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Es wird ein Verfahren zur Prüfung von Kernen, die bei der Herstellung faserverstärkter Hohlbauteile eingesetzt werden, angegeben. Weiterhin wird eine Prüfvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben.
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Für die Herstellung faserverstärkter Hohlbauteile werden Kerne benötigt, welche den Hohlraum im späteren Bauteil darstellen. Je nach Anforderung gibt es eine Vielzahl von Kernsystemen, die hierfür verwendet werden können. Dabei werden sowohl verbleibende als auch entfernbare Kernsysteme eingesetzt.
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Die Herstellung faserverstärkter Hohlprofile erfolgt unter anderem mit dem Resin Transfer Moulding (RTM) Injektionsverfahren. Mit der Umflechttechnik werden dabei die einzelnen Kerne umflochten. Die trockenen, mit Fasern umflochtenen Preforms werden in ein Werkzeug eingebracht und anschließend mit Harz getränkt. Um die wirtschaftlichen Ansprüche bezüglich geringer Taktzeiten zu erreichen, wird dabei mit sehr großen Druckgradienten während der Infiltration gearbeitet.
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Allerdings kann erst nach einem Durchlaufen der einzelnen Prozessschritte, von der Kernherstellung über die Faseraufbringung bis zur Aushärtung, festgestellt werden, ob ein Kern den im Prozess auftretenden Belastungen standhält. Somit ist eine aussagekräftige Rückkopplung, ob ein Kernsystem die Anforderungen über die gesamte Prozesskette erfüllt hat, erst bei der Aushärtung oder bei der anschließenden Qualitätskontrolle möglich. Die Qualitätskontrolle erfolgt somit sehr spät nach der Kernherstellung, beispielsweise können in der Großserie zwischen den einzelnen Prozessschritten mehrere Tage oder sogar Wochen liegen. Somit besteht die Gefahr, dass eine große Anzahl an nicht anforderungsgerechten Kernen einer Charge bereits produziert wurde, bevor im RTM-Prozess festgestellt wird, dass es sich hierbei um Kerne handelt, die die gewünschten Anforderungen nicht erfüllen, d. h. um sogenannte n. i. O. Kerne (n. i. O., nicht in Ordnung). Alle bereits produzierten Kerne können dann nicht mehr verwendet werden. Neben den Kosten für das Material und die Herstellung der Kerne ist dann zusätzlich viel wertvolle Zeit verloren gegangen.
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Es ist eine Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen ein Verfahren zur Prüfung von Kernen, die der Herstellung faserverstärkter Hohlbauteile dienen, anzugeben, mittels dessen in einem RTM-Prozess frühzeitig eine Qualitätsbeurteilung von Kernen erfolgen kann. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Prüfvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
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Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren und einen Gegenstand gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor.
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Gemäß einer Ausführungsform werden bei einem Verfahren zur Prüfung von Kernen, die bei der Herstellung faserverstärkter Hohlbauteile zum Einsatz kommen, eine Prüfvorrichtung sowie zumindest ein Kern bereitgestellt. Vorzugsweise sind auf der Oberfläche des Kerns keinerlei Fasern angeordnet. Insbesondere sind auf den Kern bzw. auf die Oberfläche des Kerns bis zu dem Zeitpunkt der Prüfung mittels der Prüfvorrichtung noch keine Fasern, beispielsweise mittels eines Umflechtprozesses oder dergleichen, aufgebracht worden. Der Kern kann zur Herstellung faserverstärkter Hohlbauteile verwendet werden. Beispielsweise kann der Kern ein Blaskern, ein Schaumkern, ein Sandkern, ein Salzkern oder ein sogenannter Aquacore, d. h. ein Kern, der ein hochtemperaturbeständiges wasserlösliches Kernmaterial aufweist, sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Kern ein faserloser Kern sein. In anderen Worten kann der Kern komplett frei von Fasern sein, d. h. er weist weder Inneren noch auf seiner Oberfläche Fasern auf.
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Weiterhin wird der Kern in die Prüfvorrichtung eingebracht. Beispielsweise kann die Prüfvorrichtung derart ausgebildet sein, dass sie einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand aufweisen kann. Im geschlossenen Zustand kann die Prüfvorrichtung z. B. eine Kavität in ihrem Inneren aufweisen, in welcher der zu prüfende Kern angeordnet werden kann. Vorzugsweise ist die Kavität im Inneren der Prüfvorrichtung in ihrer Größe und/oder Form an den zu prüfenden Kern angepasst. Beispielsweise kann der zu prüfende Kern derart in der geöffneten Prüfvorrichtung angeordnet werden, dass er nach einem Schließen derselben in der Prüfvorrichtung eingeschlossen ist. Insbesondere kann der Kern im geschlossenen Zustand der Prüfvorrichtung vollständig von der Prüfvorrichtung umschlossen sein.
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Nach dem Einbringen des Kerns in die Prüfvorrichtung kann eine Temperaturprüfung des Kerns mittels der Prüfvorrichtung durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Druckprüfung des Kerns mittels der Prüfvorrichtung durchgeführt werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine Temperatur- und Druckprüfung des Kerns durchgeführt. Vorzugsweise weist die Prüfvorrichtung zumindest einen Temperatursensor und/oder zumindest einen Drucksensor auf. Die Temperatur- und/oder Drucksensoren können zum Beispiel in einem Bereich der Kavität der Prüfvorrichtung, beispielsweise an einer Oberfläche der Kavität, angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Prüfvorrichtung zweiteilig ausgebildet. Beispielsweise kann die Prüfvorrichtung zwei Werkzeughälften aufweisen. Vorzugsweise weisen die Werkzeughälften jeweils eine Ausnehmung auf. Im geschlossenen Zustand der Prüfvorrichtung können die Ausnehmungen die Kavität zur Aufnahme des Kerns ausbilden. Die Temperatur- und/oder Drucksensoren können an einer Oberfläche einer Ausnehmung einer der Werkzeughälften angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Prüfvorrichtung bei der Temperatur- und/oder Druckprüfung des Kerns beheizt und/oder gekühlt. Beispielsweise kann die Prüfvorrichtung Bohrungen für eine Medienleitung aufweisen, in der ein Kühlmedium und/oder ein Heizmedium fließen kann. Als Medien können dabei z. B. Wasser, Öl oder Gase eingesetzt werden. Weiterhin kann die Prüfvorrichtung alternativ oder zusätzlich ein oder mehrere elektrische Heizelemente aufweisen. Es ist auch denkbar, dass die Prüfvorrichtung über Heizplatten, die mit der Prüfvorrichtung in Kontakt gebracht werden, temperiert wird. Des Weiteren ist es möglich, die Prüfvorrichtung und den darin angeordneten zu prüfenden Kern vollständig in einem Temperofen anzuordnen und zu beheizen.
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Bei der Druckprüfung des Kerns kann je nach Art des zu prüfenden Kerns eine Innendruckbeaufschlagung und/oder Außendruckbeaufschlagung des Kerns erfolgen. Die Innendruckbeaufschlagung kann z. B. über eine Erhöhung der Temperatur mittels Beheizen der Prüfvorrichtung erfolgen. Für eine Luftabfuhr bei der Innendruckbeaufschlagung kann die Prüfvorrichtung Luftkanäle aufweisen, die sich z. B. radial in Richtung der Ausnehmungen bzw. der Kavität erstrecken können. Die Außendruckbeaufschlagung kann beispielsweise durchgeführt werden, indem ein Fluid mittels einer Düse über eine Öffnung in der Prüfvorrichtung in die Prüfvorrichtung eingebracht wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wobei weiterhin eine Dehnungsprüfung des Kerns erfolgt. Dazu kann der Kern beispielsweise vor dem Einbringen in die Prüfvorrichtung mit einem oder mehreren Dehnmessstreifen versehen werden. Der bzw. die Dehnmessstreifen können z. B. am Umfang des zu prüfenden Kerns befestigt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt bei dem Verfahren zur Prüfung des Kerns weiterhin eine Größen- und/oder Geometrieprüfung des Kerns. Die Größen- und/oder Geometrieprüfung kann z. B. mithilfe von Anschlägen, welche in die Kavität integriert werden können, durchgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt bei dem Verfahren weiterhin eine Dichtheitsprüfung des Kerns. Beispielsweise kann die Dichtheitsprüfung mittels einer Druckmessung erfolgen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt bei dem Verfahren zur Prüfung des Kerns weiterhin eine Harzaufnahmeprüfung. Bei der Harzaufnahmeprüfung kann z. B. ein Medium, beispielsweise ein Harz oder ein Ersatzmedium, in die Prüfvorrichtung eingebracht werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können alternativ oder zusätzlich zu den genannten Prüfungen noch weitere Prüfungen des Kerns mittels der Prüfvorrichtung durchgeführt werden.
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Vorteilhafterweise werden bei dem hier beschriebenen Verfahren zur Prüfung des Kerns die an den Kern über die gesamte Prozesskette gestellten Anforderungen direkt nach der Kernherstellung abgeprüft. Die Rückkopplung der Qualität des Kernes erfolgt damit unmittelbar nach der Kernherstellung und kann direkt bewertet werden. Dies ermöglicht kurze Reaktionszeiten für Optimierungsschleifen des Kernsystems. Es ist insbesondere kein vollständiger Prozess mit Aushärtung in einem RTM-Werkzeug notwendig, um die Anforderungen und die Beständigkeit des Kernes nachzuweisen.
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Des Weiteren ist auch bei nachgezogenen Änderungen, wie z. B. einer Anpassung des Materialsystems oder bei neuen Materialchargen, das Entwicklungsrisiko sehr gering, da durch die unmittelbare Reaktion eine Validierung sehr zeitnah und auf sehr kurzem Wege erfolgt.
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Darüber hinaus wird die Dauer des Entwicklungsprozess reduziert, da Rekursionsschleifen mittels des hier beschriebenen Verfahrens deutlich verkürzt werden. Insgesamt wird mittels des Verfahrens eine direkte Einflussnahme auf den Kernherstellungsprozess ermöglicht, was zur Sicherstellung von der Qualität und Erhöhung des Prozessverständnisses führt. Dies Steigert vorteilhafterweise die Produktivität und erhöht die Wirtschaftlichkeit.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in einem dem Verfahrensschritt, der zeitlich nach dem Durchführen der Temperatur- und/oder Druckprüfung des Kerns mittels der Prüfvorrichtung erfolgt, eine oder mehrere Fasern auf den Kern aufgebracht. Dabei kann der Kern beispielsweise mit einer oder mehreren Fasern umflochten werden.
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Weiterhin wird eine Prüfvorrichtung zur Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens angegeben. Die Prüfvorrichtung kann eines oder mehrere Merkmale der bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren genannten Ausführungsformen einer Prüfvorrichtung aufweisen. Die vorher und im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen gelten somit gleichermaßen für die Prüfvorrichtung an sich wie auch für die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebene und im Verfahren zur Kernprüfung zum Einsatz kommende Prüfvorrichtung.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Prüfvorrichtung zwei Werkzeughälften auf oder besteht aus zwei Werkzeughälften. Beispielsweise können die Werkzeughälften voneinander trennbar sein. Vorzugsweise weisen die Werkzeughälften jeweils eine Ausnehmung auf, in einem geschlossenen Zustand der Prüfvorrichtung eine Kavität zur Aufnahme eines Kerns ausbilden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist zumindest eine der Werkzeughälften einen Einsatz auf. Vorzugsweise ist der Einsatz innerhalb der Ausnehmung der Werkzeughälfte angeordnet. Der Einsatz kann z. B. innerhalb der Ausnehmung eine Kante ausbilden. Beispielsweise kann der Einsatz entnehmbar und dadurch auswechselbar sein. Weiterhin ist es möglich, dass die zumindest eine Werkzeughälfte mehrere Einsätze aufweist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist jede der Werkzeughälften zumindest einen Einsatz auf. Mittels der Einsätze können in einem RTM-Prozess auftretende Szenerien simuliert werden, beispielsweise Abstützstellen des Kerns an einer Wand eines RTM-Werkzeuges. Des Weiteren kann mittels des Einsatzes bzw. mittels der Einsätze ein Fasergeflecht simuliert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Werkzeughälften jeweils einen Einsatz auf, wobei die Einsätze als Faserhalbschalen ausgebildet sind, welche Fasern aufweisen. Vorzugsweise sind die Faserhalbschalen jeweils in den Ausnehmungen angeordnet. Mittels der in den Ausnehmungen angeordneten Faserhalbschalen ist es möglich, einen umflochtenen bzw. umwickelten Kern zu simulieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Prüfvorrichtung zumindest einen Temperatur- und/oder zumindest einen Drucksensor auf. Beispielsweise können die Temperatur- und/oder Drucksensoren in einem Bereich der Ausnehmungen bzw. der Kavität, z. B. angrenzend an eine Oberfläche einer Ausnehmung, angeordnet sein.
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Zusätzlich zu den bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Vorteilen bleibt noch zu erwähnen, dass mittels der Prüfvorrichtung auch eine Kostensenkung erzielt werden kann, da mit der Prüfvorrichtung keine langen und aufwändigen RTM-Versuche des bereits mit Fasern umflochtenen Kerns notwendig sind. Einfahrversuche und Kernevaluierungsversuche können über die Prüfvorrichtung erfolgen, wodurch neben einer Zeitersparnis auch eine Senkung der Ausschusszahlen erreicht werden kann.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des hier beschriebenen Verfahrens sowie der hier beschriebenen Prüfvorrichtung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Prüfung von Kernen gemäß einem Ausführungsbeispiel,
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2A und 2B schematische Ansichten einer Prüfvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, und
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3 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts aus 2B gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
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1 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Prüfung von Kernen, die bei der Herstellung faserverstärkter Hohlbauteile zum Einsatz kommen.
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In einem ersten Schritt A wird eine Prüfvorrichtung 1 zur Prüfung der Kerne bereitgestellt. Die Prüfvorrichtung 1 kann beispielsweise wie im Folgenden in Zusammenhang mit den 2A bis 3 beschrieben ausgebildet sein.
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Weiterhin wird im Schritt B zumindest ein fKern bereitgestellt, der nachfolgend mittels der Prüfvorrichtung 1 geprüft werden soll. Auf der Oberfläche des bereitgestellten Kerns sind dabei keinerlei Fasern aufgebracht. Vorzugsweise ist die bereitgestellte Prüfvorrichtung 1 an den zu prüfenden Kern angepasst. Dazu kann die Prüfvorrichtung 1 beispielsweise eine Kavität 21 aufweisen, die in ihrer Größe und/oder Form an den Kern angepasst ist.
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In einem nachfolgenden Verfahrensschritt C wird der zu prüfende Kern, dessen Oberfläche frei von Fasern ist, dann in die Prüfvorrichtung 1 eingebracht. Beispielsweise kann die Prüfvorrichtung 1 dazu geöffnet werden und der Kern in eine Kavität 21 innerhalb der Prüfvorrichtung eingelegt werden. Danach kann die Prüfvorrichtung 1 wieder geschlossen werden, so dass der Kern innerhalb der Prüfvorrichtung 1 angeordnet ist.
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Danach wird im Verfahrensschritt D eine Temperaturprüfung und/oder eine Druckprüfung des Kerns mittels der Prüfvorrichtung durchgeführt.
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In einem dem Verfahrensschritt D nachfolgenden Verfahrensschritt E kann anschließend eine Faseraufbringung auf den Kern erfolgen, beispielsweise indem der Kern umflochten wird.
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In den 2A und 2B sind schematische Ansichten einer Prüfvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. 2A zeigt die Prüfvorrichtung 1 im geschlossenen Zustand, in der 2B ist die Prüfvorrichtung 1 in einem geöffneten Zustand dargestellt.
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Die Prüfvorrichtung 1 weist eine erste Werkzeughälfte 2 und eine zweite Werkzeughälfte 3 auf, die im geschlossenen Zustand fest mittels einer Mehrzahl von Verbindungselementen 24, 34 miteinander verbunden sind. Die Verbindungselemente 24, 34 können beispielsweise Löcher und Schraubverbindungen umfassen. Im geschlossenen Zustand weist die Prüfvorrichtung 1 zwei an gegenüberliegenden Enden der Prüfvorrichtung 1 angeordnete Öffnungen 4 auf, die durch Vertiefungen 22, 23, 32 an Kanten der Werkzeughälften 2, 3 gebildet sind. Mittels der Öffnungen 4 kann beispielsweise ein Medium in die Prüfvorrichtung 1 eingeleitet werden.
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Die zwei Werkzeughälften 2, 3 weisen jeweils eine Ausnehmung 21, 31 auf. Im geschlossenen Zustand der Prüfvorrichtung 1 bilden die zwei Ausnehmungen 21, 31 eine Kavität aus, die vorzugsweise in ihrer Form und/oder Größe an die Form bzw. Größe des zu prüfenden Kerns angepasst ist. Bei der Prüfung des Kerns wird der Kern in beispielsweise in die Ausnehmung 21 der ersten Werkzeughälfte 2 eingelegt und dann die Prüfvorrichtung 1 geschlossen, indem die zweite Werkzeughälfte 3 auf der ersten Werkzeughälfte 2 angeordnet wird und die beiden Werkzeughälften 2, 3 miteinander verbunden werden. Folglich ist dann der Kern innerhalb der Kavität der Prüfvorrichtung 1 in der Prüfvorrichtung 1 angeordnet.
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Vorzugsweise weist die Prüfvorrichtung 1 in einem Bereich der Kavität zumindest einen Temperatur- und/oder einen Drucksensor auf. Weiterhin kann die Prüfvorrichtung 1 vorzugsweise temperiert werden, d. h. es die Prüfvorrichtung 1 kann z. B. mittels geeigneter Kühl- und/oder Heizelemente gekühlt oder beheizt werden.
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In 3 ist ein Ausschnitt 100 aus der 2B gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Am Ende der Ausnehmung 21 der ersten Werkzeughälfte 2 ist ein Einsatz 6 innerhalb der Ausnehmung 21 angeordnet. Der Einsatz 6 bildet innerhalb der Ausnehmung 21 eine Stufe bzw. eine Kante aus. Vorzugsweise ist der Einsatz 6 aus der Ausnehmung 21 entnehmbar. Mittels des Einsatzes 6 kann beispielsweise eine Abstützung eines mit Fasern umflochtenen Kerns an einer Wand eines RTM-Werkzeuges simuliert werden.
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Die in den gezeigten Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auch miteinander kombiniert sein. Alternativ oder zusätzlich können die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Prüfvorrichtung
- 2
- erste Werkzeughälfte
- 3
- zweite Werkzeughälfte
- 4
- Öffnung
- 6
- Einsatz
- 21, 31
- Ausnehmung
- 22, 23, 32
- Vertiefung
- 24, 34
- Verbindungselemente
- 100
- Ausschnitt
- A, B, C, D
- Verfahrensschritt
