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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundbauteils, welches Verbundbauteil zwei Decklagenelemente und ein zwischen den Decklagenelementen angeordnetes und mit diesen zumindest abschnittsweise verbundenes Kernelement umfasst.
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Mehrlagige bzw. mehrschichtige Verbundbauteile, welche als funktionelle bzw. konstruktive Verbundbauteilbestandteile zwei Decklagenelemente und ein zwischen den Decklagenelementen angeordnetes Kernelement umfassen, sind in der Technik in verschiedenen Anwendungs- bzw. Einsatzgebieten bekannt.
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Die Herstellung eines entsprechenden Verbundbauteils, insbesondere eines solchen komplexer Geometrie, kann sowohl im Hinblick auf das zur Herstellung des Verbundbauteils implementierte Verfahren als auch auf eine zur Implementierung des Verfahrens vorgesehene Vorrichtung vergleichsweise aufwändig sein. Dies ergibt sich daraus, dass im Rahmen der Herstellung des Verbundbauteils sowohl Umformschritte zum Umformen einzelner oder mehrerer Verbundbauteilbestandteile als auch Fügeschritte zur Fügung einzelner oder mehrerer Verbundbauteilbestandteile in einer möglichst effizienten Weise kombiniert werden müssen. Gegebenenfalls kann auch eine Funktionalisierung des Verbundbauteils durch das Anbinden eines oder mehrerer Funktionselemente an eines der Decklagenelemente eines entsprechenden Verbundbauteils erforderlich sein, welches, insbesondere in prozesstechnischer Hinsicht, zusätzliche Schwierigkeiten mit sich bringen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundbauteils, welches Verbundbauteil zwei Decklagenelemente und ein zwischen den Decklagenelementen angeordnetes und mit diesen zumindest abschnittsweise verbundenes Kernelement umfasst, anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen des Verfahrens. Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst. Die hierzu abhängigen Ansprüche betreffen mögliche Ausführungsformen der Vorrichtung.
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Das hierin beschriebene Verfahren dient der Herstellung eines mehrlagigen bzw. mehrschichtigen Verbundbauteils. Das Verbundbauteil umfasst typischerweise zwei, insbesondere flächige bzw. plane, Decklagenelemente und wenigstens ein, insbesondere unverlierbar, zwischen den Decklagenelementen angeordnetes und mit diesen zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, (voll)flächig verbundenes Kernelement. Das Verbundbauteil weist damit typischerweise einen sandwichbauteilartigen Aufbau auf; die beiden Decklagenelemente, genauer gesagt die jeweiligen freiliegenden Außenflächen der beiden Decklagenelemente, bilden typischerweise die Außenflächen des Verbundbauteils.
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Bei einem verfahrensgemäß verwendeten Decklagenelement kann es sich z. B. um ein Verbundelement, welches eine in einer thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmatrix eingebettete textile Struktur, d. h. insbesondere eine durch eine, z. B. gelegeartige, Faseranordnung gebildete Faserstruktur, umfasst, handeln. Konkret kann es sich bei einem entsprechenden Verbundelement sonach z. B. um ein thermoplastisches oder duroplastisches Organoblech bzw. -sheet handeln. Denkbar ist es auch, dass es sich bei einem verfahrensgemäß verwendeten Decklagenelement um ein, gegebenenfalls zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, zumindest abschnittsweise mit einer Oberflächenbehandlung, d. h. z. B. einer Corona-, Laser- oder Plasmabehandlung, oberflächenseitig aktiviertes Metallelement, d. h. z. B. ein Metallblech, d. h. z. B. ein Aluminium- oder Stahlblech, handelt. Ein jeweiliges Decklagenelement kann einen ein- oder mehrlagigen Aufbau aufweisen; ein jeweiliges Decklagenelement kann sonach z. B. durch ein oder mehrere miteinander verbundene Lagen gleicher oder unterschiedlicher Materialien bzw. Funktionen gebildet sein. Beispielsweise kann wenigstens eine Lage eine die strukturellen, d. h. insbesondere die mechanischen, Eigenschaften des Verbundbauteils beeinflussende Funktion aufweisen und wenigstens eine (andere) Lage eine Dekorfunktion aufweisen. Ein jeweiliges Decklagenelement kann unabhängig von seiner konkreten Ausgestaltung, insbesondere durch Einwirkung von Druck und/oder Temperatur, plastisch um- bzw. verformbar sein.
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Bei einem verfahrensgemäß verwendeten Kernelement kann es sich z. B. um ein Schaumelement, welches eine offen- und/oder geschlossenzellige Schaumstruktur umfasst, oder um ein Leichtbauelement, welches eine ein- oder mehrlagige Leichtbaustruktur, insbesondere eine Honeycomb- oder Sandwichstruktur, umfasst, oder um ein elektrisches oder elektronisches Funktionselement, z. B. in Form eines Chips, Datenspeichers, Energiespeichers, etc., welches wenigstens eine elektrische oder elektronische Funktionsstruktur umfasst, handeln. Möglich ist es auch, dass ein schäumbares Kernelement verwendet wird. Ein schäumbares, d. h. in seiner Dichte und seinem Volumen veränderbares, Kernelement kann vor, während oder nach dem weiter unten näher beschriebenen Verbinden der Decklagenelemente geschäumt werden. Auch ein jeweiliges Kernelement kann einen ein- oder mehrlagigen Aufbau aufweisen; ein jeweiliges Kernelement kann sonach z. B. durch ein oder mehrere miteinander verbundene Lagen gleicher oder unterschiedlicher Materialien bzw. Funktionen gebildet sein. Beispielsweise kann wenigstens eine Lage eine die strukturellen, d. h. insbesondere die mechanischen, Eigenschaften des Kernelements beeinflussende Funktion aufweisen. Auch für das Kernelement gilt, dass dieses unabhängig von seiner konkreten Ausgestaltung, insbesondere durch Einwirkung von Druck und/oder Temperatur, plastisch um- bzw. verformbar sein kann.
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Das Verfahren bzw. die einzelnen Verfahrensschritte werden im Weiteren näher erläutert:
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In einem ersten Verfahrensschritt werden zwei Decklagenelemente, ein zwischen den Decklagenelementen anzuordnendes Kernelement sowie ein der geometrischen Gestalt, d. h. insbesondere der Form, des Kernelements des fertigen Verbundbauteils nachempfundenes, formgebendes Dummyelement („Dummyelement“) bereitgestellt. Bei dem Dummyelement handelt es sich um einen der geometrischen Gestalt des Kernelements des fertigen Verbundbauteils, d. h. der geometrischen Gestalt des Kernelements, welche das Kernelement nach Durchführung des Verfahrens aufweist, nachempfundenen geometrischen Körper; das Dummyelement weist entsprechend wenigstens eine formgebende Dummyelementfläche auf. Das Dummyelement weist eine ausreichende mechanische und thermische Stabilität auf, sodass sich dieses im Rahmen seiner verfahrensgemäßen Verwendung nicht verformt. Das, z. B. aus Metall gebildete, Dummyelement bildet keinen Verbundbauteilbestandteil; wie sich im Weiteren ergibt, dient das Dummyelement insbesondere dazu, die Decklagenelemente im Rahmen der Durchführung des Verfahrens in gewünschter Weise umzuformen. Eine weitere Funktion des Dummyelements kann darin bestehen, den bei einem etwaigen Anspritzen wenigstens eines Funktionselements bzw. einem etwaigen Anspritzen einer wenigstens ein Funktionselement umfassenden Funktionselementstruktur an ein Decklagenelement auftretenden Spritzdruck abzufangen.
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Das Dummyelement kann zusätzlich mit verschiedenen Funktionalitäten versehen sein. Beispielsweise kann das Dummyelement temperierbar sein, um ein an diesem anliegendes Decklagenelemente zu temperieren, d. h. insbesondere zu erwärmen. Die Temperierbarkeit des Dummyelements kann z. B. durch in das Dummyelement integrierte Temperiereinrichtungen, d. h. insbesondere Heizeinrichtungen, und/oder von einem Temperiermedium durchströmbare bzw. durchströmter, insbesondere kanalartige, Temperierstrukturen realisiert sein. Weiter beispielsweise können in das Dummyelement Sensoreinrichtungen zur Sensierung (Erfassung bzw. Ermittlung) bestimmter, insbesondere physikalischer, Prozessparameter, d. h. insbesondere Temperatur und Druck, integriert sein.
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In einem folgenden zweiten Verfahrensschritt werden die beiden Decklagenelemente und das Dummyelement einzeln oder gemeinsam in ein wenigstens eine formgebende Werkzeugfläche bzw. -kontur umfassendes Werkzeug eingebracht. Das Werkzeug lässt sich in eine Offen- und eine Schließstellung überführen. Das Einbringen der beiden Decklagenelemente und des Dummyelements in das Werkzeug erfolgt derart, dass das Dummyelement im in das Werkzeug eingebrachten Zustand zwischen den Decklagenelementen angeordnet ist. Das Einbringen der Decklagenelemente und des Dummyelements in das Werkzeug kann, insbesondere teil- oder vollautomatisierbar, über eine geeignete Handlingeinrichtung realisiert werden, auf welche weiter unten im Zusammenhang mit der hierin beschriebenen Vorrichtung näher eingegangen wird.
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Bei dem verfahrensgemäß verwendeten Werkzeug handelt es sich typischerweise um ein kombiniertes Umform- und Spritzgießwerkzeug; das Werkzeug ist sonach einerseits eingerichtet, in das Werkzeug eingebrachte Bauelemente, d. h. verfahrensgemäß typischerweise die Decklagenelemente und gegebenenfalls das Kernelement, umzuformen, und andererseits eingerichtet, an in das Werkzeug eingebrachte Bauelemente, d. h. verfahrensgemäß typischerweise die Decklagenelemente, Strukturen anzuspritzen bzw. in das Werkzeug eingebrachte Bauelemente, d. h. verfahrensgemäß typischerweise die Decklagenelemente, mit bestimmten Strukturen zu umspritzen.
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Das Werkzeug umfasst typischerweise ein eine erste formgebende Werkzeugfläche bzw. -kontur aufweisendes erstes Werkzeugelement, d. h. typischerweise eine erste Werkzeughälfte, und ein in einer (ersten) Bewegungsachse relativ zu dem ersten Werkzeugelement bewegbar gelagertes, eine zweite formgebende Werkzeugfläche bzw. -kontur aufweisendes zweites Werkzeugelement, d. h. typischerweise eine zweite Werkzeughälfte. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass beide Werkzeugelemente in einer (ersten) Bewegungsachse bewegbar gelagert sind. Zwischen den Werkzeugelementen lässt sich durch entsprechende Relativbewegung der Werkzeugelemente ein Zwischenraum ausbilden, in welchen die beiden Decklagenelemente und das Dummyelement bzw. im Weiteren das Kernelement einbringbar sind. Die Werkzeugelemente können jeweils eine in eine werkzeugseitige Kavität mündende, von einer plastifizierten, insbesondere thermoplastischen, Kunststoff- bzw. Spritzgießmasse durchströmbare, gegebenenfalls beheizbare, Kanalstruktur umfassen, an welche ein eine plastifizierte Kunststoff- bzw. Spritzgießmasse bereitstellendes Spritzaggregat (bedarfsweise) andockbar ist.
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In einem folgenden dritten Verfahrensschritt werden die beiden Decklagenelemente umgeformt. Das Umformen der beiden Decklagenelemente erfolgt unter Verwendung des zwischen den Decklagenelementen angeordneten Dummyelements in einem oder mehreren formgebenden Schritten in dem Werkzeug. Das Umformen der Decklagenelemente erfolgt typischerweise durch eine durch eine in der ersten Bewegungsachse erfolgende Relativbewegung der Werkzeugelemente erfolgende Überführung (Schließbewegung) des Werkzeugs von seiner Offenstellung in seine Schließstellung. Die Decklagenelemente werden hierbei einerseits gegen eine benachbarte formgebende Werkzeugfläche und andererseits gegen eine benachbarte formgebende Dummyelementfläche bewegt, wodurch sich eine der Formgebung der jeweiligen Werkzeugfläche bzw. Dummyelementfläche folgende Umformung des jeweiligen Decklagenelements ergibt; selbstverständlich ist es dabei möglich, dass die beiden Decklagenelemente gleich oder zumindest abschnittsweise unterschiedlich umgeformt werden, mithin nach dem Umformen eine gleiche oder zumindest abschnittsweise unterschiedliche geometrische Gestalt aufweisen.
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In einem folgenden vierten Verfahrensschritt wird das Dummyelement aus dem Werkzeug entfernt. Vor Entfernen des Dummyelements aus dem Werkzeug erfolgt eine durch eine in der ersten Bewegungsachse erfolgende Relativbewegung (Öffnungsbewegung) der Werkzeugelemente erfolgende Überführung des Werkzeugs von seiner Schließstellung in seine Offenstellung. Das Entfernen des Dummyelements aus dem Werkzeug kann, insbesondere teil- oder vollautomatisierbar, über die erwähnte oder eine andere geeignete Handlingeinrichtung realisiert werden.
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In einem folgenden fünften Verfahrensschritt wird das Kernelement zwischen die umgeformten Decklagenelemente in das Werkzeug eingebracht. Das Einbringen des Kernelements in das Werkzeug kann, insbesondere teil- oder vollautomatisierbar, über die erwähnte Handlingeinrichtung realisiert werden.
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In einem folgenden sechsten Verfahrensschritt werden die Decklagenelemente und das Kernelement unter Ausbildung des Verbundbauteils in dem Werkzeug derart, dass das Kernelement unverlierbar zwischen den Decklagenelementen angeordnet und, insbesondere flächig, mit den beiden Decklagenelementen verbunden ist, verbunden. In dem sechsten Schritte erfolgt sonach einerseits eine zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständige, (voll)flächige Verbindung des Kernelements mit den beiden Decklagenelementen als auch eine zumindest abschnittsweise, d. h. insbesondere randseitige, flächige Verbindung der Decklagenelemente, d. h. eine Verbindung Decklagenelement-Decklagenelement, miteinander. Die z. B. durch thermischen Energieeintrag, ein, gegebenenfalls ein Lösungsmittel umfassendes, Klebemittel, etc. herbeiführbare bzw. herbeigeführte Verbindung des Kernelements mit den Decklagenelementen, d. h. die Verbindung Decklagenelement-Kernelement-Decklagenelement, kann z. B. adhäsiv, kohäsiv oder stoffschlüssig sein. Vor dem Verbinden der Decklagenelemente des Kernelements erfolgt eine durch eine in der ersten Bewegungsachse erfolgende Relativbewegung (Schließbewegung) der Werkzeugelemente erfolgende Überführung des Werkzeugs von seiner Offenstellung in seine Schließstellung. In allen Fällen ist das Kernelement durch das Verbinden der beiden Decklagenelemente und des Kernelements unverlierbar zwischen den Decklagenelementen angeordnet und mit den Decklagenelementen verbunden. Aus der Verbindung ergibt sich der sandwichbauteilartige Aufbau bzw. die sandwichbauteilartige Charakteristik des Verbundbauteils. Wie sich im Weiteren ergibt, kann das Verbinden der beiden Decklagenelemente, d. h. die Verbindung Decklagenelement-Decklagenelement, durch einen Spritzvorgang erfolgen.
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In einem folgenden siebten Verfahrensschritt wird das Verbundbauteil aus dem Werkzeug entfernt. Vor Entfernen des Verbundbauteils aus dem Werkzeug erfolgt eine durch eine in der ersten Bewegungsachse erfolgende Relativbewegung (Öffnungsbewegung) der Werkzeugelemente erfolgende Überführung des Werkzeugs von seiner Schließstellung in seine Offenstellung. Das Entfernen des Verbundbauteils aus dem Werkzeug kann, insbesondere teil- oder vollautomatisierbar, über die erwähnte oder eine andere geeignete Handlingeinrichtung realisiert werden.
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Das Verfahren ermöglicht eine effiziente Herstellung eines entsprechenden Verbundbauteils, insbesondere eines solchen komplexer Geometrie.
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Das Verfahren ermöglicht zudem insbesondere die Ausbildung vollständig konsolidierter Decklagen und somit die Herstellung vollständig konsolidierter Verbundbauteile, welche keine bzw. nur wenige die mechanischen Eigenschaften möglicherweise beeinträchtigenden Poren aufweisen.
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Vor dem Verbinden der Decklagenelemente kann ein Umformen des Kernelements in einem oder mehreren formgebenden Schritten in dem formgebenden Werkzeug erfolgen. Das Umformen des Kernelements erfolgt, insbesondere unter Verwendung der umgeformten Decklagenelemente, in einem oder mehreren formgebenden Schritten in dem Werkzeug. Das Umformen des Kernelements erfolgt - analog dem Umformen der Decklagenelemente - typischerweise durch eine durch eine in der ersten Bewegungsachse erfolgende Relativbewegung (Schließbewegung) der Werkzeugelemente erfolgende Überführung des Werkzeugs von seiner Offenstellung in seine Schließstellung. Das Kernelement wird hierbei mittelbar über die bereits umgeformten Decklagenelemente gegen jeweilige formgebende Werkzeugflächen der Werkzeugelemente bewegt, wodurch sich ein der Formgebung der jeweiligen Werkzeugfläche folgendes Umformen des Kernelements ergibt. Ein entsprechendes Umformen des Kernelements kann entfallen, sofern ein bereits in seine im Hinblick auf das fertige Verbundbauteil endgültige Form vorgeformtes Kernelement verwendet wird.
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Vor dem Entfernen des Dummyelements aus dem Werkzeug kann ein Anspritzen wenigstens eines Funktionselements an wenigstens ein Decklagenelement. d. h. insbesondere an die Außenseite (bezogen auf das spätere Verbundbauteil) eines jeweiligen Decklagenelements, erfolgen. Zum Anspritzen eines entsprechenden Funktionselements wird wenigstens ein Spritzaggregat an wenigstens ein Werkzeugelement angedockt. Über das angedockte Spritzaggregat wird unter Ausbildung eines entsprechenden Funktionselements eine plastifizierte Kunststoff- bzw. Spritzgießmasse an wenigstens ein Decklagenelement angespritzt. Dadurch, dass das Dummyelement, wie erwähnt, derart stabil ausgeführt ist, dass es den bei einem etwaigen Anspritzen wenigstens eines Funktionselements auftretenden Spritzdruck abzufangen, ist es verfahrensgemäß problemlos ermöglicht, Verbundbauteile mit an den Decklagenelementen angespritzten Funktionselementen herzustellen, ohne, wie bis dato üblich, Gefahr zu laufen, dass ein zwischen den Decklagenelementen angeordnetes Kernelement durch den Spritzdruck beschädigt bzw. gegebenenfalls sogar zerstört wird.
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Ein entsprechendes Funktionselement kann einen Teil einer eine oder mehrere Funktionen ausübenden Funktionsstruktur bilden. Eine Funktion kann z. B. eine Verbindung des Verbundbauteils mit einem Anschlussbauteil sein, sodass als Funktionselement z. B. ein eine Verbindungsschnittstelle zur Verbindung des Verbundbauteils mit einem Anschlussbauteil bildendes Verbindungselement, d. h. z. B. eine Rast-/Schnappelement, angespritzt werden kann. Alternativ oder ergänzend kann eine Funktion z. B. eine Verstärkung der strukturellen, insbesondere mechanischen, Eigenschaften des Verbundbauteils sein, sodass als Funktionselement z. B. ein eine strukturelle Verstärkung des Verbundbauteils bildendes Verstärkungselement, d. h. z. B. ein Rippenelement, angespritzt werden kann. Alternativ oder ergänzend kann eine Funktion z. B. eine Befestigung eines jeweiligen Decklagenelements an einem Werkzeugelement sein, sodass als Funktionselement z. B. ein eine Befestigungsschnittstelle zur Befestigung eines Decklagenelements an einem Werkzeugelement bildendes Befestigungselement angespritzt werden kann. Als Funktionselement kann demnach z. B. ein eine Verbindungsschnittstelle zur Verbindung des Verbundbauteils mit einem Anschlussbauteil bildendes Verbindungselement und/oder ein eine strukturelle Verstärkung des Verbundbauteils bildendes Verstärkungselement und/oder ein eine Befestigungsschnittstelle zur Befestigung des Decklagenelements an einem Werkzeugelement des Werkzeugs bildendes Befestigungselement angespritzt werden.
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In diesem Zusammenhang ist auch zu erwähnen, dass vor dem Entfernen des Dummyelements aus dem Werkzeug ein Anspritzen wenigstens eines Funktionselements an die Innenseite (bezogen auf das spätere Verbundbauteil) eines jeweiligen Decklagenelements erfolgen kann. Es ist sonach ein Durchspritzen wenigstens eines Decklagenelements möglich, sodass plastifizierte Kunststoff- bzw. Spritzgießmasse an die Innenseite (bezogen auf das spätere Verbundbauteil) eines jeweiligen Decklagenelements gelangen kann. Derart können (auch) im Inneren des herzustellenden Verbundbauteils bestimmte Funktionselemente ausgebildet werden. Zur Ausbildung entsprechender Funktionselemente kann das Dummyelement mit entsprechenden, der geometrisch-konstruktiven Gestalt der auszubildenden Funktionselemente korrespondierenden, z. B. durch Ausnehmungen gebildete, Konturen versehen sein.
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Ein entsprechendes Funktionselement kann auch hier einen Teil einer eine oder mehrere Funktionen ausübenden Funktionsstruktur bilden. Eine Funktion kann z. B. eine Verstärkung der strukturellen, insbesondere mechanischen, Eigenschaften des Verbundbauteils sein, sodass als Funktionselement z. B. ein eine (innere) strukturelle Verstärkung des Verbundbauteils bildendes Verstärkungselement, d. h. z. B. ein Rippenelement, ausgebildet werden kann.
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Vor und/oder während des Umformens wenigstens eines Decklagenelements kann ein zumindest abschnittsweises Erwärmen des Decklagenelements erfolgen. In analoger Weise kann vor und/oder während eines Umformens des Kernelements ein zumindest abschnittsweises Erwärmen des Kernelements erfolgen. Beispielsweise kann vor Einbringen der Decklagenelemente bzw. vor Einbringen des Kernelements in das Werkzeug ein zumindest abschnittsweises Erwärmen erfolgen. Das Erwärmen des Decklagenelements bzw. des Kernelements ermöglicht typischerweise ein einfacheres Umformen. Das Erwärmen des Decklagenelements bzw. des Kernelements erfolgt zweckmäßig auf eine durch den strukturellen Aufbau des Decklagenelements bzw. des Kernelements definierte Temperatur, oberhalb welcher sich das Decklagenelement bzw. das Kernelement gut umformen lässt. Für das Beispiel eines Decklagenelements in Form eines weiter oben erwähnten Verbundelements kann ein Erwärmen z. B. auf eine Erweichungstemperatur, d. h. insbesondere eine Glasübergangstemperatur, eines eine Matrix bildenden (thermoplastischen) Kunststoffmaterials erfolgen. Analoges gilt für das Kernelement. Das Erwärmen des wenigstens einen Decklagenelements erfolgt zweckmäßig derart, dass die Erwärmung eine gewünschte Umformung des Decklagenelements und eine durch den thermischen Energieeintrag begünstigte Verbindung mit dem Kernelement ermöglicht. Das Erwärmen des Kernelements erfolgt in analoger Weise zweckmäßig derart, dass die Erwärmung eine gewünschte Umformung des Kernelements und durch den thermischen Energieeintrag begünstigte Verbindung mit den Decklagenelementen ermöglicht.
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Das Erwärmen des wenigstens einen Decklagenelements kann z. B. durch eine zumindest abschnittsweise Bestrahlung des wenigstens einen Decklagenelements mit einer von einer Strahlungseinrichtung erzeugten Wärmestrahlung, d. h. z. B. einer Infrarotstrahlung, und/oder durch eine Kontaktierung des Decklagenelements mit einer erwärmbaren oder erwärmten Oberfläche eines, insbesondere dynamisch temperierbaren, Werkzeugelements des Werkzeugs erfolgen. Auch das Erwärmen des Kernelements kann z. B. durch eine zumindest abschnittsweise Bestrahlung des Kernelements mit einer von einer Strahlungseinrichtung erzeugten Wärmestrahlung, d. h. z. B. einer Infrarotstrahlung, und/oder durch eine Kontaktierung des Kernelements mit einer erwärmten Oberfläche eines Decklagenelements erfolgen.
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Es ist darauf zu achten, dass durch das Erwärmen der Decklagenelemente keine, insbesondere durch eine Dekonsolidierung der Decklagenelemente hervorgerufene, strukturelle Schädigung der Decklagenelemente möglich ist; dies ist insbesondere durch Steuerung der in die Decklagenelemente eingebrachten Wärme möglich. Die Wärme sollte daher im Wesentlichen nur in die (unmittelbare) Oberfläche bzw. in (unmittelbare) Oberflächenbereiche der Decklagenelemente eingebracht werden. Eine Steuerung der Menge, Eindringtiefe, Einbringdauer, etc. der der einzubringenden Wärme sollte demnach mit der Maßgabe erfolgen, dass eine strukturelle Schädigung der Decklagenelemente nicht möglich ist.
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Weiter oben wurde bereits erwähnt, dass das Verbinden der beiden Decklagenelemente durch einen Spritzvorgang erfolgen kann. Das Verbinden der Decklagenelemente kann insbesondere durch wenigstens randseitiges zumindest abschnittsweises Umspritzen der Decklagenelemente erfolgen. Zum Umspritzen der Decklagenelemente wird wenigstens ein Spritzaggregat an wenigstens ein Werkzeugelement angedockt. Über das angedockte Spritzaggregat wird eine plastifizierte Kunststoff- bzw. Spritzgießmasse eingespritzt; die zu verbindenden Decklagenelemente werden derart randseitig zumindest abschnittsweise umspritzt. Das zumindest abschnittsweise randseitige Umspritzen der Decklagenelemente bedingt eine zuverlässige Verbindung der beiden Decklagenelemente, welche im Bereich ihrer jeweiligen Ränder zumindest abschnittsweise mit einer plastifizierten Kunststoff- bzw. Spritzgießmasse umspritzt werden. Die Kunststoffmasse umgreift die jeweiligen Ränder der Decklagenelemente form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig; die Verbindung der Decklagenelemente ist sonach durch eine randseitige Umgreifung der Decklagenelemente durch eine (erstarrte) Kunststoff- bzw. Spritzgießmasse realisiert. Die derart erzeugte randseitige Verbindung der Decklagenelemente hat optische Bedeutung und im Vergleich wenig(er) Einfluss auf die strukturellen, d. h. insbesondere mechanischen, Eigenschaften des Verbundbauteils, da diese maßgeblich durch die Verbindung des Kernelements mit den Decklagenelementen bestimmt werden. Das Umspritzen bzw. die daraus resultierende randseitige Verbindung der Decklagenelemente ermöglicht zudem, insbesondere im Bereich der Ränder der Decklagenelemente bzw. des Verbundbauteils, eine endgeometrienahe, insbesondere endkonturnahe, Ausbildung des Verbundbauteils, sodass kaum oder keine Nachbearbeitungsschritte zur Realisierung der Endgeometrie bzw. Endkontur des Verbundbauteils erforderlich sind.
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Im Rahmen des Umspritzens der Decklagenelemente kann wenigstens ein (weiteres) Funktionselement, insbesondere ein eine Verbindungsschnittstelle zur Verbindung des Verbundbauteils mit wenigstens einem Anschlussbauteil bildendes Verbindungselement und/oder ein eine strukturelle Verstärkung des Verbundbauteils bildendes Verstärkungselement, angespritzt/ausgebildet werden. Das Verbundbauteil kann durch das Umspritzen sonach weiter funktionalisiert bzw. verstärkt werden.
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Vor einem wenigstens randseitigen zumindest abschnittsweisen Umspritzen der Decklagenelemente kann ein wenigstens randseitiges zumindest abschnittsweises, insbesondere durch einen Pressvorgang realisiertes, Kompaktieren der Decklagenelemente durchgeführt werden. Das Kompaktieren kann zweckmäßig sein, um zu verhindern, dass im Rahmen des Umspritzens der Decklagenelemente plastifizierte Kunststoff- bzw. Spritzgießmasse zwischen die Decklagenelemente gelangt.
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Es wurde erwähnt, dass ein schäumbares Kernelement verwendet werden kann. Das Kernelement kann z. B. nach dem Umspritzen der Decklagenelemente chemisch oder physikalisch geschäumt werden. Der Schäumvorgang des mit chemischen oder physikalischen Schäumungs- bzw. Treibmitteln versehenen Kernelements kann gegebenenfalls durch einen gewissen Lüftungshub des Werkzeugs initiiert bzw. begünstigt werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein mehrlagiges Verbundbauteil, welches zwei Decklagenelemente und wenigstens ein zwischen den Decklagenelementen angeordnetes und mit diesen zumindest abschnittsweise verbundenes Kernelement umfasst. Das Verbundbauteil zeichnet sich dadurch aus, dass es durch ein wie beschriebenes Verfahren hergestellt ist, sodass sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren analog für das Verbundbauteil gelten.
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Die Erfindung betrifft neben dem Verfahren und dem Verbundbauteil auch eine Vorrichtung zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundbauteils, welches Verbundbauteil zwei Decklagenelemente und ein zwischen den Decklagenelementen angeordnetes Kernelement umfasst. Die Vorrichtung umfasst ein formgebendes Werkzeug, welches ein eine erste formgebende Werkzeugfläche bzw. -kontur aufweisendes erstes Werkzeugelement und ein eine zweite formgebende Werkzeugfläche bzw. -kontur aufweisendes zweites Werkzeugelement umfasst. Wenigstens ein Werkzeugelement ist relativ zu dem anderen Werkzeugelement bewegbar gelagert. Die Vorrichtung ist zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens eingerichtet, sodass sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren analog für die Vorrichtung gelten. Umgekehrt gelten sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit der Vorrichtung analog für das Verfahren.
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Der Vorrichtung ist typischerweise eine geeignete Handlingeinrichtung zugeordnet, über welche sich die in das Werkzeug einzubringenden Verbundbauteilbestandteile handhaben, d. h. insbesondere in das Werkzeug einbringen lassen. Die Handlingeinrichtung kann ein Halterungselement umfassen, welches zur Halterung der handzuhabenden Verbundbauteilbestandteile eingerichtet ist. Die Handlingeinrichtung kann in einer Variante auch als Robotereinrichtung ausgebildet sein bzw. eine solche umfassen.
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Das Werkzeug kann ein in einer von der ersten Bewegungsachse unterschiedlichen zweiten Bewegungsachse in und aus einem zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugelement ausbildbaren oder ausgebildeten Zwischenraum bewegbar gelagertes Halterungselement umfassen. Das Halterungselement ist zur Halterung eines in das Werkzeug einzubringenden oder aus dem Werkzeug zu entfernenden Dummyelements und/oder Kernelements eingerichtet. Ein entsprechendes (nur) in einer von der ersten Bewegungsachse unterschiedlichen zweiten Bewegungsachse bewegbar gelagertes Halterungselement ist insbesondere dann vorgesehen, wenn beide Werkzeugelemente bewegbar gelagert sind, mithin beide Werkzeugelemente im Rahmen der Überführung des Werkzeugs von seiner Offen- in seine Schließstellung, oder umgekehrt, bewegt werden. Ein entsprechendes Halterungselement kann einen Bestandteil einer Handlingeinrichtung bilden.
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Alternativ kann das Werkzeug ein in der ersten Bewegungsachse relativ zu dem ersten und/oder dem zweiten Werkzeugelement sowie in einer von der ersten Bewegungsachse unterschiedlichen, insbesondere zu der ersten Bewegungsachse orthogonal ausgerichteten, zweiten Bewegungsachse in und aus einem zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugelement ausbildbaren oder ausgebildeten Zwischenraum bewegbar gelagertes Halterungselement umfassen. Das Halterungselement ist zur Halterung eines in das Werkzeug einzubringenden oder aus dem Werkzeug zu entfernenden Dummyelements und/oder Kernelements eingerichtet. Ein entsprechendes in der ersten Bewegungsachse sowie in einer von der ersten Bewegungsachse unterschiedlichen zweiten Bewegungsachse bewegbar gelagertes Halterungselement ist insbesondere dann vorgesehen, wenn nur ein Werkzeugelement bewegbar gelagert ist, mithin nur ein Werkzeugelement im Rahmen der Überführung des Werkzeugs von seiner Offen- in seine Schließstellung, oder umgekehrt, bewegt wird. Ein entsprechendes Halterungselement kann einen Bestandteil einer Handlingeinrichtung bilden.
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In allen Fällen handelt es sich bei jeweiligen ersten und zweiten Bewegungsachsen typischerweise um Translationsachsen.
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Das Halterungselement kann entlang einer durch eine Führungseinrichtung definierten Führungsachse, insbesondere zwischen einer in das Werkzeug eingefahrenen Stellung und einer aus dem Werkzeug ausgefahrenen Stellung, bewegbar gelagert sein. Die Führungseinrichtung umfasst eine Anzahl an mit dem Halterungselement koppelbaren oder gekoppelten, z. B. schienenartigen bzw. -förmigen, Führungselementen. Die durch die Führungseinrichtung definierte Führungsachse entspricht typischerweise der zweiten Bewegungsachse. Der Führungseinrichtung kann eine, insbesondere (elektro)motorische Antriebseinrichtung zugeordnet sein, welche zur Erzeugung einer das Halterungselement in eine Bewegung versetzenden Antriebskraft eingerichtet ist.
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Das Halterungselement umfasst typischerweise einen Halterungsbereich zur Halterung wenigstens eines wie im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Dummyelements und/oder eines Kernelements.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 - 8 je eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung der Verfahrensschritte eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 9 eine Prinzipdarstellung eines Verbundbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 1 dient zur Herstellung eines mehrlagigen Verbundbauteils 2, welches Verbundbauteil 2 zwei Decklagenelemente 3, 4 und ein zwischen den Decklagenelementen 3, 4 angeordnetes und mit den Decklagenelementen 3, 4 verbundenes Kernelement 5 umfasst. Die Vorrichtung 1 ist zur Durchführung des weiter unten im Zusammenhang mit den 2 - 8, in welchen die Vorrichtung 1 mit einem höheren Detaillierungsgrad dargestellt ist, beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines entsprechenden Verbundbauteils 2 eingerichtet.
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Die Vorrichtung 1 umfasst ein formgebendes Werkzeug 6. Bei dem Werkzeug 6 handelt es sich um ein kombiniertes Umform- und Spritzgießwerkzeug; das Werkzeug 6 ist sonach einerseits eingerichtet, in das Werkzeug 6 eingebrachte Bauelemente, d. h. verfahrensgemäß typischerweise die Decklagenelemente 3, 4 und gegebenenfalls das Kernelement 5, umzuformen, und andererseits eingerichtet, an in das Werkzeug 6 eingebrachte Bauelemente, d. h. verfahrensgemäß die Decklagenelemente 3, 4, Strukturen anzuspritzen bzw. in das Werkzeug 6 eingebrachte Bauelemente, d. h. verfahrensgemäß die Decklagenelemente 3, 4, mit bestimmten Strukturen zu umspritzen.
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Das Werkzeug 6 umfasst ein eine erste formgebende Werkzeugfläche 7 bzw. - kontur aufweisendes erstes Werkzeugelement 8 (erste Werkzeughälfte) und ein eine zweite formgebende Werkzeugfläche 9 bzw. -kontur aufweisendes zweites Werkzeugelement 10 (zweite Werkzeughälfte). Die Werkzeugelemente 8, 10 umfassen jeweils eine in eine werkzeugseitige Kavität (nicht bezeichnet) mündende, von einer plastifizierten, insbesondere thermoplastischen, Kunststoffmasse 25, 27 durchströmbare, gegebenenfalls beheizbare, Kanalstruktur 20, 21 umfassen, an welche ein eine plastifizierte Kunststoffmasse bereitstellendes Spritzaggregat 22, 23 (bedarfsweise) andockbar ist.
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In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das erste Werkzeugelement 8 in einer durch den vertikal ausgerichteten Doppelpfeil P1 angedeuteten ersten Bewegungs- bzw. Translationsachse relativ zu dem zweiten Werkzeugelement 10 bewegbar gelagert. Durch entsprechende Bewegungen des ersten Werkzeugelements 8 relativ zu dem zweiten Werkzeugelement 10 lässt sich das Werkzeug 6 von einer in 1 gezeigten Offenstellung in eine in 1 nicht gezeigte Schließstellung, und umgekehrt, überführen. Selbstverständlich ist es prinzipiell auch denkbar, dass das zweite Werkzeugelement 10 in entsprechender Weise relativ zu dem ersten Werkzeugelement 8 bewegbar gelagert ist. Auch ist es denkbar, dass beide Werkzeugelemente 8, 10 in entsprechender Weise relativ zueinander bewegbar gelagert sind.
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Das Werkzeug 6 umfasst ein in der ersten Bewegungsachse relativ zu dem ersten und/oder dem zweiten Werkzeugelement 8, 10 sowie in einer von der ersten Bewegungsachse unterschiedlichen, insbesondere zu der ersten Bewegungsachse orthogonal ausgerichteten, durch den horizontal ausgerichteten Doppelpfeil P2 angedeuteten zweiten Bewegungs- bzw. Translationsachse in und aus einem zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugelement 8, 10 ausbildbaren bzw. ausgebildeten Zwischenraum 11 bewegbar gelagertes Halterungselement 12.
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Das Halterungselement 12 lässt sich in der ersten Bewegungsachse zwischen der in 1 gezeigten oberen Stellung in eine in den Fig. nicht gezeigte untere Stellung bewegen, in welcher es zumindest abschnittsweise auf dem zweiten Werkzeugelement 10 aufliegen kann. Das Halterungselement 12 lässt sich in der zweiten Bewegungsachse zwischen der in 1 gezeigten innerhalb des Zwischenraums 11 befindlichen Stellung einer in den Fig. nicht gezeigten außerhalb des Zwischenraums 11 befindlichen Stellung bewegen.
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Das Halterungselement 12 ist zur Halterung eines in das Werkzeug 6 einzubringenden oder aus dem Werkzeug 6 zu entfernenden Dummyelements 19 und/oder Kernelements 5 eingerichtet und umfasst hierzu einen Halterungsbereich zur Halterung Dummy- bzw. Kernelements 19, 5. Das Halterungselement 12 bildet einen Bestandteil einer Handlingeinrichtung 15.
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Für den in den Fig. nicht gezeigten Fall, in dem beide Werkzeugelemente 8, 10 relativ zueinander bewegbar gelagert sind, mithin beide Werkzeugelemente 8, 10 im Rahmen der Überführung des Werkzeugs 6 von seiner Offen- in seine Schließstellung, oder umgekehrt, bewegt werden, kann ein nur in der zweiten Bewegungsachse in und aus dem Zwischenraum 11 bewegbar gelagertes Halterungselement 12 genügen.
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Das Halterungselement 12 ist entlang einer durch eine Führungseinrichtung 16 definierten Führungsachse, insbesondere zwischen der in das Werkzeug 6 bzw. den Zwischenraum 11 eingefahrenen Stellung und einer aus dem Werkzeug 6 bzw. dem Zwischenraum 11 ausgefahrenen Stellung, bewegbar gelagert. Die Führungseinrichtung 16 umfasst eine Anzahl an mit dem Halterungselement 12 koppelbaren bzw. gekoppelten, z. B. schienenartigen bzw. -förmigen, Führungselementen 17. Die durch die Führungseinrichtung 16 definierte Führungsachse entspricht der zweiten Bewegungsachse. Der Führungseinrichtung 16 kann eine, insbesondere (elektro)motorische Antriebseinrichtung (nicht gezeigt) zugeordnet sein, welche zur Erzeugung einer das Halterungselement 12 in eine Bewegung versetzenden Antriebskraft eingerichtet ist.
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Ein Ausführungsbeispiel eines mit der Vorrichtung 1 implementierbaren Verfahrens umfasst die folgenden, im Zusammenhang mit den 2 - 8 näher beschriebenen Verfahrensschritte:
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In einem in den Fig. nicht näher gezeigten ersten Verfahrensschritt werden zwei Decklagenelemente 3, 4, ein zwischen den Decklagenelementen 3, 4 anzuordnendes und mit diesen flächig zu verbindendes Kernelement 5 sowie ein der geometrischen Gestalt, d. h. insbesondere der Form, des Kernelements 5 des fertigen Verbundbauteils 2 nachempfundenes, formgebendes Dummyelement 19 bereitgestellt. Bei dem Dummyelement 19 handelt es sich um einen der geometrischen Gestalt des Kernelements 5 des fertigen Verbundbauteils 2, d. h. der geometrischen Gestalt des Kernelements 5, welche das Kernelement 5 nach Durchführung des Verfahrens aufweist, nachempfundenen geometrischen Körper; das Dummyelement 19 weist formgebende Dummyelementflächen 19a, 19b auf. Das Dummyelement 19 weist eine ausreichende mechanische und thermische Stabilität auf, sodass sich dieses im Rahmen seiner verfahrensgemäßen Verwendung nicht verformt. Das, z. B. aus Metall gebildete, Dummyelement 19 bildet keinen Verbundbauteilbestandteil; das Dummyelement 19 dient insbesondere dazu, die Decklagenelemente 3, 4 im Rahmen der Durchführung des Verfahrens in gewünschter Weise umzuformen. Das Dummyelement 19 kann, wie sich im Weiteren ergibt, auch dazu dienen, den bei einem Anspritzen von einem oder mehreren Funktionselementen 24 an ein Decklagenelement 3, 4 auftretenden Spritzdruck abzufangen.
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Das Dummyelement 19 kann mit verschiedenen Funktionalitäten versehen sein. Beispielsweise kann das Dummyelement 19 temperierbar sein, um ein an diesem anliegendes Decklagenelemente 3, 4 zu temperieren, d. h. insbesondere zu erwärmen. Die Temperierbarkeit des Dummyelements 19 kann durch in das Dummyelement 19 integrierte Temperiereinrichtungen (nicht gezeigt), d. h. insbesondere Heizeinrichtungen, und/oder von einem Temperiermedium durchströmbare, insbesondere kanalartige, Temperierstrukturen realisiert sein. Weiter beispielsweise können in das Dummyelement 19 Sensoreinrichtungen (nicht gezeigt) zur Sensierung (Erfassung) bestimmter, insbesondere physikalischer, Prozessparameter, d. h. insbesondere Temperatur und Druck, integriert sein.
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In einem folgenden zweiten Verfahrensschritt, vgl. 2, 3 werden die beiden Decklagenelemente 3, 4 und das Dummyelement 19 einzeln oder gemeinsam in das Werkzeug 6 eingebracht. Zum Einbringen des Dummyelements 19 in das Werkzeug 6 wird die Handlingeinrichtung 15 verwendet, d. h. das Halterungselement 12 wird in den Zwischenraum 11 bewegt. Das Einbringen der beiden Decklagenelemente 3, 4 und des Dummyelements 19 in das Werkzeug 6 erfolgt derart, dass das Dummyelement 19 im in das Werkzeug 6 eingebrachten Zustand zwischen den Decklagenelementen 3, 4 angeordnet ist.
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Die Decklagenelemente 3, 4 können vor dem Einbringen in das Werkzeug 6 zumindest abschnittsweise erwärmt werden. Das Erwärmen der Decklagenelemente 3, 4 kann z. B. vermittels einer von einer in den 2, 3 nicht, jedoch in 6 gezeigten Strahlungseinrichtung 26, z. B. als Infrarot-Strahlung, erzeugten Wärmestrahlung erfolgen.
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In einem folgenden dritten Verfahrensschritt, vgl. 4, werden die beiden Decklagenelemente 3, 4 umgeformt. Das Umformen der beiden Decklagenelemente 3, 4 erfolgt unter Verwendung des zwischen diesen angeordneten Dummyelements 19 in einem oder mehreren formgebenden Schritten. Das Umformen der Decklagenelemente 3, 4 erfolgt durch eine durch eine in der ersten Bewegungsachse erfolgende Relativbewegung (Schließbewegung) der Werkzeugelemente 8, 10 erfolgende Überführung des Werkzeugs 6 von seiner in den 2-3 gezeigten Offenstellung in seine in z. B. 4 gezeigte Schließstellung. Die Decklagenelemente 3, 4 werden hierbei einerseits gegen eine jeweilige benachbarte formgebende Werkzeugflächen 7, 9 und andererseits gegen jeweilige benachbarte formgebende Dummyelementflächen 19a, 19b bewegt, wodurch sich eine der Formgebung der jeweiligen Werkzeugflächen 7, 9 bzw. Dummyelementflächen 19a, 19b folgende Umformung der Decklagenelemente 3, 4 ergibt.
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In 4 ist gezeigt, dass während bzw. nach dem gezeigten Umformen der Decklagenelemente 3, 4 ein Anspritzen wenigstens eines Funktionselements 24 an wenigstens ein Decklagenelement 3, 4 erfolgen kann. Das Werkzeugelement 8 ist im Bereich der Werkzeugfläche 7 mit einer zu der Form des anzuspritzenden Funktionselements 24 gegengleichen Ausnehmung 29 (vgl. 2, 3) ausgebildet. Zum Anspritzen eines entsprechenden Funktionselements 24 wird ein Spritzaggregat 22 an ein Werkzeugelement 8 angedockt bzw. herangefahren, sodass die über das Spritzaggregat 22 bereitgestellte, typischerweise thermoplastische, Kunststoffmasse 25 über die werkzeugelementseitige Kanalstruktur 20 in die Werkzeugkavität eingespritzt werden kann. Derart wird über das Spritzaggregat 22 unter Ausbildung eines entsprechenden Funktionselements 24 eine plastifizierte Kunststoffmasse 25 an ein Decklagenelement 3 angespritzt. Der Druck (Spritzdruck) der Kunststoffmasse 25 bei Eintritt der Kunststoffmasse 25 in die Werkzeugkavität kann zumindest teilweise durch das Dummyelement 19 abgefangen werden. Selbstverständlich könnte ein Anspritzen eines Funktionselements 24 alternativ oder ergänzend auch über das in den 2 - 8 untere Spritzaggregat 23 erfolgen, welches zu diesem Zweck an das Werkzeugelement 10 angedockt bzw. herangefahren wäre.
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Als Funktionselement 24 kann z. B. ein eine Verbindungsschnittstelle zur Verbindung des Verbundbauteils 2 mit einem Anschlussbauteil bildendes Verbindungselement und/oder ein eine strukturelle Verstärkung des Verbundbauteils 2 bildendes Verstärkungselement und/oder - wie in 4 beispielhaft gezeigt - ein eine Befestigungsschnittstelle zur Befestigung des Decklagenelements 3 an einem Werkzeugelement 8 des Werkzeugs 6 bildendes Befestigungselement angespritzt werden.
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Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, dass vor dem Entfernen des Dummyelements 19 aus dem Werkzeug 6 ein Anspritzen wenigstens eines Funktionselements an die Innenseite (bezogen auf das spätere Verbundbauteil) eines jeweiligen Decklagenelements 3, 4 erfolgen kann. Es ist sonach ein Durchspritzen wenigstens eines Decklagenelements 3, 4 möglich, sodass plastifizierte Kunststoff- bzw. Spritzgießmasse an die Innenseite (bezogen auf das spätere Verbundbauteil 2) eines jeweiligen Decklagenelements 3, 4 gelangen kann. Derart können (auch) im Inneren des herzustellenden Verbundbauteils 2 bestimmte Funktionselemente ausgebildet werden. Zur Ausbildung entsprechender Funktionselemente kann das Dummyelement 19 mit entsprechenden, der geometrisch-konstruktiven Gestalt der auszubildenden Funktionselemente korrespondierenden, z. B. durch Ausnehmungen gebildete, Konturen (nicht gezeigt) versehen sein.
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Ein entsprechendes Funktionselement kann auch hier einen Teil einer eine oder mehrere Funktionen ausübenden Funktionsstruktur bilden. Eine Funktion kann z. B. eine Verstärkung der strukturellen, insbesondere mechanischen, Eigenschaften des Verbundbauteils 2 sein, sodass als Funktionselement z. B. ein eine (innere) strukturelle Verstärkung des Verbundbauteils 2 bildendes Verstärkungselement, d. h. z. B. ein Rippenelement, ausgebildet werden kann.
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In einem folgenden vierten Verfahrensschritt, vgl. 5, wird das Dummyelement 19 aus dem Werkzeug 6 entfernt. Vor Entfernen des Dummyelements 19 aus dem Werkzeug 6 erfolgt eine durch eine in der ersten Bewegungsachse erfolgende Relativbewegung (Öffnungsbewegung) der Werkzeugelemente 8, 10 erfolgende Überführung des Werkzeugs 6 von seiner Schließstellung in seine Offenstellung. Das Entfernen des Dummyelements 19 aus dem Werkzeug 6 wird, insbesondere teil- oder vollautomatisierbar, über die Handlingeinrichtung 15 realisiert.
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In einem folgenden fünften Verfahrensschritt, vgl. 6, wird das Kernelement 5 zwischen die umgeformten Decklagenelemente 3, 4 in das Werkzeug 6 eingebracht. Das Einbringen des Kernelements 5 in das Werkzeug 6 wird, insbesondere teil- oder vollautomatisierbar, über die Handlingeinrichtung 15 realisiert. In dem fünften Verfahrensschritt können sowohl die Decklagenelemente 3, 4 als auch das in dem Ausführungsbeispiel nicht vorgeformte Kernelement 5 zumindest abschnittsweise erwärmt werden. Das Erwärmen der Decklagenelemente 3, 4 sowie des Kernelements 5 kann z. B. vermittels von einer oder - wie in 6 beispielhaft gezeigt - mehreren Strahlungseinrichtungen 26, z. B. als Infrarot-Strahlung, erzeugten Wärmestrahlungen erfolgen. Das Erwärmen der Decklagenelements 3, 4 könnte alternativ oder ergänzend durch die Kontaktierung der Decklagenelemente 3, 4 mit einer erwärmbaren oder erwärmten Oberfläche eines, insbesondere dynamisch temperierbaren, Werkzeugelements 8, 10 des Werkzeugs 6 erfolgen. Das Erwärmen des Kernelements 5 könnte alternativ oder ergänzend durch eine Kontaktierung des Kernelements 5 mit einer erwärmten Oberfläche eines Decklagenelements 3, 4 oder außerhalb des Werkzeugs 6 erfolgen. In allen Fällen wird darauf geachtet, dass durch das Erwärmen der Decklagenelemente 3, 4 keine, insbesondere durch eine Dekonsolidierung hervorgerufene, strukturelle Schädigung der Decklagenelemente 3, 4 möglich ist; dies ist insbesondere durch Steuerung der in die Decklagenelemente 3, 4 eingebrachten Wärme möglich. Die Wärme sollte daher im Wesentlichen nur in die (unmittelbare) Oberfläche bzw. in (unmittelbare) Oberflächenbereiche der Decklagenelemente 3, 4 eingebracht werden.
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In einem folgenden sechsten Verfahrensschritt, vgl. 7, werden die Decklagenelemente 3, 4 unter Ausbildung des Verbundbauteils 2 derart, dass das Kernelement 5 unverlierbar zwischen den Decklagenelementen 3, 4 angeordnet und (voll)flächig mit den Decklagenelementen 3, 4 ist, verbunden. Vor dem Verbinden der Decklagenelemente 3, 4 mit dem Kernelement 5 erfolgt eine durch eine in der ersten Bewegungsachse erfolgende Relativbewegung (Schließbewegung) der Werkzeugelemente 8, 10 erfolgende Überführung des Werkzeugs 6 von seiner Offenstellung in seine Schließstellung. In allen Fällen ist das Kernelement 5 durch das Verbinden der beiden Decklagenelemente 3, 4 und des Kernelements 5 unverlierbar zwischen den Decklagenelementen 3, 4 angeordnet. Aus der Verbindung ergibt sich der sandwichbauteilartige Aufbau bzw. die sandwichbauteilartige Charakteristik des Verbundbauteils 2.
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Das Verbinden der Decklagenelemente 3, 4 mit dem Kernelement 5 kann z. B. durch einen thermischen Energieeintrag, ein, gegebenenfalls ein Lösungsmittel umfassendes, Klebemittel erfolgen. Die Verbindung der Decklagenelemente 3, 4 mit dem Kernelement 5 kann demnach z. B. stoffschlüssig, adhäsiv, kohäsiv, etc. sein.
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Das Verbinden der Decklagenelemente 3, 4 erfolgt durch einen Spritzvorgang; hierbei werden die Decklagenelemente 3, 4 wenigstens randseitig umspritzt. Zum randseitigen Umspritzen der Decklagenelemente 3, 4 wird ein Spritzaggregat 23 an ein Werkzeugelement 10 angedockt bzw. herangefahren, sodass die über das Spritzaggregat 23 bereitgestellte, typischerweise thermoplastische, Kunststoffmasse 27 über die werkzeugelementseitige Kanalstruktur 21 in die Werkzeugkavität eingespritzt werden kann. Derart wird über das Spritzaggregat 23 unter Ausbildung einer entsprechenden randseitigen Umspritzung 28 eine plastifizierte Kunststoffmasse 27 um die Ränder der Decklagenelemente 3, 4 gespritzt. Die Kunststoffmasse 27 umgreift die jeweiligen Ränder der Decklagenelemente 3, 4 form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig; die Verbindung der Decklagenelemente 3, 4 ist sonach durch die randseitige Umspritzung 28 der Decklagenelemente 3, 4 durch eine (erstarrte) Kunststoffmasse 27 realisiert. Selbstverständlich könnte ein Umspritzen der Decklagenelemente 3, 4 alternativ oder ergänzend auch über das in den 2 - 8 obere Spritzaggregat 22 erfolgen, welches zu diesem Zweck an das Werkzeugelement 8 angedockt bzw. herangefahren wäre.
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Vor einem randseitigen zumindest abschnittsweisen Umspritzen der Decklagenelemente 3, 4 kann ein wenigstens randseitiges zumindest abschnittsweises, insbesondere durch einen Pressvorgang realisiertes, Kompaktieren der Decklagenelemente 3, 4 durchgeführt werden. Das Kompaktieren kann zweckmäßig sein, um zu verhindern, dass im Rahmen des Umspritzens der Decklagenelemente 3, 4 plastifizierte Kunststoff- bzw. Spritzgießmasse zwischen die Decklagenelemente 3, 4 gelangt. Ein entsprechend kompaktiertes Verbundbauteil 2 ist in 9, welche eine ausschnittsweise eine Prinzipdarstellung eines Verbundbauteils 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer geschnittenen Darstellung zeigt, gezeigt; ersichtlich ist das Verbundbauteil 2 in dem durch den Pfeil 30 angedeuteten Bereich der (seitlichen) Ränder der Decklagenelemente 3, 4 kompaktiert und weist hier ein im Vergleich reduziertes Volumen auf.
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Im Rahmen des Umspritzens der Decklagenelemente 3, 4 kann wenigstens ein Funktionselement, insbesondere ein eine Verbindungsschnittstelle zur Verbindung des Verbundbauteils 2 mit wenigstens einem Anschlussbauteil bildendes Verbindungselement und/oder ein eine strukturelle Verstärkung des Verbundbauteils 2 bildendes Verstärkungselement, angespritzt/ausgebildet werden. Das Verbundbauteil 2 kann durch das Umspritzen sonach weiter funktionalisiert bzw. verstärkt werden.
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Vor bzw. während des Verbindens der Decklagenelemente 3, 4 kann ein Umformen des Kernelements 5 in einem oder mehreren formgebenden Schritten erfolgen. Das Umformen des Kernelements 5 erfolgt, insbesondere unter Verwendung der umgeformten Decklagenelemente 3, 4, in einem oder mehreren formgebenden Schritten in dem Werkzeug 6. Das Umformen des Kernelements 5 erfolgt - analog dem Umformen der Decklagenelemente 3, 4 - durch die durch die in der ersten Bewegungsachse erfolgende Relativbewegung (Schließbewegung) der Werkzeugelemente 8, 10 erfolgende Überführung des Werkzeugs 6 von seiner Offenstellung in seine Schließstellung. Das Kernelement 5 wird hierbei mittelbar über die bereits umgeformten Decklagenelemente 3, 4 gegen jeweilige formgebende Werkzeugflächen 7, 9 der Werkzeugelemente 8, 10 bewegt, wodurch sich ein der Formgebung der jeweiligen Werkzeugfläche 7, 9 folgendes Umformen des Kernelements 5 ergibt. Ein entsprechendes Umformen des Kernelements 5 kann entfallen, sofern ein bereits in seine im Hinblick auf das fertige Verbundbauteil 2 endgültige Form vorgeformtes Kernelement 5 verwendet wird.
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In einem folgenden siebten Verfahrensschritt, vgl. 8, wird das Verbundbauteil 2 aus dem Werkzeug 6 entfernt. Vor Entfernen des Verbundbauteils 2 aus dem Werkzeug 6 erfolgt eine durch eine in der ersten Bewegungsachse erfolgende Relativbewegung (Öffnungsbewegung) der Werkzeugelemente 8, 10 erfolgende Überführung des Werkzeugs 6 von seiner Schließstellung in seine Offenstellung. Das Entfernen des Verbundbauteils 2 aus dem Werkzeug 6 kann, insbesondere teil- oder vollautomatisierbar, über die Handlingeinrichtung 15 realisiert werden.
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Bei einem Decklagenelement 3, 4 kann es sich z. B. um ein Verbundelement, d. h. z. B. um en Organoblech bzw. -sheet, welches eine in einer thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmatrix eingebettete textile Struktur, d. h. insbesondere eine durch eine, z. B. gelegeartige, Faseranordnung gebildete Faserstruktur, umfasst, handeln. Denkbar ist es auch, dass es sich bei einem Decklagenelement 3, 4 um ein, gegebenenfalls zumindest abschnittsweise mit einer Oberflächenbehandlung oberflächenseitig aktiviertes, Metallelement, d. h. z. B. ein Metallblech, d. h. z. B. um ein Aluminium- oder Stahlblech, handelt.
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Bei einem Kernelement 5 kann es sich um ein Schaumelement, welches eine offen- und/oder geschlossenzellige Schaumstruktur umfasst, oder um ein Leichtbauelement, welches eine ein- oder mehrlagige Leichtbaustruktur, insbesondere eine Honeycomb- oder Sandwichstruktur, umfasst, oder um ein elektrisches oder elektronisches Funktionselement, z. B. in Form eines Chips, Datenspeichers, Energiespeichers, etc., welches wenigstens eine elektrische oder elektronische Funktionsstruktur umfasst, handeln. Möglich ist es auch, dass ein schäumbares Kernelement 5 verwendet wird. Ein schäumbares Kernelement 5 kann z. B. vor, während oder nach dem beschriebenen Verbinden der Decklagenelemente 3, 4 geschäumt werden.
