DE102006057638B4 - Method for producing a molding tool - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines aus einem Faserverbund (10') gebildeten Formwerkzeugs (10) mit einer Verschleißschutzschicht (18) an einer Formoberfläche des Formwerkzeugs, wobei die Verschleißschutzschicht (18) zunächst als Blech oder Folie auf eine Formoberfläche eines Urwerkzeugs (20) aufgelegt wird, welches zur Bildung des Formwerkzeugs (10) aus dem Faserverbund (10') vorgesehen ist, und dann bei der Bildung des Formwerkzeugs (10) von der Formoberfläche des Urwerkzeugs (20) auf die Formoberfläche des Formwerkzeugs (10) übertragen wird, wobei die Verschleißschutzschicht (18) auf einer Seite, vor dem Auflegen der Verschleißschutzschicht (18) auf das Urwerkzeug (20), mit einem zur Schaffung einer Permanent-Trennschicht am fertigen Formwerkzeug (10) geeigneten Lacksystem versehen wird und die Verschleißschutzschicht (18) auf der entgegengesetzten Seite, vor und/oder nach dem Auflegen der Verschleißschutzschicht (18) auf das Urwerkzeug (20), mit einer Haftvermittlungsschicht (26) versehen wird.method for producing a molding tool formed from a fiber composite (10 ') (10) with a wear protection layer (18) on a mold surface the mold, wherein the wear protection layer (18) initially as Sheet or foil on a mold surface of a master tool (20) is placed, which for the formation of the mold (10) from the Fiber composite (10 ') is provided, and then in the formation of the mold (10) from the mold surface of the primary tool (20) transferred to the mold surface of the mold (10) with the wear protection layer (18) on one side, before placing the wear protection layer (18) on the Primal tool (20), with one for creating a permanent release layer on the finished mold (10) suitable paint system is provided and the wear protection layer (18) on the opposite side, before and / or after hanging up the wear protection layer (18) on the primary tool (20), with a primer layer (26).

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Description

Die Erfindung betrifft den Einsatz von Formwerkzeugen zur Herstellung von Formbauteilen und insbesondere die Herstellung solcher Formwerkzeuge, die zur Fertigung von Faserverbundbauteilen dienen.The The invention relates to the use of molds for the production of molded components and in particular the production of such molds, which are used for the production of fiber composite components.

Für die industrielle Fertigung von Formbauteilen werden oftmals robuste Formwerkzeuge benötigt, die einer großen Anzahl von Fertigungszyklen widerstehen, um eine entsprechende Anzahl von Formbauteilen mit ein und demselben Werkzeug fertigen zu können.For the industrial Production of mold components often become robust molds needed the one big one Number of manufacturing cycles withstand a corresponding number Manufacture of molded components with one and the same tool.

Die Oberflächenkontur eines mit einem Formwerkzeug gefertigten Bauteils wird durch eine entsprechende Formoberfläche des Formwerkzeugs bestimmt. Verschleißerscheinungen an dieser Formoberfläche des Werkzeugs führen somit zwangsläufig zu einer Qualitätsverschlechterung der gefertigten Bauteile bzw. zu einer Fertigung von Ausschuss.The surface contour a manufactured with a mold component is replaced by a corresponding mold surface of the mold determined. Wear and tear on this mold surface of the Lead tool thus inevitably to a quality deterioration the manufactured components or to a production of rejects.

Beispielsweise werden zur Fertigung von CFK-Bauteilen (CFK = Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) dienende Formwerkzeuge vor ihrer Verwendung oftmals mit einem z. B. flüssigen Trennmittel beschichtet. Nach dem Entformen des CFK-Bauteils können, je nach Fertigungsmethode, eingebrannte Trennmittelrückstände an der Formoberfläche verbleiben, welche in der Regel durch scharfkantige Werkzeuge wie Schaber entfernt werden müssen. Dies bringt die Gefahr einer oberflächlichen Schädigung des Formwerkzeugs mit sich.For example are used to manufacture CFRP components (CFRP = carbon fiber reinforced plastic) serving molds before use often with a z. B. liquid Release agent coated. After removal of the CFRP component, depending by manufacturing method, burned release agent residues on the mold surface which are usually caused by sharp-edged tools Scraper must be removed. This brings the risk of superficial damage to the Molding tool with itself.

Die Herstellung eines vergleichsweise robusten Formwerkzeugs, beispielsweise einer gefrästen Stahlform, ist mit beträchtlichen Kosten verbunden.The Production of a relatively robust mold, for example one milled Steel mold, is with considerable Costs connected.

Gemäß eines auf internen betrieblichen Kenntnissen der Anmelderin beruhenden Stands der Technik werden kostengünstigere Formwerkzeuge aus CFK hergestellt, die wiederum der Fertigung von CFK-Bauteilen dienen.According to one based on internal operational knowledge of the applicant State of the art are cheaper molds CFK produced, which in turn serve the production of CFRP components.

Die eher geringe Verschleißfestigkeit solcher CFK-Werkzeuge ("CFK-Femis") behindert jedoch den produktionstechnischen Durchbruch der ansonsten den dehnungskompatiblen Stahlformen überlegenen CFK-Werkzeuge. Kostengünstigere Werkzeuge wären jedoch insbesondere bei der Fertigung von Faserverbundbauteilen (z. B. lasttragenden CFK-Strukturen im Flugzeugbau) sehr interessant. Bislang werden derartige CFK-Werkzeuge nur im Prototypenbau und in Kleinstserien verwendet, da deren Standzeit sehr gering ist.The rather low wear resistance However, such CFK tools ("CFK Femis") hinders the production-technical breakthrough of the otherwise stretch-compatible Steel molds superior CFRP tools. Cheaper Tools would be however, especially in the manufacture of fiber composite components (eg load-bearing CFRP structures in aircraft construction) very interesting. So far Such CFRP tools are only used in prototype construction and in very small series used because their life is very low.

Für den Einsatz bei größeren Serien fehlt im Moment als Voraussetzung eine verschleißfeste und robuste Formoberfläche. Die derzeit verwendeten CFK-Werkzeuge haben eine durchschnittliche Lebensdauer von etwa 50 bis 80 Zyklen. Selbst innerhalb dieser kurzen Lebensdauer sind häufige Reparaturen nötig, d. h. die schadhaften Stellen werden ausgearbeitet und anschließend mit einem speziellen Reparatur-System aufgefüllt. Anschließend muss die Oberfläche geschliffen und poliert werden. Dabei nimmt die Standzeit des Werkzeugs mit jeder Reparatur ab.For use for larger series At the moment, a wear-resistant and robust mold surface is missing as a prerequisite. The Currently used CFRP tools have an average life of about 50 to 80 cycles. Even within this short lifetime are frequent repairs necessary, d. H. the damaged areas are worked out and then with filled up with a special repair system. Then must the surface be sanded and polished. The service life of the tool decreases with every repair.

Desweiteren erfordern diese CFK-Werkzeuge den Einsatz großer Mengen von flüssigen oder pasteusen Trennmitteln, die wiederum teilweise in einem eigenen Zyklus in die Formoberfläche "eingebrannt" werden müssen.Furthermore These CFRP tools require the use of large quantities of liquid or pasteusen Parting agents, in turn, partially in a separate cycle in the mold surface must be "baked".

Aus diesem Grund werden für Serien mit höheren Stückzahlen fast nur noch Stahlvorrichtungen eingesetzt. Diese Stahlformen sind jedoch teuer und schon für kleinere Bauteile schwer und unhandlich.Out this reason will be for Series with higher numbers almost only steel devices used. These steel forms are but expensive and already for smaller components heavy and unwieldy.

In der Luftfahrtindustrie werden die Formwerkzeuge zur Fertigung von Faserverbundbauteilen, insbesondere CFK-Bauteilen, jedoch immer größer und komplexer. Aus diesem Grund besteht ein zunehmendes Bedürfnis, geeignete Formwerkzeuge aus leichteren Materialien als den teuren Stählen herzustellen. Die prinzipiell einsetzbaren Formwerkzeuge aus CFK sind trotz aller ihrer Vorteile (z. B. geringes Gewicht, geringe Material und Herstellungskosten, Verzugsfreiheit) zumeist nicht verschleißfest genug, um insbesondere zur Fertigung von großen Formbauteilen wirtschaftlich eingesetzt zu werden.In In the aviation industry, the molds are used to manufacture Fiber composite components, in particular CFRP components, but always bigger and more complex. For this reason, there is an increasing need to appropriate Making molds from lighter materials than the expensive steel. The principally usable CFK molding tools are in spite of everything their advantages (eg low weight, low material and manufacturing costs, Freedom from distortion) mostly not wear-resistant enough, in particular for the production of large molded components to be used economically.

Die Druckschrift DE 198 35 192 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Laminierwerkzeuges, wobei ein Trennmittel auf eine Oberfläche der Vorform aufgetragen werden kann, welches das spätere Entformen des Laminierwerkzeuges erleichtert.The publication DE 198 35 192 A1 discloses a method of making a laminating tool wherein a release agent can be applied to a surface of the preform which facilitates subsequent demolding of the laminating tool.

Aus Druckschrift DE 43 22 684 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Negativform für Parabol-Antennen-Reflektoren und ein Verfahren zum Herstellen von Parabol-Antennen sowie eine Pressvorrichtung zum Herstellen von Parabol-Antennen bekannt. Es wird die Übertragung einer schwach haftenden Metallisierung von einer Negativform auf einen damit hergestellten Gegenstand beschrieben und mit der Metallisierung wird eine für Parabol-Antennen geforderte optische Oberfläche geschaffen.From publication DE 43 22 684 A1 For example, a method for producing a negative form for parabolic antenna reflectors and a method for producing parabolic antennas, and a pressing device for producing parabolic antennas are known. It describes the transfer of a weakly adhering metallization from a negative mold to an object made therewith, and the metallization creates an optical surface required for parabolic antennas.

Druckschrift DE 102 58 935 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen aus Lagen auf der Basis hochfester Fasern mit thermoplastischer Matrix. Dabei werden die Lagen mit der thermoplastischen Matrix in einem Autoklaven unter Druck und Temperatur zu einem Bauteil verbunden.pamphlet DE 102 58 935 A1 relates to a method for the production of three-dimensional components from layers based on high-strength fibers with thermoplastic matrix. The layers are connected to the thermoplastic matrix in an autoclave under pressure and temperature to form a component.

Aus Druckschrift DE 689 19 929 T2 ist eine Form mit Metallüberzug für Kunststoffgegenstände und ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt. Dabei kommen ersetzbare Metallschichten zum Einsatz.From publication DE 689 19 929 T2 For example, there is known a metal-coated mold for plastic articles and a method of making the same. Replaceable metal layers are used.

Bei einem Verfahren zur Kunststoffbeschichtung gemäß Druckschrift DE 199 59 515 A1 wird mittels eines Spritzvorganges eine Schicht aus metallischen, nichtmetallischen oder oxidischen Werkstoffen auf ein Kunststoffelement oder eine Schicht aus Kunststoff auf einen Grundwerkstoff mittels eines Hochdruck-Spritz- Verfahrens unter Zugabe des pulverförmigen Werkstoffes durch eine gasgesteuerte Pulverfördereinheit aufgetragen.In a process for plastic coating according to document DE 199 59 515 A1 is applied by means of an injection process, a layer of metallic, non-metallic or oxidic materials on a plastic element or a layer of plastic on a base material by means of a high-pressure spraying process with the addition of the powdery material through a gas-controlled powder delivery unit.

Ferner ist in Druckschrift DE 10 2005 048 161 A1 ein Verfahren zur Herstellung metallisierter, extrudierter Kunststoff-Gegenstände bekannt.It is also in publication DE 10 2005 048 161 A1 a method for producing metallized, extruded plastic articles known.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit, der Qualität und der Umweltverträglichkeit bei der Fertigung von Faserverbundbauteilen, insbesondere von Strukturen aus faserverstärkten Kunststoffen, mit Hilfe von Formwerkzeugen zu unterstützen, welche aus einem Faserverbund gebildet sind.It It is an object of the present invention to increase the Economy, quality and environmental compatibility in the manufacture of fiber composite components, in particular of structures made of fiber-reinforced Plastics to assist with the help of molds, which are formed from a fiber composite.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines aus einem Faserverbund gebildeten Formwerkzeugs mit einer Verschleißschutzschicht an einer Formoberfläche des Formwerkzeugs gelöst, wobei die Verschleißschutzschicht zunächst als Blech oder Folie auf eine Formoberfläche eines Urwerkzeugs aufgelegt wird, welches zur Bildung des Formwerkzeugs aus dem Faserverbund vorgesehen ist und dann bei der Bildung des Formwerkzeugs von der Formoberfläche des Urwerkzeugs auf die Formoberfläche des Formwerkzeugs übertragen wird, wobei die Verschleißschutzschicht auf einer Seite, vor dem Auflegen der Verschleißschutzschicht auf das Urwerkzeug, mit einem zur Schaffung einer Permanent-Trennschicht am fertigen Formwerkzeug geeigneten Lacksystem versehen wird und die Verschleißschutzschicht auf der entgegengesetzten Seite, vor und/oder nach dem Auflegen der Verschleißschutzschicht auf das Urwerkzeug, mit einer Haftvermittlungsschicht versehen wird.According to the present The invention achieves this object by a method for manufacturing a formed from a fiber composite mold with a Wear protection layer on a mold surface solved the mold, the wear protection layer first as a sheet or foil placed on a mold surface of a primitive tool which is used to form the mold from the fiber composite is provided and then in the formation of the mold of the mold surface of the original tool transferred to the mold surface of the mold being, the wear protection layer on one side, before applying the wear protection layer to the original tool, with a to create a permanent release layer on the finished Mold is provided suitable paint system and the wear protection layer on the opposite side, before and / or after hanging up the wear protection layer on the original tool, with a bonding layer is provided.

Eine Besonderheit der Erfindung besteht also darin, dass die Verschleißschutzschicht nicht unmittelbar am Ort ihrer Verwendung aufgebaut wird, sondern separat davon. Diese Verschleißschutzschicht wird während des Formungsprozesses, bei welchem das Formwerkzeug hergestellt wird, vom Urwerkzeug "abgeformt bzw. ablaminiert".A Special feature of the invention is therefore that the wear protection layer not directly at the place of their use is built, but separate from it. This wear protection layer is during the molding process in which the mold is made is molded from the original tool or ablaminiert ".

Mit der Erfindung können die beim Fertigungsprozess der Formbauteile in Kontakt mit dem zu formenden Material tretenden Formoberflächen in einfacher Weise durch ein "Abformen" mit einer Verschleißschutzschicht versehen werden. Es kann damit die Verschleißbeständigkeit bzw. Lebensdauer von Formwerkzeugen, die aus einem Faserverbund wie beispielsweise CFK hergestellt sind, beträchtlich erhöht werden.With of the invention the in the manufacturing process of the mold components in contact with the Shaping material passing through molding surfaces in a simple manner a "molding" with a wear protection layer be provided. It can thus the wear resistance or life of Molds made of a fiber composite such as CFRP are increased considerably.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Faserverbund aus CFK gebildet wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass das Formwerkzeug zu geringen Kosten, mit leichtem Gewicht und äußerst formstabil hergestellt werden kann. Durch die Erfindung können vorteilhaft auch relativ großflächige (z. B. größer als 1 Quadratmeter) Formflächen "mit integriertem Verschleißschutz" realisiert werden.In a preferred embodiment It is envisaged that the fiber composite is made of CFRP. This has the particular advantage that the mold is too small Cost, lightweight and extremely dimensionally stable can be. By the invention can also be advantageous relative large area (z. B. greater than 1 square meter) molding surfaces "with integrated Wear protection "be realized.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Formwerkzeug zur Fertigung von Faserverbundbauteilen, insbesondere zur Fertigung von CFK-Bauteilen, vorgesehen.In a preferred embodiment is the mold for the production of fiber composite components, in particular for the production of CFRP components.

Faserverbundbauteile sind in vielen Anwendungsbereichen vor allem wegen ihrer hohen spezifischen Festigkeit (Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht) interessant. Ein Faserverbundwerkstoff ist ein Mischwerkstoff, der im Allgemeinen aus zwei Hauptkomponenten besteht, nämlich einer Matrix und darin eingebetteten Fasern. Durch gegenseitige Wechselwirkungen dieser Komponenten enthält der Werkstoff höherwertige Eigenschaften als jede der beiden einzeln beteiligten Komponenten. Bei der Fertigung von Faserverbundbauteilen kann ein Formwerkzeug z. B. zum Kompaktieren und/oder Aushärten (zumeist thermisches Aushärten) eines mit einem Matrixmaterial (z. B. Harz) infiltrierten Fasermaterials eingesetzt werden. Bei einem solchen Formwerkzeug können schadhafte Stellen in der Formoberfläche insbesondere bei der mechanischen Reinigung durch die Anwendung von Schabern, Spachteln oder anderen scharfkantigen Werkzeugen zum Entfernen von Matrixmaterial und eingebrannten Trennmittelrückständen entstehen. Solche Schäden können bei einem erfindungsgemäß hergestellten Formwerkzeug jedoch durch die im Rahmen der Herstellung ausgebildete Verschleißschutzschicht vermieden werden, was die Standzeit des Werkzeugs beträchtlich verlängert.Fiber composite components are in many applications mainly because of their high specificity Strength (ratio from strength to weight) interesting. A fiber composite material is a mixed material, which generally consists of two main components exists, namely a matrix and fibers embedded therein. By mutual Interactions of these components, the material contains higher quality Properties as each of the two individually involved components. In the manufacture of fiber composite components, a mold z. B. for compacting and / or curing (usually thermal curing) of a with a matrix material (eg resin) infiltrated fiber material be used. In such a mold can be damaged In particular, places in the mold surface during mechanical cleaning by the use of scrapers, Fillers or other sharp-edged tools to remove Matrix material and baked-on release agent residues arise. Such damage can be at an inventively prepared Forming tool, however, by trained in the context of manufacturing Wear protection layer be avoided, resulting in the tool life considerably extended.

In diesem Zusammenhang ist auch zu bedenken, dass CFK-Bauteile und ein korrespondierendes CFK-Formwerkzeug (Femi) in der Regel ein artgleiches bzw. ähnliches Harzsystem enthalten. Bei einer ungeschützten Formoberfläche des Werkzeugs führt die hohe chemische Affinität der betreffenden Harze untereinander zu Anbackungen und chemischen Bindungen. Hierdurch werden erhöhte Entformungskräfte erforderlich, die zu Formbeschädigungen als auch zu Bauteilbeschädigungen führen können. Daraus resultierend entstehen zusätzlich hohe Reinigungskosten und hoher Flächenabtrag sowie unerwünschte geometrische Veränderungen durch zyklisch wiederkehrendes Überarbeiten bzw. Entfernen der Harzrückstände. Durch die erfindungsgemäß bereitgestellte Verschleißschutzschicht kann diese Problematik jedoch beseitigt werden.In this context, it must also be considered that CFRP components and a corresponding CFRP molding tool (Femi) usually contain a similar or similar resin system. In the case of an unprotected mold surface of the tool, the high chemical affinity of the resins in question leads to caking and chemical bonds among one another. As a result, increased demolding forces are required, which can lead to mold damage as well as component damage NEN. This results in additional high cleaning costs and high surface removal and unwanted geometric changes by cyclically recurring revising or removing the resin residues. However, this problem can be eliminated by the wear protection layer provided according to the invention.

Die Verschleißschutzschicht kann z. B. eine eher harte und/oder für den betreffenden Formbauteil-Fertigungsprozess besonders günstige Eigenschaften aufweisende "Funktionsschicht" sein (z. B. mit anti-adhäsiver Wirkung für das Matrixmaterial eines mit dem Formwerkzeug zu fertigenden Faserverbundbauteils). Durch die Verwendung fluorpolymerhaltiger Materialien kann beispielsweise eine trennmittelfreie Fertigung von CFK-Leichtbaustrukturen realisiert werden.The Wear protection layer can z. B. a rather hard and / or for the relevant mold component manufacturing process especially cheap Properties having "functional layer" be (eg with anti-adhesive Effect for the matrix material of a fiber composite component to be produced with the molding tool). For example, by using fluoropolymer-containing materials realized a release agent-free production of lightweight CFRP structures become.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verschleißschutzschicht, vor und/oder nach dem Auflegen, mit einer Haftvermittlungsschicht versehen wird.In an embodiment it is envisaged that the wear protection layer, before and / or after laying, is provided with a bonding layer.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine solche Haftvermittlungsschicht für die Verschleißschutzschicht durch ein thermisches Spritzen aufgebaut wird. Bei dieser Weiterbildung ist demnach vorgesehen, dass die Verschleißschutzschicht als Blech oder Folie (z. B. aus Kunststoff oder Metall) auf die Formoberfläche des Urwerkzeugs aufgelegt wird und die Verschleißschutzschicht, vor oder nach dem Auflegen, durch thermisches Spritzen mit einer Haftvermittlungsschicht versehen wird.In a training is provided that such a bonding layer for the Wear protection layer is built up by a thermal spraying. In this training is therefore envisaged that the wear protection layer as a sheet or Foil (eg made of plastic or metal) on the mold surface of the Urwerkzeugs is applied and the wear protection layer, before or after laying on, by thermal spraying with an adhesive layer is provided.

Der Begriff "thermisches Spritzen" bezeichnet hierbei eine Oberflächenbeschichtungstechnik, bei welcher ein Spritzmaterial in Form von durch thermische Energie erweichten oder geschmolzenen Partikeln auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht wird, wobei die aufgebrachten Partikel sich an der Oberfläche wieder verfestigen und somit eine Zusatzmaterialschicht (Haftvermittlungsschicht) ausbilden.Of the Term "thermal Spraying " here a surface coating technique, at which is a spray material in the form of thermal energy softened or melted particles on the to be coated surface is applied, wherein the particles applied to the surface again solidify and thus an additional material layer (primer layer) form.

Für das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren im Rahmen der Herstellung des Formwerkzeugs kommen prinzipiell alle an sich bekannten thermischen Spritzverfahren in Betracht.For the coating method according to the invention in the context of the production of the mold are in principle all per se known thermal spray process into consideration.

Als Energieträger zur Zufuhr der zum Erweichen bzw. Aufschmelzen des Spritzmaterials kann z. B. eine Brenngas-Sauerstoff-Flamme, ein elektrischer Lichtbogen, ein Plasmastrahl oder ein Laserstrahl dienen.When fuels for supplying the softening or melting of the spray material can z. B. a fuel gas-oxygen flame, an electric arc, serve a plasma jet or a laser beam.

Für den thermischen Spritzprozess geeignete Spritzpistolen, denen das Spritzmaterial z. B. in Pulverform oder als Draht bzw. Stab zugeführt wird, sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt und können somit vorteilhaft im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden. Im Hinblick auf optimierte Eigenschaften der thermisch aufgespritzten Beschichtung kann eine solche Spritzpistole z. B. mit einem Pulver beschickt werden, welches eine präzise eingestellte Korngrößenverteilung besitzt.For the thermal Spray process suitable spray guns, which the spray material z. B. in powder form or as a wire or rod is supplied, are also known from the prior art and can thus be used advantageously within the scope of the invention. In terms of optimized properties of the thermally sprayed coating can such a spray gun z. B. charged with a powder which is a precisely set Particle size distribution has.

In einer Ausführungsform ist ein Draht- oder Stabflammspritzen vorgesehen, bei welchem das als Draht bzw. Stab zugeführte Spritzmaterial in einer Brenngas (z. B. Acetylen)-Sauerstoff-Flamme kontinuierlich aufgeschmolzen wird, wobei mit Hilfe eines Zerstäubergases (z. B. Druckluft oder Stickstoff) tröpfchenförmige Spritzpartikel abgelöst und auf die zu beschichtende Oberfläche geschleudert werden.In an embodiment a wire or rod flame spraying is provided in which the supplied as wire or rod Spray material in a fuel gas (eg acetylene) oxygen flame is continuously melted, using a nebulizer gas (For example, compressed air or nitrogen) droplet-shaped spray particles detached and on the surface to be coated be hurled.

In einer anderen Ausführungsform ist ein Pulverflammspritzen vorgesehen, bei welchem ein pulverförmiges Spritzmaterial in einer Brenngas-Sauerstoff-Flamme an- oder aufgeschmolzen und mit Hilfe der expandierenden Verbrennungsgase auf die zu beschichtende Oberfläche geschleudert wird. Gegebenenfalls kann ein zusätzliches Gas (z. B. Argon oder Stickstoff) zur Beschleunigung der Partikel auf die Oberfläche verwendet werden.In another embodiment a powder flame spraying is provided in which a powdered spray material in a fuel gas-oxygen flame on or melted and with the help of expanding combustion gases on the to be coated surface is thrown. Optionally, an additional gas (eg argon or Nitrogen) is used to accelerate the particles to the surface become.

In einer anderen Ausführungsform ist ein Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen ("HVOF") vorgesehen, bei welchem eine kontinuierliche Gasverbrennung mit hohen Drücken in einer Brennkammer erfolgt, in deren zentraler Achse ein pulverförmiges Spritzmaterial zugeführt wird, wodurch die Spritzpartikel auf besonders hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Diese Variante ist insbesondere zur Schaffung einer besonders dichten Spritzschicht oftmals besonders vorteilhaft.In another embodiment is a high speed flame spraying ("HVOF") provided in which a continuous gas combustion with high pressures takes place in a combustion chamber, in the central axis of a powdered spray material supplied which causes the spray particles to reach very high speeds be accelerated. This variant is in particular for the creation Often a particularly dense sprayed layer particularly advantageous.

In einer anderen Ausführungsform ist ein Lichtbogenspritzen vorgesehen, bei welchem zwei drahtförmige Spritzmaterialien in einem zwischen den Drahtenden ausgebildeten Lichtbogen abgeschmolzen und mittels eines Zerstäubergases auf die zu beschichtende Oberfläche geschleudert werden. Diese Variante ist insbesondere bei Verwendung eines metallischen Spritzmaterials vorteilhaft einsetzbar.In another embodiment an arc spraying is provided in which two wire-shaped spray materials melted in a formed between the wire ends arc and by means of a nebulizer gas on the surface to be coated be hurled. This variant is especially in use a metallic spray material advantageously used.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das thermische Spritzen zum Aufbau der gegebenenfalls vorgesehenen Haftvermittlungsschicht mit einem Metall oder einer Metalllegierung durchgeführt wird.In an embodiment is provided that the thermal spraying to build up the possibly provided adhesion-promoting layer with a metal or a Metal alloy is performed.

In einer spezielleren, insbesondere für Formwerkzeuge zur Fertigung von CFK-Bauteilen besonders interessanten Ausführungsform ist die Verschleißschutzschicht und/oder die gegebenenfalls vorgesehene Haftvermittlungsschicht aus einer Legierung von Eisen und Nickel gebildet, wobei der Nickelanteil bevorzugt im Bereich von 30% bis 40% liegt, insbesondere etwa 36% beträgt. Derartige Werkstoffe werden z. B. als "Nickel 36", "Invar 36" und "Pernifer 36" kommerziell vertrieben.In a more specific embodiment, particularly interesting for molds for the production of CFRP components, the wear protection layer and / or the optionally provided adhesion-promoting layer is formed from an alloy of iron and nickel, the nickel content preferably being in the range of 30% to 40%. especially about 36%. Such materials are z. B. as "Nickel 36", "Invar 36" and "Pernifer 36" sold commercially.

Insbesondere die zuletzt genannten Metalllegierungen sind relativ teuer und schlecht bearbeitbar, so dass z. B. unmittelbar aus solchen Metalllegierungen hergestellte Formwerkzeuge entsprechend teuer wären. Mit der Erfindung kann jedoch ein formstabiles und kostengünstiges Grundmaterial des Formwerkzeugs (Faserverbund) mit einer solchen Metalllegierung als Verschleißschutz kombiniert werden.Especially the latter metal alloys are relatively expensive and bad workable, so that z. B. directly from such metal alloys produced molds would be correspondingly expensive. With the invention can However, a dimensionally stable and inexpensive base material of the mold (Fiber composite) with such a metal alloy as wear protection be combined.

Falls eine Haftvermittlungsschicht durch ein thermisches Spritzen aufgebaut wird, kann z. B. Nickel 36 einer robotergeführten Spritzpistole als Pulver oder Draht, je nach geforderten Schichteigenschaften, zugeführt werden. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, ähnliche artgleiche Werkstoffe zu applizieren, etwa durch entsprechende Pulverbeimischungen. Durch geeignete Wahl des oder der Spritzmaterialien sowie der verwendeten Spritzmethode lassen sich besonders haftfeste Oberflächenbeschichtungen platzieren.If a primer layer constructed by a thermal spraying is, z. B. Nickel 36 a robot-guided spray gun as a powder or wire, depending on the required layer properties, are supplied. About that There is also the possibility of similar ones Apply the same materials, such as by appropriate powder admixtures. By a suitable choice of the or the spray materials and the used Spray method can be particularly adherent surface coatings place.

In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Haftvermittlungsschicht durch eine oberflächliche Vorbehandlung der Verschleißschutzschicht erzeugt wird (vor oder nach deren Auflegen auf das Urwerkzeug).In another embodiment It is envisaged that the adhesion layer by a superficial Pretreatment of the wear protection layer is generated (before or after their application to the original tool).

Die Vorbehandlung der Oberfläche kann z. B. eine mechanische Bearbeitung umfassen (z. B. Schleifen, Fräsen etc.). Auch ein Strahlprozess, insbesondere ein Sandstrahlen, kommt als mechanische Vorbehandlung in Betracht. Alternativ oder zusätzlich kann die Oberfläche z. B. mittels eines Lasers strukturiert bzw. aufgeraut werden.The Pretreatment of the surface can z. B. mechanical processing (eg, grinding, mill Etc.). Also, a blasting process, in particular sandblasting, comes as a mechanical pretreatment into consideration. Alternatively or additionally the surface z. B. be structured or roughened by means of a laser.

Für alle Ausführungsformen ganz allgemein ist es von Vorteil, wenn die Verschleißschutzschicht (und/oder die gegebenenfalls vorgesehene Haftvermittlungsschicht) einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der sich allenfalls geringfügig von demjenigen des Grundmaterials des Formwerkzeugs (Faserverbund, insbesondere CFK) unterscheidet, bevorzugt um weniger als 10% unterscheidet.For all embodiments In general, it is advantageous if the wear protection layer (and / or the optionally provided adhesion-promoting layer) a thermal Expansion coefficient has, at most, slightly different from that of the base material of the molding tool (fiber composite, in particular CFK) differs, preferably by less than 10%.

Falls das thermische Spritzen zum Aufbau der Haftvermittlungsschicht auf der Oberfläche der Verschleißschutzschicht vorgesehen ist (hierzu genügen zumeist Schichtdicken im Bereich von weniger als 1 mm), so ist es vorteilhaft, wenn zuvor eine Vorbehandlung dieser Oberfläche erfolgt, beispielsweise um damit die Haftung des Spritzmaterials zu verbessern.If thermal spraying to build up the primer layer the surface the wear protection layer is provided (this is sufficient usually layer thicknesses in the range of less than 1 mm), so it is advantageous if a pretreatment of this surface takes place beforehand, for example, to improve the adhesion of the spray material.

Wenngleich der Wärmeeintrag beim thermischen Spritzen im Allgemeinen relativ klein ist, so kann es unter Umständen vorteilhaft sein, wenn die Oberfläche während des thermischen Spritzens gekühlt wird. In sehr empfindlichen Bereichen oder bei sehr hohen lokalen Beschichtungsraten können damit z. B. durch gezieltes Kühlen kritische Temperaturen und lokale Überhitzungen zuverlässig vermieden werden.Although the heat input in thermal spraying is generally relatively small, so can it may be be beneficial if the surface during thermal spraying chilled becomes. In very sensitive areas or at very high local Coating rates can thus z. B. by targeted cooling Critical temperatures and local overheating can be reliably avoided.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass durch thermisches Spritzen mehrere Schichten eines oder mehrerer Spritzmaterialien auf die betreffende Oberfläche (der Verschleißschutzschicht) aufgebracht werden.In an embodiment is provided that by thermal spraying several layers of a or several spraying materials on the relevant surface (the Wear protective layer) be applied.

Solche Einzelschichten können sich im verwendeten Spritzmaterial und/oder in den gewählten Spritzparametern (z. B. Temperatur des Spritzgutes, Spritzrate etc.) unterscheiden. Gegebenenfalls kann zwischen zwei benachbarten Einzelschichten einer thermisch aufgespritzten mehrlagigen Beschichtung auch ein kontinuierlicher Wechsel des Materials und/oder der Materialstruktur erfolgen ("Gradientenschicht").Such Single layers can in the spray material used and / or in the spray parameters selected (eg, temperature of the injection molding material, spray rate, etc.). Optionally, between two adjacent individual layers of a thermal sprayed multilayer coating also a continuous Changing the material and / or the material structure done ("gradient layer").

Zusammenfassend kann mit der Erfindung eine "abformende Beschichtung" von CFK-Formwerkzeugen noch während ihrer Herstellung erfolgen, so dass CFK-Oberflächen zum einen vor späterem Verschleiß geschützt werden können und zum anderen noch zusätzlich anti-adhäsiv modifiziert werden können (optional), um ein Anbacken von Bauteilharz bei der Fertigung von CFK-Bauteilen zu verhindern. Beispielsweise kann eine Metallfolie oder ein Metallblech durch einseitige Beschichtung mittels thermischen Spritzen besonders haftfest in die Oberfläche von CFK-Formwerkzeugen integriert werden. Vor dem einseitigen Auftrag der Haftvermittlungsschicht mittels thermisch Spritzen (oder der oberflächlichen Vorbehandlung) kann eine Permanent-Trennschicht auf der Rückseite der Folie bzw. des Blechs bereits eingebrannt sein (z. B. Lacksystem auf Fluorpolymer-Basis).In summary can with the invention, a "molding Coating "by CFRP molds still during their manufacture, so that CFRP surfaces are protected on the one hand before later wear can and on the other hand in addition anti-adhesive can be modified (optional) to caking of component resin in the production of Prevent CFRP components. For example, a metal foil or a metal sheet by one-sided coating by means of thermal Spraying particularly adherent in the surface of CFK molds to get integrated. Before the one-sided order of the adhesive layer by means of thermal spraying (or superficial pretreatment) a permanent release layer on the back of the film or the Sheet already burned in (eg, fluoropolymer-based paint system).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen jeweils schematisch dar:The Invention will now be described with reference to embodiments with reference on the attached Drawings further described. They each represent schematically:

1 ist eine schematische Seitenansicht eines "Urwerkzeugs" mit an einer Formoberfläche aufgelegter Verschleißschutzfolie, 1 is a schematic side view of a "primitive tool" with applied to a mold surface wear protection film,

2 ist eine der 1 entsprechende Ansicht nach Abschluss einer Vorbehandlung der Verschleißschutzfolie, 2 is one of the 1 corresponding view after completion of a pretreatment of the wear protection film,

3 veranschaulicht den Formungsprozess eines Faserverbunds mittels des Urwerkzeugs von 2, 3 illustrates the forming process of a fiber composite by means of the original tool of 2 .

4 veranschaulicht den Abschluss des Formungsprozesses und die hierbei erfolgte Übertragung der Verschleißschutzfolie vom Urwerkzeug auf das Werkzeug, 4 illustrates the completion of the molding process and the transfer of the wear protection film from the primary tool to the tool,

5 ist eine schematische Seitenansicht eines Urwerkzeugs, welches mit einer Trennmittelschicht und darauf mit einer Verschleißschutzfolie versehen ist, auf welcher durch thermisches Spritzen eine Haftvermittlungsschicht aufgebaut wird, 5 is a schematic side view of a priming tool, which is provided with a release agent layer and thereon with a wear protection film on which an adhesion-promoting layer is built up by thermal spraying,

6 ist eine der 5 entsprechende Ansicht nach Abschluss des Aufbaus der Haftvermittlungsschicht, 6 is one of the 5 appropriate view after completing the construction of the adhesive layer,

7 veranschaulicht einen Formungsprozess eines Faserverbunds mittels des Urwerkzeugs von 6, und 7 illustrates a forming process of a fiber composite by means of the original tool of 6 , and

8 zeigt das durch den Formungsprozess hergestellte Formwerkzeug, auf dessen Formoberfläche sich die von der Formoberfläche des Urwerkzeugs übertragene Verschleißschutzfolie befindet. 8th shows the mold produced by the molding process, on the mold surface is the transmitted from the mold surface of the Urwerkzeugs wear protection film.

Die 1 bis 4 veranschaulichen die Herstellung eines Formwerkzeugs 10, welches zur späteren Fertigung von CFK-Bauteilen vorgesehen ist.The 1 to 4 illustrate the manufacture of a mold 10 , which is intended for the later production of CFRP components.

Wie in 1 dargestellt ist, wird bei diesem Herstellungsverfahren zunächst ein "Urmodell" bzw. Urwerkzeug 20 (z. B. aus CFK, Aluminium, Stahl oder Polyurethanwerkstoff) bereitgestellt, welches eine formgebende Oberfläche 22 besitzt. Auf diese Formoberfläche 22 wird eine Verschleißschutzschicht 18 (für das später gebildete Formwerkzeug 10) als Blech oder Folie aufgelegt.As in 1 is shown in this manufacturing process, first a "master model" or Urwerkzeug 20 (made of CFK, aluminum, steel or polyurethane material, for example), which has a shaping surface 22 has. On this form surface 22 becomes a wear protection layer 18 (for the later formed mold 10 ) placed as a sheet or foil.

Vor und/oder nach dem Auflegen der Verschleißschutzschicht 18 wird durch eine oberflächliche Vorbehandlung der Verschleißschutzschicht 18 eine dünne Haftvermittlungsschicht 26 erzeugt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorbehandlung ein Sandstrahlen, durch welches die Haftvermittlungsschicht 26 als aufgeraute Oberflächenschicht der Verschleißschutzschicht 18 ausgebildet wird. Alternativ kann aber auch z. B. eine PTFE-Folie zur Bildung der Verschleißschutzschicht 18 verwendet werden, deren von der Formoberfläche 22 wegweisende Seite vorbehandelt (z. B. geätzt) ist, wodurch die Haftvermittlungsschicht 26 gebildet wird.Before and / or after applying the wear protection layer 18 is due to a superficial pretreatment of the wear protection layer 18 a thin primer layer 26 generated. In the illustrated embodiment, the pretreatment comprises sandblasting, through which the adhesion-promoting layer 26 as a roughened surface layer of the wear protection layer 18 is trained. Alternatively, but also z. B. a PTFE film to form the wear protection layer 18 to be used, that of the mold surface 22 groundbreaking side pretreated (eg, etched), causing the primer layer 26 is formed.

2 zeigt das Ergebnis der Sandstrahlvorbehandlung. Die in 2 obere Seite der Verschleißschutzschicht 18 ist aufgeraut. 2 shows the result of the sandblast pretreatment. In the 2 upper side of the wear protection layer 18 is roughened.

3 zeigt, wie sodann auf die so präparierte Oberfläche des Urwerkzeugs 20 ein Faserverbund 10' aufgebracht wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird hierbei ein textiles Halbzeug wie z. B. Kohlenstofffasermatten aufgelegt und anschließend mit einem Harz imprägniert. Wie es durch die Pfeile in 3 symbolisiert ist, wird der Faserverbund 10' gegen die formgebende Oberfläche des Urmodells 20 gedrückt, somit kompaktiert, und anschließend ausgehärtet (z. B. thermisch). Damit entsteht das Formwerkzeug 10. 3 shows how then on the thus prepared surface of the original tool 20 a fiber composite 10 ' is applied. In the illustrated embodiment, a semi-finished textile product such. B. carbon fiber mats and then impregnated with a resin. As it is by the arrows in 3 is symbolized, the fiber composite 10 ' against the shaping surface of the original model 20 pressed, thus compacted, and then cured (eg, thermal). This creates the mold 10 ,

Wenn das Urformwerkzeug 20 wieder geöffnet wird, um das CFK-Laminat 10' zu Entformen, was in 4 veranschaulicht ist, haftet die Verschleißschutzschicht 18 an einer Formoberfläche 12' des Faserverbunds 10'. Mit anderen Worten wurde die zunächst am Urmodell 20 bereitgestellte (aufgelegte) Verschleißschutzschicht 18 während des Formungsprozesses zur Bildung des Formwerkzeugs 10 von der Formoberfläche 22 des Urwerkzeugs 20 auf die Formoberfläche 12' des Werkzeugs 10 transferiert. Es ist eine neue Formoberfläche 12 entstanden.If the original tool 20 reopened to the CFRP laminate 10 ' to demolish what is in 4 is illustrated, the wear protection layer adheres 18 on a mold surface 12 ' of the fiber composite 10 ' , In other words, the first was based on the original model 20 provided (applied) wear protection layer 18 during the molding process to form the mold 10 from the mold surface 22 of the original tool 20 on the mold surface 12 ' of the tool 10 transferred. It is a new form surface 12 emerged.

Für diese Übertragung der separat gebildeten Verschleißschutzschicht 18 ist wesentlich, dass die Adhäsion zwischen dem Material der Verschleißschutzschicht 18 und der formgebenden Oberfläche 22 geringer als die Adhäsion zum CFK-Material des Formwerkzeugs 10 (bzw. dessen Harzsystem) ist. Optional kommt eine Nachbearbeitung (Finishing-Prozess) der Formoberfläche 12 in Betracht (z. B. Polieren).For this transfer of separately formed wear protection layer 18 It is essential that the adhesion between the material of the wear protection layer 18 and the shaping surface 22 less than the adhesion to the CFK material of the mold 10 (or its resin system) is. Optionally comes a finishing (finishing process) of the mold surface 12 into consideration (eg polishing).

Zusammenfassend wird mit der Ausführung gemäß der 1 bis 4 ein abformendes bzw. ablaminierendes Verfahren bereitgestellt, bei welchem eine Verschleißschutzschicht von einer "Master-Form" durch Hinterbau mittels eines Laminat-Aufbaus abgeformt wird. Hierbei kann eine besonders gute Haftung der separat gefertigten Verschleißschutzschicht zum Verbundwerkstoff des Formwerkzeugs erzielt werden. Es entsteht ein Formwerkzeug mit "integriertem Verschleißschutz".In summary, with the execution according to the 1 to 4 a down-plating process is provided in which a wear-resistant layer is molded from a "master-mold" through the rear by means of a laminate construction. In this case, a particularly good adhesion of the separately produced wear protection layer to the composite material of the molding tool can be achieved. The result is a mold with "integrated wear protection".

Bei dem Herstellungsverfahren gemäß 1 bis 4 erfolgt der Hinterbau der als Blech oder Folie bereitgestellten Verschleißschutzschicht 18 auf dem Urwerkzeug 20 mittels Laminiertechnik (z. B. Ablegen mehrerer Faserwerkstofflagen wie "Prepreg-Lagen"). Während des Aushärtezyklus dringt flüssiges Harz ("Tooling Prepreg") in die aufgeraute Funktionsschicht 18 ein und bildet dort durch mechanische Verankerung mit selbiger einen haftfesten Verbund.In the manufacturing method according to 1 to 4 the rear triangle of the provided as sheet or foil wear protection layer 18 on the primal tool 20 by means of lamination technology (eg depositing several fiber material layers such as "prepreg layers"). During the curing cycle, liquid resin ("Tooling Prepreg") penetrates into the roughened functional layer 18 and forms there by mechanical anchoring with selbiger an adhesive bond.

Die Aushärtung des als CFK-Verbund 10' hergestellten Formwerkzeugs 10 kann z. B. in einem Autoklaven erfolgen, woraufhin sich der ausgehärtete Verbund 10' samt integrierter Verschleißschutzschicht 18 vom Urwerkzeug 20 trennen lässt.The curing of the as CFK composite 10 ' manufactured mold 10 can z. B. in an autoclave, whereupon the cured composite 10 ' including integrated wear protection layer 18 from the original tool 20 can be separated.

Das Formwerkzeug 10 verschleißt nicht so schnell durch die damit durchgeführten Fertigungszyklen bzw. durch mechanische Verletzungen und Beschädigungen mittels Reinigungswerkzeugen, die zur Säuberung der Formoberfläche 12 nach jedem einzelnen Fertigungszyklus in der Regel erforderlich sind. Weiterhin schützt die Beschichtung 18 das Werkzeug 10 vor übermäßiger chemischer Alterung bzw. Degradation.The mold 10 does not wear out so quickly due to the manufacturing cycle or by mechanical injuries and damage by means of cleaning tools which clean the mold surface 12 usually required after every single production cycle. Furthermore, the coating protects 18 the tool 10 against excessive chemical aging or degradation.

Eine für die Praxis sicherlich vorteilhafte Eigenschaft der Verschleißschutzschicht 18 kann deren große mechanische Festigkeit bzw. Härte sein. Unabhängig davon kann für diese "Funktionsschicht" 18 jedoch insbesondere eine anti-adhäsive Wirkung bezüglich des mit dem Formwerkzeug 10 zu formenden Materials (z. B. CFK-Harzsystem) eine große Rolle spielen. Die applizierte Verschleißschutzschicht 18 kann also z. B. ein "reiner Verschleißschutz" (mechanisch besonders stabil), eine "reine Permanent-Trennschicht" (gut am Werkzeug anhaftend, jedoch anti-adhäsiv bezüglich des zu formenden Materials), oder eine Kombination aus beidem sein.A property of the wear protection layer which is certainly advantageous for practice 18 can be their great mechanical strength or hardness. Regardless, for this "functional layer" 18 but in particular an anti-adhesive effect with respect to the mold 10 material to be formed (eg CFRP resin system) play a major role. The applied wear protection layer 18 So z. B. a "pure wear protection" (mechanically very stable), a "pure permanent release layer" (good adhering to the tool, but anti-adhesive with respect to the material to be molded), or a combination of both.

Zur Schaffung einer solchen Permanent-Trennschicht bei dem Herstellungsverfahren gemäß 1 bis 4 kann z. B. vorgesehen sein, dass die in 1 untere Seite der Verschleißschutzschicht 18 vor dem Auflegen auf das Urwerkzeug 20, und bevorzugt auch vor der oberflächlichen Vorbehandlung der entgegengesetzten (in den Fig. oberen) Seite, mit einem entsprechenden Lacksystem (insbesondere Einbrennlack) versehen wird.To provide such a permanent release layer in the manufacturing method according to 1 to 4 can z. B. be provided that in 1 lower side of the wear protection layer 18 before hanging up on the original tool 20 , and preferably before the superficial pretreatment of the opposite (in the top.) side, with a corresponding paint system (in particular baking enamel) is provided.

Wenn das betreffende Formwerkzeug zur Fertigung von CFK-Bauteilen vorgesehen ist, kann eine solche Permanent-Trennschicht beispielsweise Fluorpolymere, partikelförmige Trockenstoffe wie Mo, Graphit, MoS2, hex-BN etc. umfassen.If the mold in question is intended for the production of CFRP components, such a permanent separating layer may comprise, for example, fluoropolymers, particulate driers such as Mo, graphite, MoS 2 , hex-BN, etc.

Die Formoberfläche 12 ist in den Figuren der Einfachheit halber als eine einfach gekrümmte Fläche dargestellt, da die tatsächliche Formgestaltung eine nachrangige Bedeutung besitzt. In der Praxis ist die Formoberfläche 12 zumeist mehr oder weniger kompliziert, in Anpassung an die gewünschte Bauteilkontur, gestaltet. Sie bildet das "negative Abbild" der gewünschten Kontur der Bauteiloberfläche. Des Weiteren ist hier der Einfachheit der Darstellung halber lediglich ein plattenförmiges Formwerkzeug 10 dargestellt. In der Praxis bildet ein solches Formwerkzeug 10 zumeist eine Werkzeughälfte eines zweiteiligen Formwerkzeugs, bei welchem das imprägnierte Fasermaterial zwischen den beiden Werkzeughälften eingeschlossen und gegebenenfalls unter Druck gesetzt wird (z. B. in einem Autoklaven).The mold surface 12 is shown in the figures for the sake of simplicity as a simply curved surface, since the actual shape design has a secondary importance. In practice, the mold surface 12 usually more or less complicated, in adaptation to the desired component contour designed. It forms the "negative image" of the desired contour of the component surface. Furthermore, here for the sake of simplicity of illustration, only a plate-shaped mold is here 10 shown. In practice, such a mold forms 10 usually a tool half of a two-part mold, in which the impregnated fiber material is enclosed between the two mold halves and optionally pressurized (eg in an autoclave).

Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Korpus des Formwerkzeugs 10 aus einem kostengünstig hergestellten CFK-Faserverbund. Wie bei bisher z. B. aus einer robusten Eisen-Nickel-Legierung (z. B. "Nickel 36") hergestellten herkömmlichen Formwerkzeugen wird durch die beschriebene Beschichtung des CFK-Faserverbunds eine industrielle Serienproduktion der entsprechenden CFK-Bauteile ermöglicht. Derartige CFK-Bauteile sind insbesondere als Strukturbauteile im Flugzeugbau vorteilhaft einsetzbar. Insbesondere für diesen Bereich kann die Formoberfläche 12 des beschriebenen Formwerkzeugs 10 eine Fläche im Bereich von mehreren Quadratmetern besitzen.In the illustrated embodiment, the body of the mold consists 10 from a cost-effective CFRP fiber composite. As with previously z. B. made of a robust iron-nickel alloy (eg., "Nickel 36") conventional molds is made possible by the described coating of the CFRP fiber composite industrial mass production of the corresponding CFRP components. Such CFRP components can be advantageously used in particular as structural components in aircraft construction. Especially for this area, the mold surface 12 of the described mold 10 have an area of several square meters.

Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungs form. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.at The following description of further embodiments are for the same effect Components used the same reference numbers, each supplemented by a small letter to distinguish the execution form is essentially only on the differences to the or already described embodiments received and otherwise hereby expressly refer to the description of previous embodiments.

Die 5 bis 8 veranschaulichen ein zweites Ausführungsbeispiel der Herstellung eines aus einem durch Kompaktieren und Aushärten eines Faserverbunds 10a' gebildeten Formwerkzeugs 10a mit einer Verschleißschutzschicht 18a, welche eine Formoberfläche 12a des Werkzeugs 10a ausbildet.The 5 to 8th illustrate a second embodiment of the production of a by a compacting and curing of a fiber composite 10a ' formed mold 10a with a wear protection layer 18a which form a surface 12a of the tool 10a formed.

Wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird zunächst ein Urwerkzeug 20a mit einer formgebenden Oberfläche 22a bereitgestellt, auf welche wieder eine Verschleißschutzschicht 18a als Blech oder Folie aufgelegt wird. Im Unterschied zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Oberfläche 22a des Urwerkzeugs 20a jedoch vor dem Auflegen mit einer Trennmittelschicht 24a versehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die Oberfläche 22a hierfür mit einem pastösen Trennmittel bestrichen. Den entsprechenden Schichtenaufbau zeigt 5. In dieser Figur ist ferner dargestellt, wie nachfolgend durch thermisches Spritzen mittels einer Spritzpistole 14a ein Spritzmaterial 16a an der oberen Seite der Verschleißschutzschicht 18a aufgebracht wird (z. B. HVOF oder Lichtbogendrahtspritzen). Das sich an der Oberfläche der Verschleißschutzschicht 18a wieder verfestigende Spritzmaterial 16a bildet eine in 6 dargestellte Haftvermittlungsschicht 26a.As in the embodiment described above is initially a primal tool 20a with a shaping surface 22a provided, on which again a wear protection layer 18a is applied as a sheet or foil. In contrast to the embodiment described above, the surface becomes 22a of the original tool 20a however, before laying with a release agent layer 24a Mistake. In the illustrated embodiment, the surface 22a For this coated with a pasty release agent. Shows the corresponding layer structure 5 , In this figure is further shown as follows by thermal spraying by means of a spray gun 14a a spray material 16a on the upper side of the wear protection layer 18a is applied (eg HVOF or electric arc wire spraying). This is on the surface of the wear protection layer 18a re-solidifying spray material 16a forms an in 6 illustrated adhesion promoting layer 26a ,

Als Spritzmaterial 16a können insbesondere Metalle oder Metalllegierungen wie z. B. "Nickel 36" Verwendung finden. Oftmals ist es günstig, die Oberfläche der Verschleißschutzschicht 18a vor dem Applizieren des Spritzmaterials 16a aufzurauen bzw. mikroskopisch zu strukturieren (z. B. durch Strahlen oder Lasern).As a spray material 16a In particular, metals or metal alloys such. B. "Nickel 36" use. Often it is convenient, the surface of the wear protection layer 18a before applying the spray material 16a roughen or to structure microscopically (eg by blasting or lasers).

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird mit der robotergeführten thermischen Spritzpistole 14a eine Metalllegierung (hier: Nickel 36-Pulver) aufgeschmolzen und aufgespritzt.In the illustrated embodiment, with the robot-guided thermal spray gun 14a a metal alloy (here: nickel 36 powder) melted and sprayed.

Es ist oftmals günstig, wenn durch das thermische Spritzen mehrere Schichten eines oder mehrerer Spritzwerkstoffe auf die Verschleißschutzschicht 18a aufgebracht werden. Beispielsweise kann ein zumindest zweischichtiger Auftrag des Zusatzmaterials 16a erfolgen. Bei einer in 6 unteren Einzelschicht kann es sich z. B. um eine Schicht mit besonders guten Haftungseigenschaften zur Verschleißschutzschicht 18a hin handeln, wohingegen eine obere Einzelschicht als spätere Grenzschicht zum Formwerkzeug hin eine besonders große Haftung am Faserverbund 10a' bewerkstelligt.It is often favorable if, by thermal spraying, several layers of one or more spraying materials are applied to the wear protection layer 18a be applied. For example, an at least two-layer application of the additional material 16a respectively. At an in 6 lower single layer may be z. B. a layer with particularly good adhesion to wear protection layer 18a act, whereas an upper single layer as a later boundary layer to the mold out a particularly large adhesion to the fiber composite 10a ' accomplished.

7 zeigt, wie auf die so präparierte Oberfläche des Urwerkzeugs 20a der Faserverbund 10a' aufgebracht wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden Kohlenstofffasermatten aufgelegt und anschließend mit einem Harz imprägniert. Wie es durch die Pfeile in 7 symbolisiert ist, wird der Faserverbund 10a' gegen die formgebende Obefläche 22a des Urwerkzeugs 20a gedrückt, somit kompaktiert, und anschließend ausgehärtet. Es entsteht das Formwerkzeug 10a. 7 shows how on the thus prepared surface of the original tool 20a the fiber composite 10a ' is applied. In the illustrated embodiment carbon fiber mats are placed and then impregnated with a resin. As it is by the arrows in 7 is symbolized, the fiber composite 10a ' against the shaping surface 22a of the original tool 20a pressed, thus compacted, and then cured. The result is the mold 10a ,

Wenn das Urformwerkzeug 20a wieder geöffnet wird, um das CFK-Laminat 10a' zu entformen, was in 8 veranschaulicht ist, haftet die Verschleißschutzschicht 18a mittels der Haftvermittlungsschicht 26a besonders gut an der Formoberfläche 12a' des Faserverbunds 10a'. Wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die zunächst an einem Urwerkzeug bereitgestellte Verschleißschutzschicht 18a während des Formungsprozesses zur Bildung des Formwerkzeugs 10a vom Urwerkzeug auf das Werkzeug transferiert.If the original tool 20a reopened to the CFRP laminate 10a ' to demolish what is in 8th is illustrated, the wear protection layer adheres 18a by means of the primer layer 26a especially good on the mold surface 12a ' of the fiber composite 10a ' , As in the embodiment described above, the anti-wear layer initially provided on a master tool became 18a during the molding process to form the mold 10a transferred from the original tool to the tool.

Zusammenfassend erfolgt bei den beiden beispielhaft beschriebenen Herstellungsverfahren das Aufbringen eines Oberflächenschutzsystems durch Einbetten von "Inserts" wie z. B. Kunststoff-Folien (z. B. geätzte PTFE-Folien, temperaturbeständige Fluorpolymer-Folien mit anti-adhäsiven Eigenschaften), Metallfolien (z. B. aus Edelstahl), Metallblechen, Vliesen (z. B. Metallvliese oder Polymervliese) etc. Diese Inserts werden durch gezielte, einseitige Vorbehandlung haftfest in die Werkzeug-Formoberfläche integriert, wobei die Vorbehandlung z. B. ein Ätzen, eine Aufrauung und/oder den Aufbau einer Haftvermittlungsschicht durch thermisches Spritzen umfasst.In summary takes place in the two production methods described by way of example the Applying a surface protection system by Embedding "inserts" such as B. plastic films (eg etched PTFE films, temperature resistant Fluoropolymer films with anti-adhesive Properties), metal foils (eg of stainless steel), metal sheets, Nonwovens (eg metal fleeces or polymer fleeces) etc. These inserts become adherent through targeted, one-sided pretreatment in the Tool mold surface integrated, the pretreatment z. As an etching, a roughening and / or comprises the construction of a primer layer by thermal spraying.

Der Verfahrensablauf bei Verwendung einer Metallfolie oder eines Metallblechs als Verschleißschutzschicht bei einem aus einem CFK-Faserverbund gebildeten Formwerkzeug zur Fertigung von CFK-Bauteilen kann zusammenfassend also z. B. wie folgt erfolgen: Zunächst wird die beispielsweise bereits einseitig mittels der thermischen Spritztechnik beschichtete Metallfolie bzw. das Metallblech auf das Urmodell drapiert. Optional besteht die Möglichkeit, die spätere Funktionsoberfläche des Formwerkzeugs mit einer anti-adhäsiven Funktionsschicht auszustatten. Bedingt durch die hohen Einbrenntemperaturen (z. B. größer als 350°C) einer solchen anti-adhäsiven Schicht ist es zweckmäßig die Applikation derselben vor dem Auftrag der als Haftvermittler wirkenden aufgespritzten Beschichtung und vor dem Einbetten in den CFK-Faserverbund vorzunehmen. Sodann erfolgt der Hinterbau der Metallfolie bzw. des Metallblechs mittels der Laminiertechnik (Tooling Prepreg) auf die gespritzte Haftvermittlungsschicht. Nach erfolgter Aushärtung, beispielsweise in einem Autoklaven, lässt sich der CFK-Faserverbund samt integrierter Folie bzw. dem integrierten Metallblech vom Urmodell trennen. Ein Finishing-Prozess ist zumeist nicht erforderlich.Of the Procedure when using a metal foil or a metal sheet as wear protection layer in a formed from a CFRP fiber composite mold for Production of CFRP components can be summarized so z. For example follows: First is the example already one-sided by means of thermal Spray technology coated metal foil or metal sheet on the original model draped. Optionally, it is possible to use the later functional interface of the Mold with an anti-adhesive Equip functional layer. Due to the high baking temperatures (z. B. greater than 350 ° C) one such anti-adhesive layer it is appropriate the Application of the same before the order acting as a bonding agent sprayed coating and before embedding in the CFRP fiber composite make. Then the rear triangle of the metal foil or the Metal sheet by means of the lamination technique (Tooling Prepreg) on the sprayed primer layer. After curing, for example in an autoclave, leaves the CFRP fiber composite including integrated foil or the integrated Separate metal sheet from the original model. A finishing process is usually not required.

Bei dem beschriebenen Verfahrensablauf besteht auch die Möglichkeit, Metallfolien z. B. durch Tiefziehen auf komplexere Geometrien der betreffenden Formoberfläche anzuwenden.at the procedure described also provides the possibility Metal foils z. B. by deep drawing on more complex geometries of relevant mold surface apply.

Wenngleich der vorstehend beschriebene Verfahrensablauf auch bei Verwendung von nicht-metallischen Materialien als Verschleißschutzschicht in Betracht kommt, so könnte ein für Kunststofffolien (insbesondere Fluorpolymer-Folien) vorteilhafter Verfahrensablauf z. B. wie folgt erfolgen: Zunächst werden eine oder mehrere, einseitig geätzte oder mit aufgeschweißtem Glasfasergewebe versehene Folien auf ein Urwerkzeug bzw. Urmodell drapiert. Sodann erfolgt ein Hinterbau der Folie(n) mittels Laminiertechnik (Tooling-Prepreg). Bei der Formung des Faserverbunds mittels des Urwerkzeugs (z. B. beim Kompaktieren und/oder Aushärten) dringt flüssiges Matrixmaterial (z. B. Harz) in die vorbehandelte (geätzte) Folienseite ein und bildet dadurch eine sehr gute mechanische Verankerung zwischen dem Matrixmaterial und der Folie. Nach erfolgter Aushärtung, die bevorzugt in einem Autoklaven bewerkstelligt wird, lässt sich der ausgehärtete Faserverbund samt integrierter Kunststofffolie leicht vom Urmodell trennen. Ein Finishing-Prozess ist zumeist nicht erforderlich.Although the procedure described above, even when using of non-metallic materials as wear protection layer into consideration comes, so could one for Plastic films (in particular fluoropolymer films) more advantageous Procedure z. For example, one or more, etched on one side or with welded on Fiberglass fabric-coated films are draped on a master tool or master model. Then followed by a rear of the film (s) by means of lamination (Tooling prepreg). In the formation of the fiber composite by means of Urwerkzeugs (eg during compacting and / or curing) penetrates liquid Matrix material (eg resin) in the pretreated (etched) side of the film and thus forms a very good mechanical anchorage between the matrix material and the film. After curing, the is preferably accomplished in an autoclave, can be the cured one Fiber composite including integrated plastic film slightly from the original model separate. A finishing process is usually not necessary.

Bei dem zuletzt beschriebenen Verfahrensablauf besteht auch die Möglichkeit, Kunststofffolien durch einen vorgeschalteten Prozess mittels Thermoforming auf komplexere Geometrien der betreffenden Formoberfläche anzuwenden.at the procedure described last is also possible Plastic films through an upstream process by means of thermoforming apply to more complex geometries of the shape surface concerned.

Insbesondere bei Verwendung fluorpolymerhaltiger Materialien (Folien) sowie Compounds lassen sich verfahrensangepasste, beschichtete CFK-Werkzeuge (Femis) zur trennmittelfreien und somit umweltschonenden Fertigung von Formbauteilen, insbesondere CFK-Leichtbaustrukturen herstellen.In particular when using fluoropolymer-containing materials (films) and compounds, process-adapted, coated CFRP tools (Femis) can be produced for release-agent-free and thus environmentally friendly production of molded components, in particular CFRP lightweight structures len.

Mit den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen lassen sich beispielsweise folgende Vorteile erzielen:

  • – Eine mit Verschleißschutz und/oder anti-adhäsiven Systemen beschichtete Formoberfläche bietet Schutz vor Verletzungen bei notwendigen Reinigungsarbeiten und erleichtert solche Reinigungsarbeiten.
  • – Durch die Beschichtung mit einem Verschleißschutz, die auch als Versiegelung wirkt, kann der Reinigungsaufwand deutlich reduziert werden, da das "Ausbluten des Formenharzes" vermieden wird und es somit nicht mehr zu einer mechanischen Verankerung mit dem Bauteilharz kommen kann.
  • – Durch die erzielte Erhöhung der Standzeit eines Formwerkzeugs kann eine beträchtliche Produktivitätssteigerung erreicht werden.
  • – Bislang übliche Stahl-Formwerkzeuge mit all ihren negativen Eigenschaften können in vielen Bereichen durch kostengünstigere Faserverbund-Werkzeuge ersetzt werden.
  • – Durch das "abformende Verfahren" ("in-mould-Technik") lassen sich sehr gute Haftfestigkeiten erzielen.
  • – Ein Oberflächenschutz für einfach konturierte Geometrien der Formoberfläche lässt sich durch die Einbettung von einseitig vorbehandelten Folien oder Blechen sehr gut und mit geringem Aufwand realisieren.
  • – Durch die Einbettung einer einseitig geätzten Kunststofffolie, z. B. Fluorpolymer-Folie, kann auf die Verwendung von Trennmitteln beim Formungsprozess mittels des Formwerkzeugs vorteilhaft verzichtet werden.
  • – Durch die Verwendung einer Schichtkombination bestehend aus Verschleißschutz mit inhärenter, anti-adhäsiver Wirkung bzw. Trenneigenschaften kann gegebenenfalls auch auf dem Einsatz von flüssigen Trennmitteln (semipermanent und oftmals umweltschädigend) verzichtet werden. Dies bedeutet zudem eine Kosteneinsparung. Beispielsweise lassen sich fluorpolymerhaltige Materialien in Pulverform in Compoundierung in Spritzpulver, d. h. durch Bildung einer Kombination aus Verschleißschutz mit integrierter anti-adhäsiver Wirkung mit der Spritzpistole verarbeiten.
  • – Durch die aufgezeigten unterschiedlichen Verfahren zur Integration eines Oberflächenschutzes bzw. Oberflächenschutzsystems an der Formoberfläche im Rahmen der Herstellung eines Formwerkzeugs können für nahezu alle in der Praxis relevanten Formgeometrien Beschichtungslösungen gefunden werden.
With the embodiments described above, for example, the following advantages can be achieved:
  • - A mold surface coated with wear protection and / or anti-adhesive systems provides protection against injury during necessary cleaning and facilitates such cleaning.
  • - By coating with a wear protection, which also acts as a seal, the cleaning effort can be significantly reduced because the "bleeding of the molding resin" is avoided and thus it can no longer come to a mechanical anchoring with the component resin.
  • - The achieved increase in the life of a mold, a considerable increase in productivity can be achieved.
  • - So far common steel molds with all their negative properties can be replaced in many areas by cheaper fiber composite tools.
  • - The "molding process"("in-moldtechnique") allows very good bond strengths to be achieved.
  • - A surface protection for simple contoured geometries of the mold surface can be realized very well and with little effort by the embedding of one-sided pretreated films or sheets.
  • - By embedding a one-side etched plastic film, z. As fluoropolymer film, can be advantageously dispensed with the use of release agents in the molding process by means of the molding tool.
  • - The use of a layer combination consisting of wear protection with inherent, anti-adhesive effect or release properties may possibly also be dispensed with the use of liquid release agents (semi-permanent and often harmful to the environment). This also means a cost saving. For example, fluoropolymer-containing materials in powder form in compounding in spray powder, ie process by forming a combination of wear protection with integrated anti-adhesive effect with the spray gun.
  • - By the different methods shown for the integration of a surface protection or surface protection system on the mold surface in the context of the production of a mold coating solutions can be found for almost all in the relevant mold geometries.

Claims (7)

Verfahren zum Herstellen eines aus einem Faserverbund (10') gebildeten Formwerkzeugs (10) mit einer Verschleißschutzschicht (18) an einer Formoberfläche des Formwerkzeugs, wobei die Verschleißschutzschicht (18) zunächst als Blech oder Folie auf eine Formoberfläche eines Urwerkzeugs (20) aufgelegt wird, welches zur Bildung des Formwerkzeugs (10) aus dem Faserverbund (10') vorgesehen ist, und dann bei der Bildung des Formwerkzeugs (10) von der Formoberfläche des Urwerkzeugs (20) auf die Formoberfläche des Formwerkzeugs (10) übertragen wird, wobei die Verschleißschutzschicht (18) auf einer Seite, vor dem Auflegen der Verschleißschutzschicht (18) auf das Urwerkzeug (20), mit einem zur Schaffung einer Permanent-Trennschicht am fertigen Formwerkzeug (10) geeigneten Lacksystem versehen wird und die Verschleißschutzschicht (18) auf der entgegengesetzten Seite, vor und/oder nach dem Auflegen der Verschleißschutzschicht (18) auf das Urwerkzeug (20), mit einer Haftvermittlungsschicht (26) versehen wird.Method for producing a fiber composite ( 10 ' ) formed mold ( 10 ) with a wear protection layer ( 18 ) on a mold surface of the mold, wherein the wear protection layer ( 18 ) first as a sheet or foil on a mold surface of a Urwerkzeugs ( 20 ), which is used to form the mold ( 10 ) from the fiber composite ( 10 ' ) and then during the formation of the mold ( 10 ) from the mold surface of the original tool ( 20 ) on the mold surface of the mold ( 10 ), wherein the wear protection layer ( 18 ) on one side before applying the wear protection layer ( 18 ) on the original tool ( 20 ), with one for creating a permanent release layer on the finished mold ( 10 ) is provided and the wear protection layer ( 18 ) on the opposite side, before and / or after applying the wear protection layer ( 18 ) on the original tool ( 20 ), with an adhesive layer ( 26 ). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Faserverbund (10') aus CFK gebildet wird.Method according to claim 1, wherein the fiber composite ( 10 ' ) is made of CFRP. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Formwerkzeug (10) zur Fertigung von Faserverbundbauteilen vorgesehen ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the molding tool ( 10 ) is provided for the production of fiber composite components. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Formwerkzeug (10) zur Fertigung von CFK-Bauteilen vorgesehen ist.Method according to claim 3, wherein the molding tool ( 10 ) is provided for the production of CFRP components. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Lacksystem ein Einbrennlack ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the paint system is a stoving enamel. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Haftvermittlungsschicht (26) durch ein thermisches Spritzen (14) aufgebaut wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the primer layer ( 26 ) by thermal spraying ( 14 ) is constructed. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Haftvermittlungsschicht (26) durch eine oberflächliche Vorbehandlung der Verschleißschutzschicht (18) erzeugt wird.A method according to claim 6, wherein the primer layer ( 26 ) by a superficial pretreatment of the wear protection layer ( 18 ) is produced.
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