowohl von Wärmeverlust
durch Leitung entlang des Bandes zum kühleren Teil des Bandes außerhalb
der Kammer als auch durch die kühleren
Gase, die in der Nähe
der Wände
der Kammer vorhanden sind. Dementsprechend ist das Band, wenn es
die Kammer verlässt, nicht
mehr heiß genug,
um durch die Umgebungsluft oxidiert zu werden.
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In
bevorzugten Ausführungen
ist das Gehäuse
doppelwandig und flüssigkeitsgekühlt, so
dass ein großes
Temperaturgefälle über die
Gasumgebung in der Nähe
der Gehäuse kammerwände (sowie über die
Kammerdoppelwände)
erzeugt wird. Diese Temperaturgefälle ermöglichen es, dass Abschnitte
des Bandes außerhalb
der Kammer auf ausreichend niedrigen Temperaturen bleiben, um Oxidation
zu vermeiden, und dass die Außenseite
des Gehäuses auf
einer relativ niedrigen Temperatur gehalten wird.
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Das
Gehäuse
kann Trennwände,
die eine Mittelkammer und Abschluss-Teilkammern an einander gegenüberliegenden
Enden der mittleren Teilkammer bilden, sowie Öffnungen zwischen der Mittelkammer
und jeder Teilkammer enthalten, über
die das Folienband zwischen den Teilkammern hindurchtritt. Dieser
Formaufbau der gesamten Kammer ermöglicht es, dass ein Folienband
in die Mittel-Teilkammer von einer Abschluss-Teilkammer eintritt, und von der Mittel-Teilkammer
in die andere Abschluss-Teilkammer gelangt. Die Trennwände können mit
internen "Wassermänteln" gekühlt werden. Der
Werkzeugsatz und die Heizelemente zum Erhitzen des Gases befinden
sich in der Mittel-Teilkammer. Das inerte Gas wird der Mittelkammer
zugeführt. Die
Trennwände
der Mittelkammer erzeugen ein Temperaturgefälle zwischen dem Innenraum
der Mittelkammer und dem Innenraum der Abschluss-Teilkammern. Das
inerte Gas tritt von der Mittel-Teilkammer durch die Öffnungen
in den Trennwänden
in die Abschluss-Teilkammer
ein. Die Folien-Zuführelemente
und die Folienaustritts-Ausgabeelemente leiten das Band durch die
Teilkammern und/oder durch die Mittelkammer.
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Die
Folien-Zuführelemente
können
Leitelemente in der Kammer enthalten, die einen Schlangenlinien-Ausgabeweg
für das
Band bilden, so dass das Band erhitzt werden kann, bevor es den
Werkzeugsatz erreicht. Zu anderen geeigneten Zuführelementen gehören eine
Leitbahn, die das Band auf einem Weg von der Zuführöffnung in einer Wand des Gehäuses zu
dem Werkzeugsatz trägt.
Die Leitbahn bildet einen Weg zur Wärmeleitung über ihre Länge, so dass die Bahn an die
Wand des Gehäuses
angrenzend relativ kühl
und in der Nähe
des Werkzeugsatzes relativ heiß ist.
Die Bahn kann so ausgeführt sein,
dass sie ein gewünschtes
Temperaturgefälle über ihre
Länge erzeugt.
Das Folienband, das mit der Bahn in Kontakt ist, tauscht Wärme mit
der Bahn aus und besitzt eine Temperatur sowie ein Temperaturgefälle nahe
an dem der Bahn. Desgleichen, und mit ähnlicher Wirkung können die
Ausgabeelemente eine Leitbahn enthalten, die das Band auf einem
Weg von dem Werkzeugsatz zu der Austrittsöffnung in einer Wand des Gehäuses trägt, oder
daraus bestehen.
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Die
Werkzeuge in dem Gehäuse
können
einen Vorform-Werkzeugsatz enthalten, der Wellen teilweise formt,
sowie einen End-Werkzeugsatz, der die Wellen vollständig formt.
Das Formen von Wellen in zwei (oder mehr) Stufen beeinflusst das
Maß an Folien-Rückfederung. Bei einer ähnlichen
abschließenden
Folienwellenform ist die Umformgeschwindigkeit beim Formen in jeder
Stufe eines zweistufigen Formprozesses geringer (bei einem bestimmten
Maschinendurchsatz) als beim Einsatz eines lediglich einstufigen
Formprozesses.
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Verschiedene
Werkzeugsätze
können
in einer Maschine gemäß der Erfindung
eingesetzt werden, so beispielsweise:
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- 1. Ein angetriebenes Formrad mit Formzähnen und
ein Lauf-Formrad mit Formzähnen,
die mit den Formzähnen
des angetriebenen Formrads in Eingriff kommen, das von dem angetriebenen Formrad
angetrieben wird.
- 2. Ein angetriebenes Formrad mit Formzähnen, ein Lauf-Vorformrad mit
Formzähnen,
die mit den Formzähnen
des angetriebenen Formrades an einer ersten Position am Umfang des
angetriebenen Formrades in Eingriff sind, das von dem angetriebenen
Formrad angetrieben wird, sowie ein Lauf-Endformrad mit Formzähnen, die
mit den Formzähnen
des angetriebenen Formrades an einer zweiten Position am Umfang
des angetriebenen Formrades in Eingriff sind, die von der ersten Position
beabstandet ist, das von dem angetriebenen Formrad angetrieben wird.
- 3. Ein angetriebenes Formrad mit Formzähnen, ein Lauf-Formrad mit
Formzähnen,
die mit den Formzähnen
des angetriebenen Formrades in Eingriff sind, und ein Räderzug,
der das angetriebene Formrad und das Lauf-Formrad so koppelt, dass
sowohl das angetriebene als auch das Lauf-Formrad drehend angetrieben
werden;
- 4. Ein Vorform-Werkzeugsatz und ein separater End-Werkzeugsatz,
die jeweils ein angetriebenes Formrad mit Formzähnen, ein Lauf-Formrad mit Formzähnen, die
mit den Formzähnen
des angetriebenen Formrades in Eingriff sind, sowie einen Räderzug haben,
der das angetriebene Formrad und das Lauf-Formrad so verbindet,
dass sowohl das angetriebene als auch das Lauf-Formrad drehend angetrieben
werden, wobei das angetriebene Formrad eines der Werkzeugsätze von
dem angetriebenen Formrad des anderen Werkzeugsatzes angetrieben
wird.
- 5. Ein angetriebenes Formrad mit Zähnen, die Hohlräume bilden,
sowie ein Stempel, der einen Zahn hat, dessen Form im Wesentlichen
komplementär
zur Form der Hohlräume
ist. Bei einem Werkzeugsatz aus Formrad und Stempel enthält der Antrieb
einen Drehantrieb, der das angetriebene Formrad antreibt, sowie
einen sich hin- und herbewegenden Schubantrieb, der den Stempel radial
zu dem Formrad antreibt. Vorzugsweise dreht der Drehantrieb das
Formrad intermittierend mit einer Verweilperiode, während der
der Stempel eine Welle in dem Band erzeugt, indem das Band in einen
Hohlraum des Formrades verformt wird. Der Stempel kann einen Haltefuß enthalten, der
bei jedem Formhub des Zahns des Stempels eine austretende Schleife
einer Welle des Bandes mit der Spitze des Zahns des Formrades an
der Austrittsseite des Hohlraums in Kontakt bringt.
- 6. Ein Vorform-Werkzeugsatz und ein End-Werkzeugsatz, wobei
beide Sätze
gemeinsam ein angetriebenes Formrad nutzen, das Zähne hat,
die Hohlräume
bilden. Der Vorform-Werkzeugsatz enthält einen Vorform-Stempel mit
einem Zahn, dessen Form teilweise komplementär zur Form der Hohlräume ist.
Der End-Vorform-Werkzeugsatz
enthält
einen End-Stempel mit einem Zahn, dessen Form im Wesentlichen komplementär zur Form
der Hohlräume
ist. Der End-Stempel ist in der Umfangsrichtung des Formrades von
dem Vorform-Stempel beabstandet. Der Antrieb enthält einen
Drehantrieb, der vorzugsweise intermittierend mit einer Verweilperiode
während
der Betätigung
der Stempel angetrieben wird, und das angetriebene Formrad dreht,
und einen sich hin- und herbewegenden Schubantrieb, der jeden Stempel
radial zu dem Formrad antreibt. Jeder Stempel kann einen Haltefuß aufweisen,
der bei jedem Formhub des Zahns des Stempels eine austretende Schleife
einer Welle des Bandes mit der Spitze des Zahns des Formrades an
der Austrittsseite des Hohlraums in Kontakt bringt.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Wellen eines Metallfolienbandes geschaffen, das umfasst:
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- Bereitstellen eines Gehäuses,
das eine Kammer bildet;
- Halten der Kammer auf einer Temperatur, die hoch genug ist,
um das Folienband so zu erhitzen, dass Wellen in dem Band geformt
werden können,
wenn das Band durch die Kammer bewegt wird;
- Zuführen
und Leiten des Metallfolienbandes von außerhalb der Kammer in die Kammer
hinein und zu einem Werkzeugsatz, der sich in der Kammer befindet;
- Ausbilden von Wellen in dem Band unter Verwendung des Werkzeugsatzes,
indem bewirkt wird, dass der Werkzeugsatz mittels eines Antriebs
angetrieben wird, der außerhalb
der Kammer angebracht und mit dem Werkzeugsatz gekoppelt ist; und
- Leiten des Bandes von dem Werkzeugsatz weg und aus der Kammer
heraus.
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Vorzugsweise
wird wenigstens ein Gas in die Kammer eingeleitet und mit der Wärmequelle
erhitzt.
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Vorzugsweise
ist das Gehäuse
doppelwandig und flüssigkeitsgekühlt.
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Vorzugsweise
umfasst das Verfahren des Weiteren den Schritt des Zuführens eines
inerten Gases zu der Kammer mit einem gesteuerten Durchfluss.
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Vorzugsweise
enthält
das Gehäuse
Trennwände,
die eine Mittel-Teilkammer und zwei Abschluss-Teilkammern an einander
gegenüberliegenden
Enden der Mittel-Teilkammer bilden, wobei eine Öffnung zwischen der Mittelkammer
und jeder Teilkammer vorhanden ist und wobei Zuführelemente und Ausgabeelemente
das Band durch die Teilkammern und die Öffnungen leiten und sich der
Werkzeugsatz in der Mittel-Teilkammer befindet und das inerte Gas
der Mittel-Teilkammer zugeführt
wird.
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Geeigneterweise
schließt
der Schritt des Zuführens
des Bandes das Bewegen des Bandes auf einem Schlangenlinien-Ausgabeweg
innerhalb der Kammer ein, so dass das Band auf eine Temperatur erhitzt
werden kann, die zum Ausbilden der Wellen geeignet ist, bevor es
den Werkzeugsatz erreicht.
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Geeigneterweise
schließt
der Schritt des Zuführens
des Bandes das Bewegen des Bandes auf einer Leitbahn entlang und
in Kontakt damit auf einem Weg von einer Öffnung in einer Wand des Gehäuses zu
dem Werkzeugsatz ein.
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Geeigneterweise
schließt
der Schritt des Ausgebens des Bandes das Bewegen des Bandes entlang
einer Leitbahn und in Kontakt damit von dem Werkzeugsatz zu einer Öffnung in
einer Wand des Gehäuses
ein.
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Geeigneterweise
schließt
der Schritt des Formens der Wellen das teilweise Formen der Wellen
unter Verwendung eines Vorform-Werkzeugsatzes und weiteres Formen
der Wellen unter Verwendung eines End-Werkzeugsatzes ein.
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Geeigneterweise
werden die Wellen mit einem Werkzeugsatz geformt, der ein angetriebenes Formrad
mit Formzähnen
und ein Lauf-Formrad mit Formzähnen
enthält,
die mit den Formzähnen
des angetriebenen Formrades in Eingriff sind, das von dem angetriebenen
Formrad angetrieben wird.
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Als
Alternative dazu werden die Wellen mit einem Werkzeugsatz geformt,
der ein angetriebenes Formrad mit Formzähnen und ein Lauf-Vorformrad mit
Formzähnen,
die mit den Formzähnen
des angetriebenen Formrads an einer ersten Position am Umfang des
angetriebenen Formrades in Eingriff sind, das von dem angetriebenen
Formrad angetrieben wird, sowie ein Lauf-End-Formrad mit Formzähnen enthält, die
mit den Formzähnen
des angetriebenen Formrades an einer zweiten Position am Umfang
des angetriebenen Formrads in Eingriff sind, die von der ersten
Position beabstandet ist, das von dem angetriebenen Formrad angetrieben
wird.
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Als
Alternative dazu werden die Wellen mit einem Werkzeugsatz geformt,
der ein angetriebenes Formrad mit Formzähnen, ein Lauf-Formrad mit Formzähnen, die
mit den Formzähnen
des angetriebenen Formrades in Eingriff sind, und einen Räderzug enthält, der
das angetriebene Formrad und das Lauf-Formrad so koppelt, dass sowohl
das angetriebene als auch das Lauf-Formrad drehend angetrieben werden.
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Als
Alternative dazu werden die Wellen mit einem Vorform-Werkzeugsatz
und einem End-Werkzeugsatz geformt, und jeder Werkzeugsatz enthält ein angetriebenes
Formrad mit Formzähnen,
ein Lauf-Formrad mit Formzähnen,
die mit den Formzähnen
des angetriebenen Formrads in Eingriff sind, sowie einen Räderzug,
der das angetriebene Formrad und das Lauf-Formrad so verbindet,
dass sowohl das angetriebene als auch das Lauf-Formrad drehend angetrieben
werden.
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Als
Alternative dazu wird das angetriebene Formrad eines der Werkzeugsätze von
dem angetriebenen Formrad des anderen Werkzeugsatzes angetrieben.
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Als
Alternative dazu werden die Wellen mit einem Werkzeugsatz geformt,
der ein Formrad mit Formzähnen,
die Hohlräume
bilden, das drehend angetrieben wird, sowie einen Stempel, der einen
Zahn hat, aufweist, dessen Form im Wesentlichen komplementär zu der
Form der Hohlräume
ist, und der linear und hin und her entlang einer Achse im Wesentlichen radial
zu dem Formrad angetrieben wird.
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Vorzugsweise
wird das Formrad intermittierend mit Verweilperioden gedreht, während der
der Stempel wenigstens teilweise eine einzelne Welle in dem Band
erzeugt, indem das Band in einen Hohlraum des Formrades hinein verformt
wird. Geeigneterweise wird, während
eine Welle mit dem Stempel geformt wird, eine austretende Schleife
einer Welle des Bandes bei jedem Formhub des Zahns des Stempels
von einem Fuß,
der zu dem Stempel gehört,
an der Spitze des Zahns des Formrades an der Austrittsseite des
Hohlraums gehalten.
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Als
Alternative dazu werden die Wellen durch einen Vorform-Werkzeugsatz
und einen End-Werkzeugsatz geformt, wobei beide Werkzeugsätze gemeinsam
ein drehbar angetriebenes Formrad mit Zähnen, die Hohlräume bilden,
nutzen und wobei der Vorform-Werkzeugsatz
einen Vorform-Stempel mit einem Zahn enthält, dessen Form teilweise komplementär zur Form
der Hohlräume
ist, und der End-Vorform-Werkzeugsatz einen End-Stempel mit einem
Zahn enthält,
dessen Form im Wesentlichen komplementär zur Form der Hohlräume ist,
wobei der End-Stempel in Umfangsrichtung von dem Vorform-Stempel beabstandet
ist und wobei jeder Stempel durch einen sich hin und her bewegenden
Schubantrieb radial zu dem Formrad angetrieben wird. Geeigneterweise
wird das Formrad intermittierend mit Verweilperioden gedreht, während der
die Stempel Wellen in dem Band durch Verformen des Bandes in Hohlräume des
Formrades hinein formen. Vorzugsweise wird, während Wellen mit jedem Stempel
geformt werden, eine aus tretende Schleife einer Welle des Bandes
bei jedem Formhub des Zahns des Stempels an der Spitze des Zahns des
Formrades an der Austrittsseite des Hohlraums gehalten.
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Die
obenstehende Beschreibung ist eine allgemeine Übersicht über Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung. Die ausführliche
Beschreibung von Ausführungen
der Erfindung, die folgt, ermöglicht
es, die vorliegende Erfindung besser zu verstehen und den Beitrag
zur Technik umfassender zu würdigen.
Für den
Fachmann liegt auf der Hand, dass die Ausführungen ohne weiteres als Basis
zum Abwandeln oder Entwickeln anderer Strukturen und Verfahren zum
Erfüllen
der Zwecke der vorliegenden Erfindung genutzt werden können, wie
sie in den beigefügten
Ansprüchen
dargelegt sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist eine allgemein schematische
Vorderansicht einer ersten Ausführung;
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2 ist eine allgemein schematische
Vorderansicht einer zweiten Ausführung;
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3 ist eine allgemein schematische
Vorderansicht einer dritten Ausführung;
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4 ist eine allgemein schematische
Vorderansicht einer vierten Ausführung;
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5 ist eine allgemein schematische
Vorderansicht einer fünften
Ausführung;
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6 ist eine allgemein schematische
Vorderansicht der Stempel-und-Formrad-Werkzeuge der fünften Ausführung im Detail; und
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7 ist eine allgemein schematische
Vorderansicht einer sechsten Ausführung.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Wie
unter Bezugnahme auf 1 zu
sehen ist, weist die darin dargestellte Maschine ein doppelwandiges
Gehäuse 10 auf,
das durch Trennwände 12 und 14 unterteilt
ist, um eine Mittel-Teilkammer 16 und Abschluss-Teilkammern 18 und 20 zu
schaffen. Die Innenwand des Gehäuses 10 ist
isoliert. Ein Kühlmittel,
das Wasser sein kann, wird konti nuierlich durch den Mantel zwischen
der Innen- und der Außenwand
des Gehäuses 10 von
einer Kühlmittelquelle 22 zu
einem Kühlmittelauslass 24 zirkuliert.
In der Praxis wird das Kühlmittel
separat durch jede Doppelwandplatte (obere, untere, vordere und
hintere) zirkuliert, die das Gehäuse
bilden, sowie durch eine angelekte Zugangstür an der Vorderseite des Gehäuses.
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Wenn
Oxidation des Werkzeugsatzes bzw. des Folienbandes vermieden werden
soll, wird ein inertes Gas, wie beispielsweise Argon, von einer
Inertgasquelle 26 der Mittel-Teilkammer mit einem gesteuerten Gasdurchsatz
zugeführt
und wird über
einen Abgasauslass 28 abgeleitet, der durch Rohre 28p mit
den Abschluss-Teilkammern verbunden ist. Das inerte Gas füllt das
Gehäuse 10 und
wird kontinuierlich nachgefüllt,
so dass im Wesentlichen der gesamte Sauerstoff aus den Teilkammern
gespült wird,
wobei dies jeglichen Sauerstoff einschließt, der von den Wänden des
Gehäuses
und Teilen der Maschine in der Kammer freigesetzt wird. Das inerte Gas
in der Kammer wird durch Heizelemente 30 erhitzt, die sich
in der Mittel-Teilkammer befinden. Die Temperatur des inerten Gases
in der Kammer wird natürlich
auf geeignete Weise gesteuert.
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Das
Folienband S, das in der Maschine gewellt werden soll, wird von
einer Rolle R zugeführt, wird
in die Abschluss-Teilkammer 18 über einen Schlitz in der Bodenwand
des Gehäuses
eingeleitet und wird auf einem gewundenen Weg, der durch Führungen 34 gebildet
wird, zu einem Werkzeugsatz 36 (weiter unten beschrieben)
geleitet, der Wellen in dem Folienband formt. Das gewellte Folienband
wird auf einer Leitbahn 38 von dem Werkzeugsatz weggeleitet
und tritt, nachdem es die Abschluss-Teilkammer 20 durchlaufen
hat, über
einen Schlitz aus dem Gehäuse
aus. Das Band gelangt über
eine Öffnung 30 an
der Oberkante der Wand 12 aus der Abschluss-Teilkammer 18 in
die Mittel-Teilkammer 16 und
gelangt von der Mittel-Teilkammer 16 über eine Öffnung 15 an der Oberkante
der Wand 14 in die Abschluss-Teilkammer 20. Die Öffnungen
ermöglichen es,
dass das inerte Gas, das von der Quelle 26 in die Mittel-Teilkammer 16 eintritt,
aus der Mittel-Teilkammer 16 in die Abschluss-Teilkammern 18 und
dann zu den Ableitrohren 28p strömt. Da das inerte Gas in der Kammer,
die durch das Gehäuse 10 gebildet
wird, einen Druck über
dem atmosphärischen
hat, ist der Gasaustritt aus der Kammer zur Außenseite des Gehäuses über die
Schlitze, durch die das Folienband in die Kammer ein und aus ihr
austritt, akzeptabel.
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Es
sind relativ große
Temperaturgefälle
innerhalb der Mittel- und der Abschluss-Teilkammern sowie zwischen der Mittel-Teilkammer
und den Abschluss-Teilkammern vorhanden. Daher ist das Folienband
S, das dünn
ist und daher Wärme
leicht in der Dickenrichtung leitet, Temperaturgefällen ausgesetzt,
wenn es in die Teilkammern in dem Gehäuse 10 ein-, durch
sie hindurch- und aus ihnen austritt. Die kühlsten Bereiche der Kammer
sind die niedrigsten Abschnitte der Abschluss-Teilkammern 18 und 20.
Wenn das inerte Gas über
die Öffnungen 13 und 15 strömt, gibt
es Wärme
an die Ober- und die Abschlusswände
des Gehäuses
ab. Wärme
wird auch an das relativ kühle
eintretende Folienband S abgegeben. Die höchsten Temperaturen in der
Kammer, die durch das Gehäuse 10 gebildet
wird, liegen im Mittelbereich der Mittel-Teilkammer 16,
der von den gekühlten
Wänden
des Gehäuses
entfernt ist, sowie in der Nähe
der Heizelemente 30. Die Führungen 34 und der
Werkzeugsatz 36 in der Mittel-Teilkammer 16, die
mit dem Folienband in Kontakt kommen, werden von dem inerten Gas
erhitzt, so dass Wärmeaustausch
zwischen diesen Bauteilen und dem Folienband minimal ist. Die Führungen 34 können aus
einem keramischen oder anderem Material mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit
bestehen. Der gewundene Weg für
das Folienband S ermöglicht
es dem Band, so lange in der heißen Mittel-Teilkammer 16 zu bleiben,
dass es stark erhitzt wird, bevor es mit dem Werkzeugsatz 36 bearbeitet
wird. Das inerte Gas verhindert, dass das Folienband und der Werkzeugsatz
in den hohen Temperaturbereichen oxidiert werden, auf die die Folie
bei den meisten Funktionen der Maschine zum Formen/Wellen erhitzt
wird. In einigen Fällen
kann die Maschine betrieben werden, ohne die Zufuhr von inertem
Gas zu aktivieren.
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Nachdem
es mit dem Werkzeugsatz 36 gewellt worden ist, wird das
Band S auf dem Leitblech 38 durch die Öffnung 15 geleitet,
tritt nach unten durch die Abschluss-Teilkammer 20 hindurch
und über
einen Schlitz in der Bodenwand aus der Kammer des Gehäuses 10 aus.
Das Leitblech 38 ist so ausgeführt, dass es Wärme von
dem nunmehr gewellten Band durch Leitung aufnimmt, d.h. das Leitblech 38 besteht
aus einem Material, das Wärme
leitet, und ist an der relativ kühlen
Rückwand
des Gehäuses 10 befestigt,
so dass es eine erheblich niedrigere Temperatur hat als das Gas
in der Mittel-Teilkammer 16.
Das Band S kühlt
sich weiter ab, während
es durch die Abschluss-Teilkammer 20 hindurchtritt. Wenn
das Band das Gehäuse 10 verlässt, hat
es sich so weit abgekühlt,
dass es an die Luft austreten kann, ohne dass die Gefahr von Oxidation
besteht.
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Das
nunmehr gewellte Band wird durch Maßwalzen 40 und zwischen
ihnen hindurch geleitet, bei denen es sich um Werkzeugwalzen mit
glatten Umfang handelt, die eine zusätzliche Regulierung der Form
der gewellten Folie (insbesondere der Höhe) durchführen, um jegliche Veränderungen
aufgrund ungleichmäßigen Zurückfederns
auszugleichen.
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Der
Werkzeugsatz 36 der in 1 dargestellten
Ausführung
besteht aus einem angetriebenen Formrad 42 und einem Lauf-Formrad 44.
Die Welle des angetriebenen Formrades 42 wird von Lagern
getragen, die sich außerhalb
des Gehäuses
befinden und wird drehend von einem Drehantrieb 46 angetrieben,
der sich ebenfalls außerhalb
des Gehäuses
befindet. Jedes Formrad hat Zähne,
die mit den Zähnen
des anderen Formrades in Eingriff kommen, wobei die Zähne und
Hohlräume
zwischen den Zähnen
des Formradpaars so geformt sind, dass sie Wellen in dem Band S
mit der gewünschten
Form herstellen. Das Wellen von sehr dünnen Folien, die zwischen ungefähr 0,05
und ungefähr
0,15 mm (ungefähr
0,002 Inch bis ungefähr
0,006 Inch) dick sind, macht sehr genaue Einstellung der Formräder erforderlich.
Zu diesem Zweck ist die Lauf-Formwalze 44 in Lagern außerhalb
des Gehäuses
angebracht, die von einer verstellbaren Halterung getragen werden, die
in 1 schematisch mit
der Kurve 48 dargestellt ist.
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Die
zweite bis sechste Ausführung
von Maschinen gemäß der vorliegenden
Erfindung, die in 2 bis 7 dargestellt sind, gleichen
in vielerlei Hinsicht der ersten Ausführung. Dementsprechend gilt ein
Großteil
der obenstehenden Beschreibung der ersten Ausführung in vielen Aspekten für die zweite bis
sechste Ausführung
und wird daher bei den untenstehenden Beschreibungen der zweiten
bis sechsten Ausführung
nicht wiederholt. Auch die für die
Elemente der zweiten bis sechsten Ausführung in den Zeichnungen verwendeten
Bezugszeichen haben die gleichen letzten zwei Ziffern wie die entsprechenden
Elemente der ersten Ausführung.
Die ersten Ziffern der Bezugszeichen, die für die Elemente der zweiten
bis sechsten Ausführung
verwendet werden, entsprechen der Nummer der Ausführung. So
ist beispielsweise die erste Zahl der Bezugszeichen, die für die zweite
Ausführung
verwendet werden, 2, die erste Zahl der Bezugszeichen, die für die dritte
Ausführung
verwendet werden, 3, usw.
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Der
Werkzeugsatz 36 der ersten Ausführung, d.h. ein einzelnes Paar
aus ineinandergreifenden Formrädern 42 und 44 formt,
wie in 1 dargestellt,
jede Welle in dem Band in einer einzelnen Bearbeitungsstufe vollständig, wobei
jede Welle durch zunehmendes Dehnen und Biegen eines Segmentes des
Bandes ausgebildet wird, wenn ein Zahn eines Formrades das Segment
in einen Hohlraum des anderen Formrades drückt. Bei der zweiten Ausführung (2) besteht der Werkzeugsatz 236 aus
einem angetriebenen Formrad 242, einem Lauf-Formrad 244 und
einem Lauf-Vorformrad 250. Das Vorformrad 250 hat
Zähne,
die Segmente des Bandes S nacheinander teilweise in die Hohlräume des
angetriebenen Formrades 242 drücken, so dass die Wellen teilweise geformt
werden. Die Zähne
des Lauf-Formrades 244 vollenden die teilweise geformten
Wellen, indem sie nacheinander tiefer in die Hohlräume des
Antriebs-Formrades 242 gedrückt werden. Das Vorformrad 250 formt
eine Keilwelle, indem ein ankommendes Segment des Bandes mit geringer
oder ohne axiale Dehnung in den Hohlraum gezogen wird. Da das Band
an dem Lauf-Formrad 244 mit teilweise ausgebildeten Wellen
ankommt, die in die Hohlräume des
angetriebenen Formrads 242 geschoben sind, wird durch das
tiefere Einschieben jeder teilweise geformten Welle in einen Hohlraum
des angetriebenen Formrades 242 die Welle in Längsrichtung
des Bandes gedehnt.
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Bei
der dritten Ausführung
enthält
der Werkzeugsatz 336 ein Vorform-Radpaar 352 und 354,
die Wellen in dem Band S teilweise ausbilden, sowie ein Endform-Radpaar 356 und 358,
die die Ausbildung der Wellen abschließen. Ein Formrad 356 des
Endform-Radpaars
wird durch einen Drehantrieb (nicht dargestellt) angetrieben. Das
angetriebene Formrad 356 treibt das Vorformrad 352 über einen
Riemen 360 an und treibt das Endformrad 358 an.
Das Vorformrad 352 treibt das Vorformrad 354 an,
das ein Laufrad ist.
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4 zeigt zusätzliche
Elemente der vierten Ausführung
und enthält
eine detailliertere schematische Darstellung. Das Gehäuse 410 hat
eine doppelwandige, flüssigkeitsgekühlte Hauptummantelung 410m mit
einer Öffnung
der Vorderseite, die von einem Flansch 410f eingerahmt
ist. Eine doppelwandige Vorderabdeckung (nicht dargestellt) ist über ein Paar
Gelenke, von denen jeweils ein Blatt 410h dargestellt ist,
mit der Hauptummantelung 410m verbunden. Die Kammerummantelung
ist mit wenigstens einer Schicht (in 4 als
Doppelschicht dargestellt) aus keramischen Isolierplatten 410p ausgekleidet, deren
Vorderkanten so abgesetzt sind, dass sie mit Isolierplatten mit
ab gesetzten Kanten an der Vorderplatte in Eingriff kommen. Als Alternative
dazu können
in anderen Ausführungen
der vorliegenden Erfindung mehr als zwei Schichten, so beispielsweise
drei Schichten, aus keramischem Isoliermaterial eingesetzt werden.
Die Vorderplatte ist normalerweise mit einem Passflansch an der
vorderen Abdeckung an der Hauptummantelung angeschraubt, kann jedoch zur
Wartung oder zum Austausch (beispielsweise um die Formwerkzeuge
auszuwechseln) von Bauteilen innerhalb des Gehäuses geöffnet werden, indem die Schrauben
entfernt werden und die Abdeckung an den Gelenken aufgeschwenkt
wird. Das Gehäuse 410 ist
nicht in Teilkammern unterteilt, und es gibt kein spezielles Gasableitsystem
(vgl. 4 mit 1). In 4 entweicht das Gas über vorgegebene Öffnungen
(beispielsweise Spalte um die Eintritts- und Austritts-Folienzuführeinrichtungen)
durch die Kammer hindurch. Das Folienband S wird durch das Gehäuse auf
einem horizontalen geraden Weg geleitet, der über einen Schlitz in der (in
der Zeichnung) rechten Seitenwand eintritt und über einen Schlitz in der linken
Seitenwand austritt. Eine Führung 434 an der
Eintrittsseite des Werkzeugsatzes 436 trägt das Band
und ist so aufgebaut, dass schnelle Wärmeübertragung auf das Band gewährleistet
ist, so dass es an dem Werkzeugsatz mit einer hohen Temperatur zur
Bearbeitung ankommt. Andererseits führt die Führung 434 keine Wärme aus
dem Inneren der Kammer in einem Maß zu dem Teil des Bandes zurück, der
sich noch außerhalb
des Gehäuses
(und an der Luft) befindet, durch das dieser Teil, der noch nicht
in das Gehäuse
eingetreten ist, oxidiert werden könnte. Der austretende Teil
des dann gewellten Bandes wird auf seinem Austrittsweg von dem Werkzeugsatz
durch eine Führung 438 getragen,
die so ausgeführt
ist, dass sie das Band kühlt,
so dass es aus dem Gehäuse
bei einer Temperatur austritt, die unter der liegt, bei der es Oxidation
ausgesetzt ist. Die Führung 438 ist
des Weiteren so ausgeführt, dass
sie das "Abziehen" von Wärme von
dem Teil des Bandes verhindert, der zu diesem Zeitpunkt durch den
Werkzeugsatz gewellt wird.
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Der
Werkzeugsatz 436 besteht aus einem angetriebenen Formrad 442 und
einem Lauf-Formrad 444,
d.h. es handelt sich um den gleichen Typ Werkzeugsatz wie in der
ersten Ausführung
(1). 4 zeigt den oberen Teil eines einstellbaren
Trageturms 448 für
das Lauf-Formrad. Es ist eine verstellbare Druckfeder 448s zu
sehen, die das Lauf-Formrad 444 mit
dem angetriebenen Form 442 in Eingriff drückt, um
die Wellen unter einem vorgegebenen "Spaltdruck" zwischen den Formrädern zu erzeugen. Die Feder 448s ermöglicht es
den Rädern auch,
sich bei zu starkem Druck des Rad-Werkzeug satzes oder bei einer
Funktionsstörung
zu trennen, die Auflaufen von Band in dem Werkzeugsatz bewirkt.
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Die
vierte Ausführung
hat kein Ableitsystem als solches zum Leiten von inertem Gas aus
der Kammer innerhalb des Gehäuses 410.
Stattdessen sind die Schlitze, über
die das Folienband in die Kammer eintritt und sie verlässt (sowie
andere Öffnungen in
den Gehäusewänden) so
bemessen, dass das inerte Gas aus der Kammer in einem geeigneten
Maß austreten
kann, durch das gewährleistet
ist, dass das der Kammer zugeführte
inerte Gas durch die Kammer strömt
und Sauerstoff ausspült.
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Der
Werkzeugsatz 536 der fünften
Ausführung
(5) besteht aus einem
sich drehenden Formrad 542 und einem sich hin- und herbewegenden
Stempel 544. Das Formrad 542 wird von einem Antrieb
(nicht dargestellt) intermittierend drehend angetrieben, um jeden
Hohlraum nacheinander an eine Position unmittelbar unterhalb des
Stempels 544 zu bewegen und dann zu verweilen, während der
Stempel 544 einen Zyklus aus einer Abwärtsbewegung und einer Aufwärtsbewegung
ausführt.
Der Stempel hat einen einzelnen Formzahn 544c (6), der sich in den dann
bereitstehenden Hohlraum 542c des Formrades hinein bewegt.
Der Stempel hat des Weiteren einen federgespannten Haltefuß 544f,
der sich vor dem Formzahn befindet. Bei jedem Abwärtshub des
Stempels, der durch einen Schubantrieb 536d betätigt wird,
kommt der Haltefuß 544f mit
dem Segment des Folienbandes in Kontakt, das über dem Zahn des Formrades
unmittelbar an der Austrittsseite des Hohlraums 542c liegt,
in den der Formzahn sich bei seinem Abwärtshub bewegen wird. Der Kontakt kommt
zustande, bevor der Formzahn mit der Folie in Kontakt kommt, um
mit dem Formen der nächsten Welle
zu beginnen, so dass die austretende Welle des Folienbandes, bevor
sie durch einen Abwärtshub des
Stempels geformt wird, mit dem Haltefuß in Kontakt gebracht und an
der Spitze des austretenden Zahns festgeklemmt wird, der an das
Segment des Folienbandes angrenzt, das die nächste zu formende Welle formen
wird. Das Festklemmen der gerade austretenden Welle, während die
nächste
Welle geformt wird, gewährleistet,
dass die Form jeder austretenden Welle beibehalten wird und keine
Möglichkeit besteht,
dass sie zurückgezogen
wird, wenn die unmittelbar darauffolgende Welle geformt wird. Jede Welle
wird aus Material von dem eintretenden Teil des Folienbandes geformt,
das bei dem Abwärtshub des
Stempels in den Hohlraum hinein gezogen wird. Der Drehantrieb des
Formrades und der Schubantrieb des Stempels sind computer/servo-gesteuert, um
die Drehungen und die Verweilzeiten des Formrades sowie die Verweilzeiten
und Hübe
des Stempels genau zeitlich zu steuern. Obwohl jede Welle in dem Folienstreifen
einzeln mit einem Gesamt-Arbeitszyklus geformt wird, der Verweilperioden
sowohl für
das Formrad als auch für
den Stempel einschließt,
kann eine gut eingerichtete Maschine gemäß 5 mit einer Geschwindigkeit betrieben
werden, durch die bis zu mehrere Wellen pro Sekunde erzeugt werden.
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Die
sechste Ausführung
(7) hat einen Werkzeugsatz 636,
der aus einem Formrad 642 besteht, das intermittierend
mit einer Verweilperiode zwischen jedem Drehschritt gedreht wird,
während der
es stationär
bleibt, wobei gleichzeitig ein Vorform-Stempel 644P eine
Welle in einem Hohlraum teilweise formt und ein Endform-Stempel 644f,
der in Umfangsrichtung von dem Vorform-Stempel in der Drehrichtung
des Formrades beabstandet ist, die Ausbildung einer teilweise geformten
Welle abschließt,
die zuvor von dem Vorform-Stempel begonnen wurde. Die zwei Stempel 644P und 644F sind
bis auf die Formen des Formzahns an jedem Stempel identisch. Des
Weiteren ist Stempel 644F identisch mit Stempel 544 in 5 und 6, und Stempel 644P ist bis
auf die Form des Formzahns an jedem Stempel identisch mit Stempel 544.
Die Maschine wird natürlich
so zeitgesteuert, dass die Zyklen der Stempel übereinstimmen und beide Stempel
verweilen, während
sich das Formrad um eine Strecke dreht, die dem Schrittabstand der
Formhohlräume
entspricht.
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Die
Werkzeugsätze
der in 5 bis 7 dargestellten Ausführungen
sind in der US-Patentanmeldung Nr. 09/970,571 beschrieben und dargestellt,
die gleichzeitig eingereicht wurde.