Verformte Kunststoffscheiben auf flexiblem Formwerkzeug herstellen

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Demonstrator mit Stempelfeld aus neun Stempeln für die Forscher

Um die eigens für das Projekt entwickelten Klemmmechanismen und das Stempelprinzip experimentell zu erproben, existiert am Standort Augsburg der Fraunhofer-IWU-Projektgruppe RMV ein Demonstrator mit einem aus neun Stempeln bestehenden Stempelfeld. An diesem Demonstrator können die Funktionsweise verschiedener Klemmungen und die damit erreichbaren Wiederholgenauigkeiten untersucht werden. Bis Ende des Jahres 2012 ist es geplant, die Anzahl der Stäbe im Demonstrator so weit zu erhöhen, dass darauf aktiv Umformversuche durchgeführt werden können.

Bei Abmessungen von etwa 1 m auf 0,5 m umfasst das geplante Feld insgesamt mehr als 550 Stäbe. Die Versuchsfläche wird dabei aus zwei identisch aufgebauten Modulen zusammengesetzt. Es können jedoch beliebig viele Module kombiniert werden, sodass mit wenig Aufwand Formen in nahezu beliebiger Größenordnung entstehen können.

Um die Stetigkeit der umgeformten Scheibe zwischen den Stempeln zu gewährleisten, erhalten die Stempel geeignete Stempelköpfe. Auf diesen wird wiederum eine elastische Interpolationsschicht aufgebracht, die das Durchhängen zwischen den Stempelköpfen und das Abdrücken derselbigen vermeiden soll.

Prototypen der Stempelköpfe durch generative Fertigung erstellen

Die Stempelköpfe sind als sternförmige Geometrie ausgebildet. Die einzelnen Rippen wurden rechnerisch so ausgelegt, dass sie den auftretenden Kräften widerstehen. Mithilfe der additiven Fertigung konnten bereits einige Beispielköpfe hergestellt werden. Durch das pulverbasierende generative Verfahren lassen sich im Kunststoffbereich die in den Stempelköpfen verbauten Kugelgelenke in einem einzigen Fertigungsprozess herstellen.

Zur Auslegung der auf den Stempelköpfen aufgebrachten Interpolationsschicht setzen die Forscher FEM-Simulation ein. Mithilfe solcher Simulationen kann die Elastizität der Matte unter Berücksichtigung aller äußeren Einflussfaktoren so berechnet werden, dass sich die gewünschten Krümmungsradien realisieren lassen und gleichzeitig der Durchhang und die Abdrücke der Stempelköpfe im PMMA (Polymethylmethacrylat) minimiert werden.

Erste Versuche zeigen, dass sich die hier beschriebene Technik für gekrümmte Kunststoffscheiben eignet, die mit einem einfachen Überlegverfahren gefertigt werden. Bei Scheiben mit homogenen Krümmungsradien können auch bei komplexeren Tiefziehverfahren Parameter gefunden werden, bei welchen die einzelnen Stempel kaum Abdrücke auf der umgeformten Scheibe hinterlassen.

* Dipl.-Ing. Dominik Simon ist Mitarbeiter in der Projektgruppe für ressourceneffiziente mechatronische Verarbeitungsmaschinen des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in 86153 Augsburg

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