Vorrichtung und Verfahren zur Verformung von Edelstahlmembranen für Vakuum-Wärmeisolations-Elemente

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Preßwerkzeug zur Verformung von Edelstahlmembranen für Vakuum-Wärmeisolations-Elemente in einer Presse, das eine einen Preßdruck aufnehmende Grundplatte und eine in Richtung auf diese verfahrbaren und Preßdruck ausübenden Deckplatte aufweist, wobei benachbart zu einem zu verformenden Rohling ein die Preßkräfte in Querrichtung zur Bewegungsrichtung der Deckplatte umlenkender Gummistempel vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung eines Preßwerkzeuges zur Verformung von Edelstahlmembranen für Vakuum-Isolations-Elemente. Derartige Preßwerkzeuge sind in der FR-A-2 270 025 und in der DE-C-540 246 beschrieben, allerdings nicht zur Herstellung von Membranen, sondern von Fahrzeugfelgen und Wellrohren

[0002] Wärmeisolations-Elemente sind ausführlich in der Europäischen Patentschrift EP-B-0 263 928 beschrieben. Sie sind in der Regel plattenfömige metallische Vakuumhüllen, deren stirnseitige Randbereiche Wärmenbrücken zwischen Bodenblech und Deckblech ausbilden. Um die durch diese Wärmebrücken erzeugten Verluste zu minimieren, reduziert man die Wanddicke der Hülle in diesem Bereich und verlängert die Verbindung zwischen Bodenblech und Deckblech, in der man stirnseitige Membranen als umlaufenden Faltenbalg ausführt.

[0003] Um das Vakuum an den Stirnseiten sicherzustellen, ist es erforderlich, daß die Edelstahlmembranen aus ringförmig verschweißten Edelstahl-Metallstreifen hergestellt werden. Fertigungstechnisch hat es sich allerdings als außerordentlich schwierig erwiesen, derartige faltenbalgartige Membranen mit der erforderlichen Präzision herzustellen. Insbesondere die Verwendung von Rollformern führte nicht zu dem gewünschten Ergebnis, da auch die Randbreiche der Edelstahlmembranen glatt und homogen ausgebildet sein müssen, um ohne Fehlstellen mit den Platten der Wärmeisolations-Elemente verbunden werden zu können.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Preßwerkzeug aus der eingangs genannten Art für eine Verwendung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem einfach, präzise und kostengünstig Edelstahlmembranen hergestellt werden können.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die Kombination der Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst.

[0006] Durch die Verwendung des Gummistempels, der aufgrund seiner Elastizität, seine Volumenkonstanz bei der Verformbarkeit den aus einem Edelstalllstreifen zu einem Endlosband verschweißten Rohling in seinem ganzen Umfang gleichzeitig verformt, kommt man ohne komplizierte und mechanische aufwendige Preßvorrichtungen aus. Der Gummistempel ist vergleichsweise preiswert in der Herstellung und kann viele Male verwendet werden. Es ist auch möglich, ohne Änderung des Gummistempels unterschiedlich geformte Formmatrizen zu verwenden.

[0007] Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist.

[0008] In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1:

Eine schematische Darstellung eines Preßwerkzeuges in teilweise geschnit tener Seitenansicht;

Figur 2:

Eine Draufsicht auf eine Formmatrize oberhalb eines Pressentisches;

Figur 3:

Einen Querschnitt durch eine Formmatrize mit aufgeformter Membrane.

[0009] Das Preßwerkzeug zur Verformung von Edelstahlmembranen besteht im wesentlichen aus einer einen Preßdruck aufnehmenden Grundplatte 1 und einer in Richtung auf diese verfahrbaren und Preßdruck ausübenden Deckplatte 12, wobei in der benachbart zu einem zu verformenden Rohling 3 auf seiner einen Seite eine Formmatrize 4 und auf der gegenüberliegenden Seiten des Rohlings 3 ein Gummistempel 5 vorgesehen sind. Die Formmatrize 4 weist eine einer herzustellenden Edelstahlmembran entsprechende faltenbalgartige Oberfläche 6 auf, die auf dem Rohling 3 bei seiner Verformung aufgepreßt wird. Der Gummistempel 5 weist eine zentrale Preßfläche 7 auf, die dem Rohling 3 zugekehrt ist und der jeweils zwei entgegen der Preßrichtung abgeschrägten Flankenflächen 8, 9 benachbart sind. Diese Flankenflächen 8, 9 weisen jeweils größere Abmessungen auf, als die zentrale Preßfläche 7 des Gummistempels 5.

[0010] Die Formmatrize 4 ist in Bewegungsrichtung des Preßstempels zwischen einer unteren Matrizenträgerplatte 10 und einer oberen Matrizenabdeckplatte 11 eingespannt. Zwischen der Grundplatte 1 und der Matrizenträgerplatte 10 sowie zwischen der Matrizenabdeckplatte 11 und der von dem Preßstrempel 2 beaufschlagten Deckplatte 12 erstrecken sich Gummifedern 13, 14, über die die Matrizenträgerplatte 10, die Matrizenabdeckplatte 11 und die zwischen ihnen angeorndeten Formmatrizen 4 bei einem Preßvorgang, in ihrer Lage gehaltert werden, wenn die Deckplatte 12 in Richtung auf die Grundplatte 1 herabgedrückt wird. Die Grundplatte 1 und die Deckplatte 12 sind jeweils mit aufeinander gerichteten Stempeln versehen, zwischen denen und jeweils einer Auflagerfläche 17, 18, des Gummistempels 5 sich Preßkräfte übertragende Platinen 19, 20 erstrecken. Diese Platinen 19, 20 sind aus einem volumenkostanten elastischen Kunststoff, der beispielsweise ein Urelastkunststoff sein kann, gefertigt. Die Platinen 19, 20, sind in horizontalen Richtungen an der Matrizenträgerplatte 10, der Matrizenabdeckplatte 11 und einem diesem gegenüberliegenden Abstützblock 21 abgestützt. Auch der Gummistempel 5 ist an seiner dem Rohling 3 abgewandten Rückfläche 22 an dem Abstützblock 21 abgestützt. Zwischen dem Gummistempel 5 im Bereich der zentralen Preßfläche 7 und der Flankenfläche 8, 9 und der Oberfläche 6 der Formmatrize 4 ist ein Hohlraum 23 ausgebildet, der bei Beendigung eines Preßvorganges vollständig von dem Gummistempel 5 und der Edelstahlmembrane 24 ausgefüllt ist. Der Rohling 3 besteht aus einem zu einem Endlosstreifen verschweißten Edelstahlblechstreifen, der vorzugsweise eine Stärke von 0,15 mm aufweist. Diese Materialstärke hat sich als einerseits hinreichend stabil erwiesen und ist andererseits durch Einsatz des Gummistempels 5 ausreichend präzise verformbar.

[0011] Die erfindungsgemäße Verwendung wird mit dem erfindungsgemäßen Preßwerkzeug wie folgt durchgeführt:

[0012] Nachdem zunächst der Rohling 3 in den Hohlraum 23 eingelegt und die Vorrichtung für ihren Einsatz zusammengesetzt ist, übt der Preßstempel 2 Druckkräfte auf die Deckplatte 12 aus, wodurch die Deckplatte 12 in Richtung auf die Grundplatte 1 bewegt wird. Dabei werden die Stempel 15, 16 ebenfalls aufeinander zubewegt und die Gummifedern 13, 14 zusammengepreßt, so daß die Matrizenträgerplatte 10 und die Matrizenabdeckplatte 11 die Formmatrize 4 festlegen. Über die Platinen 19, 20 werden die Druckkäfte in die Gummistempel 5 eingeleitet. Da dieser auf seiner der Formmatrize 4 abgewandten Rückfläche 22 so abgestützt ist, so daß das Gummimaterial des Gummistempels 5 in diese Richtung nicht ausweichen kann, wird die zentrale Preßfläche 7 des Gummistempels 5 in den Hohlraum 23 vorgeschoben und preßt bei fortschreitender Druckbeaufschlagung den Rohling 3 auf die faltenbalgartige Oberfläche 6 der Formmatrize 4. Die Randstreifen 25 des Rohlings 3 legen sich zunächst an die Flankenflächen 8, 9 des Gummistempels 5 an. Bei weiterer Druckbeaufschlagung wird jedoch das Gummimaterial des Gummistempels 5 soweit in den Hohlraum 23 hineingepreßt, daß die Randstreifen 25 von den Flankenflächen 8, 9 auf die Seitenflächen 26, 27 der Formmatrize 4 aufgepreßt werden und der Hohlraum 23, vollständig von dem Gummimaterial des Gummistempels 5 und der dann fertiggestellten Edelstahlmembrane 24 ausgefüllt ist. Nach Beendigung der Druckbeaufschlagung gibt der Gummistempel 5 den Hohlraum 23 wieder frei, so daß dieser geöffnet und die Edelstahlmembrane 24 entnommen werden kann.

Ansprüche

1. Preßwerkzeug zur Verformung von Edelstahlmembranen für Vakuum-Wärmeisolations-Elemente in einer Presse, das eine einen Preßdruck aufnehmende Grundplatte (1) und einen in Richtung auf diese verfahrbaren und Preßdruck ausübenden Deckplatte (12) aufweist, wobei benachbart zu einem zu verformenden Rohling (3) ein die Preßkräfte in Querrichtungen zur Bewegungsrichtung der Deckplatte (12) umlenkender Gummistempel (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gummistempel (5) und einer eine Negativform ausbildenden Formmatrize (4) der Rohling (3) angeordnet ist, und daß die Formmatrize (4) eine einer herzustellenden Edelstahlmembrane entsprechende faltenbalgartige Oberfläche (6) aufweist, auf die der Rohling (3) nach bzw. während seiner Verformung aufgepreßt ist, wobei der Gummistempel (5) eine zentrale, dem Rohling (3) zugekehrte Preßfläche (7) aufweist, der jeweils zwei entgegen der Preßrichtung abgeschrägte Flankenflächen (8, 9) benachbart sind, die jeweils größere Abmessungen aufweisen als die zentrale Preßfläche (7), und zwischen dem Gummistempel (5) und der Oberfläche (6) der Formmatrize (4) ein Hohlraum (23) ausgebildet ist, der bei Beendigung eines Preßvorganges vollständig von dem Gummimaterial des Gummistempels (5) und der fertiggestellten Edelstahlmembrane (24) ausgefüllt ist.

2. Preßwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formmatrize (4) in Bewegungsrichtungen der Deckplatte (12) zwischen einer unteren Matrizenträgerplatte (12) und einer oberen Matrizenabdeckplatte (11) eingespannt ist.

3. Preßwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Grundplatte (1) und der Matrizenträgerplatte (10) sowie zwischen der Matrizenabdeckplatte (11) und der von dem Preßsstempel (2) beaufschlagten Deckplatte (12) Gummifedern (13, 14) erstrecken, über die Matrizenträgerplatte (10) und die Matrizenträgerplatte (11) bei einem Preßvorgang in ihrer Lage gehaltert sind.

4. Preßwerkzeug nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (1) und die Deckplatte (12) mit einander zugekehrten Stempeln (15, 16) versehen sind, zwischen denen und jeweils einer Auflagerfläche (17, 18) des Gummistempels (5) sich Preßkräfte übertragende Platinen (19, 20) befinden.

5. Preßwerkzeug nach Anspruch 4, dadruch gekennzeichnet, daß die Platinen (19, 20) aus einem volumenkonstanten elastischen Kunststoff, vorzugsweise Urelastkunststoff, bestehen.

6. Preßwerkzeug nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platinen (19, 20) in horizontalen Richtungen an der Matrizenträgerplatte (10), der Matrizenabdeckplatte (11) und einem diesen gegenüberliegenden Abstützblock (21) abgestützt sind.

7. Preßwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gummistempel ( 5) an seiner dem Rohling (3) abgewandten Rückfläche ( 22) an dem Abstützblock (21) abgestützt ist.

8. Verwendung des Preßwerkzeuges gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 zur Verformung von Edelstahlmembranen, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Preßstempel (2) ausgeübten Preßkräfte über einen Gummistempel (5) in Querrichtungen zu den Bewegungsrichtungen des Preßstempels (2) umgelenkt werden, wobei die umgelenkten Druckkräfte zunächst von der zentralen Preßfläche (7) des Gummistempels (5) in den Rohling (3) eingeleitet und dieser in die faltenbalgartigen Vertiefungen der Oberfläche (6) der Formmatrize (4) hineingepreßt wird und die von der zentralen Preßfläche (7) des Gummistempels (5) nicht beaufschlagten Randstreifen (25) des Rohlings (3) zunächst in Richtung auf die Flankenflächen (8, 9) des Gummistempels (5) verformt und dann bei weiterer Druckbeaufschlagung von diesen um Außenflächen (26, 27) der Formmatrize (4) herumgelegt werden.

Claims

1. A press tool for forming stainless steel membranes for vacuum thermal insulation elements in a press which comprises a baseplate (1) which absorbs a pressing pressure and a top plate (12) which can travel in a direction towards the baseplate and which exerts a pressing pressure, wherein a rubber plunger (5), which deflects the pressing forces in directions transverse to the direction of movement of the top plate (12), is provided adjacent to a blank (3) to be formed, characterised in that the blank (3) is disposed between the rubber plunger (5) and a forming die (4) which forms a negative mould, and that the forming die (4) has a bellows-like surface (6) which corresponds to a stainless steel membrane to be produced and on to which the blank (3) is pressed after or during the forming thereof, wherein the rubber plunger (5) has a central pressing face (7) which faces the blank (3) and to which two flank faces (8, 9) are adjacent, which are each bevelled in the opposite direction to the direction of pressing and which each have dimensions larger than the central pressing face (7), and a cavity (23) is formed between the rubber plunger (5) and the surface (6) of the forming die (4), which cavity is completely filled by the rubber material of the rubber plunger (5) and by the finished stainless steel membrane (24) on the completion of a pressing operation.

2. A press tool according to claim 1, characterised in that the forming die (4) is clamped, in the directions of movement of the top plate (12), between a lower die support plate (12) and an upper die cover plate (11).

3. A press tool according to claim 2, characterised in that rubber springs (13, 14) extend between the baseplate (1) and the die support plate (10) and between the die cover plate (11) and the top plate (12) which is acted upon by the press ram (2), via which rubber springs the die support plate (10) and the die cover plate (11) are held in their positions during a pressing operation.

4. A press tool according to claims 1 to 3, characterised in that the baseplate (1) and the top plate (12) are provided with mutually facing rams (15, 16), between which and a bearing face (17, 18) of the rubber plunger (5) in each case there are platens (19, 20) which transmit pressing forces.

5. A press tool according to claim 4, characterised in that the platens (19, 20) consist of a constant-volume elastic synthetic material, preferably an urelast synthetic material.

6. A press tool according to claims 3 to 5, characterised in that the platens (19, 20) are supported in horizontal directions on the die support plate (10), on the die cover plate (11) and on a support block (21) facing these.

7. A press tool according to claim 6, characterised in that on its back face (22) remote from the blank (3) the rubber plunger (5) is supported on the support block (21).

8. The use of the press tool according to claims 1 to 7 for forming stainless steel membranes, characterised in that the pressing forces exerted by the press ram (2) are deflected, via a rubber plunger (5), in directions transverse to the directions of movement of the press ram (2), wherein the deflected pressing forces are first introduced by the central pressing face (7) of the rubber plunger (5) into the blank (3) and the latter is pressed into the bellows-like indentations in the surface (6) of the forming die (4), and the edge strips (25) of the blank (3) which are not acted upon by the central pressing face (7) of the rubber plunger (22) are first deformed towards the flank faces (8, 9) of the rubber plunger (22) and then, on the further application of pressure, are laid by said flank faces round outer faces (26, 27) of the forming die (4).

Revendications

1. Outil de presse pour le formage dans une presse de membranes en acier spécial destinées à des éléments d'isolation thermique à vide, comportant une semelle (1) qui reçoit une pression de formage et une plaque supérieure (12) mobile en direction de celle-ci et exerçant la pression de formage, un poinçon en caoutchouc (5) qui dévie les forces de pression dans des directions transversales par rapport à la direction de déplacement de la plaque supérieure (12) étant prévu dans la voisinage d'une ébauche (3) à façonner, caractérisé par le fait que l'ébauche (4) est placée entre le poinçon en caoutchouc (5) et une matrice (4) formant une empreinte négative et par le fait que la matrice (4) présente une surface (6) en forme de soufflet qui correspond à une membrane en acier spécial à façonner et sur laquelle l'ébauche (3) est appliquée après et pendant l'opération de formage, le poinçon en caoutchouc (5) présentant une surface de formage (7) centrale tournée vers l'ébauche (3) au voisinage de laquelle sont disposées deux surfaces de flanc (8,9) inclinées dans la direction opposée à la direction de formage, qui présentent des dimensions supérieures à celle de la surface centrale (7) et une cavité (23) étant formée entre le poinçon en caoutchouc (5) et la surface (6) de la matrice (4), laquelle cavité à la fin d'un processus de formage est complètement remplie par le caoutchouc du poinçon en caoutchouc (5) et la membrane en acier spécial terminée (24).

2. Outil de presse selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la matrice (4), dans la direction de déplacement de la plaque supérieure (12), est bridée entre une plaque support de matrice (10) inférieure et une plaque de fermeture de matrice (11) supérieure.

3. Outil de presse selon la revendication 2, caractérisé par le fait que des éléments élastiques en caoutchouc (13, 14) par l'intermédiaire desquels la plaque support de matrice (10) et la plaque de fermeture de matrice (11) sont maintenues en position lors d'une opération de formage, sont disposées entre la semelle (1) et la plaque support de matrice (10) ainsi qu'entre la plaque de fermeture de matrice (11) et la plaque supérieure (12) sollicitée par le coulisseau de presse (2) .

4. Outil de presse selon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la semelle (1) et la plaque supérieure (12) sont pourvues de poinçons (15, 16) tournés l'un vers l'autre entre lesquels et chaque fois une surface d'appui (17, 18) du poinçon en caoutchouc (5) sont disposées des platines (19, 20) qui transmettent les forces de formage.

5. Outil de presse selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les platines (19, 20) sont réalisées en un matériau élastique à volume constant, de préférence en élastomère d'uréthane.

6. Outil de presse selon les revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que les platines (19, 20) prennent appui dans les directions horizontales sur la plaque de support de matrice (10), la plaque de fermeture de matrice (11) et un bloc de contre-appui (21) disposé en vis-à-vis de celles-ci.

7. Outil de presse selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le poinçon en caoutchouc (5) sur sa face arrière (22) éloignée de l'ébauche (3) prend appui sur le bloc de contre-appui (21).

8. Utilisation d'un outil de presse selon les revendications 1 à 7 pour le formage de membranes en acier spécial, caractérisé par le fait que les forces de formage exercées par le poinçon de presse (2) sont déviées par l'intermédiaire d'un poinçon en caoutchouc (15) dans des directions transversales à la direction de déplacement du coulisseau de presse (2), les forces de pression déviées étant d'abord transmises par la surface de formage centrale (7) du poinçon en caoutchouc (5) à l'ébauche (3) et celle-ci étant pressée dans les cavités en forme de soufflets de la surface (6) de la matrice (4) et les bandes de bord (25) de l'ébauche (3) qui ne sont pas sollicitées par la surface centrale de formage (7) du poinçon (5) se déformant tout d'abord en direction des surfaces de flanc (8, 9) du poinçon en caoutchouc (5) puis s'appliquant autour de surfaces extérieures (26, 27) de la matrice (4) lorsque la pression est maintenue.

Zeichnung