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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft das Herstellen eines Verbundbauteils. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Werkzeug zum Herstellen eines Verbundbauteils, ein
Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils und die Verwendung
eines Werkzeugs zur Herstellung des Verbundbauteils für
ein Flugzeug.
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Technischer Hintergrund
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Verbundbauteile
können mit dem sogenannten „Resin Transfer Moulding” (RTM-Verfahren)
hergestellt werden. Bei dieser Form der Herstellung von Verbundbauteilen
wird eine Fasermatte in einer Werkzeugkavität eines Werkzeugs
angeordnet, und dann bei vollständig geschlossenem Werkzeug
mit Harz getränkt. Die Fasermatte kann unterschiedlich aufgebaut
sein, beispielsweise kann die Fasermatte aus einzelnen nicht verwobenen
Fasern, aus einem Fasergewebe oder einem Vlies bestehen. Bei den Fasern
kann es sich beispielsweise um Kohlenstofffasern handeln. Während
die Fasermatte mit dem Harz, in der Regel Kunstharz, wie etwa Epoxidharz, getränkt
wird, füllt das flüssige Harz die Werkzeugkavität
vollständig aus. Danach verfestigt sich das Harz innerhalb
der Werkzeugkavität, beispielsweise durch eine chemische
Reaktion die durch erwärmen des Harzes ausgelöst
wird, und ein Verbundbauteil, das aus der Fasermatte und dem verfestigten
Harz gebildet ist entsteht.
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Beim
Aushärten verringert sich das Volumen des Harzes bis zu
etwa 3%. Bei Verwendung von Faserhalbzeugen mit zusätzlichem
Material, welches sich während der Infiltration durch das
Harz mit dem Harz löst, um z. B. mechanische Eigenschaften
des Harzes zu verändern, kann sich das Volumen des Faserhalbzeugs
nach der Infiltration um bis zu 20% verringern gegenüber
dem Zustand vor der Infiltration. Das kann dazu führen,
dass, vor allem bei einem Verbundbauteil mit besonders dicken Abschnitten,
das Verbundbauteil durch Volumenschrumpfung nicht mehr die durch
die Werkzeugkavität definierte Geometrie aufweist. Außerdem
können sich dadurch, dass der Druck im Werkzeug durch das
Schrumpfen sinkt, im Verbundbauteil Blasen bilden, die die lokale Festigkeit
des Verbundbauteils senken.
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Aus
der
EP 1 013 409 A2 ist
ein Verfahren bekannt, bei dem anstelle einer steifen Gegenform eine
flexible Membran verwendet wird. Eine Fasermatte wird auf eine steife
Negativform aufgebracht und mit der flexiblen Membran abgedeckt.
Auf die Membran wird ein Gegendruck aufgebracht, so dass ein Formbauteil
entsteht, dessen eine Seite wie die Negativform geformt ist. Für
die an der flexiblen Membran anliegende andere Seite des herzustellenden
Verbundbauteils kann keine vordefinierte Geometrie vorgegeben werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, Verbundbauteile mit einheitlicher
Festigkeit und exakt vordefinierter Geometrie herstellen zu können.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung wird ein Werkzeug zum Herstellen
eines Verbundbauteils bereitgestellt. Das Werkzeug umfasst eine
erste Form, eine zweite Form und ein Druckerzeugungsmittel, wobei
zwischen der ersten Form und der zweiten Form oder auch weiteren
Formteilen eine Membran anordenbar ist, so dass zwischen der ersten
Form und der Membran ein erster Bereich und zwischen der zweiten
Form und der Membran ein zweiter Bereich gebildet ist, wobei im
ersten Bereich eine Fasermatte anordenbar ist, wobei die Fasermatte
mit Harz getränkt oder mit Harz tränkbar ist,
wobei im zweiten Bereich durch das Druckerzeugungsmittel ein Gegendruck
hergestellt werden kann oder ein Gegendruck herstellbar ist, so
dass die Membran in Richtung der Fasermatte gedrückt wird
oder gedrückt ist (wenn der Gegendruck aufgebaut ist).
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Zum
Herstellen eines Verbundbauteils kommt ein wenigstens zwei Formen,
beispielsweise eine erste starre Form und eine zweite starre Form umfassendes
Werkzeug zum Einsatz. Das Werkzeug kann auch mehrteilig sein. Eine über
eine oder mehrere der Werkzeugflächen geformte, dicht abschließende
Membran bildet einen bedruckbaren Raum, den zweiten Bereich. Der
Gegendruck im zweiten Bereich kann durch jedes beliebige Fluid,
wie etwa eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, oder
ein Gas, wie etwa Luft, erzeugt werden. Der Gegendruck kann dadurch
entstehen, dass der Druck im zweiten Bereich größer
ist als in einer Umgebung des Werkzeugs, oder dass der Druck im
zweiten Bereich größer ist als der Druck im ersten
Bereich. Der Gegendruck kann auch durch einen Überdruck
entstehen oder ein Überdruck sein.
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Durch
das Verbundbauteil oder die Fasermatte auf beiden Seiten umgebende
steife Werkzeugflächen können eine definierte
Bauteildicke bzw. exakt kalibrierte Bauteilflächen hergestellt
werden.
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Die
Membran kann vollständig fluidundurchlässig sein.
Die Membran kann eine Folie, wie zum Beispiel eine Kunststofffolie
oder eine Metallfolie, aber auch eine Membran aus Gummi sein. Die
Membran kann auch teilweise fluiddurchlässig sein, beispielsweise
durch Poren. In diesem Fall kann der Gegendruck im zweiten Bereich
dadurch aufrechterhalten werden, dass Fluid in den zweiten Bereich
nachgeleitet wird.
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Die
erste Form kann eine obere Form und die zweite Form eine untere
Form sein. Dadurch wird die Membran durch den Gegendruck nach oben
gedrückt. Durch die Schwerkraft kann das Harz durch die
Fasermatte in Richtung Membran fließen.
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Alternativ
kann auch die erste Form eine untere Form, die zweite Form eine
obere Form sein. Damit kann auf einfache Art und Weise die Fasermatte auf
die zweite Form gelegt werden und darüber die Membran angeordnet
werden.
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Dass
die Membran in Richtung der Fasermatte gedrückt wird, kann
einerseits bedeuten, dass die Membran sich in Richtung der Fasermatte
bewegt, kann aber auch bedeuten, dass die Membran einen Druck auf
die Fasermatte ausübt, ohne sich zu bewegen.
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Durch
das Drücken der Membran in Richtung der Fasermatte kann
der durch die Reaktion des Harzes bei der Verfestigung entstehende
Schwund, bzw. die Volumenänderung des Faserhalbzeugs während der
Injektion kompensiert werden. Auch kann auf diese Weise bereits
bei teilweise geöffnetem Werkzeug, ein homogenes Befüllen
des ersten Bereichs mit Harz auch bei Dickenschwankungen des Bauteils
erreicht werden. Genauso ist ein homogenes Befüllen auch
bei Bauteilen mit Abschnitten möglich, die sich normal
bzw. nicht normal zum Vektor der Werkzeugschließung befinden.
Somit wird die Fasertränkung bei Bauteilen mit Wanddickensprüngen
besser beherrschbar. Auch eine Variation des Setzweges an normal
bzw. nicht normal zur Schließrichtung des Werkzeugs stehenden
Flächen kann besser beherrscht werden.
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Alternativ
zum Einleiten des Harzes in die Werkzeugkavität können
wie beim sogenannten Prepreg-Verfahren bereits mit Harz getränkte
Fasermatten im Werkzeug angeordnet werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform umfasst das Werkzeug eine Harzzufuhr, und
beispielsweise einen verschließbaren Harzablauf, wobei
in den ersten Bereich über die Harzzufuhr dem Werkzeug
Harz zum Tränken der Fasermatte zugeführt werden
kann.
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Die
Fasermatte kann auch bei offenem Werkzeug mit Harz getränkt
werden, da die in Richtung der Fasermatte gedrückte Membran
verhindert, dass das Harz aus dem offenen Werkzeug heraus fließt.
Mittels des Gegendrucks im zweiten Bereich kann dabei eingestellt
werden, wie stark die Membran in Richtung Fasermatte gedrückt
wird. Dadurch kann trotz des hohen Fließwiderstandes des
Harzes die Infusionszeit in Bezug auf das RTM-Verfahren verkürzt
werden. Durch die Variation des Druckes im bedruckten zweiten Raum
oder Bereich kann der Fließwiderstand bei der Fasertränkung
eingestellt werden.
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Die
Harzzufuhr kann einen Anschluss des Werkzeugs umfassen, über
den Harz unter Druck über eine Leitung aus einem Harzreservoir
im ersten Bereich geleitet werden kann. Der erste Bereich kann auch
einen weiteren Anschluss aufweisen, über den Luft oder
Wasser oder ganz allgemein ein Fluid aus dem ersten Bereich gesaugt
werden kann. Dabei kann sichergestellt werden, dass beim Tränken
der Fasermatte mit Harz keinerlei Fluid im ersten Bereich verbleibt.
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Gemäß einer
Ausführungsform ist die Harzzufuhr in der ersten Form ausgebildet.
Die erste Form kann dazu eine oder mehrere Bohrungen enthalten, über
die das Harz in den ersten Bereich geleitet wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform umfasst das Druckerzeugungsmittel
eine Fluidzufuhr, wobei über die Fluidzufuhr dem Werkzeug
Fluid zum Herstellen des Gegendrucks zugeführt werden kann bzw.
zuführbar ist. Der Gegendruck kann durch Zuführen
eines Fluids über eine Fluidleitung aus einem Fluidreservoir
hergestellt werden oder herstellbar sein.
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Gemäß einer
Ausführungsform kann die Fluidzufuhr in der zweiten Form
ausgebildet sein. Dazu kann die zweite Form eine oder mehrere Bohrungen aufweisen, über
das Fluid in den zweiten Bereich geleitet werden kann.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird ein Werkzeug bereitgestellt, wobei
ein Abschnitt der ersten Form die Oberflächengeometrie
einer ersten Seite des Verbundbauteils definiert und ein Abschnitt
der zweiten Form die Oberflächengeometrie einer zweiten
Seite des Verbundbauteils definiert.
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Die
Geometrie des Verbundbauteils kann vollständig durch die
einander gegenüberliegenden Abschnitte definiert werden.
Auch die der Membran zugewandte Oberfläche des Verbundbauteils
kann durch die Innengeometrie des Werkzeugs definiert werden. Wegen
der durch das Werkzeug exakt definierbaren Geometrie des Verbundbauteils
hat das Verbundbauteil an jeder Stelle eine exakte bestimmbare Dicke.
Auch der Faservolumengehalt, das heißt das Verhältnis
von Harz zu Fasern, kann exakt eingestellt werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform wird ein Werkzeug bereitgestellt,
wobei die erste Form und die zweite Form aufeinander zubewegbar
sind, bis zu einer Endstellung, in der die erste Form und die zweite
Form aneinander anliegen, wobei in der Endstellung zwischen der
ersten Form und der zweiten Form ein Hohlraum gebildet ist. Die
Endstellung kann auch erreicht werden, wenn zwischen den Formen
noch ein kleiner Restschließweg vorhanden ist.
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Wenn
die erste Form und die zweite Form aneinander anliegen oder auf
Block gegangen sind, wird durch die Abschnitte der ersten Form und
der zweiten Form ein Hohlraum gebildet, der die Geometrie des Verbundbauteils
definiert.
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Gemäß einer
Ausführungsform definiert der Hohlraum die Geometrie des
zu erzeugenden Verbundbauteils.
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Dieser
Hohlraum kann durch die Membran in die beiden Bereiche getrennt
werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird ein Werkzeug bereitgestellt, wobei
die erste Form und die zweite Form bis zu einer Zwischenstellung
aufeinander zubewegbar sind, in der die erste Form und die zweite
Form weiter aufeinander zubewegbar sein können.
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Gemäß einer
Ausführungsform ist der erste Bereich in der Zwischenstellung
gegenüber der Umgebung des Werkzeugs abgedichtet. Damit
wird in der Zwischenstellung des Werkzeugs ein Raum, der erste Bereich,
geschaffen, in dem die Fasermatte mit Harz getränkt werden
kann. Kein Harz kann den ersten Bereich während des Tränkens
verlassen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform ist der zweite Bereich in der
Zwischenstellung gegenüber der Umgebung des Werkzeugs abgedichtet.
Bereits in der Zwischenstellung kann der zweite Bereich mit Druck
beaufschlagt werden. In der Zwischenstellung ist der zweite Bereich
gegenüber der Umgebung abgedichtet und kann so beispielsweise
durch Zuführen eines Fluids unter Druck gesetzt werden,
um den Gegendruck im zweiten Bereich zu erzeugen.
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Gemäß einer
Ausführungsform umfasst das Werkzeug eine Dichtung zum
Abdichten des ersten Bereichs. Der erste Bereich kann in der Zwischenstellung
gegenüber einer Umgebung des Werkzeugs durch die Dichtung
abgedichtet sein.
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Die
Dichtung kann den ersten Bereich zwischen der Zwischenstellung und
der Endstellung des Werkzeugs abdichten. Dazu kann die erste Dichtung eine
hohe Spalttoleranz zwischen den Werkzeugsegmenten aufweisen. Das
kann dadurch bewerkstelligt werden, dass die Dichtung einen Überstand über
die Oberfläche der ersten oder der zweiten Form aufweist.
Die Dichtung kann an der ersten Form oder der zweiten Form befestigt
sein.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung kann die Dichtung auch den
zweiten Bereich abdichten. Die Dichtung kann den zweiten Bereich zwischen
der Zwischenstellung und der Endstellung des Werkzeugs gegenüber
der Umgebung des Werkzeugs abdichten.
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Ist
die Dichtung an der ersten Form angebracht, kann ab der ersten Zwischenstellung
der erste Bereich durch einen Abschnitt der erste Form und einen
Abschnitt der Membran innerhalb der Dichtung und der Dichtung abgeschlossen
oder begrenzt werden. Der zweite Bereich kann durch einen Abschnitt der
zweiten Form und den Abschnitt der Membran innerhalb der Dichtung
abgeschlossen werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird ein Werkzeug bereitgestellt, das neben
der ersten Dichtung eine zweite Dichtung zum Abdichten des ersten Bereichs
und/oder des zweiten Bereichs umfasst. Dies kann dadurch bewerkstelligt
werden, dass die zweite Dichtung einen Überstand gegenüber
einer Oberfläche der ersten oder der zweiten Form aufweist.
Die zweite Dichtung kann außerhalb der ersten Dichtung
angeordnet sein. Dabei kann die erste Dichtung an der ersten Form
und die zweite Dichtung an der zweiten Form befestigt sein. Beide
Dichtungen können den gleichen Überstand aufweisen.
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Die
erste Dichtung und/oder die zweite Dichtung können den
Hohlraum innerhalb des Werkzeugs bereits dann abdichten, wenn sich
die erste und die zweite Form in einer der Zwischenstellung befinden.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung umfasst das Werkzeug eine
dritte Dichtung zur Abdichtung des Hohlraums in der Endstellung
des Werkzeugs. Die dritte Dichtung kann eine Überstand aufweisen,
der geringer ist als der Überstand der ersten oder der
zweiten Dichtung. Damit kann sichergestellt werden, dass der Hohlraum,
der in der Endstellung des Werkzeugs unter einem sehr hohem Druck stehen
kann, auch gegenüber der Umgebung abgedichtet ist, wenn
die erste Dichtung oder die zweite Dichtung gegenüber diesen
Drucken nicht vollständig dicht halten können.
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Gemäß einer
Ausführungsform ist die Membran mit der zweiten Form mechanisch
verbunden. Die Membran kann auch mit der zweiten Form verbunden
sein, wenn das Werkzeug vollständig geöffnet ist
und sich nicht in der Endstellung oder der Zwischenstellungen befindet.
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Andererseits
kann für jeden Herstellungsvorgang für ein Verbundbauteil
eine Einwegmembran verwendet werden, so dass keine Reinigung des Werkzeugs
von Harzresten zumindest auf Membranseite nötig ist. Dabei
kann die Membran auch am Bauteil verbleiben, beispielsweise am Verbundbauteil
festgeklebt werden. Auf diese Weise wird gleichzeitig eine Möglichkeit
zur Bauteilkaschierung geschaffen. Andererseits kann die Membran
auch weitere Zusatzfunktionen am Verbundbauteil übernehmen,
wie zum Beispiel, dass das Verbundbauteil besser verklebt werden
kann oder eine metallische Oberfläche aufweist.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das
Verfahren die Schritte: Anordnen einer Fasermatte in einem ersten
Bereich zwischen einer ersten Form eines Werkzeugs und einer im
Werkzeug angeordneten Membran, wobei die Fasermatte mit Harz getränkt
oder mit Harz tränkbar ist; Aufeinanderzubewegen der ersten
Form und einer zweiten Form des Werkzeugs bis zu einer Zwischenstellung,
in der ein zweiter Bereich zwischen der zweiten Form und der Membran gegenüber
der Umgebung des Werkzeugs abgedichtet ist; und Erzeugen eines Gegendrucks
in dem zweiten Bereich, so dass die Membran in Richtung der Fasermatte
gedrückt wird.
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Bereits
dann, wenn das Werkzeug in der Zwischenstellung nicht vollständig
auf Endmaß geschlossen ist, wird der zweite Bereich zwischen Membran
und Werkzeug bedruckt, so dass die Membran in Richtung der Fasermatte
gedrückt wird und den ersten Bereich zwischen dem Werkzeug
und der Membran und die darin befindliche Fasermatte unter Druck
setzt. Somit kann das Tränken der Fasermatte mit Harz sowie
der Faservolumengehalt des Verbundbauteils durch den im zweiten
Bereich erzeugten Gegendruck eingestellt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Zuführen
von Harz in den ersten Bereich zum Tränken der Fasermatte.
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Gemäß einer
Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Anordnen der
Membran zwischen der ersten und der zweiten Form.
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Gemäß einer
Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Aufeinanderzubewegen
der ersten Form und der zweiten Form bis zu einer Endstellung, wobei
in der Endstellung zwischen der ersten Form und der zweiten Form
ein Hohlraum gebildet ist, der die Geometrie des Verbundbauteils
definiert.
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In
der Endstellung kann die exakte Außengeometrie des Verbundbauteils
durch den Hohlraum bestimmt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Verbinden der
Membran mit der Fasermatte, beispielsweise ein Verkleben. Das Verkleben der
Membran mit dem Verbundbauteil kann durch das aushärtende
Harz erfolgen.
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Das
Verfahren betrifft auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen
Werkzeugs zur Herstellung eines Verbundbauteils für ein
Flugzeug. Insbesondere für Flugzeugbauteile ist eine vordefinierte einheitliche
Festigkeit bei möglichst geringem Gewicht vorteilhaft.
Mit dem Verfahren kann dadurch, dass der Faservolumengehalt exakt
eingestellt werden kann, ein optimales Verhältnis von Festigkeit
zu Gewicht erreicht werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren
anhand von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 zeigt
einen Längsschnitt durch ein Werkzeug gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 zeigt
ein schematisches Diagramm einer Pressenanordnung, in der ein Werkzeug
gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
angeordnet ist.
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3 zeigt
ein Flussdiagramm für den Ablauf eines Verfahrens gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Die 1 zeigt
ein Werkzeug 100 in einer Zwischenstellung, in der der
Werkzeugspalt 102 nicht vollständig auf Endmaß geschlossen
ist. Der Werkzeugspalt 102 oder die Werkzeugkavität 102 wird
dabei von einer ersten Form 104 und einer zweiten Form 106 gebildet.
Das Werkzeug kann auch aus mehr als zwei Formen, beispielsweise
aus einer Mehrzahl von Formen oder Werkzeugteilen aufgebaut sein.
Die zweite Form 106 ist in Richtung des Pfeils A unterhalb
der ersten Form 104 angeordnet. Die beiden Formen 104 und 106 können
in Richtung des Pfeils A aufeinander zu und voneinander weg bewegt
werden.
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Zwischen
den beiden Formen 104 und 106 ist eine Membran 108 angeordnet.
Zwischen der Membran 108 und der ersten Form 104 ist
ein erster Bereich 110 gebildet, in dem sich eine Fasermatte 112 befindet.
Der Fasermatte 112 und dem ersten Bereich 110 gegenüberliegend
auf der anderen Seite der Membran 108 befindet ein zweiter
Bereich 114. Der zweite Bereich 114 ist über
eine Luft- oder Fluidzufuhr 116 als Druckerzeugungsmittel
verbunden, indem, wie durch den Pfeil B angedeutet, Luft oder Fluid
in den zweiten Bereich 114 zur Erzeugung eines Gegendrucks
geleitet oder gepumpt werden kann.
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Zur
Abdichtung des ersten Bereichs 110 und des zweiten Bereichs 114 ist
eine erste Dichtung 120 an der ersten Form befestigt und
eine zweite Dichtung 118 an der zweiten Form befestigt.
Bezüglich einer Mittelachse M des Werkzeugs umgibt die
erste Dichtung 120 die Fasermatte 112 vollständig.
Bezüglich der Mittelachse M umgibt die zweite Dichtung 118 die
Fasermatte 112 und die erste Dichtung 120.
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Die
erste Dichtung 120 steht dabei über die Oberfläche 122 der
ersten Form 104 so weit über, dass sie in der
in der 1 gezeigten Zwischenstellung die Membran 108 abschnittsweise
gegen eine Oberfläche 124 der zweiten Form 106 presst.
Genauso steht die zweite Dichtung 118 so weit über
die Oberfläche 124 der zweiten Form 106 über,
das sie in der in der 1 gezeigten Zwischenstellung
die Membran 108 abschnittsweise gegen die Oberfläche 122 der
ersten Form 104 presst. Der absolute Überstand
der beiden Dichtungen 118 und 120 hängt
von der Auslegung der verwendeten Dichtung ab.
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Die
beiden Dichtungen 118 und 120 können aus
einem Schaumstoffmaterial bzw. einem Kunststoff gefertigt sein,
der ohne Beschädigung stark komprimiert werden kann, so
dass die beiden Formen bis zu einer Endstellung in Richtung des
Pfeils A aufeinander zu bewegt werden können, bis die beiden
Flächen 124 und 122 aneinander anliegen.
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Bezüglich
der Mittelachse M kann außerhalb der beiden Dichtungen 118 und 120 und
der Fasermatte 112 an der ersten Form eine weitere dritte Dichtung 126 angebracht
werden, deren Überstand im Verhältnis zum Überstand
der beiden Dichtungen 118 und 120 gering, beispielsweise
0,2 mm, ist. Die dritte Dichtung 126 soll gewährleisten,
dass, wenn die beiden Formen 104 und 106 in der
Endstellung auf Endmaß geschlossen sind, der Druck innerhalb eines
Hohlraums 128 aufrechterhalten werden kann, falls die beiden
Dichtungen 118 und 120 versagen sollten.
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In
der Endstellung, in der die Oberflächen 122 und 124 aneinander
anliegen, ist in dem geschlossen Werkzeug 100 eine Kavität 128 bzw.
ein Hohlraum 128 gebildet, der durch den Abschnitt 130 der
zweiten Form 106 und den Abschnitt 132 der ersten
Form 104 gebildet ist. Die beiden Abschnitte 130 und 132 definieren
die Geometrie des herzustellenden Verbundbauteils 129.
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Die
erste Form 104 weist eine Harzzufuhr 134 bzw.
Harzangussanschluss 134 auf. Von der Mittelachse M aus
betrachtet befinden sich der Harzzufuhr 134 und eine Verbindung 117 der
Fluidzufuhr 116 mit dem zweiten Bereich 114 innerhalb
der beiden Dichtungen 118 und 120.
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Die 2 zeigt
ein schematisches Diagramm einer Presse 200, in der das
Werkzeug 100 angeordnet ist. Die erste Form 104 und
die zweite Form 106 können über Hub-,
Senk- oder Schließeinrichtungen 202 und 204 aufeinander
zu und voneinander weg bewegt werden. Diese Bewegung wird von der
Steuereinheit 206 über eine Signalleitung 208 gesteuert.
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Weiter
können die erste Form 104 über eine Heizeinrichtung 209 und
die zweite Form 106 über eine Heizeinrichtung 210 auf
eine vorbestimmte. Temperatur aufgeheizt werden. Diese Temperatur kann
durch die Steuereinrichtung 206 über die Signalleitungen 212 und 214 gesteuert
werden. Durch die erwärmten Formen 104 und 106 kann
im Harz im Werkzeug eine chemische Reaktion ausgelöst bzw. beschleunigt
werden, mit der das Harz aushärtet.
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Die
Pressenanordnung 200 umfasst eine Einrichtung 216,
die einen Fluidspeicher, eine Pumpe, ein Ventil und/oder auch eine
Sauganlage aufweisen kann und die über die Signalleitung 218 von
der Steuereinrichtung 206 angesteuert werden kann. Mittels
der Pumpe oder der Sauganlage in der Einrichtung 216 kann über
die Fluidzufuhr 116 der zweite Bereich 114 innerhalb
des Werkzeugs 100 mit Fluid bedruckt werden, oder das Fluid
aus diesem Bereich 114 herausgesaugt werden.
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Die
Steuereinrichtung 206 kann über eine weitere Signalleitung 222 eine
Einrichtung 220 ansteuern, die einen Harzspeicher, eine
weitere Pumpe, ein weiteres Ventil, eine Förderschnecke und/oder
eine weitere Sauganlage umfassen kann. Die Einrichtung 220 kann über
die Harzzufuhrleitung 224 über die Harzzufuhr 134 Harz
in den ersten Bereich 110 zwischen den beiden Werkzeughälften oder
Formen 104 und 106 einleiten, und über
eine weitere Leitung 226 im zweiten Bereich 114 befindliches
Fluid, beispielsweise Luft, aus dem ersten Bereich 110 ableiten.
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Die 3 zeigt
ein Flussdiagramm, das den Ablauf des Verfahrens gemäß einem
Ausführungsbeispiels der Erfindung schematisch darstellt.
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In
einem ersten Schritt S8 wird eine Membran 108 auf die zweite
Form 106 und darauf eine Fasermatte 112 gelegt.
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Im
Schritt S10 wird die Werkzeugkavität nicht vollständig
auf Endmaß geschlossen. Dazu bewegen die Hub-, Senk- oder
Schließeinrichtungen 202 und 204 die
beiden Formen 104 und 106 so lange aus einer geöffneten
Stellung des Werkzeugs aufeinander zu, bis die in der 1 gezeigte
Zwischenstellung der beiden Formen 104 und 106 erreicht
ist. Auch die Formen 104 und 106 können
in diesem Schritt oder auch in den anderen Schritten erwärmt
werden.
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In
der Zwischenstellung sind nun der erste Bereich 110 und
der zweite Bereich 114 durch die Dichtungen 118 und 120 gegenüber
der Umgebung des Werkzeugs abgedichtet.
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Im
Schritt 512 wird der zweite Bereich 114 zwischen
der Membran 108 und der zweiten Form 106 über
die Luftzuführung oder Fluidzufuhr 116 unter Druck
gesetzt. Dazu pumpt die Pumpe in der Einrichtung 216 Luft
oder ein Fluid aus dem Fluidspeicher über die Fluidzufuhr 116 in
den zweiten Bereich 114.
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Im
Schritt S14 wird durch die Einrichtung 220 Harz aus einem
Harzspeicher über die Harzzufuhrleitung 224 und
die Harzzufuhr 134 im Werkzeug 100 in den ersten
Bereich 110 zwischen der Membran 108 und dem ersten
Werkzeug 104 gefördert, beispielsweise mit Hilfe
der Pumpe oder der Förderschnecke. Gleichzeitig wird das
im ersten Bereich 110 befindliche Fluid bzw. die darin
befindliche Luft über die Leitung 226 aus dem
ersten Bereich 110 durch die Einrichtung 220 herausgesaugt.
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Im
Schritt S16 werden die beiden Formen 104 und 106 auf
eine Endstellung aufeinander zu gefahren, in der die Oberflächen 122 und 124 des Werkzeugs
aneinander anliegen.
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Gleichzeitig
zum Schritt S16 oder nach dem Schritt S16 wird in einem Schritt
S18 der Druck im ersten Bereich 110 über den Druck
im zweiten Bereich 114 erhöht. Dadurch beginnt
sich das im zweiten Bereich 114 befindliche Druckkissen
wieder zu verkleinern und das im zweiten Bereich 114 befindliche
Fluid beginnt diesen durch die Fluidzufuhr 116 zu verlassen.
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In
einem Schritt S20 wird das im zweiten Bereich 114 befindliche
Fluid durch Absenken des Drucks oder durch Absaugen des Fluids aktiv
abgeleitet oder abgeblasen. Die Membran 108 liegt nun am
Abschnitt 130 der zweiten Form 106 an. Die mit Harz
getränkte Fasermatte 112 füllt den zwischen den
Abschnitten 130 und 132 gebildeten Hohlraum 128 komplett
aus.
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Überschüssiges
Harz kann während des Zusammenfahrens der beiden Formen 104 und 106 über
die Harzzufuhr 134 oder einem anderweitigen Auslass ausgepresst
werden.
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Die
mit Harz getränkte Fasermatte 112 ist in der Endstellung
der beiden Werkzeuge 104 und 106 auf beiden Seiten
von den starren Formen 104 und 106 umgeben, beide
Oberflächen des entstehenden Verbundbauteils 129 können
durch die Abschnitte 130 und 132 der beiden Formen 104 und 106 geometrisch
kalibriert werden.
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In
einem weiteren Schritt S22 kann über die Fluidzufuhr 116,
Harzzufuhr 134 oder einen beispielsweise wenige Millimeter
betragenden Werkzeugrestschließweg, ein Nachdruck bei geschlossenem
Werkzeug 100 mit den beiden Formen 104 und 106 in
der Endstellung ausgeübt werden. Dadurch kann die Bildung
von Poren im Verbundbauteil 129 vermieden werden.
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Ergänzend
ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend” keine
anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine
Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass
Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele
beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen
oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele
verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen
sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste
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erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005053691
A1 [0003]
- - WO 2007054268 A1 [0003]
- - EP 1013409 A2 [0005]