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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Faservorformling (Preform) für ein faserverstärktes Kunststoffbauteil.
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Beim Spritzpressen von faserverstärkten Kunststoffbauteilen werden üblicherweise als duroplastische Harze ausgebildete Formmassen in einen in ein Werkzeug eingelegten Faservorformling, auch Prepreg oder Faserpreform genannt, injiziert und ausgehärtet. Um zu verhindern, dass das in das Werkzeug injizierte Harz nach außen gelangt, werden solche Werkzeuge mit einer Dichtung versehen. Eine Dichtung wird beispielsweise dadurch realisiert, dass besonders enge Passungen in sogenannten Quetschbereichen und/oder bei Tauchkanten des Werkzeugs vorgesehen werden. Es zeigt sich jedoch, dass bei niedrigviskosen Harzen keine zuverlässige Abdichtung erreicht werden kann.
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Die
DE 10 2007 046 7341 A1 zeigt ein gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils, bei welchem eine Dichtung an einem Faservorformling angebracht und anschließend zur Herstellung des Kunststoffbauteils eine Formmasse in ein Werkzeug injiziert wird, in welchem der Faservorformling angeordnet worden ist. Dabei wird der Faservorformling zunächst in das Werkzeug eingelegt und anschließend wird die Dichtung an dem Faservorformling angebracht.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils sowie einen Faservorformling für ein faserverstärktes Kunststoffbauteil bereitzustellen, mittels welchen eine zuverlässige Abdichtung eines Werkzeugs gegen ein Austreten der Formmasse erzielt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Faservorformling für ein faserverstärktes Kunststoffbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Zur zuverlässigen Abdichtung eines Werkzeugs zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Dichtung an dem Faservorformling angebracht wird, bevor dieser in dem Werkzeug angeordnet wird. Dadurch, dass die Dichtung an dem Faservorformling angebracht wird, bevor dieser in dem Werkzeug angeordnet wird, kann die Dichtung besonders exakt an dem Faservorformling positioniert werden, so dass eine besonders zuverlässige Dichtwirkung gegen ein Austreten von Formmasse aus dem Faservorformling und somit auch aus dem Werkzeug erzielt werden kann. Zudem wird die Anbringung der Dichtung dadurch erheblich erleichtert.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass mittels der Dichtung wenigstens ein offene Faserenden aufweisender Randbereich des Faservorformlings umschlossen wird. Mit anderen Worten wird die Dichtung im Bereich der offenen Faserenden an einem Randbereich des Faservorformlings angebracht, so dass mittels der Dichtung eine Art Barriereschicht ausgebildet wird, wodurch ein unerwünschtes Austreten der zuvor injizierten Formmasse, insbesondere durch offene Faserenden verhindert wird. Zum einen wird dadurch sichergestellt, dass kein unerwünschtes Austreten der Formmasse aus dem Werkzeug auftritt, zum anderen wird dadurch aber auch erzielt, dass eine endkonturnahe Bauteilkante bei dem faserverstärkten Kunststoffbauteil erzielbar ist. Dadurch können üblicherweise zur Erzielung von definierten, endkonturnahen Bauteilkanten notwendige zusätzliche Nacharbeiten, wie beispielsweise Fräsen, Wasserstrahlschneiden und dergleichen, entfallen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Dichtung an dem Faservorformling angenäht oder angeklebt wird. Dadurch kann die Dichtung besonders sicher bzw. fest an dem Faservorformling angebracht werden, so dass die gewünschte Dichtwirkung auf sichere Art und Weise erzielt werden kann. Alternativ kann die Dichtung als hochviskose Dichtmasse, welche im Werkzeug zusammen mit dem Harz aushärtet, appliziert werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Dichtung während der Herstellung des Faservorformlings angebracht wird. Mit anderen Worten erfolgt die Anbringung der Dichtung in einem gleichen Prozessschritt und mit der gleichen Technik, wie diese beim Konfektionieren des Faservorformlings eingesetzt werden. Dadurch kann die Dichtung auf besonders effiziente Weise bereits während der Herstellung des Faservorformlings angebracht werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Dichtung in einem Bereich des Faservorformlings angebracht wird, welcher nach der Injektion der Formmasse mittels des Werkzeugs gestaucht wird. Mit anderen Worten wird die Dichtung in dem Bereich vorgesehen, in welchem der Faservorformling sich in einem sogenannten Quetschbereich des Werkzeugs befindet, in welchem der üblicherweise als Gelegematte ausgebildete Faservorformling komprimiert wird. Insbesondere in diesem Bereich besteht aufgrund der Komprimierung des Faservorformlings die erhöhte Gefahr, dass die Formmasse auf unerwünschte Weise aus dem Faservorformling austritt. Durch besagte Vorsehung der Dichtung in diesem Bereich wird zum einen eine Abdichtung des Werkzeugs sowie ein unerwünschtes Austreten der Formmasse aus dem Faservorformling verhindert.
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Ein erfindungsgemäßer Faservorformling für ein faserverstärktes Kunststoffbauteil umfasst wenigstens eine Dichtung, welche einem offene Faserenden aufweisenden Randbereich des Faservorformlings umschließt. Dadurch wird ebenfalls sichergestellt, dass kein unerwünschtes Austreten der Formmasse aus dem Werkzeug auftritt, und dass eine endkonturnahe Bauteilkante bei dem faserverstärkten Kunststoffbauteil erzielbar ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des Faservorformlings ist es vorgesehen, dass die Dichtung eine harzdichte Barriere aus Folie, Gewebe oder hochviskoser Klebstoffmasse ist. Dadurch kann ein unerwünschtes Austreten der Formmasse aus dem Randbereich des Faservorformlings während der Herstellung des faserverstärkten Kunststoffbauteils besonders effektiv vermieden werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils, wobei ein Werkzeug, in welches ein Faservorformling eingelegt ist, im geöffneten und im geschlossenen Zustand gezeigt ist;
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2 eine Schnittansicht von einem Ausschnitt eines Werkzeugs zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils, wobei im Bereich einer Kavität zur Aufnahme eines Faservorformlings bzw. zur Ausbildung des faserverstärkten Kunststoffbauteils ein Bereich einer Tauchkante sowie ein Quetschbereich gekennzeichnet sind;
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3 eine schematische Darstellung eines in das Werkzeug eingelegten Faservorformlings, nachdem zur Herstellung des faserverstärkten Kunststoffbauteils eine Formmasse in das Werkzeug injiziert worden ist, wobei in einem offene Faserenden aufweisenden Randbereich des Faservorformlings die injizierte Formmasse austritt;
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4 eine schematische Darstellung eines des in 3 gezeigten Faservorformlings, an welchem in einem offene Faserenden aufweisenden Randbereich eine Dichtung angebracht wird; und
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5 den in 4 gezeigten Faservorformling, welcher in das Werkzeug eingelegt und anschließend eine Formmasse in das Werkzeug injiziert worden ist.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines nicht näher bezeichneten faserverstärkten Kunststoffbauteils ist anhand von 1 schematisch dargestellt. In der linken Abbildung von 1 ist ein geöffnetes Werkzeug 10 gezeigt, wobei zwischen einer oberen Werkzeughälfte 12 und einer unteren Werkzeughälfte 14 ein Faservorformling 16, welcher auch als Prepreg oder (Faser-)Preform bezeichnet wird, in die untere Werkzeughälfte 14 eingelegt ist. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Werkzeug 10 um ein Spritzpresswerkzeug, mittels welchem in einem sogenannten Resin Transfer Moulding Verfahren (ein Spritzpressverfahren) das faserverstärkte Kunststoffbauteil herstellbar ist. Das Werkzeug 10 bzw. die beiden Werkzeughälften 12, 14 sind dabei derart ausgebildet, dass an dem Werkzeug 10 eine Tauchkante 18 vorgesehen ist.
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Zur Herstellung des faserverstärkten Kunststoffbauteils wird, nachdem der Faservorformling 16 in das Werkzeug 10 eingelegt worden ist, dieses wie in der rechten Abbildung gezeigt geschlossen. Anschließend wird zur Herstellung des Kunststoffbauteils eine hier nicht näher bezeichnete Formmasse in das Werkzeug 10 injiziert, welche den Faservorformling 16 durchdringt, wobei nach dessen Aushärtung das faserverstärkte Kunststoffbauteil hergestellt worden ist.
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In 2 ist ein Ausschnitt des Werkzeugs 10 in einer Schnittansicht gezeigt. Wie zu erkennen, ist zwischen den beiden Werkzeughälften 12, 14 eine Kavität 20 im geschlossenen Zustand des Werkzeugs 10 ausgebildet. In diese Kavität 20 wird der Faservorformling 16 eingelegt, um das faserverstärkte Kunststoffbauteil herzustellen. Die Kavität 20 weist einen Quetschbereich 22 auf, in welchem der Faservorformling 16 beim Aufeinanderzubewegen der beiden Werkzeughälften 12, 14 bzw. beim Schließen des Werkzeugs 10 komprimiert bzw. gequetscht wird. Des Weiteren ist ein Bereich 24 gekennzeichnet, in welchem sich die Tauchkante 18 befindet.
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In 3 ist in einer schematischen Schnittansicht der Faservorformling 16 gezeigt, welcher innerhalb der Kavität 20 des Werkzeugs 10 angeordnet ist, wobei vorliegend die Situation gezeigt ist, dass die Werkzeughälften 12, 14 bereits aufeinander zu bewegt bzw. das Werkzeug 10 geschlossen worden ist, nachdem die Formmasse 22 in das Werkzeug 10 injiziert worden ist. Wie zu erkennen, tritt in einem Randbereich 24 des Faservorformlings 16, welcher sich in dem Quetschbereich 22 des Werkzeugs 10 befindet, die Formmasse 22 zwischen Fasern 26 aus dem Faservorformling 16 aus.
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Diese Problematik tritt insbesondere in solchen Fällen auf, in welchen als Formmasse 28 niedrigviskose Harze eingesetzt werden, so dass keine zuverlässige Abdichtung über die Tauchkante 18 – des Faservorformlings 16 und/oder des Werkzeugs 10 – erreicht werden kann. Dies wirkt sich in zweierlei Hinsicht negativ aus: Zum einen kann dies dazu führen, dass die Formmasse 28, welche aus dem Faservorformling 16 verdrängt wird, auf unerwünschte Weise auch aus dem Werkzeug 10 austritt und zu unerwünschten Verschmutzungen führt, zum anderen führt dies auch dazu, dass keine saubere bzw. definierte Bauteilkante im Randbereich 24 hergestellt werden kann.
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Um das unerwünschte Austreten der Formmasse 28 während des Herstellprozesses des faserverstärkten Kunststoffbauteils zu verhindern, wird, wie in 4 gezeigt, an dem Faservorformling 16 eine Dichtung 30 in dem Randbereich 24 angebracht. Die Dichtung 30 wird dabei während der Herstellung des Faservorformlings 16 angebracht, noch bevor dieser in dem Werkzeug 10 angeordnet wird. Mittels der Dichtung 30 wird der die offenen Faserenden aufweisende Randbereich 24 des Faservorformlings 16 umschlossen. Bei dem Dichtelement 30 handelt es sich um eine harzdichte Folie, die vergleichbar mit einem Kantenschutz bei Blechteilen um die offenen Faserenden gelegt wird.
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Im vorliegenden Fall wird die Dichtung 30 an dem Faservorformling 16 mittels eines Fadens 32 angenäht. Alternativ ist es auch möglich, dass die Dichtung 30 beispielsweise an dem Faservorformling 16 angeklebt oder auch auf andere Art und Weise befestigt wird. Wie zu erkennen, weist die Dichtung 30 einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf, mittels welchem der Randbereich 24 abdichtend umschlossen wird. Insbesondere wird die Dichtung 30 in dem Bereich des Faservorformlings 16 angebracht, welcher nach der Injektion der Formmasse 28 mittels des Werkzeugs 10 in dem Quetschbereich 22 gestaucht wird.
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In 5 ist der mit der Dichtung 30 versehene Faservorformling 16 gezeigt, nachdem der Faservorformling 16 in das Werkzeug 10 eingelegt und die Werkzeughälften 12, 14 geschlossen worden sind. Durch die Dichtung 30 wird eine Art Barriereschicht in dem Quetschbereich 22 des Werkzeugs 10 erzielt, so dass ein Austreten der harzförmigen Formmasse durch die offenen Faserenden hindurch verhindert wird. Zum einen wird dadurch verhindert, dass die Formmasse aus dem Werkzeug 10 austritt und zum anderen wird dadurch ermöglicht, dass eine endkonturnahe Bauteilkante an dem faserverstärkten Kunststoffbauteil in dem Randbereich 24 hergestellt werden kann, so dass aufwändige Nachbearbeitungsschritte entfallen können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1020070467341 A1 [0003]
