Wirkmedienbasiertes Umformen von Papier

Zum jetzigen Zeitpunkt basiert das Vorgehen bei der Entwicklung neuer Umformprodukte aus Papier auf Erfahrungen der Hersteller sowie zeit- und kostenintensiven Experimenten. Dies führt zu einem momentan eingeschränkten Nutzen von Papier für mehrdimensionale Produkte. Das Ziel dieser Arbeit ist die bisherige Herangehensweise, durch eine auf numerischen Simulationen basierende Auslegungsmethodik, zu erweitern. Hierzu werden aus dem Bereich der Metalle bekannte Verfahren für den Werkstoff Papier adaptiert. Im ersten Schritt wird das Materialverhalten des Werkstoffs Papier in Bezug auf den Umformprozess untersucht. Bekannte einflussreiche Prüfparameter wie Orientierung, Feuchte und Belastungsgeschwindigkeit werden hierbei berücksichtigt. Des Weiteren wird das Konzept, das Formänderungsvermögen eines Werkstoffs aufgrund seiner Dehnungszustände auf der Oberfläche zu charakterisieren von Metall auf Papier übertragen. Eine entwickelte Reibprüfanlage ermöglicht es Auswirkung der Prozessparameter auf die Papierfeuchte und Temperatur darzustellen. Aufbauend auf den drei für die Abbildung und Optimierung des Umformprozesses maßgeblichen Einflussgrößen werden numerische Simulationsmodelle untersucht. Abschließend ist die Methodik zur gezielten Auslegung einer Geometrie für den Werkstoff Papier anhand eines Demonstrators dargestellt. Die ermittelten Formgebungsgrenzen für Papier in einem angepassten Grenzformänderungsschaubild zeigen die Möglichkeiten, welche sich hierdurch für die Bewertung der Herstellbarkeit eines Produktes ergeben.